一種陀螺加速度計浮子對中監測系統的製作方法
2023-06-22 14:32:31 1
一種陀螺加速度計浮子對中監測系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種陀螺加速度計浮子對中監測系統，該監測系統包括磁懸浮測量電橋橋臂電阻調試用電路、直流電源及功率電源、溫控電路和溫控電路電源，溫控電路用來控制外部加速度計內部浮液的溫度在設定的範圍內，磁懸浮測量電橋橋臂電阻調試用電路包括N個位置測量及功率控制電路、多路選通器，相敏解調電路和控制器等，其中每個位置測量及功率控制電路包括位置測量電橋、電平轉換電路，功率三極體和電荷洩放電路，外部交流電壓信號分別輸入位置測量電橋的兩路，電橋兩路的交流電壓信號隨外部電感的變化而變化；該監測系統可以提高測試效率及自動化水平，減少人工計數與計算帶來的出錯情況，節約時間和人力成本，且顯著提高電感測量的精度。
【專利說明】一種陀螺加速度計浮子對中監測系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及採用磁懸浮技術進行輔助支承的液浮陀螺加速度計中，一種用以測量浮子對中情況的測試系統，特別是涉及一種陀螺加速度計浮子對中監測系統。
【背景技術】
[0002]磁懸浮支承技術是三浮慣性儀表的關鍵技術之一。在三浮陀螺加速度計中，磁懸浮技術應用在對內環軸的輔助支承上。通過磁懸浮支承，使三浮加表的浮子分別沿內環軸、外環軸和自轉軸定中心，起到完全脫離機械接觸，消除內環軸上的摩擦力矩，克服浮子的重浮力殘差，從而提高儀表精度的作用。
[0003]磁懸浮支承是通過加表外部的磁懸浮電路控制內部的磁懸浮元件來實現的。磁懸浮元件分為軸向定子、徑向定子、軸向轉子、徑向轉子四種，其中定子上繞有線圈，通電流後定轉子間產生電磁力，可使浮子產生運動，從而調整其位置。磁懸浮電路以脈衝調寬的方式控制磁懸浮定子元件中的電流，從而達到控制浮子位置的目的。目前的加速度計浮子對中監測系統均採用手工操作，消耗大量的時間和人力，效率較低。同時，在測量浮子位置信號時，由於測量電路與功率電路存在電氣連接，測量時受到功率電路的影響，測量精度難以提聞。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於克服現有技術的上述不足，提供一種陀螺加速度計浮子對中監測系統，該監測系統可以提高測試效率及自動化水平，減少人工計數與計算帶來的出錯情況，節約時間和人力成本，且顯著提高電感測量的精度。
[0005]本發明的上述目的主要是通過如下技術方案予以實現的:
[0006]一種陀螺加速度計浮子對中監測系統，包括磁懸浮測量電橋橋臂電阻調試用電路、直流電源及功率電源、溫控電路和溫控電路電源，其中直流電源及功率電源為磁懸浮測量電橋橋臂電阻調試用電路供電，溫控電路電源為溫控電路供電，溫控電路與外部加速度計連接，用來控制加速度計內部浮液的溫度在設定的範圍內，磁懸浮測量電橋橋臂電阻調試用電路也與外部加速度計連接，所述磁懸浮測量電橋橋臂電阻調試用電路包括N個位置測量及功率控制電路、多路選通器，前置放大器，相敏解調電路，限幅電路和微控制器，其中每個位置測量及功率控制電路包括位置測量電橋、電平轉換電路，功率三極體和電荷洩放電路，其中:
[0007]位置測量電橋:包括電阻R1、電阻R2、可調電阻R3和三組共六個繼電器開關Al、A2、B1、B2、Cl、C2，其中電阻Rl、繼電器開關Al、繼電器開關B1、繼電器開關Cl依次連接形成電橋的一路，電阻R2、可調電阻R3、繼電器開關A2、繼電器開關B2、繼電器開關C2依次連接形成電橋的另外一路，電橋的兩路並聯連接，繼電器開關B1、B2分別與功率三極體連接，繼電器開關Cl、C2分別與外部加速度計的電感連接，外部交流電壓信號分別輸入電橋的兩路，電橋兩路中的交流電壓信號隨外部電感的變化而變化，且所述電橋兩路中的交流電壓信號分別從繼電器開關Al、Cl之間，繼電器開關A2、C2之間輸出給多路選通器；
