微機械慣性傳感器檢測平臺的設(shè)計與應用

作者：時間：2009-03-20 來源：網(wǎng)絡(luò)

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3.1 激勵信號發(fā)生器

　　根據(jù)微機械輪式振動陀螺儀的工作原理,最多需要4路激勵信號。激勵信號為正弦波,每兩路相位相反。為了測量陀螺儀的頻率特性,需要不斷改變激勵信號的頻率。目前不同設(shè)計的陀螺儀諧振頻率在幾百赫茲到10千赫茲之間,激勵信號也需要在這個范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)。另外,陀螺儀的驅(qū)動力矩等于驅(qū)動信號的交流分量與直流分量的乘積,所以還要施加正或負的直流偏置,使陀螺能處于正常工作狀態(tài)。交流相位和直流偏置組合見表1。

　　一般的RC振蕩電路生成的正弦波頻率靠改變R、C值來調(diào)節(jié),不能連續(xù)大范圍調(diào)節(jié)。所以,設(shè)計中采用數(shù)字方法合成模擬波形,其原理見圖6。圖6中8254為軟件可編程計數(shù)器。其包含3個獨立的16位計數(shù)器,計數(shù)最高頻率可達8MHz,設(shè)計中輸入3MHz的時鐘,將2個計數(shù)器串連使用,這樣可以增加頻率控制范圍。8254產(chǎn)生的方波信號作為后面并行計數(shù)器的計數(shù)脈沖輸入。并行計數(shù)器由2片74LS161組成8位二進制循環(huán)計數(shù)器。74LS161計數(shù)到最大值時會自動清零,重新開始計數(shù),其輸出可作為E2PROM 2817A的地址信號(即每個正弦周期內(nèi)采樣點數(shù)為256個)。2817A的數(shù)據(jù)讀取時間為150ns。設(shè)計電路時將它的片選和讀信號均設(shè)為有效,以提高數(shù)據(jù)讀取速度。D/A轉(zhuǎn)換采用DAC-08電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器。電流輸出時間85ns,放大器采用高速高精度運放OP-37。同理,D/A轉(zhuǎn)換器的片選和轉(zhuǎn)換開始信號總為有效,其輸出跟隨輸入變化,提高轉(zhuǎn)換速度。實驗結(jié)果表明,此信號發(fā)生器完全可以生成10kHz以內(nèi)可調(diào)頻的正弦波。而且使用可編程計數(shù)器8254,輸出正弦波的頻率可以用軟件方法調(diào)節(jié)。如果想輸出非正弦波形,只要修改E2PROM的數(shù)據(jù),就可以輸出任意形狀的周期波型。

3.2 低通跟蹤濾波器

　　數(shù)字信號發(fā)生器具有控制靈活的優(yōu)點,但是輸出信號不夠平滑,其中會有臺階波。在對信號要求比較高的場合,還需要進行濾波。本設(shè)計中信號的頻率變化范圍很大:幾百赫茲到10千赫茲。為了進一步提高信號質(zhì)量,采用AD633模擬乘法器構(gòu)成低通跟蹤濾波器,其原理如圖7。