专利名称：一种激光陀螺数字机抖控制电路的制作方法
技术领域：
本实用新型属于机抖激光陀螺仪电路，具体涉及一种数字化机抖控制电路。
背景技术：
机抖激光陀螺的典型特点是依靠抖动削弱锁区影响，陀螺本体抖动频率和幅度的稳定性直接影响到陀螺的精度。如附图1所示，激光陀螺数字机抖控制电路一般包括，用于接收外部信号的机抖反馈信号检测电路，用于接收机抖反馈信号检测电路输出信号的机抖幅值检测电路和机抖鉴相电路，用于接收机抖幅值检测电路和机抖鉴相电路输出信号的控制�？椋糜诟衾朐硬ǖ母衾氲缏泛筒藕诺幕肚缏�。该电路的缺点在于由于传统技术中采用脉冲式驱动方式，因此驱动力矩变化剧烈，影响激光陀螺的精度。
发明内容本实用新型针对现有技术的缺陷，提供一种驱动力矩变化平滑的激光陀螺数字机抖控制电路。本实用新型是这样实现的一种激光陀螺数字机抖控制电路，其特征在于包括用于接收外部信号的机抖反馈信号检测电路；用于接收机抖反馈信号检测电路输出信号的机抖幅值检测电路和机抖鉴相电路，该机抖幅值检测电路用于进行幅值检测，该机抖鉴相电路用于鉴相；用于接收机抖幅值检测电路和机抖鉴相电路输出信号的控制�？椋每刂颇？樽酆匣斗导觳獾缏泛突都嗟缏返氖涑鲂藕藕蟛肚藕牛挥糜诮邮湛刂颇？榈男藕挪⒏衾朐硬ǖ母衾氲缏罚挥糜诮邮崭衾氲缏凡那藕挪⑾蛲獠可璞甘涑銮藕诺幕肚缏�。如上所述的一种激光陀螺数字机抖控制电路，其中，所述的机抖反馈信号检测电路用于检测激光陀螺中机抖反馈装置输出的陀螺机抖反馈信号，将陀螺机抖反馈信号经过放大后，输送到后级的机抖幅值检测电路和机抖鉴相电路进行处理。如上所述的一种激光陀螺数字机抖控制电路，其中，所述的机抖幅值检测电路用来检测陀螺机抖反馈信号的幅度，其输入信号是由机抖反馈信号检测电路输出的，经过放大之后的电压信号，机抖幅值检测电路检测出该信号的有效值，并送入控制�？橹械腁/D 转换�？榻胁裳刂颇？橹械闹骺匦酒莶裳玫降姆蠢⌒藕庞行е狄约盎斗鹊纳瓒ㄖ导扑闶涑黾だ藕诺目矶龋迪侄曰斗鹊木房刂�。如上所述的一种激光陀螺数字机抖控制电路，其中，所述的机抖幅值检测电路包括W4为运算放大器，其负输入端通过电阻R73接收来自机抖反馈信号检测电路的输出信号，其正输入端与地连接，其正负输入电源分别与正负15V电源连接，其输出端与隔直电容 ClO连接，与运算放大器N14并联的电路为电阻R108*，电阻R108*的两端分别与运算放大器附4的负输入端和输出端连接，隔直电容ClO的另一端通过电阻R74与芯片N16的引脚 INl连接，所述的芯片N16是正弦信号有效值检测芯片，选用的是凌特公司的LTC1966芯片，芯片N16的引脚GND、IN2和VSS均与地连接，芯片N16的引脚VDD与电源连接，芯片N16的引脚ENABLE和OUT RTN均与地连接，芯片N16的引脚Vout作为整个机抖幅值检测电路的输出，另外芯片附6的引脚Vout还通过电容C7与地连接，该电路中电阻R73和R108*与附4 一起构成反相放大器，来自机抖反馈信号检测电路的机抖反馈信号(JDH0经由N14反相放大后，经过隔直电容ClO与电阻R74送入有效值检测芯片附6，N16计算后的正弦信号的有效值经由N16芯片的Vout脚输出至控制�？椤Ｈ缟纤龅囊恢旨す馔勇菔只犊刂频缏罚渲校龅幕都嗟缏返墓δ苁歉莼斗蠢⌒藕偶觳獾缏肥涑龅幕斗蠢⌒藕牛觳饣斗蠢⌒藕诺墓愕悖又刑崛〕鐾勇莼兜男痴衿德屎屯勇莼兜南辔恍藕牛崛〕龅南辔恍藕潘透刂颇？