[0008]電平轉換電路:把微控制器輸出的O伏和5伏電平控制信號轉換為-15V或+15V電壓控制信號，並輸出給功率三極體；
[0009]功率三極體:接收電平轉換電路輸出的電壓控制信號，產生控制電流輸出給外部電感；
[0010]電荷洩放電路:將位置測量電橋中產生的尖峰脈衝電壓消除，防止尖峰脈衝電壓對電路的不良影響；
[0011]多路選通器:將N個位置測量及功率控制電路輸出的交流電壓信號以分時的方式進行選通，使所述交流電壓信號按設定的時間順序依次從多路選通器的輸出端輸出給前置放大器；
[0012]前置放大器:接收多路選通器輸出的交流電壓信號，對所述交流電壓信號進行放大，並轉換為對地的單端信號輸出給相敏解調電路；
[0013]相敏解調電路:接收前置放大器輸出的交流電壓信號，並轉化為與所述交流電壓信號呈正比關係的直流電壓信號，將所述直流電壓信號輸出給限幅電路；
[0014]限幅電路: 接收相敏解調電路輸出的直流電壓信號，將所述直流電壓信號的幅值限制為要求的幅值；
[0015]微控制器:接收限幅電路輸出的直流電壓信號，對所述直流電壓信號進行計算處理，產生O伏和5伏電平的控制信號，將所述控制信號分別輸出給位置測量及功率控制電路中的N個電平轉換電路；
[0016]其中N為正整數，且N≥1。
[0017]在上述陀螺加速度計浮子對中監測系統中，電平轉換電路包括比較器晶片，微控制器輸出的加力控制信號輸入至比較器晶片的一個輸入端，+2.5V的固定電平輸入至比較器晶片的另一個輸入端；當加力控制信號為高電平+5V時，比較器晶片輸出+15V，當加力控制信號為低電平OV時，比較器晶片輸出為-15V ;比較器晶片輸出的電平信號經電阻Rll後與功率三極體的基極相連，功率三極體的發射極與外部電感的輸入端相連；功率三極體的集電極通過限流電阻R12與-5V電壓相連。
[0018]在上述陀螺加速度計浮子對中監測系統中，電荷洩放電路包括一個電荷洩放電阻R3或R4，第一電壓調整二極體Vl或V3，第二電壓調整二極體V2或V4，電荷洩放電阻R3或R4的一端與外部電感的輸入端相連，電荷洩放電阻R3或R4的另一端與第一電壓調整二極體Vl或V3的陽極相連；第一電壓調整二極體Vl或V3的陰極與第二電壓調整二極體V2或V4的陰極相連，第二電壓調整二極體V2或V4的陽極與外部電感的接地端相連。
[0019]本發明與現有技術相比具有如下有益效果:
[0020](1)、本發明創新提出一種陀螺加速度計浮子對中監測系統，該監測系統包括多個位置測量及功率控制電路，每個電路中包括一個位置測量電橋，位置測量電橋由三組繼電器開關、兩個固定電阻和一個可調電阻組成，位置測量電橋與外部電感連接，通過位置測量電橋的巧妙設計將電感量的變化準確傳輸給多路選通器，顯著提高電感測量的精度；
[0021](2)、本發明陀螺加速度計浮子對中監測系統整體結構設計顯著提高了測試效率及自動化水平，減少人工計數與計算帶來的出錯情況，節約時間和人力成本；
[0022](3)、本發明採用了一種勻速釋放感性負載內積聚能量的電荷洩放電路。採用兩電壓調整二極體對接並串聯電阻器的形式。當提供給負載的外部電流突然被切斷時，為負載內電流的流動提供一個通路，使負載內存儲的能量以適當的速度被釋放，避免能量過快釋放引起的尖峰電壓對整個電路的不良影響。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明陀螺加速度計浮子對中監測系統結構示意圖；
[0024]圖2為本發明磁懸浮測量電橋橋臂電阻調試用電路結構示意圖；
[0025]圖3為本發明位置測量電橋結構示意圖；
[0026]圖4為本發明多路選通器結構示意圖；
