一种激光陀螺仪抖轮驱动电路

本技术属于激光陀螺仪，尤其涉及一种激光陀螺仪抖轮驱动电路。

背景技术：

1、伴随激光陀螺数字化、小型化的需求不断加大，激光陀螺组件由于其承载的陀螺数量呈增多趋势，其传统的电路结构呈现越来越庞大的趋势。体积减小的要求与电路增加的矛盾越显突出,也给电路的调试带来不便。

2、机抖激光陀螺的抖轮是陀螺的重要部件，光学激光腔体内两束相向而行的单色光在以角频率为ω的自转环形腔体内传播，两束光之间的光程差作为激光陀螺的输出量：δv＝kω。由于环路的非均匀性在腔体自转速度小于ωl时，δv输出会趋于0，造成光程差为零，形成检测误差直接影响陀螺输出精度，这就是闭锁效应。

3、解决闭锁有两种方法，一：减小锁区即提高陀螺转速，二：偏频，让陀螺工作在锁区外。方法一降低了陀螺的精度，所以在实际工作中广泛采用方法二。抖轮就是施加这个频偏的工具，它使陀螺工作在偏频抖动状态下以避免在闭锁区使陀螺产生误差。抖轮的偏频抖动必须是大幅度(驱动信号幅度在几十到几百伏电压根据陀螺大小不一)的振动于谐振频率下。机械抖动偏频技术也是目前在激光陀螺上应用最广泛和最成熟的偏频技术，它直接决定了陀螺仪的输出精度。机械抖动的方法是在自转腔体上施加一个偏频ω0，把陀螺的工作点移出锁区，使得输出量成为δv＝k(ωl+ω0)，这样陀螺就可以工作在较小的转速下测量较小的转角，从而提高陀螺精度。

4、抖轮电路是一个闭合回路，由逻辑合成电路、抖轮驱动电路、抖轮反馈调理电路、adc等及部分组成。逻辑合成电路由pid控制、m序列产生、数字鉴频、过零比较、噪声注入、频率控制、pwm合成模块电路等组成，该逻辑电路由fpga实现。fpga外围则是抖轮驱动电路(功率放大)，反馈信号调理放大、adc等电路则是一些模拟的分立器件电路，元器件众多且电路复杂。

5、传统的驱动电路多为三极管推挽式电路，由多个三极管组成，按功能主要分为两部分：驱动脉冲合成、功率放大电路和电荷放电回路，如图2所示。图2中信号网络3y、4y所在相关电路是驱动脉冲合成、功率放大电路。fpga输出的两路抖轮pwm低压脉冲3y和4y通过前级放大电路的两只低压三极管进行初级放大后去控制后面两只高压三极管轮番导通、截止，最终按照导通时序在后面两对高压三极管电路集电极合成为一个高压三电平信号，同时该三电平信号的功率(电压、电流)也得到放大。图2中的信号网络1y、2y所在相关电路是抖轮驱动电路的电荷放电回路。压电陶瓷pzt在振动时其压电效应会产生感生电荷，会干扰驱动信号的波形，因此要通过此放电回路泄放感生电荷，其中1y所在支电路泄放pzt振动产生的正半周感生电荷，2y所在支电路泄放pzt振动产生的负半周感生电荷。

6、传统的驱动电路中的驱动脉冲合成、功率放大电路元器件众多且电路复杂，造成激光陀螺的体积较大，同时电路复杂也会对电路的调试带来不便。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种激光陀螺仪抖轮驱动电路，以解决传统的驱动电路中的驱动脉冲合成、功率放大电路元器件众多且电路复杂，造成激光陀螺的体积较大，同时电路复杂也会对电路的调试带来不便的问题。

