本發明專利技術公開出了一種時分復用半球諧振陀螺電路相位誤差測試裝置和方法，測試裝置包括：SOC控制模塊、激勵信號放大模塊、開關模塊、電極、檢測信號放大模塊。測試方法通過SOC控制模塊中產生開關控制信號保證X電極激勵檢測和Y電極激勵檢測兩種工作狀態切換，鎖相環則根據激勵信號和檢測信號分別解算出X和Y方向激勵和檢測電路相位誤差。本發明專利技術對時分復用方案下電路相位誤差進行測試，可衡量檢測、激勵放大模塊等硬件電路特性對系統相位誤差的影響；同時測試過程中工作狀態在X通道和Y通道上切換，可衡量兩通道開關模塊開啟和關斷時間差異引起系統相位誤差。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于半球諧振陀螺誤差測試，公開了一種時分復用半球諧振陀螺電路相位誤差測試裝置和方法。
技術介紹
1、半球諧振陀螺作為目前精度指標最高的哥式振動陀螺，相較于目前廣泛應用的光學陀螺，具有分辨率高、體積小低功耗、零件數量少以及啟動時間短等優勢，特別是近些年美國法國等各研究機構相繼推出零偏穩定性優于0.0001°/h的超高精度陀螺系統，使得半球諧振陀螺有望成為21世紀改變慣性導航領域的“顛覆性技術”。
2、半球諧振陀螺加工過程中軸向不均勻、裝配誤差以及電路硬件差異性均會嚴重制約陀螺精度的提升，其誤差可分解為：檢測和激勵增益誤差、相位誤差以及阻尼不均性誤差等，誤差抑制手段則主要包括提升諧振子加工質量、改善裝配工藝、優化硬件電路方案以及軟件算法補償等。時分復用技術是電路優化中最為有效的一種方式，通過開關控制使得在不同時刻電極工作在激勵或檢測等不同模式上，有效避免了激勵信號對檢測環路的耦合串擾，與此同時，諧振子x方向與y方向信號檢測和激勵采用同一電路復用形式，解決了由于不同通道電路差異性導致的增益誤差。
3、時分復用半球諧振陀螺工作時需要利用開關芯片進行狀態切換，然而不同通道開關的信號開啟時間和關斷時間存在差異，會在x和y通道間引入額外的相位誤差，制約陀螺系統精度。
技術實現思路
1、本專利技術為了解決時分復用半球諧振陀螺電路存在相位誤差的技術問題，通過檢測時分復用半球諧振陀螺電路存在相位誤差，并衡量其長期穩定性和溫度變化特性，為系統相位誤差補償提供數值參考。</p>2、本專利技術公開了一種時分復用半球諧振陀螺電路相位誤差測試裝置，所述時分復用半球諧振陀螺電路相位誤差測試裝置包括soc控制模塊、激勵信號放大模塊、開關模塊、電極以及檢測信號放大模塊；
3、所述激勵信號放大模塊用于為x、y通道中電極提供激勵信號；
4、所述檢測信號放大模塊用于對x、y通道信號進行采樣、放大后輸入至soc控制模塊；
5、電極由八組離散電極構成，間隔45°周向均勻分布在諧振子外；
6、開關模塊根據開關信號產生模塊所生成的控制信號進行響應，保證系統在x、y兩工作狀態間切換；
7、所述soc控制模塊包括鎖相環、激勵信號產生模塊、開關信號產生模塊以及檢測信號采樣模塊；激勵信號產生模塊生成的正弦信號同時作為激勵放大模塊的輸入和鎖相環的參考信號，開關信號產生模塊用于產生控制x、y兩方向工作狀態切換的控制信號，檢測信號采樣模塊輸出則作為鎖相環另一輸入信號；鎖相環用于解算出x、y兩通道相位誤差。
8、更近一步地，所述八組離散電極共分成x+、x-、y+以及y-四個方向，每個方向兩個電極對向設置，對向電極兩兩短接。
9、更近一步地，所述的激勵信號放大模塊包括第一高壓放大電路、第二高壓放大電路以及反相電路，其中反相電路與第二高壓放大電路組合能夠為x、y通道中x-和y-電極提供反相激勵信號；第一高壓放大電路為x、y通道中x+和y+電極提供反相激勵信號。
10、更近一步地，所述檢測信號放大模塊包括第一采樣電路、第二采樣電路以及差分放大電路；第一采樣電路包括第一采樣電阻和第一運算放大器；第二采樣電路包括第二采樣電阻和第二運算放大器；第一運算放大器和第二運算放大器輸出端連接差分放大電路。
