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贴片电容代理电路前端是差动电容调制部分

作者: 发布时间:2021-06-27 10:49:03点击:172

 贴片电容代理电路前端是差动电容调制部分,后面紧接着的是一个仪表放大器。放大器将两路调制好的信号进行差分放大,然后在后面的放大器中进一步放大后输出可检测的信号。由电路示意图可以看出,在表头的两个固定极板上分别引出一路信号,而可动极板上加载调制信号,两路信号从表头输出后经过一个简单电压跟随器稳定电压波形,然后通过差分放大器对两路信号差分放大,由于该信号还是十分微小。在经过最后的放大器进行进一步放大,最后输出幅值和加速度相关的方波信号。3差动电容检测部分的仿真通过加速度计表头内石英摆片动极板的面积和表头结构的参数,计算得到当表头内的摆片处于平衡位置时,电容值c0约为25.96 pF,同时,通过对表头的动态特性分析,理论计算得到,当加速度变化1嵋。电容的变化应该为1.8fF。电容值基于c0变化,设定电容变化为1.8fF,进行仿真检验。整体的设计方案利用软件Muhisim搭建电路后进行仿真验证。将加速度计表头中石英摆片处于平衡条件下的差动电容值记作25.96pF。


 贴片电容代理的电容假设摆片向上摆动,引起的电容变化设为1.8fF,设置完成后,按照设计方案搭建检测电路的各模块。利用软件中的信号发生器,发送频率为100 kHz,幅值为10V的方波信号。此时设置的电容差为1.8 fF,并在输出端口利用示波器观测最终输出的信号波形。从仿真结果可以得到最终输出的波形,仿真输出信号的幅值为1.136 mV,两个变化的电容值在加速度计平衡的条件下为:C1=25.961 8pF,c2---25.96pF,对应的电容变化量经过理论分析计算,可以得到理论的输出应该为1.127 mV,近似相等,仿真结果和理论分析一致。之后进行重复测试得出实验数据,并对实验数据进行分析发现,该电路的输出稳定,能够有效检测fF量级的电容值。

 贴片电容代理硬件电路的实现和测试将硬件电路通过分立板的形式集成到整个数字闭环加速度计样机系统之上进行实验测试。因为单独对设计的差动电容检测电路进行实验测试在实验室条件下很难进行,原因在于准确产生l腰量级的电容值在实验室条件下并不容易,因此不能够像仿真软件那样进行的验证。考虑到该电路设计目的是应用于数字闭环石英挠性加速度计中,因此,通过对整个闭环系统的测试结果来反映差动电容检测电路的实用性。对样机进行翻滚实验,具体操作为,给整个样机系统上电之后,利用分度头将加速度计的表头固定,垂直于水平面,感应加速度计本身的重力加速度,并将该值定义为19。由数字闭环的特点,可以直接利用导航计算机采集样机的输出数据,设定采集数据的时间间隔为1 ms,并在中间某一时刻将加速度翻转180。

 此时同样加速度的大小没有变化,但方向相反。停留一段时间再翻转至水平位置,此时加速度计处于水平位置,加速度值为0。最后将加速度计翻转至最初位置,完成实验。


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