[0027]圖5為本發明前置放大器結構示意圖；
[0028]圖6為本發明限幅電路結構示意圖；
[0029]圖7為本發明微控制器結構示意圖；
[0030]圖8為本發明電平轉換電路和功率三極體結構示意圖；
[0031]圖9為本發明位置測量電橋、電荷洩放電路與定子線圈連接電路圖。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細的描述:
[0033]如圖1所示為本發明陀螺加速度計浮子對中監測系統結構示意圖，由圖可知本發明陀螺加速度計浮子對中監測系統，主要包括磁懸浮測量電橋橋臂電阻調試用電路、直流電源及功率電源、溫控電路和溫控電路電源，其中直流電源及功率電源為磁懸浮測量電橋橋臂電阻調試用電路供電，本實施例中為±15V直流電源及功率電源，±15V直流電源要求每路最大輸出電流不小於0.5A，允許偏差±0.5V。功率電源為固定電源，其標稱值根據磁懸浮測量電橋橋臂電阻調試用電路的具體形式而定，但應儘量小些，一般絕對值不應大於5V，其最大輸出電流不小於1A。
[0034]溫控電路電源為溫控電路供電，溫控電路與外部加速度計連接，溫控電路用來控制加速度計內部浮液的溫度在設定的範圍內。只有將浮液溫度控制在一定的範圍內，磁懸浮溼對中測試才能夠順利運行。本實施例中採用帶有報警功能的溫控電路。
[0035]磁懸浮測量電橋橋臂電阻調試用電路也與外部加速度計連接，如圖2所示為本發明磁懸浮測量電橋橋臂電阻調試用電路結構示意圖，磁懸浮測量電橋橋臂電阻調試用電路包括N個位置測量及功率控制電路、多路選通器，前置放大器，相敏解調電路，限幅電路和微控制器，其中每個位置測量及功率控制電路包括位置測量電橋、電平轉換電路，功率三極體和電荷洩放電路，用以對位置測量電橋的參數進行精確調整，從而使陀螺加速度計對中的準確度得到提高。
[0036]如圖3所示為本發明位置測量電橋結構示意圖，由圖可知位置測量電橋包括電阻R1、電阻R2、可調電阻R3和三組共六個繼電器開關A1、A2、B1、B2、C1、C2，其中電阻R1、繼電器開關Al、繼電器開關B1、繼電器開關Cl依次連接形成電橋的一路，電阻R2、可調電阻R3、繼電器開關A2、繼電器開關B2、繼電器開關C2依次連接形成電橋的另外一路，電橋的兩路並聯連接，繼電器開關B1、B2分別與功率三極體連接，繼電器開關Cl、C2分別與外部加速度計的電感連接，外部固定的交流電壓信號分別輸入電橋的兩路，使電橋兩路中的交流電壓信號隨外部加速度計中電感的變化而變化，電橋兩路中的交流電壓信號分別從繼電器開關Al、Cl之間，繼電器開關A2、C2之間輸出給多路選通器。
[0037]如圖8所示為本發明電平轉換電路和功率三極體結構示意圖，電平轉換電路把微控制器輸出的O伏和5伏電平控制信號轉換為-15V或+15V電壓控制信號，並輸出給功率三極體。如圖9所示，電平轉換電路包括比較器晶片，微控制器輸出的加力控制信號輸入至比較器晶片的一個輸入端，+2.5V的固定電平輸入至比較器晶片的另一個輸入端；當加力控制信號為高電平+5V時，比較器晶片輸出+15V，當加力控制信號為低電平OV時，比較器晶片輸出為-15V ;比較器晶片輸出的電平信號經電阻Rll後與功率三極體的基極相連，功率三極體的發射極與外部電感的輸入端相連；功率三極體的集電極通過限流電阻R12與-5V電壓相連。
[0038]如圖8所示，功率三極體接收電平轉換電路輸出的電壓控制信號，產生控制電流輸出給外部加速度計的電感，電感接收控制電流後產生電磁力使加速及內部液體中的浮子產生運動，使浮子位移發生變化，使電感值達到設定值。
