一种用于大量程石英挠性加速度计伺服电路的制作方法

1.本发明涉及加速度传感器技术领域，具体来说，属于石英挠性加速度传感器领域，更进一步来说，涉及一种用于大量程石英挠性加速度计伺服电路。


背景技术：

2.目前的石英挠性加速度计主要由伺服电路部分和机械表头部分组成，如图1所示。其中机械表头部分由力矩器、石英摆片、差动电容组成。而石英挠性加速度计伺服电路主要由三角波发生器、差动电容检测器、电流积分器、前级放大器、跨导补偿放大器组成。当机械表头有加速度时，内部石英摆片由于惯性原因，偏离平衡位置，内部产生一个与加速度相关的差动电容。石英挠性加速度计伺服电路将输入的差动电容转换为大小与之对应的电流信号，经后续的电流积分电路转变成电压信号，并经过前置放大器进行放大，再通过跨导补偿放大器将电压转换成直流电流输出，最后反馈到力矩线圈中，产生的电磁力矩将石英挠性摆片拉回到无加速度时的平衡位置，反馈电流在采样电阻的电压的大小就反映了加速度的值。
3.当机械表头感应到一个较大的加速度时，内部会产生一个较大的差动电容，该差动电容经伺服电路积分和前级放大后，输出电压达到最大摆幅时将不会再随着加速度的增大而继续增大，导致加速计测量出现较大误差。
4.目前石英挠性加速度计量程主要集中在
±
30～
±
50g之间，只能满足中小量程加速度检测的使用，无法满足实际应用中对大量程加速度检测的需求。随着石英挠性加速度计在舰船、军用飞机、导弹、民用航空、大桥和高楼的测斜、钻井测量等领域大量使用，对石英加速度计量程提出了更高的要求。尤其在惯性导航系统和钻进测量领域。
5.为此，特提出本发明。