榈闹骺匦酒魑骺匦酒新呒谢坏囊谰荩员Ｖぶ骺匦酒涑龅幕都だ藕牌德视胪勇荻抖构逃械男痴衿德室恢隆Ｈ缟纤龅囊恢旨す馔勇菔只犊刂频缏罚渲校龅幕都嗟缏钒ǖ缪贡冉掀鱩5，来自机抖反馈信号检测电路的机抖反馈信号经过电阻R75进入电压比较器 N15的负信号输入端，电压比较器附5的正负电源输入端分别与正负15伏电源连接，电压比较器附5的地端与地连接，电压比较器附5的正输入端通过电阻R76与地连接，同时电压比较器附5的正输入端还依次通过电阻R77、电容C9、电阻R78与电源连接，电压比较器附5的输出端与电容C9和电阻R78的连接端连接，同时电压比较器N15的输出端还通过非门DlO 作为机抖鉴相电路的输出信号，非门DlO的输出端还通过电阻R79与电源D3V3连接，非门 DlO的输出信号为OC(集电极开路)输出，该OC输出通过电阻R79与电源D3V3转换为数字信号，该转换过程是本领域技术人员可以实现的，连接该电路中电阻R76，R77，R78与W5 一起构成迟滞比较器，机抖反馈信号(JDH0经过迟滞比较器之后，比较器输出与JDH(同相位的方波信号并输出至控制模块。如上所述的一种激光陀螺数字机抖控制电路，其中，所述的隔离电路与机抖驱动电路6包括下述电路D9为数字隔离芯片，选用的是AD公司的ADUM1400芯片，N17为PWM 驱动芯片，选用的是MICROELECTRONIC公司的L6201芯片，控制�？槭涑龅腟PWM驱动信号 JDDRVO, JDDRVl经过数字隔离芯片D9隔离后，输出至PWM驱动芯片附7，PWM驱动芯片附7 根据控制�？槭涑龅腜WM驱动信号的相位和脉宽，输出相应的机抖驱动信号。本实用新型的效果是采用基于正弦波PWM(SPWM)的驱动方式，采用与正弦波等效的一系列不等宽的矩形脉冲电压来驱动激光陀螺按照其谐振频率进行抖动，等效的原则是每块区间的正弦波面积和矩形脉冲波形面积相等。并可根据需要添加各种噪声，实现削弱激光陀螺的动态锁区的目的，电路简单，可靠，控制流程清晰，驱动力矩变化平滑。
图1是传统技术中的激光陀螺数字机抖电路原理框图；图2是本实用新型提供的机抖幅值检测电路的电路图；图3是本实用新型提供的机抖鉴相电路的电路图；图4是本实用新型提供的隔离电路与机抖驱动电路的电路图。图中1.机抖反馈信号检测电路、2.机抖幅值检测电路、3.机抖鉴相电路、4.控制�？�、5.隔离电路、6.机抖驱动电路。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。如图1所示的本实用新型提供的激光陀螺数字机抖电路包括用于接收外部信号的机抖反馈信号检测电路1 ；用于接收机抖反馈信号检测电路1输出信号的机抖幅值检测电路2和机抖鉴相电路3，该机抖幅值检测电路2用于进行幅值检测，该机抖鉴相电路3用于鉴相；用于接收机抖幅值检测电路2和机抖鉴相电路3输出信号的控制�？�4，该控制�？�4综合机抖幅值检测电路2和机抖鉴相电路3的输出信号后产生机抖驱动信号；用于接收控制�？�4的信号并隔离杂波的隔离电路5 ；用于接收隔离电路5产生的驱动信号并向外部设备输出驱动信号的机抖驱动电路6。所述的机抖反馈信号检测电路1用于检测激光陀螺中机抖反馈装置输出的陀螺机抖反馈信号，将陀螺机抖反馈信号经过放大后，输送到后级的机抖幅值检测电路2和机抖鉴相电路3进行处理。机抖幅值检测电路2用来检测陀螺机抖反馈信号的幅度，其输入信号是由机抖反馈信号检测电路输出的，经过放大之后的电压信号，机抖幅值检测电路2检测出该信号的有效值，并送入控制�？