2、为了达到上述目的，本实用新型的技术方案为：一种激光陀螺仪抖轮驱动电路，包括驱动脉冲合成、功率放大电路以及电荷放电回路；所述驱动脉冲合成、功率放大电路的输出末端和电荷放电回路的输出末端合成高压三电平信号；所述驱动脉冲合成、功率放大电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、电容c1、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5和电阻r6，fpga输出的两路抖轮pwm低压脉冲3y和4y分别与电阻r2和电阻r1连接，所述电阻r2和电阻r1并联后与所述第一运算放大器的同相输入端连接；所述第一运算放大器的反向输入端分别连接有电阻r5和电阻r6；所述第一运算放大器上加有第一电压；所述电阻r5接地；所述第一运算放大器的输出端与所述电阻r6汇合后与所述电容c1连接；所述电容c1与所述电阻r3串联后连接有并联设置的第二运算放大器和电阻r4，所述第二运算放大器的输出端与所述电阻r4汇合后与所述电荷放电回路汇合；所述电阻r3与所述第二运算放大器的反向输入端连接；所述第二运算放大器的同相输入端接地；所述第二运算放大器上加有第二电压。

3、进一步，所述电荷放电回路包括泄放正半周感生电荷支路和泄放负半周感生电荷支路；所述泄放正半周感生电荷支路和泄放负半周感生电荷支路汇合后与电阻r7连接，所述电阻r7与所述驱动脉冲合成、功率放大电路的输出末端汇合。

4、进一步，所述泄放正半周感生电荷支路包括三极管q1、二极管d1、二极管d2、电容c2、电容c3、电阻r8和电阻r9；所述电阻r7与所述二极管d1的正极连接，所述二极管d1的负极与所述三极管q1的集电极连接，所述三极管q1的基极与所述二极管d2、电阻r9、电容c3连接后与所述电容c2和电阻r8连接，所述电容c2和电阻r8串联，所述二极管d2、电阻r9和电容c3并联；所述二极管d2、电阻r9和电容c3与所述三极管q1的发射极连接；所述二极管d2、电阻r9和电容c3接地；所述泄放负半周感生电荷支路包括三极管q2、二极管d3、二极管d4、电容c4、电容c5、电阻r10和电阻r11；所述电阻r10与所述电容c4串联后与所述电容c5、电阻r11和二极管d4连接，所述电容5、电阻r11和二极管d4并联设置；所述电容c5、电阻r11和二极管d4的两侧分别与三极管q2的基极和发射极连接，三极管q2的集电极与二极管d3的正极连接，二极管d3的负极与电阻r7连接；所述电容c5、电阻r11和二极管d4接地。

5、进一步，所述二极管d1、二极管d2、二极管d3和二极管d4均采用肖基特二极管。

6、进一步，所述第一运算放大器采用opa992-q1系列的运算放大器；所述第二运算放大器采用opa593系列的运算放大器。

7、本技术方案的工作原理在于：fpga输出的pwm脉冲信号3y和4y，用第一运算放大器设计成一个加法器可将两信号直接相加合成预期的三电平抖轮驱动信号形式，并且该信号可由第一运算放大器初始放大，省去了信号前放电路。第二级由第二运算放大器对前级加法器输出信号进行电流、电压幅度放大后，得到输出信号dd_out就可以直接驱动抖轮了。调节r3、r4两个电阻的大小可以调节输出的驱动信号幅度的大小。压电陶瓷pzt在振动时其压电效应会产生感生电荷，会干扰驱动信号的波形，因此要通过电荷放电回路泄放感生电荷，其中1y所在支电路(泄放正半周感生电荷支路)泄放pzt振动产生的正半周感生电荷，2y所在支电路(泄放负半周感生电荷支路)泄放pzt振动产生的负半周感生电荷。

