專利名稱：一種基于石英撓性加速度計(jì)的微重力測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微重力測(cè)試裝置，特別是涉及一種基于石英撓性加速度計(jì)的微重力測(cè)試裝置，屬于空間微重力測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
空間航天器上的微重力加速度包括準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)加速度、瞬變加速度和振動(dòng)加速度。I)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)加速度變化頻率不大于O. 01Hz，一般不超過(guò)10_6g，引起準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)加速度的主要原因是大氣阻力、潮汐力、太陽(yáng)輻射壓等；2)瞬變加速度瞬變加速度的量值一般在10_4g，產(chǎn)生瞬變加速度的主要原因包括航天器變軌推力、軌道控制和姿態(tài)控制推力、航天器輔助設(shè)備和有效載荷動(dòng)作、航天員活動(dòng)等；3)振動(dòng)加速度振動(dòng)加速度的量值一般在10_6g以上，主要來(lái)自儀器設(shè)備的振動(dòng)干擾以及各種擾動(dòng)因素引起的航天器結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。 由于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)加速度量值微弱、變化緩慢，對(duì)測(cè)量的要求相對(duì)很高，國(guó)外通常采用靜電懸浮加速度計(jì)進(jìn)行測(cè)量。目前，我國(guó)航天器上尚未開(kāi)展此項(xiàng)測(cè)試研究。相對(duì)于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)加速度，瞬態(tài)加速度和振動(dòng)加速度的量值較大，石英撓性加速度計(jì)可以對(duì)其進(jìn)行分辨測(cè)量?，F(xiàn)有微重力測(cè)量裝置量程較小、通頻帶較窄，由于航天器微重力數(shù)據(jù)混雜，裝置在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中容易出現(xiàn)由于丟幀、空幀、重幀、錯(cuò)碼等原因丟失數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可靠性不高。同時(shí)由于加速度計(jì)未進(jìn)行密封設(shè)計(jì)，裝置長(zhǎng)期在空間運(yùn)行時(shí)，隨著氣體壓強(qiáng)的變化，加速度計(jì)精度降低，同時(shí)裝置在軌運(yùn)行階段環(huán)境溫度變化較為劇烈，加速度計(jì)在變溫情況下，精度明顯下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于石英撓性加速度計(jì)的空間微重力測(cè)量裝置，用于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量和監(jiān)視航天器在軌運(yùn)行全過(guò)程的瞬態(tài)加速度和振動(dòng)加速度，為航天器的載荷動(dòng)作監(jiān)測(cè)、空間微重力試驗(yàn)等提供科學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種基于石英撓性加速度計(jì)的微重力測(cè)試裝置，包括石英撓性加速度計(jì)組件、取樣電路、濾波電路、選通電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、通訊接口電路和FPGA控制器，石英撓性加速度計(jì)組件包括石英撓性加速度計(jì)和溫控系統(tǒng)，溫控系統(tǒng)包括溫控電路、加熱元件、保溫罩、安裝基體和基座，石英撓性加速度計(jì)安裝在安裝基體的中心位置，加熱元件安裝在安裝基體外側(cè)上，安裝基體通過(guò)隔熱墊安裝在基座上，保溫罩安裝在基座上，并罩在石英撓性加速度計(jì)和安裝基體外側(cè)，加熱元件與溫控電路連接，石英撓性加速度計(jì)測(cè)量航天器運(yùn)動(dòng)的加速度并輸出穩(wěn)定、低噪的模擬電流信號(hào)到取樣電路，取樣電路將石英撓性加速度計(jì)輸出的模擬電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