�4中的A/D转换模块进行采样，控制�？�4中的主控芯片根据采样得到的反馈信号有效值以及机抖幅度的设定值计算输出激励信号的宽度，实现对机抖幅度的精确控制。图2是本实用新型提供的机抖幅值检测电路2的电路图。图中，N14为运算放大器，其负输入端通过电阻R73接收来自机抖反馈信号检测电路1的输出信号，其正输入端与地连接，其正负输入电源分别与正负15V电源连接，其输出端与隔直电容ClO连接。与运算放大器附4并联的电路为电阻R108*，电阻R108*的两端分别与运算放大器附4的负输入端和输出端连接。隔直电容Cio的另一端通过电阻R74与芯片me的引脚mi连接。所述的芯片N16是正弦信号有效值检测芯片，选用的是凌特公司的LTC1966芯片。芯片N16的引脚GND、IN2和VSS均与地连接，芯片N16的引脚VDD与电源连接，芯片N16的引脚ENABLE 和OUT RTN均与地连接，芯片N16的引脚Vout作为整个机抖幅值检测电路2的输出，另外芯片N16的引脚Vout还通过电容C7与地连接。该电路中电阻R73和R108*与N14 —起构成反相放大器，来自机抖反馈信号检测电路1的机抖反馈信号(JDH0经由N14反相放大后， 经过隔直电容ClO与电阻R74送入有效值检测芯片N16，N16计算后的正弦信号的有效值经由N16芯片的Vout脚输出至控制�？�4。机抖鉴相电路3的功能是根据机抖反馈信号检测电路1输出的机抖反馈信号，检测机抖反馈信号的过零点，从中提取出陀螺机抖的谐振频率和陀螺机抖的相位信号，提取出的相位信号送给控制�？�4的主控芯片，作为主控芯片进行逻辑切换的依据，以保证主控芯片输出的机抖激励信号频率与陀螺抖动机构固有的谐振频率一致。图3是本实用新型提供的机抖鉴相电路3的电路图。图中，N15为电压比较器，选择的是国家半导体公司的LMlll芯片型号产品。来自机抖反馈信号检测电路1的机抖反馈信号(JDH0经过电阻R75进入电压比较器附5的负信号输入端，电压比较器N15的正负电源输入端分别与正负15伏电源连接，电压比较器W5的地端与地连接，电压比较器W5的正输入端通过电阻R76与地连接，同时电压比较器附5的正输入端还依次通过电阻R77、电容C9、电阻R78与电源连接。电压比较器附5的输出端与电容C9和电阻R78的连接端连接，同时电压比较器W5的输出端还通过非门DlO作为机抖鉴相电路3的输出信号。非门 DlO的输出端还通过电阻R79与电源D3V3连接。非门DlO的输出信号为OC(集电极开路) 输出，该OC输出通过电阻R79与电源D3V3转换为数字信号，该转换过程是本领域技术人员可以实现的。连接该电路中电阻R76，R77，R78与N15 —起构成迟滞比较器，机抖反馈信号 (JDFK)经过迟滞比较器之后，比较器输出与JDH(同相位的方波信号并输出至控制�？�4。 所述的DlO选用的是TI公司的SNJM06芯片。控制�？�4是整个机抖控制电路的重要环节，它的主要功能是提供陀螺机械抖动启动的初始驱动信号；根据机抖反馈信号的频率和相位，提供与陀螺谐振频率同频，与陀螺实际抖动同相的陀螺机抖激励信号；根据机抖反馈信号的有效值，调整机抖驱动控制信号，从而实现控制陀螺机抖幅值的功能；产生随机噪声，实现对陀螺机抖的噪声注入。控制�？榘ㄖ骺匦酒屯馕Ю┱剐酒δ苌嫌善舳ピ�、幅度控制单元、相位控制单元、噪声注入单元、SPWM(正弦脉宽调制)激励单元共五个主要单元构成。