微機(jī)械慣性傳感器檢測(cè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

3.1 激勵(lì)信號(hào)發(fā)生器

　　根據(jù)微機(jī)械輪式振動(dòng)陀螺儀的工作原理,最多需要4路激勵(lì)信號(hào)。激勵(lì)信號(hào)為正弦波,每?jī)陕废辔幌喾?。為了測(cè)量陀螺儀的頻率特性,需要不斷改變激勵(lì)信號(hào)的頻率。目前不同設(shè)計(jì)的陀螺儀諧振頻率在幾百赫茲到10千赫茲之間,激勵(lì)信號(hào)也需要在這個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外,陀螺儀的驅(qū)動(dòng)力矩等于驅(qū)動(dòng)信號(hào)的交流分量與直流分量的乘積,所以還要施加正或負(fù)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(jiàn)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(lái)調(diào)節(jié),不能連續(xù)大范圍調(diào)節(jié)。所以,設(shè)計(jì)中采用數(shù)字方法合成模擬波形,其原理見(jiàn)圖6。圖6中8254為軟件可編程計(jì)數(shù)器。其包含3個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器,計(jì)數(shù)最高頻率可達(dá)8MHz,設(shè)計(jì)中輸入3MHz的時(shí)鐘,將2個(gè)計(jì)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(hào)作為后面并行計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖輸入。并行計(jì)數(shù)器由2片74LS161組成8位二進(jìn)制循環(huán)計(jì)數(shù)器。74LS161計(jì)數(shù)到最大值時(shí)會(huì)自動(dòng)清零,重新開(kāi)始計(jì)數(shù),其輸出可作為E2PROM 2817A的地址信號(hào)(即每個(gè)正弦周期內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)為256個(gè))。2817A的數(shù)據(jù)讀取時(shí)間為150ns。設(shè)計(jì)電路時(shí)將它的片選和讀信號(hào)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(shí)間85ns,放大器采用高速高精度運(yùn)放OP-37。同理,D/A轉(zhuǎn)換器的片選和轉(zhuǎn)換開(kāi)始信號(hào)總為有效,其輸出跟隨輸入變化,提高轉(zhuǎn)換速度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,此信號(hào)發(fā)生器完全可以生成10kHz以?xún)?nèi)可調(diào)頻的正弦波。而且使用可編程計(jì)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(hào)發(fā)生器具有控制靈活的優(yōu)點(diǎn),但是輸出信號(hào)不夠平滑,其中會(huì)有臺(tái)階波。在對(duì)信號(hào)要求比較高的場(chǎng)合,還需要進(jìn)行濾波。本設(shè)計(jì)中信號(hào)的頻率變化范圍很大:幾百赫茲到10千赫茲。為了進(jìn)一步提高信號(hào)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。

通帶的截止頻率是由電壓EC控制的,輸出是OUTPUTA,截止頻率:

OUTPUTB處是乘法器的直接輸出端,截止頻率與RC濾波器相同:

　　這種濾波器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,沒(méi)有開(kāi)關(guān)電容,噪聲小,一般采用數(shù)模轉(zhuǎn)換器控制EC, 控制通帶頻率也比較容易。