量電壓信號(hào)并輸出到濾波電路，濾波電路將取樣電路取樣后的模擬量電壓信號(hào)進(jìn)行低通濾波，并對(duì)電壓幅值進(jìn)行限制后經(jīng)選通電路送入A/D轉(zhuǎn)換電路，限幅后的模擬量電壓在A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，F(xiàn)PGA控制器采集A/D轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字電壓信號(hào)經(jīng)通訊接口電路轉(zhuǎn)換為422電平輸出，F(xiàn)PGA控制器同時(shí)對(duì)選通電路進(jìn)行選擇控制和對(duì)A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行時(shí)序控制。
所述的一種基于石英撓性加速度計(jì)的微重力測(cè)試裝置，其特征在于所述的石英撓性加速度計(jì)的檢測(cè)質(zhì)量擺組件中心盤(pán)采用鏤空結(jié)構(gòu)，在檢測(cè)質(zhì)量擺組件中心盤(pán)上加工兩個(gè)圓孔，兩個(gè)圓孔的圓心沿中心盤(pán)的中心軸左右對(duì)稱。所述的石英撓性加速度計(jì)的電路工藝孔壓蓋與電路工藝孔之間以及混合集成電路與表頭殼體之間采用激光焊接或膠接實(shí)現(xiàn)密封，密封漏率小于5X KTwPa. m3/s。所述的保溫罩由內(nèi)層和外層構(gòu)成，內(nèi)層采用熱導(dǎo)率O. I O. 4W/(m*°C)的非金屬材料，外層采用熱導(dǎo)率低于O. 03ff/(m · V )的泡沫塑料。所述的溫控電路采用直流模擬電路控制方式。 所述的FPGA控制器包括分頻模塊、復(fù)位模塊、信號(hào)鎖存處理模塊、A/D采集模塊、同步通訊模塊和主程序模塊,主程序模塊負(fù)責(zé)分頻模塊、復(fù)位模塊、信號(hào)鎖存處理模塊、A/D采集模塊和同步通訊模塊的調(diào)用和控制，分頻模塊采用計(jì)數(shù)的方式將本地40MHz時(shí)鐘信號(hào)clk_i進(jìn)行4分頻，生成頻率為IOMHz占空比50%的clk_10m信號(hào)送入信號(hào)鎖存處理模塊、A/D采集模塊和同步通訊模塊，復(fù)位模塊采用異步復(fù)位的方式，完成全局復(fù)位信號(hào)的邏輯實(shí)現(xiàn)，信號(hào)鎖存處理模塊對(duì)外部通訊選通信號(hào)clk_8ms_i和外部提供的同步信號(hào)clk_768k_i進(jìn)行同步與鎖存，A/D采集控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)選通電路、A/D轉(zhuǎn)換電路的控制，同步通訊模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的同步通訊以及數(shù)據(jù)上傳。所述的取樣電路由取樣電阻Rl和儀表運(yùn)算放大器組成，其中儀表運(yùn)算放大器由運(yùn)算放大器N1A、NIB, NIC、N1D、電阻R2 R12和電容C12組成，電阻Rl接在運(yùn)算放大器NlA和運(yùn)算放大器NlD輸入正端之間，運(yùn)算放大器NlA和運(yùn)算放大器NlD的輸入負(fù)端通過(guò)電阻R4連接，電阻R2和電阻R3分別接在運(yùn)算放大器NlA和運(yùn)算放大器NlD的輸入負(fù)端與輸出之間，電阻R5和電阻R6串接在運(yùn)算放大器NlD的輸出端、電阻R7和電阻R8串接在運(yùn)算放大器NlA的輸出端，電阻Rll通過(guò)運(yùn)算放大器NlC的輸入正端接地，電阻R9串接在±12V電源之間并和電阻RlO串聯(lián)接在運(yùn)算放大器NIC的輸入正端，電阻R12接在運(yùn)算放大器NlB的輸出端，并通過(guò)電容C12接地。所述的濾波電路由電阻R24 R29、電阻R71，電容C23 C24、電容C71 C72、穩(wěn)壓二極管V3、V4和運(yùn)算放大器N2構(gòu)成的二階壓控電壓源低通濾波電路，電阻R24 R27串聯(lián)接在運(yùn)算放大器N2的輸入正端，電阻R29和電阻R71串聯(lián)接在運(yùn)算放大器N2的輸入負(fù)端和輸出之間，電容C24和電容C71并聯(lián)接在運(yùn)算放大器N2的輸入正端和地之間，電容C23和電容C72并聯(lián)后一端與電阻R25和電阻R26的公共端連接、另一端與電阻R28和電阻R71的公共端連接，電阻R28和兩只反向串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管V3、V4接在運(yùn)算放大器N2的輸出端。