[0039]如圖9所示為本發明位置測量電橋、電荷洩放電路與定子線圈連接電路圖，由於磁懸浮定子繞組是感性負載，當電流施加或截止的瞬間，會產生尖峰脈衝，電荷洩放電路將位置測量電橋中產生的尖峰脈衝電壓消除，防止尖峰脈衝電壓對電路的不良影響。電荷洩放電路包括一個電荷洩放電阻R3或R4，第一電壓調整二極體Vl或V3，第二電壓調整二極體V2或V4，電荷洩放電阻R3或R4的一端與外部電感的輸入端相連，電荷洩放電阻R3或R4的另一端與第一電壓調整二極體Vl或V3的陽極相連；第一電壓調整二極體Vl或V3的陰極與第二電壓調整二極體V2或V4的陰極相連，第二電壓調整二極體V2或V4的陽極與外部電感的接地端相連。
[0040]如圖4所示為本發明多路選通器結構示意圖，多路選通器的功能是在同時接收到多路差動信號輸入的情況下，根據控制信號的變化，最多只能有一路差動信號出現在輸出端。通過使用多路選通器，將N個位置測量及功率控制電路輸出的交流電壓信號以分時的方式進行選通，使這些電壓信號按預定的時間順序依次出現在多路選通器的輸出端，並輸出給前置放大器。多路選通器的輸入信號和輸出信號均為差動模擬信號。
[0041]如圖5所示為本發明前置放大器結構示意圖，電路中對傳感器進行激磁的一般是交流電壓，測量電橋輸出的一般是幅值較小的差動交流信號。該信號經多路選通器選通後，需要由前置放大器進行放大，使其達到一定的幅度，同時轉換為對地的單端信號，以便於後級電路進行處理。由於前置放大器的信號是差動輸入，如果採用普通的運算放大器來實現，如只用一片，無法在正負兩個輸入端同時實現高阻抗輸入；如果用三片級連的方式來實現，在增加電路複雜性的同時，又很難將失調電壓控制在較小範圍。所以一般不採用普通運算放大器，而是用儀表放大器集成電路來實現前置放大器的功能。
[0042]相敏解調電路接收前置放大器輸出的交流電壓信號，並轉化為與所述交流電壓信號呈正比關係的直流電壓信號，將直流電壓信號輸出給限幅電路。一般通過相敏解調的方法來實現上述功能，即以激磁信號作為參考信號，與參考信號相位差為0°的輸入信號，輸出為按比例放大的正的直流信號；與參考信號相位差為180°的輸入信號，輸出為按比例放大的負的直流信號；與參考信號相位差為90°的輸入信號，相應的輸出信號為零；與參考信號的相位差為其它值的輸入信號，輸出信號與兩者相位差的餘弦值呈比例關係。由於從測量電橋輸出的有用信號通常與參考信號同相或反相，因此輸入信號經過解調器後，噪聲和雜波均被有效濾除。解調器一般以集成電路配以外圍無源元件來實現。
[0043]如圖6所示為本發明限幅電路結構示意圖，限幅電路接收相敏解調電路輸出的直流電壓信號，將直流電壓信號的幅值限制為要求的幅值。當輸入信號過高或者過低時，通過限幅電路後，輸出信號的幅值被限制在一定的範圍內。通過使用限幅電路，可以避免後級的微控制器電路輸入過高或過低的電壓，以防對其造成傷害。限幅電路一般採用開關二極體或電壓調整二極體來實現。使用開關二極體主要是利用其導通時正負壓降基本不變的特性，使用電壓調整二極體主要是利用其反向工作電壓基本不變的特性。但要避免選擇漏電流大的電壓調整二極體，以免影響後級模數轉換的精度。
[0044]如圖7所示為本發明微控制器結構示意圖，微控制器接收限幅電路輸出的直流電壓信號，對直流電壓信號進行計算處理，產生O伏和5伏電平的控制信號，將控制信號分別輸出給位置測量及功率控制電路中的N個電平轉換電路，實現控制功能。對微控制器的要求是具有較快的運算速度，並有足夠多的輸出口線以同時發送多路控制信號。
[0045]以上所述，僅為本發明最佳的【具體實施方式】，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
[0046]本發明說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員的公知技術。
【權利要求】