11、更近一步地，所述開關模塊包括4組開關，開關s1、開關s2、開關s3、開關s4；并分為第一開關組和第二開關組，第一開關包括第一開關s3、第一開關s4、第二開關s3、第二開關s4，第二開關包括第一開關s1、第一開關s2、第二開關s1、第二開關s2，4組開關中同組兩個開關同時開斷；第一x-通過第一開關s1連接第二運算放大器負輸入；第一x+通過第二開關s1連接第一運算放大器負輸入；第一y-通過第一開關s2連接第二運算放大器負輸入；第一y+通過第二開關s2連接第一運算放大器負輸入；第二x-通過第一開關s4連接第二高壓放大電路；第二x+通過第二開關s4連接第一高壓放大電路；第二y-通過第一開關s3連接第二高壓放大電路；第二y+通過第二開關s3連接第一高壓放大電路。
12、還提供了一種時分復用半球諧振陀螺電路相位誤差測試方法，所述時分復用半球諧振陀螺電路相位誤差測試方法包括以下步驟：
13、步驟701：激勵信號產生模塊生成兩路頻率均為ω0的正弦信號；
14、步驟702：激勵信號放大模塊對一路正弦信號進行反相和高壓放大，對另一路僅進行高壓放大；
15、步驟703：開關信號產生模塊控制開關模塊，使得開關s1和s4、s2和s3兩組開關交替通斷，分別對應x、y兩通道測試狀態；
16、步驟704：檢測信號放大模塊中第一采樣電路和第二采樣電路根據第二開關組的通斷情況對x、y兩通道信號進行采樣，隨后經過差分放大電路輸出；
17、步驟705：檢測信號采樣模塊將檢測信號放大模塊輸出信號進行采集，并傳輸至鎖相環中；
18、步驟706：鎖相環根據參考信號和檢測信號解算出x、y通道相位誤差、變化特性。
19、更近一步地，在步驟701中，所述正弦信號也作為鎖相環的參考信號輸入：
20、vin＝vref·sin(ω0t)
21、其中，vref為激勵正弦信號幅值。
22、更近一步地，在步驟702中，經激勵信號放大模塊后兩路信號表示為：
23、vin+＝g1vref·sin(ω0t)
24、vin-＝-g1vref·sin(ω0t)
25、其中，g1表示高壓放大電路的增益，vin+表示第一高壓放大電路的信號，vin-表示第二高壓放大電路的信號。
26、更近一步地，在步驟703中，所述開關信號產生模塊控制邏輯順序為：[s1＝1,s2＝0,s3＝0,s4＝1]、[s1＝0,s2＝0,s3＝0,s4＝0]、[s1＝0,s2＝1,s3＝1,s4＝0]，分別對應了x通道檢測和激勵、空閑狀態、y通道檢測和激勵等三種狀態切換，其中數字1表示開關開啟狀態，數字0表示開關關斷狀態；檢測信號采樣模塊輸出則作為鎖相環另一輸入信號，并解算出x、y兩通道相位誤差。
27、更近一步地，在步驟704中，x、y兩通道信號可表示為：
28、
29、其中，g2為第一采樣電路和第二采樣電路的增益，可表述為g2＝-r1/rs1＝-r2/rs2，r1為第一跨阻，r2為第二跨阻，rs0為第一采樣電阻，r12為第二采樣電阻；g3為差分放大電路增益，和分別為x、y兩通道開關模塊開啟和關斷時間差異引起系統相位誤差。
30、本專利技術達到的有益效果是：
31、本專利技術采用時分復用方案的半球諧振陀螺能夠有效避免激勵信號對檢測環路的耦合串擾，與此同時減小了由于不同通道電路差異性導致的增益誤差。
32、本專利技術對時分復用方案下電路相位誤差進行測試，可衡量檢測、激勵放大模塊等硬件電路特性對系統相位誤差的影響。
本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種時分復用半球諧振陀螺電路相位誤差測試裝置，其特征在于，所述時分復用半球諧振陀螺電路相位誤差測試裝置包括SOC控制模塊、激勵信號放大模塊、開關模塊、電極以及檢測信號放大模塊；
2.根據權利要求1所述時分復用半球諧振陀螺電路相位誤差測試裝置，其特征在于，所述八組離散電極共分成X+、X-、Y+以及Y-四個方向，每個方向兩個電極對向設置，對向電極兩兩短接。
3.根據權利要求2所述時分復用半球諧振陀螺電路相位誤差測試裝置，其特征在于，所述的激勵信號放大模塊包括第一高壓放大電路、第二高壓放大電路以及反相電路，其中反相電路與第二高壓放大電路組合能夠為X、Y通道中X-和Y-電極提供反相激勵信號；第一高壓放大電路為X、Y通道中X+和Y+電極提供反相激勵信號。
