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加速度計廠家數(shù)字閉環(huán)檢測電路噪聲研究

為了解決當(dāng)前數(shù)字閉環(huán)石英柔性加速度計（DCLA）測量精度及其理論極限精度存在一個數(shù)量級的問題，進行DCLA閉環(huán)檢測電路噪聲分析。建立閉環(huán)系統(tǒng)誤差模型，采用逐級噪聲檢測方法構(gòu)建基于噪聲分離的開環(huán)噪聲測試平臺。石英撓性加速度計加速度引起的差動電容變化量C，由伺服電路中差動電容檢測器檢測，其輸出為電流，此電流經(jīng)電流積分器變成輸出電壓，然后跨導(dǎo)補償放大器把電壓變成輸出電流，該輸出電流的大小與輸入加速度成正比。確定差分電容檢測鏈路（C/V）是影響系統(tǒng)精度的主要因素。在此基礎(chǔ)上，測試改進的測試原型的偏差穩(wěn)定性，并對測試結(jié)果進行Allan方差分析。實驗結(jié)果表明，改進的DCLA系統(tǒng)的準確度從65.49μg提高到12.24μg，與理論精度基本一致。充分驗證了理論分析方法的正確性，為進一步完善和優(yōu)化數(shù)字閉環(huán)加速度計系統(tǒng)提供了指導(dǎo)和依據(jù)。

數(shù)字閉環(huán);石英加速度計;檢測電路;噪聲分析。

加速度計廠家具有精度高，長期穩(wěn)定，體積小，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。它在各種慣性導(dǎo)航，制導(dǎo)，測量和控制領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。傳統(tǒng)的石英柔性加速度計一般采用模擬伺服電路，輸出為模擬信號。普通石英玻璃是用天然水晶或硅石作原料經(jīng)高溫熔制而成的，高純優(yōu)質(zhì)石英玻璃則使用無機或有機含硅的液體化合物經(jīng)火焰水解合成工藝制成，稱為合成石英玻璃（Syntheticfusedsilica）。需要開環(huán)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路來為導(dǎo)航計算機提供數(shù)字信息，并且在轉(zhuǎn)換過程中不可避免地會發(fā)生精度損失并隨著時間累積。目前，國內(nèi)學(xué)者對石英柔性加速度計的研究主要集中在儀表元件和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路（I/F，V/F，A/D）的改進上。盡管I/F和V/F方案可以實現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)換精度，但頻率測量芯片的使用決定了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換速率不快且成本高;對于A/D轉(zhuǎn)換方案，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換精度受芯片數(shù)量的限制，特別是在信號較小的情況下，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換誤差較大。可以看出，模擬石英柔性加速度計對所用器件的依賴性很大，難以解決精度損失的問題。

本文提出的基于數(shù)字閉環(huán)方案的石英柔性加速度計可以直接輸出數(shù)字量。從理論上講，開環(huán)模數(shù)轉(zhuǎn)換不會造成精度損失，并且由于使用了模擬電流反饋，因此可以避免脈沖引起的增加。加速度計廠家具有抗干擾能力強，可靠性高，可控性強等優(yōu)點，具有廣闊的應(yīng)用前景。

傳統(tǒng)線加速度計包括液浮擺式加速度計、石英撓性加速度計等加速度計在其他領(lǐng)域有著廣泛的用途，如飛行器的控制和導(dǎo)航系統(tǒng)、各種基準臺和平臺的調(diào)平系統(tǒng)、地質(zhì)探礦鉆孔測斜系統(tǒng)、路橋監(jiān)測系統(tǒng)、機器人狀態(tài)控制系統(tǒng)、過載限制系統(tǒng)、鉆井控制系統(tǒng)和運動員輔助訓(xùn)練系統(tǒng)等，其市場需求很大。改進壓力傳感器的結(jié)構(gòu)，在一定程度上可避免干擾的引入，可有如下途徑：將信號處理電路與傳感器的敏感元件做成一個整體，即一體化。加速度計的類型較多，根據(jù)其構(gòu)造形式可分為機械的和固態(tài)的，加速度計廠家屬于機械敏感器——力反饋擺式加速度計，其具有緊湊、可靠、精度高和動態(tài)范圍寬等特點。

   石英撓性加速度計用于有空間限制的運動物體的加速度測量系統(tǒng)中。石英撓性加速度計按其應(yīng)用分為：船用，航空航天用，車載等。石英撓性加速度計，可直接輸出數(shù)字量，理論上不存在開環(huán)模數(shù)轉(zhuǎn)換帶來的精度損失，且由于采用模擬電流反饋的方式，可避免因脈沖加劇引起的表頭疲勞問題，具有抗干擾能力強、可靠性高、可控性強等優(yōu)點，具有廣泛的應(yīng)用前景。若是船用，尤其是用于水下，對姿態(tài)的要求較高，要求慣性導(dǎo)航設(shè)備運行時間長，因此需要選用精度較高的產(chǎn)品，若是航空航天用，此類導(dǎo)航系統(tǒng)大多數(shù)連續(xù)運行時間短，精度要求低，但需要較大量程。廊坊市航新儀器儀表有限公司是國內(nèi)專業(yè)生產(chǎn)和研發(fā)導(dǎo)航系統(tǒng)及器件的高技術(shù)企業(yè)，幾十年一直從事慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、角度測量、加速度計廠家產(chǎn)品的研究、設(shè)計、生產(chǎn)和試驗。　“嚴謹、求實、創(chuàng)新、發(fā)展”是公司的基本理念。公司依托航天科技實力，發(fā)揮航天創(chuàng)業(yè)精神，不斷地提高核心競爭能力，加強自主創(chuàng)新，隨時了解及跟蹤世界前沿技術(shù)，技術(shù)水平一直居于行業(yè)先進地位。

傳感器越來越多地被應(yīng)用到社會發(fā)展及人類生活的各個領(lǐng)域，如工業(yè)自動化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、航天技術(shù)、軍事工程、機器人技術(shù)、資源開發(fā)、海洋探測、環(huán)境監(jiān)測、安全保衛(wèi)、醫(yī)學(xué)診斷、交通運輸、家用電器等。近年來，全球傳感器產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展。傳感器集成化包括兩類：一種是同類型多個傳感器的集成，即同一功能的多個傳感元件用集成工藝在同一平面上排列，組成線性傳感器（如CCD圖像傳感器）。可以看出，模擬石英柔性加速度計對所用器件的依賴性很大，難以解決精度損失的問題。另一種是多功能一體化，如幾種不同的敏感元器件制作在同一硅片上，制成集成化多功能傳感器，集成度高、體積小，容易實現(xiàn)補償和校正，是當(dāng)前傳感器集成化發(fā)展的主要方向。石英撓性加速度計可應(yīng)用于各種線加速度、振動加速度的測量，經(jīng)轉(zhuǎn)換后可應(yīng)用于速度、距離、角速度、角位移等參數(shù)測量。加速度計廠家主要特點：精度高、體積小、重量輕、測量范圍寬。加速度計廠家應(yīng)用領(lǐng)域：用于測量火箭、飛船、飛機、艦船的加速度、位移、搖擺、振動及傾斜等參數(shù)。