1.一種陀螺加速度計浮子對中監測系統，其特徵在於:包括磁懸浮測量電橋橋臂電阻調試用電路、直流電源及功率電源、溫控電路和溫控電路電源，其中直流電源及功率電源為磁懸浮測量電橋橋臂電阻調試用電路供電，溫控電路電源為溫控電路供電，溫控電路與外部加速度計連接，用來控制加速度計內部浮液的溫度在設定的範圍內，磁懸浮測量電橋橋臂電阻調試用電路也與外部加速度計連接，所述磁懸浮測量電橋橋臂電阻調試用電路包括N個位置測量及功率控制電路、多路選通器，前置放大器，相敏解調電路，限幅電路和微控制器，其中每個位置測量及功率控制電路包括位置測量電橋、電平轉換電路，功率三極體和電荷洩放電路，其中: 位置測量電橋:包括電阻R1、電阻R2、可調電阻R3和三組共六個繼電器開關Al、A2、B1、B2、C1、C2，其中電阻R1、繼電器開關Al、繼電器開關B1、繼電器開關Cl依次連接形成電橋的一路，電阻R2、可調電阻R3、繼電器開關A2、繼電器開關B2、繼電器開關C2依次連接形成電橋的另外一路，電橋的兩路並聯連接，繼電器開關B1、B2分別與功率三極體連接，繼電器開關Cl、C2分別與外部加速度計的電感連接，外部交流電壓信號分別輸入電橋的兩路，電橋兩路中的交流電壓信號隨外部電感的變化而變化，且所述電橋兩路中的交流電壓信號分別從繼電器開關Al、Cl之間，繼電器開關A2、C2之間輸出給多路選通器； 電平轉換電路:把微 控制器輸出的O伏和5伏電平控制信號轉換為-15V或+15V電壓控制信號，並輸出給功率三極體； 功率三極體:接收電平轉換電路輸出的電壓控制信號，產生控制電流輸出給外部電感； 電荷洩放電路:將位置測量電橋中產生的尖峰脈衝電壓消除，防止尖峰脈衝電壓對電路的不良影響； 多路選通器:將N個位置測量及功率控制電路輸出的交流電壓信號以分時的方式進行選通，使所述交流電壓信號按設定的時間順序依次從多路選通器的輸出端輸出給前置放大器； 前置放大器:接收多路選通器輸出的交流電壓信號，對所述交流電壓信號進行放大，並轉換為對地的單端信號輸出給相敏解調電路； 相敏解調電路:接收前置放大器輸出的交流電壓信號，並轉化為與所述交流電壓信號呈正比關係的直流電壓信號，將所述直流電壓信號輸出給限幅電路； 限幅電路:接收相敏解調電路輸出的直流電壓信號，將所述直流電壓信號的幅值限制為要求的幅值； 微控制器:接收限幅電路輸出的直流電壓信號，對所述直流電壓信號進行計算處理，產生O伏和5伏電平的控制信號，將所述控制信號分別輸出給位置測量及功率控制電路中的N個電平轉換電路； 其中N為正整數，且N≥1。
2.根據權利要求1所述的一種陀螺加速度計浮子對中監測系統，其特徵在於:所述電平轉換電路包括比較器晶片，微控制器輸出的加力控制信號輸入至比較器晶片的一個輸入端，+2.5V的固定電平輸入至比較器晶片的另一個輸入端；當加力控制信號為高電平+5V時，比較器晶片輸出+15V，當加力控制信號為低電平OV時，比較器晶片輸出為-15V ；比較器晶片輸出的電平信號經電阻Rll後與功率三極體的基極相連，功率三極體的發射極與外部電感的輸入端相連；功率三極體的集電極通過限流電阻R12與-5V電壓相連。
3.根據權利要求1所述的一種陀螺加速度計浮子對中監測系統，其特徵在於:所述電荷洩放電路包括一個電荷洩放電阻R3或R4，第一電壓調整二極體Vl或V3，第二電壓調整二極體V2或V4，電荷洩放電阻R3或R4的一端與外部電感的輸入端相連，電荷洩放電阻R3或R4的另一端與第一電壓調整二極體Vl或V3的陽極相連；第一電壓調整二極體Vl或V3的陰極與第二電壓調整二極體V2或V4的陰極相連，第二電壓調整二極體V2或V4的陽極與外部電感的接 地端相連。
【文檔編號】G01P21/00GK103913597SQ201410119912
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月27日 優先權日:2014年3月27日
【發明者】李慶溥, 章麗蕾, 孫鵬飛, 嚴小軍, 梁燕, 趙曉萍 申請人:北京航天控制儀器研究所