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果(I)本發(fā)明采用溫控系統(tǒng)和對(duì)石英撓性加速度計(jì)實(shí)施密封，使本發(fā)明能夠適應(yīng)航天器在軌運(yùn)行時(shí)的氣壓和環(huán)境溫度變化，提高了微重力的測(cè)試精度；(2)本發(fā)明通過(guò)在石英撓性加速度計(jì)的中心盤(pán)增加鏤空結(jié)構(gòu)，減小了氣體壓膜阻尼系數(shù)，使得石英加速度計(jì)系統(tǒng)阻尼降低，從而使得機(jī)械噪聲降低；(3)本發(fā)明通過(guò)采用溫控系統(tǒng)，溫控穩(wěn)定精度可達(dá)±0. 05°C，在溫控、密封的條件
下的石英加速度計(jì)輸出的噪聲水平低于-130dBWi ,輸出穩(wěn)定性優(yōu)于3μ g ；(4)本發(fā)明采用FPGA實(shí)現(xiàn)通道的選擇和時(shí)序控制，實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，避免了由于丟幀、空幀、重幀、錯(cuò)碼等原因而丟失數(shù)據(jù)，提高了數(shù)據(jù)的可靠性；(5)本發(fā)明米用的取樣電路使量程范圍擴(kuò)大為±150mg;(6)本發(fā)明采用的濾波電路擴(kuò)大了通頻帶寬，通頻帶寬可達(dá)O 108. 5Hz ；(7)本發(fā)明具有噪聲低、量程大，通頻帶寬，完全覆蓋了航天器飛行時(shí)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)加速度信號(hào)的幅值和頻率范圍。


圖I為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖；
圖2為本發(fā)明石英撓性加速度計(jì)工作原理圖；圖3為本發(fā)明石英撓性加速度計(jì)的擺組件結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明石英撓性加速度計(jì)密封示意圖；圖5為本發(fā)明溫控系統(tǒng)原理框圖；圖6為本發(fā)明溫控電路原理框圖；圖7為本發(fā)明取樣電路框圖；圖8為本發(fā)明濾波電路框圖；圖9為本發(fā)明FPGA控制器外部接口框圖；圖10為本發(fā)明FPGA控制器結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式下面就結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步介紹。本發(fā)明通過(guò)高阻取樣放大電路，經(jīng)差分取樣，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的取樣、放大和限幅，經(jīng)二階壓控電壓源低通濾波，確保微重力加速度信號(hào)頻率在通頻帶范圍內(nèi)。限幅后的模擬量電壓由A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，F(xiàn)PGA控制器采集A/D轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字電壓信號(hào)經(jīng)通訊接口電路轉(zhuǎn)換為422電平輸出同時(shí)對(duì)選通電路進(jìn)行選擇控制和對(duì)A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行時(shí)序控制。如圖I所示，本發(fā)明包括石英撓性加速度計(jì)組件、取樣電路、濾波電路、選通電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、通訊接口電路和FPGA控制器組成。其中石英撓性加速度計(jì)組件包括石英撓性加速度計(jì)和溫控系統(tǒng)，溫控系統(tǒng)包括溫控電路、加熱元件、保溫罩、安裝基體和基座，石英撓性加速度計(jì)安裝在安裝基體的中心位置，加熱元件安裝在安裝基體外側(cè)上，安裝基體通過(guò)隔熱墊安裝在基座上，保溫罩安裝在基座上，并罩在石英撓性加速度計(jì)和安裝基體外側(cè)，加熱元件與溫控電路連接。如圖2所示，石英撓性加速度計(jì)測(cè)量航天器運(yùn)動(dòng)的加速度并輸出模擬電流信號(hào)，石英撓性加速度計(jì)由表頭和混合集成電路組成。其中，表頭主要由檢測(cè)質(zhì)量擺組件、力矩器、差動(dòng)電容傳感器等部分構(gòu)成。