4.根據權利要求3所述時分復用半球諧振陀螺電路相位誤差測試裝置，其特征在于，所述檢測信號放大模塊包括第一采樣電路、第二采樣電路以及差分放大電路；第一采樣電路包括第一采樣電阻和第一運算放大器；第二采樣電路包括第二采樣電阻和第二運算放大器；第一運算放大器和第二運算放大器輸出端連接差分放大電路。
<
p>5.根據權利要求4所述時分復用半球諧振陀螺電路相位誤差測試裝置，其特征在于，其特征在于，所述開關模塊包括4組開關，開關S1、開關S2、開關S3、開關S4；并分為第一開關組和第二開關組，第一開關包括第一開關S3、第一開關S4、第二開關S3、第二開關S4，第二開關包括第一開關S1、第一開關S2、第二開關S1、第二開關S2，4組開關中同組兩個開關同時開斷；第一X-通過第一開關S1連接第二運算放大器負輸入；第一X+通過第二開關S1連接第一運算放大器負輸入；第一Y-通過第一開關S2連接第二運算放大器負輸入；第一Y+通過第二開關S2連接第一運算放大器負輸入；第二X-通過第一開關S4連接第二高壓放大電路；第二X+通過第二開關S4連接第一高壓放大電路；第二Y-通過第一開關S3連接第二高壓放大電路；第二Y+通過第二開關S3連接第一高壓放大電路。6.一種時分復用半球諧振陀螺電路相位誤差測試方法，其特征在于，所述時分復用半球諧振陀螺電路相位誤差測試方法包括以下步驟：
7.根據權利要求6所述時分復用半球諧振陀螺電路相位誤差測試方法，其特征在于，在步驟701中，所述正弦信號也作為鎖相環的參考信號輸入：
8.根據權利要求6所述時分復用半球諧振陀螺電路相位誤差測試方法，其特征在于，在步驟702中，經激勵信號放大模塊后兩路信號表示為：
9.根據權利要求6所述時分復用半球諧振陀螺電路相位誤差測試方法，其特征在于，在步驟703中，所述開關信號產生模塊控制邏輯順序為：[S1＝1,S2＝0,S3＝0,S4＝1]、[S1＝0,S2＝0,S3＝0,S4＝0]、[S1＝0,S2＝1,S3＝1,S4＝0]，分別對應了X通道檢測和激勵、空閑狀態、Y通道檢測和激勵等三種狀態切換，其中數字1表示開關開啟狀態，數字0表示開關關斷狀態；檢測信號采樣模塊輸出則作為鎖相環另一輸入信號，并解算出X、Y兩通道相位誤差。
10.根據權利要求6所述時分復用半球諧振陀螺電路相位誤差測試方法，其特征在于，在步驟704中，X、Y兩通道信號可表示為：
...
【技術特征摘要】
1.一種時分復用半球諧振陀螺電路相位誤差測試裝置，其特征在于，所述時分復用半球諧振陀螺電路相位誤差測試裝置包括soc控制模塊、激勵信號放大模塊、開關模塊、電極以及檢測信號放大模塊；
2.根據權利要求1所述時分復用半球諧振陀螺電路相位誤差測試裝置，其特征在于，所述八組離散電極共分成x+、x-、y+以及y-四個方向，每個方向兩個電極對向設置，對向電極兩兩短接。
3.根據權利要求2所述時分復用半球諧振陀螺電路相位誤差測試裝置，其特征在于，所述的激勵信號放大模塊包括第一高壓放大電路、第二高壓放大電路以及反相電路，其中反相電路與第二高壓放大電路組合能夠為x、y通道中x-和y-電極提供反相激勵信號；第一高壓放大電路為x、y通道中x+和y+電極提供反相激勵信號。
4.根據權利要求3所述時分復用半球諧振陀螺電路相位誤差測試裝置，其特征在于，所述檢測信號放大模塊包括第一采樣電路、第二采樣電路以及差分放大電路；第一采樣電路包括第一采樣電阻和第一運算放大器；第二采樣電路包括第二采樣電阻和第二運算放大器；第一運算放大器和第二運算放大器輸出端連接差分放大電路。
5.根據權利要求4所述時分復用半球諧振陀螺電路相位誤差測試裝置，其特征在于，其特征在于，所述開關模塊包括4組開關，開關s1、開關s2、開關s3、開關s4；并分為第一開關組和第二開關組，第一開關包括第一開關s3、第一開關s4、第二開關s3、第二開關s4，第二開關包括第一開關s1、第一開關s2、第二開關s1、第二開關s2，4組開關中同組兩個開關同時開斷；第一x-通過第一開關s1連接第二...
【專利技術屬性】
技術研發人員：鄒康，鄭暢，曲天良，張熙，車馳騁，
申請(專利權)人：華中光電技術研究所中國船舶集團有限公司第七一七研究所，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。