8、本技术方案的有益效果在于：本技术方案在满足驱动抖轮的前提下，有效减少元器件数量，缩小电路板面积，简化电路板的调试，相对而言电路越简单可靠性也越高。

技术特征：

1.一种激光陀螺仪抖轮驱动电路，其特征在于：包括驱动脉冲合成、功率放大电路以及电荷放电回路；所述驱动脉冲合成、功率放大电路的输出末端和电荷放电回路的输出末端合成高压三电平信号；所述驱动脉冲合成、功率放大电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、电容c1、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5和电阻r6，fpga输出的两路抖轮pwm低压脉冲3y和4y分别与电阻r2和电阻r1连接，所述电阻r2和电阻r1并联后与所述第一运算放大器的同相输入端连接；所述第一运算放大器的反向输入端分别连接有电阻r5和电阻r6；所述第一运算放大器上加有第一电压；所述电阻r5接地；所述第一运算放大器的输出端与所述电阻r6汇合后与所述电容c1连接；所述电容c1与所述电阻r3串联后连接有并联设置的第二运算放大器和电阻r4，所述第二运算放大器的输出端与所述电阻r4汇合后与所述电荷放电回路汇合；所述电阻r3与所述第二运算放大器的反向输入端连接；所述第二运算放大器的同相输入端接地；所述第二运算放大器上加有第二电压。

2.根据权利要求1所述的一种激光陀螺仪抖轮驱动电路，其特征在于：所述电荷放电回路包括泄放正半周感生电荷支路和泄放负半周感生电荷支路；所述泄放正半周感生电荷支路和泄放负半周感生电荷支路汇合后与电阻r7连接，所述电阻r7与所述驱动脉冲合成、功率放大电路的输出末端汇合。

3.根据权利要求2所述的一种激光陀螺仪抖轮驱动电路，其特征在于：所述泄放正半周感生电荷支路包括三极管q1、二极管d1、二极管d2、电容c2、电容c3、电阻r8和电阻r9；所述电阻r7与所述二极管d1的正极连接，所述二极管d1的负极与所述三极管q1的集电极连接，所述三极管q1的基极与所述二极管d2、电阻r9、电容c3连接后与所述电容c2和电阻r8连接，所述电容c2和电阻r8串联，所述二极管d2、电阻r9和电容c3并联；所述二极管d2、电阻r9和电容c3与所述三极管q1的发射极连接；所述二极管d2、电阻r9和电容c3接地；所述泄放负半周感生电荷支路包括三极管q2、二极管d3、二极管d4、电容c4、电容c5、电阻r10和电阻r11；所述电阻r10与所述电容c4串联后与所述电容c5、电阻r11和二极管d4连接，所述电容c5、电阻r11和二极管d4并联设置；所述电容c5、电阻r11和二极管d4的两侧分别与三极管q2的基极和发射极连接，三极管q2的集电极与二极管d3的正极连接，二极管d3的负极与电阻r7连接；所述电容c5、电阻r11和二极管d4接地。

4.根据权利要求3所述的一种激光陀螺仪抖轮驱动电路，其特征在于：所述二极管d1、二极管d2、二极管d3和二极管d4均采用肖基特二极管。

5.根据权利要求1所述的一种激光陀螺仪抖轮驱动电路，其特征在于：所述第一运算放大器采用opa992-q1系列的运算放大器；所述第二运算放大器采用opa593系列的运算放大器。

技术总结
本技术属于激光陀螺仪技术领域，具体公开了一种激光陀螺仪抖轮驱动电路，包括驱动脉冲合成、功率放大电路和电荷放电回路；FPGA输出的两路抖轮PWM低压脉冲3Y和4Y分别与电阻R2和电阻R1连接，电阻R2和电阻R1并联后与所述第一运算放大器的同相输入端连接；第一运算放大器的反向输入端分别连接有电阻R5和电阻R6；第一运算放大器的输出端与电阻R6汇合后与电容C1连接；电容C1与电阻R3串联后连接有并联设置的第二运算放大器和电阻R4，第二运算放大器的输出端与电阻R4汇合后与所述电荷放电回路汇合；电阻R3与所述第二运算放大器的反向输入端连接。在满足驱动抖轮的前提下，有效减少元器件数量，缩小电路板面积，简化电路板的调试。

技术研发人员：邵政,娄文忠,吴广,司洪利
受保护的技术使用者：北京理工大学重庆创新中心
技术研发日：20230406
技术公布日：2024/5/29