在具體工作狀態(tài)下，當(dāng)沿加速度計(jì)的輸入軸有加速度(如振動(dòng))作用時(shí)，由于檢測(cè)質(zhì)量的位置變化，加速度計(jì)產(chǎn)生一個(gè)再平衡電流，并以電磁力的形式使檢測(cè)質(zhì)量回到原來(lái)的平衡位置，加速度計(jì)對(duì)外輸出電流信號(hào)。在本發(fā)明中由三只石英撓性加速度計(jì)進(jìn)行正交安裝，對(duì)外輸出三路電流信號(hào)。如圖3所示，石英撓性加速度計(jì)改進(jìn)了檢測(cè)質(zhì)量擺組件中心盤(pán)結(jié)構(gòu)，通過(guò)增加鏤空結(jié)構(gòu)(在檢測(cè)質(zhì)量擺組件中心盤(pán)上加工兩個(gè)圓孔2):其中中心盤(pán)半圓I半徑(2±0.5)mm,兩側(cè)圓孔2的圓心沿中心軸左右對(duì)稱,單側(cè)圓心到中心盤(pán)圓心的距離為(3·6±0· l)mm,圓孔2的半徑為(0.8±0. 1)_，通過(guò)增加鏤空結(jié)構(gòu)減小了氣體壓膜阻尼系數(shù)，使得加速度計(jì)系統(tǒng)阻尼降低，從而使得機(jī)械噪聲降低。如圖4所示，石英撓性加速度計(jì)進(jìn)行密封，主要通過(guò)加速度計(jì)電路工藝孔壓蓋與電路工藝孔之間以及混合集成電路與表頭殼體之間激光焊接或膠接實(shí)現(xiàn)密封，實(shí)現(xiàn)密封漏率優(yōu)于 5Xl(T1QPa. m3/s。溫控系統(tǒng)如圖5所示，其溫控穩(wěn)定精度可達(dá)±0. 05°C，包括溫控電路、加熱元件12、保溫罩11、安裝基體13、溫度傳感器16和基座14。石英撓性加速度計(jì)15安裝在安裝基體13內(nèi)，溫度傳感器16置于安裝基體13的中心，鎳鉻材料制作的加熱元件12粘貼于安裝基體13的外周表面。在安裝基體13的四周加保溫罩1 1，構(gòu)成密閉溫控環(huán)境。安裝基體13與基座14之間使用絕熱材料的隔熱墊17進(jìn)行隔熱，隔熱墊17具有一定的機(jī)械強(qiáng)度、熱導(dǎo)率(O. 2 O. 3)ff/(m-0C )、抗拉強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度大于300MPa。保溫罩11由內(nèi)外層構(gòu)成，內(nèi)層采用熱導(dǎo)率(O. l 0.4)W/(m*°C )的非金屬材料，外層采用熱導(dǎo)率低于0.03W/(m*°C )的泡沫塑料進(jìn)行保溫，如聚乙烯泡沫塑料等。溫控電路采用直流模擬電路控制方式，避免了數(shù)字溫度控制開(kāi)關(guān)切換產(chǎn)生的電磁干擾，溫控電路可采用如圖6所示的電路，溫控電路包括電阻RlOl R105、熱敏電阻、運(yùn)算放大器、加熱元件、三極管Ql、Q2，也可采用其他具有相同功能的電路。采用上述密封、溫控條件下的石英撓性加速度計(jì)其輸出信號(hào)的噪聲水平低于
g / \[7 ζ ,輸出穩(wěn)定性優(yōu)于3 μ g。取樣電路如圖7所示，由取樣電阻Rl和運(yùn)算放大器N1A、NIB, NIC、NlD等組成，構(gòu)成一個(gè)帶輸出調(diào)零功能的儀表運(yùn)算放大器，實(shí)現(xiàn)高阻取樣放大。所述取樣電阻Rl —般取IkQ左右，Rl接在運(yùn)算放大器N1A、NlD輸入正端之間，N1A、NlD的輸入負(fù)端通過(guò)電阻R4連接，電阻R2、R3分別接在N1A、NlD的輸入負(fù)端與輸出之間，第一級(jí)電壓增益Gl =(R2+R3+R4)/R4。電阻R5、R6串接在NlD的輸出端、電阻R7、R8串接在NlA的輸出端，應(yīng)滿足R8/R7 = R6/R5，第二級(jí)電壓增益G2 = R6/R5 = R8/R7，總的電壓增益G = G1XG2。電阻R9、R10、R11為電平調(diào)整電阻，用于調(diào)整參考電平，通過(guò)調(diào)整電阻阻值調(diào)滿度，保證加速度計(jì)輸入±150mg時(shí)，輸出范圍為±9. 5V，其中電阻Rll通過(guò)運(yùn)算放大器NlC的輸入正端接地、電阻R9串接在±12V電源之間并和電阻RlO串聯(lián)接在NlC的輸入正端；電阻R12接在運(yùn)算放大器NlB的輸出端，并通過(guò)電容C12接地，構(gòu)成輸出RC濾波，其電阻、電容值可根據(jù)調(diào)試需求選取。如圖8所示，濾波電路對(duì)取樣電路的模擬輸出電壓進(jìn)行低通濾波，并對(duì)輸出電壓進(jìn)行限幅，電壓幅值的限制范圍取決于微重力加速度的測(cè)量范圍，經(jīng)濾波限幅后的電壓信號(hào)輸出至選通電路。