[实用新型]高精度角速率陀螺仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及惯性测量系统技术领域，尤其是涉及一种用于测量平面坐标系中的一个轴角速率的高精度角速率陀螺仪。

背景技术

目前在导弹控制、地质勘测、工业控制、航空飞行器稳定控制、捷联惯导、汽车自动驾驶及机器人控制等行业领域中，普遍使用的角速率陀螺仪，绝大部分都是机械式的，如液浮或半液浮式，挠性有旋转马达的角速率陀螺仪，有质块的加速度计等。这些老式角速率陀螺仪在实际应用中存在的突出缺点是体积大、价格昂贵、易损坏、耐冲击加速度低，寿命短，测量范围小(老式角速率陀螺最大测量值仅500°/s)，频响低(最多为100Hz)以及多不具备自检测(self-Test)功能等，即使是当今较先进的光纤或激光陀螺仪，也由于其价格昂贵及体积大等原因而很难得到广泛的应用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高精度角速率陀螺仪，其结构简单、体积小、重量轻、造价低且使用操作简便，并具备自检测功能，可靠性高、使用寿命长且应用范围广。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种高精度角速率陀螺仪，包括用于测量空间Z轴方向角速率的角速率陀螺仪，其特征在于：还包括对角速率陀螺仪所输出模拟信号进行模数转换的A/D转换电路以及与A/D转换电路相接且对A/D转换电路所输出数字信号进行卡尔曼滤波的FPGA芯片；所述角速率陀螺仪包括依次串接的敏感电路、信号处理器和主放大器；所述主放大器还接有分别对其进行控制的零偏置控制器、量程扩展器和带宽扩展器，所述零偏置控制器、量程扩展器和带宽扩展器相并联且三者的共同输出端均接主放大器的输入端。

所述FPGA芯片的输出端接至适配转接线路板。

所述角速率陀螺仪为芯片ADXRS150，所述A/D转换电路为芯片ADS1251，所述FPGA芯片为芯片EP2C20。

所述敏感电路为由离散控制器、ST接口电路、敏感器、谐振器和激励器组成的敏感电路，所述离散控制器和激励器分别经ST接口电路和谐振器后均接敏感器，所述敏感器接信号处理器。

所述敏感器为芯片P0-XRS；谐振器由两个运算放大器A1和A2相串联组成，所述运算放大器A1和A2均为芯片LTC2053；所述激励器为由芯片REG711-5构成的充电泵调节器；所述信号处理器由芯片LTC2053和芯片LB8207串接组成；所述主放大器为芯片LTC2053。

所述零偏置控制器由输入回路一、放大器一、运算器、校准回路和反馈回路一组成；放大器一的输出信号分三路，一路经运算器和校准回路后接放大器一的输入端，一路经所述反馈回路一后接放大器一的输入端，另一路接主放大器的输入端。

所述量程扩展器由输入回路二、放大器二、量程扩展回路和反馈回路二组成；放大器二的输出信号分三路，一路经所述量程扩展回路后接放大器二的输入端，一路经所述反馈回路二后接放大器二的输入端，另一路接主放大器的输入端。

所述带宽扩展器由输入回路三、放大器三、带宽扩展电路和反馈回路三组成；输入回路三的输出信号分三路，一路经带宽扩展电路后接放大器三的输入端，一路经反馈回路三后接放大器三的输入端，另一路接主放大器的输入端。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：1、不仅结构简单，加工制作方便，而且使用操作方便，并具备自检测功能，可准确测量平面坐标系中的状态；2、角速率陀螺仪属于无旋转马达的固态角速率传感器，其内部电路工作构件采用微机械-电子系统(MEMS)技术的芯片且均采用双极型金属氧化物半导体(BIMOS)技术的生产和球形网格排列的载流焊工艺技术进行加工制造，因而产品具有高可靠性和高封装坚固性；3、体积小、重量轻、造价低且使用寿命长，同时，使用操作简便、便于推广应用，因而在实践中的应用范围十分广泛，可广泛用于导弹控制，地质勘测，工业控制，航空飞行器稳定控制，捷联惯导，汽车自动驾驶及机器人控制等行业领域；4、测量的准确度高，可准确测量空间坐标系中Z轴的角速率，具有自检测功能，因而能够实现机内检测(BIT)，并且角速率陀螺仪的输出信号经A/D转换电路转换后为数字信号；5、本实用新型还设置了零偏置控制器、量程扩展器和带宽扩展器，使本产品具有零漂置校准、较宽的测量范围和带宽功能，同时，也使本实用新型具有工作温度范围宽、体积小、重量轻、启动快、寿命长及耐冲击加速度高等特点。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的总体电路原理框图。