技术实现要素：

6.本发明的目的是：解决现有石英挠性加速度计当加速度增大到一定程度时，伺服电路输出电压达到最大摆幅时将不会再随着加速度的增大而继续增大，加速计测量出现较大误差，导致加速度计量程较小的问题。
7.本发明的技术构思是：在原有加速度计伺服电路中，采用缓冲技术及双电源技术扩大伺服电路输出电压的最大摆幅，从而大幅度提升加速度计的量程。
8.为此，本发明提供一种用于大量程石英挠性加速度计伺服电路，如图2所示。所述伺服电路包括:波形发生器、差动电容检测器、电流积分器、前置放大器、跨导补偿放大器、缓冲器、正端稳压器、负端稳压器、正电源保护器、负电源保护器；
9.所述波形发生器与所述差动电容检测器连接，为所述的差动电容检测器提供交流电压信号；
10.所述差动电容检测器与所述电流积分器连接，为所述电流积分器提供直流电流信号；
11.所述电流积分器与所述前置放大器连接，为所述前置放大器提供直流电压信号；
12.所述前置放大器与所述跨导补偿放大器连接，为所述跨导放大器提供电压信号；
13.所述缓冲器与所述跨导补偿放大器连接，输出电流信号；
14.所述正端稳压器分别与所述波形发生器、所述差动电容检测器、所述电流积分器、所述前置放大器连接，提供正电源；
15.所述负端稳压器分别与所述波形发生器、所述差动电容检测器、所述电流积分器、所述前置放大器连接，提供负电源；
16.所述正电源保护器与所述正端稳压器连接，为所述正端稳压器提供电源保护；
17.所述负电源保护器与所述负端稳压器连接，为所述负端稳压器提供电源保护；
18.所述每个元器件均采用现行半导体集成电路工艺可进行集成，整个伺服电路采用多芯片混合集成电路技术方案实现。
19.所述大量程石英加速度计伺服电路的工作原理为：波形发生器产生一个三角波电压信号，提供给差动电容检测器，差动电容检测器将检测到的差动电容变化量转换成直流电流信号，并提供给电流积分器，电流积分器将输入直流电流信号转变成直流电压信号，该信号通过前置放大器进行放大，提供给跨导补偿放大器，跨导补偿放大器对系统的频率进行补偿，并将电压信号变换成输出电流，该输出电流通过缓冲器进行缓冲扩流并最终输出，该电流的大小与输入加速度成正比，实现对被检测物体加速度大小变化的检测。
20.与现有技术相比，本发明优点在于：
21.通过石英挠性加速度计伺服电路内部补偿、扩压和扩流设计，产生一个可靠、稳定的输出大电流，大大的提高了电路的输出电流能力，能有效地驱动大量程石英挠性加速度计，实现对大加速度的检测。
22.本发明广泛应用于对加速度大量程有要求的场合。
附图说明
23.图1为现有石英加速度计原理框图示意图。
24.图2为本发明伺服电路原理框图示意图。
25.图3为本发明伺服电路整体电路结构示意图。
26.图中：u1为三角波波形发生单元电路，u2为差动电容检测单元电路，u3为电流积分单元电路，u4为前置放大单元电路，u5为跨导补偿放大单元电路，u6为功率运算放大器，u7为三端固定输出正电源稳压单元电路，u8为三端固定输出负电源稳压单元电路，t1为恒流源电路；
27.q1为npn三级管；q2为pnp三极管；
28.d1、d2为整流二极管，d3、d4为高速开关二极管；
29.r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10、r11、r12、r13为固定电阻；
30.c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8、c9、c10、c11为固定电容；
31.ca、cb为负载电容端；
32.vcc为正电源端，vee为负电源端。
具体实施方式
33.如图3所示，本发明所述大量程石英加速度计伺服电路的具体实施例如下：
34.波形发生单元电路u1、r1、c1组成一个幅度和频率均可调的三角波发生器，产生一个三角波电压信号，提供给差动电容检测单元电路u2，差动电容检测单元电路u2将检测到的差动电容转换成直流电流信号，电流积分单元电路u3、r2、c2、c3组成一个电流积分器，将差动电容检测单元电路u2检测到的微小电流信号积分变换成电压信号，其中c2用于电路频率补偿用，前置放大单元电路u4、c4、c5、d3、d4、t1、和跨导补偿放大单元电路u5组成一个两级放大电路，将电流积分单元电路u3输出的微小电压信号进行放大，r3、r4、r5、r6、r7、c6、c7组成的反馈网络，对系统的频率进行补偿，使系统满足设定的静态、动态指标。稳压单元电路u7、c8、c9组成一个正电源稳压电路，产生一个稳定的正电源，为波形发生单元电路u1、差动电容检测单元电路u2、电流积分单元电路u3、前置放大单元电路u4提供正电源，其中c8、c9主要对电源进行滤波。稳压单元电路u8、c10、c11组成一个负电源稳压电路，产生一个稳定的负电源，为波形发生单元电路u1、差动电容检测单元电路u2、电流积分单元电路u3、前置放大单元电路u4提供负电源，其中c10、c11主要对电源进行滤波。d1、d2对整个电路的电源端进行保护，防止电流倒灌和电源反接对电路的影响。q1、q2、r8、r9、r10、r11组成的扩压电路，使跨导补偿放大单元电路u5的输出摆幅变大，缓冲单元电路u6、r12、r13组成一个缓冲扩流电路，对跨导补偿放大单元电路u5的输出电流进行扩流并输出，该电流信号与加速度计中的加速度大小成正比关系，最终实现对加速度变化的检测。
35.所述波形发生单元电路u1为三角波发生器。
36.所述差动电容检测单元电路u2为高精度差动电容检测器。
37.所述电流积分单元电路u3为低失调电流积分器。
38.所述前置放大单元电路u4为补偿运算放大器。
39.所述跨导补偿放大单元电路u5为高输出阻抗运算放大器。
40.所述运算放大单元电路u6为功率运算放大器。
41.所述稳压单元电路u7为三端固定输出正电源稳压单元电路。
42.所述稳压单元电路u8为三端固定输出负电源稳压单元电路。
43.所述固定电阻r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10、r11、r12、r13为金属膜电阻。
44.所述固定电容c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8、c9、c10、c11为无机陶瓷介质电容。
45.所述三级管q1为高压npn三级管。
46.所述三级管q2为高压pnp三级管。
47.所述二极管d1、d2为整流二极管。
48.所述二极管d3、d4为高速开关二极管。
49.r1＝3kω，r2＝28kω，r3＝10kω，r4＝10kω，r5＝4kω，r6＝15kω，r7＝15kω，r8＝100ω，r9＝10kω，r10＝10kω；r11＝100ω；r12＝10kω；r13＝200ω；c1＝75pf，c2＝47pf，c3＝680pf，c4＝68pf，c5＝1nf，c6＝0.22μf，c7＝0.22μf，c8＝c9＝c10＝c11＝0.1μf。
50.以上内容是结合最佳实施方案对本发明说做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只限于这些说明。本领域的技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求书限定的情况下，可以在细节上进行各种修改，都应当视为属于本发明的保护范围。