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贴片电容代理基于差动的电容检测方法

作者: 发布时间:2021-06-27 10:23:15点击:97

贴片电容代理惯性导航系统是一种不依赖于任何外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统,通过测量载体的加速度和旋转来判断其方位和海拔…。而加速度计是用于敏感、测量运动载体在惯性空间的线加速度,是惯性导航设备中最重要的元件之一,其测量精度直接影响到整个系统的精度|2 J。石英挠性加速度计是一种典型的电容式加速度计在加速度作用下,加速度计中可动的检测质量块受到惯性力或力矩的作用而发生相对运动,摆片摆动从而产生一定的相对线位移或角位移,并使得差动电容发生变化卜。

差动电容检测电路将电容差转换为电信号,然后输出到后面的信号处理电路。目前比较成熟的电容检测电路主要可以分为开关型和调制解调型两种。基于惯性导航系统对传感器精度越来越高的要求|5 J,开关型的检测电路因为开关噪声对于精度较大的影响,所以局限性很大。而调制解调型是将低频的加速度产生信号调制成高频交流信号,经过交流放大后解调还原成低频的加速度信号。其中双路载波电容检测电路的结构相对比较简单,由于前置放大电路为单路放大,这样就避免了因为运算放大器等有源器件的不匹配可能引入的误差,但要产生两路幅值严格相等,且相位相差2订的两个驱动载波比较困难旧。

贴片电容代理单路载波调制电路的结构由于采用了高频调制,因此可以有效地消除1f噪声的影响,而采用高共模抑制比的仪表放大器可以有效抑制共模噪声的影响。单载波电容桥型调制检测电路同时包含了以上两种调制解调型电路的优点,它只需要一路载波,结构相对简单,而且对差分电容的温度系数有一定的抑制能力,还能够有效抑制电路中寄生电容的影响。同时不需要产生幅值相位要求较高的两路驱动载波。因为结构的相对简单,在设计方面还可以将检测环节的固定电容集成到表头内部,以降低外部热、电磁等环境对检测电路造成的影响,提高测量精度。本文利用单载波电容桥型调制检测电路的方法模型,在石英挠性加速度计的表头构建电容桥结构,检测加速度计表头内的差动电容变化,同时基于数字闭环的设计要求,分析选择适合的调制波形并利用数字电路产生该调制波,并且设计了后续的信号处理电路,经过仿真分析和实验验证实现了设汁目标。

贴片电容代理调制波形的选择数字闭环石英挠性加速度计原理数字闭环石英挠性加速度系统的工作框图。其中硬件系统电路是整个加速度检测系统重要的基础"1,主要负责电信号的传递和处理,最终得出可以直接输出到导航计算机的信息。本系统中,调制信号的产生和数字信号的处理都由一块FPGA芯片实现。数字电路模块产生所需的调制信号伸J,经过D/A转换器LTCl668量化保持后,输出模拟波形作用在表头的差动电容传感器的可动极板上,并将加速度引起的低频缓变信号调制到高频载波信号的幅值上。确定载波信号要从3个方面进行考虑,即载波波形、载波频率、载波幅值。调制波形的选择对于单载波电容检测,常用的载波信号有正弦波、方波和三角波等旧。


贴片电容代理从产生的难易程度和对信号的处理方便程度上来说,采用的多的还是正弦波和方波这两种调制波形。从频率成分上分析,正弦波的频率成分单一,可通过带通滤波器降低噪声,而方波的频率成分比较复杂,含基频和各次谐波分量较多,但从实现难易程度上说,高频正弦波的产生比较复杂,方波的相位调整不方便,但产生的方式简单。

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