[发明专利]一种温度补偿型石英振梁加速度计控制电路

说明书

本发明公开了一种温度补偿型石英振梁加速度计控制电路，本发明将温度传感器采集到的石英振梁加速度计内部原始温度场变换为温度补偿电压，与多谐振荡器、F/V转换器检测到的原始加速度信息通过加法器进行融合后，通过V/F转换器输出温度补偿后的频率信号。本发明可实现对石英振梁加速度计零偏、标度因数温度系数的综合补偿，本发明还可以通过改变F/V转换器、V/F转换器和加法器转换系数来调整石英振梁加速度计零偏和标度因数。本发明可广泛应用于飞行器自主导航、石油随钻测斜系统以及微重力场测量等军事民生领域，具有极大的经济、社会效益。本发明可应用于其他类型振梁加速度计控制，具有普遍适用性。

技术领域

本发明属于惯性测量领域，具体涉及一种温度补偿型石英振梁加速度计控制电路。

背景技术

振梁加速度计是一种基于机械谐振原理的加速度计，通过检测谐振梁随外界输入加速度的频率变化实现对加速度的测量，通常谐振梁臂材料为石英或硅。由于石英材料本身的力学与温度特性更加稳定优良，目前高精度振梁加速度计主要以石英振梁加速度计为主流。典型的石英振梁加速度计基于石英压电效应进行激励与检测，其基本特征是输出频率信号，不需要进行模拟信号处理和数字转换，可直接用于后级数字系统之中。其抗干扰能力较强、量程大、体积小，可广泛应用于飞行器惯性自主导航、地质随钻测斜以及微重力场测量等国防民生领域。

温度应力会造成结构件机械形变，粘接剂性能变化以及电子元器件参数漂移，从而影响石英振梁加速度计输出精度。因此，改善石英振梁加速度计输出温度特性，对于提升其性能具有实际工程价值。目前，降低温度应力对加速度计输出影响的方法包括温度控制与温度补偿。温度控制即利用温度控制设备进行温度监测控制，使加速度计工作在温度恒定的环境中，该方法会增加系统体积、功耗及成本；温度补偿即通过环境温度应力试验，建立加速度计温度误差补偿模型，从而构建加速度计输出补偿函数。现阶段主流的温度补偿方案主要分为软件补偿和硬件补偿。软件补偿即在数字处理系统中使用算法对加速度计输出进行补偿，但是数字处理系统需要使用大量外围电子元器件，极大程度增加了补偿成本；硬件补偿的方案主要通过寻找影响加速度计精度的主要因素，增加有源或无源补偿元件，从而对加速度计输出进行温度补偿。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种温度补偿型石英振梁加速度计控制电路，可实现对石英振梁加速度计零偏、标度因数等进行综合补偿，此外，本发明可通过改变F/V转换器、V/F转换器和加法器转换系数，对加速度计零位、标度因数进行调节。

为了达到上述目的，本发明包括多谐振荡器，多谐振荡器与石英表头连接，多谐振荡器的输出端连接整形驱动，整形驱动连接F/V转换器，F/V转换器与加法器的一个信号输入端连接，加法器的另一个信号输入端连接温度传感器，加法器的输出端连接V/F转换器，V/F转换器的信号输出端作为石英振梁加速度计的信号输出端。

多谐振荡器包括设置在石英梁臂的两个引出端，一个引出端连接电阻R1的一端和反相器G1的输入端，另一个引出端连接电阻R3的一端和电阻R4的一端，电阻R1的另一端和反相器G1的输出端均连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接反相器G2的输入端和电阻R3的另一端，电阻R3并联有电容C1，反相器G2的输出端和电阻R4的另一端连接整形驱动。

整形驱动包括串联的反相器G3和反相器G4，反相器G3的输入端连接多谐振荡器的输出端，反相器G4的输出端连接F/V转换器。

F/V转换器包括比较器U1，比较器U1的正向输入端连接电压，比较器U1的反向输入端连接输入信号，比较器U1的输出端连接单稳态触发器U2，单稳态触发器U2连接开关S2，开关S2的一端连接恒流源A1，另一端连接积分器或输出端。

积分器包括运算放大器U3，运算放大器U3的同相输入端接地，运算放大器U3的反相输入端连接开关S1、电容C_int1的一端和电阻R_int1的一端，电容C_int1的另一端和电阻R_int1的另一端均连接运算放大器U3的输出端。