加速度计的伺服回路及加速度计

本申请涉及电子器件领域，具体而言，涉及一种加速度计的伺服回路及加速度计。

背景技术：

1、加速度计是实现载体角速率测量的核心关键部件。在隧道挖掘、矿山开采、智慧交通、国防装备和航空航天等领域，载体(钻探机构、车辆、无人机、人员、制导弹药等)运动过程中存在长时、高速、高过载等恶劣环境条件，迫切需要一种抗高过载、高精度、有效适应恶劣环境、长期免标定的加速度计。

2、现有的加速度计主要分为液浮摆式加速度计、振弦式加速度计、振动惯性加速度计、振梁式加速度计、微机械加速度计、石英挠性加速度计等类型。其中石英挠性加速度计是基于伺服闭环力矩平衡原理，具有更优秀的测量精度、线性度、长期稳定性和动态特性，深受国内外研究结构和学者的重视。其不仅应用于惯性导航和制导等领域，还广泛应用于低频振动校准、主动负刚度隔振、微重力生命研究和微重力物理研究等领域。

3、但是，受石英晶体自身材料限制，目前批产的石英挠性加速度计分辨率最高为1μg，很难再继续提高，且其抗过载能力较低。对于重力测量和重力梯度测量等微小加速度信号测量、高过载制导炮弹等领域，传统石英挠性加速度计已难以实现。因此，亟需开展相关替代产品或性能提升关键技术研究，为实现高精度惯性导航与制导提供技术支撑。

4、随着材料科学和电子信息技术发展，蓝宝石晶体以其优异的材料特性成为替代石英晶体的首选材料。国内外已有蓝宝石晶体为基础的加速度计和挠性加速度计，但还未见到成熟产品。

5、针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了一种加速度计的伺服回路及加速度计，以至少解决加速度计测量不精确的技术问题。

2、根据本申请实施例的一个方面，提供了一种加速度计的伺服回路，包括：摆片偏转角检测模块和信号处理模块。摆片偏转角检测模块包括差动电容检测电路，所述差动电容检测电路包括：两个完全对称的检流电路，被配置为采用差动不平衡电桥检测方法检测所述加速度计的表头输出的电容信号；差分放大电路，被配置为将所述电容信号加载在频率大于预设频率阈值的正弦载波信号上；其中，所述摆片偏转角检测模块还被配置为对所述正弦载波信号进行调制；信号处理模块，被配置为对调制后的所述正弦载波信号进行解调，滤除调制后的所述正弦载波信号中的分量大于预设频率阈值的分量和噪声大于预设噪声阈值的噪声，得到表示加速度信息的测量值。

3、根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种加速度计，包括上述伺服回路。

4、在本申请实施例中，采用两个完全对称的检流电路和一个差分放大电路检测并调制加速度计的表头输出的电容信号，解决了加速度计测量不精确的技术问题。

技术特征：

1.一种加速度计的伺服回路，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的伺服回路，其特征在于，所述差动电容检测电路还包括两个反馈电阻，分别连接在所述两个完全对称的检流电路和差动电容之间，每个所述反馈电阻的精度大于预设精度且温漂小于预设温漂。

3.根据权利要求1所述的伺服回路，其特征在于，所述信号处理模块包括：

4.根据权利要求3所述的伺服回路，其特征在于，所述同频正弦参考信号的输入端串联有一滞后移相电路，所述滞后移相电路用来调节所述同频正弦参考信号和调制后的所述正弦载波信号之间的相位差，使所述相位差满足预设的条件。

5.根据权利要求1所述的伺服回路，其特征在于，所述信号处理模块还被配置为：

6.根据权利要求5所述的伺服回路，其特征在于，所述信号处理模块还被配置为：在外界没有输入加速度、所述摆片处于自然下垂的状态下，断开所述数字控制器，通过fpga输出激励信号驱动力矩器，得到响应曲线，以获取所述传递函数。

7.根据权利要求5所述的伺服回路，其特征在于，所述信号处理模块还被配置为：当所述加速度计的表头的被控量与设定值偏差较大时，取消积分作用；当所述被控量接近所述设定值时，引入积分控制，以消除静差。

8.根据权利要求7所述的伺服回路，其特征在于，所述信号处理模块还包括预估器，所述预估器被配置为：将延时后的所述被控量超前反映到所述数字控制器的输入端，以去除纯滞后干扰。

9.根据权利要求5所述的伺服回路，其特征在于，所述传递函数是基于检测质量相对零位的转角、检测质量的转动惯量、空气阻尼系数、检测质量的弹性系数、外加力矩、摆性、检测质量的固有自振角频率、以及检测质量的阻尼系数确定的。

10.一种加速度计，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的伺服回路。

技术总结
本申请公开了一种加速度计的伺服回路及加速度计。其中，该伺服回路包括：摆片偏转角检测模块，包括差动电容检测电路，所述差动电容检测电路包括：两个完全对称的检流电路，被配置为采用差动不平衡电桥检测方法检测所述加速度计的表头输出的电容信号；差分放大电路，被配置为将所述电容信号加载在频率大于预设频率阈值的正弦载波信号上；其中，所述摆片偏转角检测模块还被配置为对所述正弦载波信号进行调制；信号处理模块，被配置为对调制后的所述正弦载波信号进行解调，滤除调制后的所述正弦载波信号中的分量大于预设频率阈值的分量和噪声大于预设噪声阈值的噪声，得到表示加速度信息的测量值。本申请解决了加速度计测量不精确的技术问题。

技术研发人员：刘宁,袁超杰,赵辉,刘福朝,苏中,戚文昊
受保护的技术使用者：北京信息科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11