其中，相位控制单元和SPWM激励单元利用主控芯片的事件管理器实现，也可利用主控芯片的外部中断和通用I/O 口配合实现，通过EVA (事件管理器)的捕获单元或外部中断获取陀螺机抖的相位信号，通过EVA的PWM(脉宽调制)输出引脚或者芯片的通用I/O输出SPWM驱动信号，激励后续的机抖驱动电路工作。该电路通过现有技术实现。隔离电路5将控制�？橛牖肚缏废喔衾耄苊饣肚缏分械那康缌鞫钥刂葡低车母扇拧；肚缏�6将控制�？槭涑龅幕都だ藕欧糯蟪上嘤Φ幕肚藕牛す馔勇萁谢刀抖�。图4是本实用新型提供的隔离电路5与机抖驱动电路6的电路图。图中，D9 为数字隔离芯片，选用的是AD公司的ADUM1400芯片，N17为PWM驱动芯片，选用的是 MICROELECTRONIC公司的L6201芯片。控制�？�4输出的SPWM驱动信号JDDRVO、JDDRVl经过数字隔离芯片D9隔离后，输出至PWM驱动芯片m7，PWM驱动芯片N17根据控制�？槭涑龅腜WM驱动信号的相位和脉宽，输出相应的机抖驱动信号。
权利要求1.一种激光陀螺数字机抖控制电路，其特征在于包括用于接收外部信号的机抖反馈信号检测电路(1)；用于接收机抖反馈信号检测电路(1)输出信号的机抖幅值检测电路O) 和机抖鉴相电路(3)，该机抖幅值检测电路( 用于进行幅值检测，该机抖鉴相电路(3)用于鉴相；用于接收机抖幅值检测电路( 和机抖鉴相电路C3)输出信号的控制�？椋每刂颇？�(4)综合机抖幅值检测电路( 和机抖鉴相电路(3)的输出信号后产生机抖驱动信号；用于接收控制�？�(4)的信号并隔离杂波的隔离电路(5)；用于接收隔离电路(5)产生的驱动信号并向外部设备输出驱动信号的机抖驱动电路(6)。
2.如权利要求1所述的一种激光陀螺数字机抖控制电路，其特征在于所述的机抖反馈信号检测电路(1)用于检测激光陀螺中机抖反馈装置输出的陀螺机抖反馈信号，将陀螺机抖反馈信号经过放大后，输送到后级的机抖幅值检测电路( 和机抖鉴相电路C3)进行处理。
3.如权利要求2所述的一种激光陀螺数字机抖控制电路，其特征在于所述的机抖幅值检测电路(2)用来检测陀螺机抖反馈信号的幅度，其输入信号是由机抖反馈信号检测电路输出的，经过放大之后的电压信号，机抖幅值检测电路⑵检测出该信号的有效值，并送入控制�？�(4)中的A/D转换�？榻胁裳刂颇？橹械闹骺匦酒莶裳玫降姆蠢⌒藕庞行е狄约盎斗鹊纳瓒ㄖ导扑闶涑黾だ藕诺目矶龋迪侄曰斗鹊木房刂�。
4.如权利要求3所述的一种激光陀螺数字机抖控制电路，其特征在于所述的机抖幅值检测电路( 包括N14为运算放大器，其负输入端通过电阻R73接收来自机抖反馈信号检测电路(1)的输出信号，其正输入端与地连接，其正负输入电源分别与正负15V电源连接，其输出端与隔直电容ClO连接，与运算放大器W4并联的电路为电阻R108*，电阻R108* 的两端分别与运算放大器附4的负输入端和输出端连接，隔直电容ClO的另一端通过电阻 R74与芯片me的引脚mi连接，所述的芯片Nie是正弦信号有效值检测芯片，选用的是凌特公司的LTC1966芯片，芯片N16的引脚GND、IN2和VSS均与地连接，芯片N16的引脚VDD 与电源连接，芯片N16的引脚ENABLE和OUT RTN均与地连接，芯片N16的引脚Vout作为整个机抖幅值检测电路⑵的输出，另外芯片N16的引脚Vout还通过电容C7与地连接，该电路中电阻R73和R108*与N14 —起构成反相放大器，来自机抖反馈信号检测电路(1)的机抖反馈信号(JDH0经由N14反相放大后，经过隔直电容ClO与电阻R74送入有效值检测芯片附6，N16计算后的正弦信号的有效值经由N16芯片的Vout脚输出至控制�？�(4)。
5.如权利要求4所述的一种激光陀螺数字机抖控制电路，其特征在于所述的机抖鉴相电路(3)的功能是根据机抖反馈信号检测电路(1)输出的机抖反馈信号，检测机抖反馈信号的过零点，从中提取出陀螺机抖的谐振频率和陀螺机抖的相位信号，提取出的相位信号送给控制�？�0)的主控芯片，作为主控芯片进行逻辑切换的依据，以保证主控芯片输出的机抖激励信号频率与陀螺抖动机构固有的谐振频率一致。
6.如权利要求5所述的一种激光陀螺数字机抖控制电路，其特征在于所述的机抖鉴相电路(3)包括电压比较器m5，来自机抖反馈信号检测电路(1)的机抖反馈信号经过电阻 R75进入电压比较器附5的负信号输入端，电压比较器附5的正负电源输入端分别与正负 15伏电源连接，电压比较器附5的地端与地连接，电压比较器附5的正输入端通过电阻R76 与地连接，同时电压比较器附5的正输入端还依次通过电阻R77、电容C9、电阻R78与电源连接，电压比较器N15的输出端与电容C9和电阻R78的连接端连接，同时电压比较器N15的输出端还通过非门DlO作为机抖鉴相电路(3)的输出信号，非门DlO的输出端还通过电阻 R79与电源D3V3连接，非门DlO的输出信号为OC集电极开路输出，该OC输出通过电阻R79 与电源D3V3转换为数字信号，该转换过程是本领域技术人员可以实现的，连接该电路中电阻R76，R77，R78与N15 —起构成迟滞比较器，机抖反馈信号(JDH()经过迟滞比较器之后， 比较器输出与JDH(同相位的方波信号并输出至控制�？�(4)。
7.如权利要求6所述的一种激光陀螺数字机抖控制电路，其特征在于所述的隔离电路(5)与机抖驱动电路6包括下述电路D9为数字隔离芯片，选用的是AD公司的ADUM1400 芯片，N17为PWM驱动芯片，选用的是MICROELECTRONIC公司的L6201芯片，控制模块输出的SPWM驱动信号JDDRVO、JDDRVl经过数字隔离芯片D9隔离后，输出至PWM驱动芯片 m7，PWM驱动芯片N17根据控制�？槭涑龅腜WM驱动信号的相位和脉宽，输出相应的机抖驱动信号。
专利摘要本实用新型属于机抖激光陀螺仪电路，具体涉及一种数字化机抖控制电路。它包括用于接收外部信号的机抖反馈信号检测电路；用于接收机抖反馈信号检测电路输出信号的机抖幅值检测电路和机抖鉴相电路，该机抖幅值检测电路用于进行幅值检测，该机抖鉴相电路用于鉴相；用于接收机抖幅值检测电路和机抖鉴相电路输出信号的控制�？椋每刂颇？樽酆匣斗导觳獾缏泛突都嗟缏返氖涑鲂藕藕蟛肚藕牛挥糜诮邮湛刂颇？榈男藕挪⒏衾朐硬ǖ母衾氲缏罚挥糜诮邮崭衾氲缏凡那藕挪⑾蛲獠可璞甘涑銮藕诺幕肚缏�。本实用新型的效果是电路简单，可靠，控制流程清晰，驱动力矩变化平滑。
文档编号G01C19/66GK202229762SQ201120231660
公开日2012年5月23日 申请日期2011年7月4日 优先权日2011年7月4日
发明者孙宏超, 罗延明, 邱宏波, 郑毅, 马文宏 申请人:北京自动化控制设备研究所
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