濾波電路由電阻R24 R29、R71，電容C23 C24、C71 C72、穩(wěn)壓二極管V3、V4和低噪聲精密運(yùn)算放大器等構(gòu)成二階壓控電壓源低通濾波電路。電阻R24、R25、R26、R27串聯(lián)接在運(yùn)運(yùn)算放大器N2的輸入正端，電阻R29、R71串聯(lián)接在N2的輸入負(fù)端和輸出之間。電容C24、C71并聯(lián)接在N2的輸入正端和地之間，電容C23、C72并聯(lián)接在輸出端和輸入正端之間。N2的保護(hù)電阻R28和兩只反向串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管V3、V4接在N2的輸出端，V3、V4穩(wěn)壓值在8. 5V 9. 5V之間對(duì)輸出電壓進(jìn)行限幅，保證輸出電壓不超出±10V范圍?？筛鶕?jù)設(shè)計(jì)要求的濾波通帶調(diào)整R、C的值，本發(fā)明濾波通帶為0-108. 5Hz，可以覆蓋準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)加速度的測(cè)量范圍。選通電路主要通過(guò)高速CMOS模擬開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)三路信號(hào)的選通，模擬開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間典型值為40ns，關(guān)斷時(shí)間典型值為30ns，導(dǎo)通電阻典型值為30 Ω。A/D轉(zhuǎn)換電路用于實(shí)現(xiàn)對(duì)三路加速度計(jì)輸出信號(hào)的采集，主芯片是一種高速并行輸出的單通道ADC，模擬電壓輸入范圍為±10V。A/D轉(zhuǎn)換電路的時(shí)序由FPGA控制器實(shí)現(xiàn)。通訊接口電路由FPGA控制器結(jié)合RS-422接口芯片實(shí)現(xiàn)。為保證微重力測(cè)試裝置輸出信號(hào)的通訊，通訊接口電路將選通信號(hào)轉(zhuǎn)換成TTL電平，將FPGA控制器輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成EIA標(biāo)準(zhǔn)422電平。為FPGA控制器外圍接口如圖9所示，F(xiàn)PGA控制器用于實(shí)現(xiàn)三路加速度計(jì)模擬電壓信號(hào)的選通以及采集的時(shí)序控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)裝置的同步通訊。
FPGA控制器結(jié)構(gòu)示意圖如圖10所示，主要由六個(gè)模塊組成1)分頻模塊；2)復(fù)位模塊；3)信號(hào)鎖存處理模塊；4)A/D采集模塊；5)同步通訊模塊；6)主程序模塊。分頻模塊采用計(jì)數(shù)的方式將本地40MHz時(shí)鐘信號(hào)clk_i進(jìn)行4分頻，生成頻率為IOMHz占空比50%的clk_10m信號(hào)。復(fù)位模塊采用異步復(fù)位的方式，完成全局復(fù)位信號(hào)的邏輯實(shí)現(xiàn)，包括復(fù)位信號(hào)的處理、濾波，防止微小的毛刺干擾導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)位。信號(hào)鎖存處理模塊對(duì)外部提供的通訊選通信號(hào)clk_8ms_i和外部同步信號(hào)clk_768k_i進(jìn)行同步與鎖存，每個(gè)信號(hào)進(jìn)行3次鎖存。圖10中各個(gè)信號(hào)指代如表I所示。表IFPGA產(chǎn)品對(duì)外I/O端口定義表
序號(hào)端口名稱信號(hào)屬性復(fù)位后狀態(tài)端口說(shuō)明
~ elk—iinput-40M 時(shí)鐘信號(hào)
2elk—8ms—iinput-選通信號(hào)
3elk—768k—iinput-碼同步信號(hào)
4busy—iinput-A/D芯片轉(zhuǎn)換標(biāo)志信號(hào)
5rst—iinput-復(fù)位信號(hào)
6rstrciinput-上電復(fù)位信號(hào)
7cs—οoutputOA/D芯片控制信號(hào)
8ctrl—0(4)outputIA/D 芯片控制信號(hào) R/C
9ctrl—o(3)outputI通道X選擇控制信號(hào)
10ctrl—o(2)outputI空通道選擇控制信號(hào)
權(quán)利要求
1.一種基于石英撓性加速度計(jì)的微重力測(cè)試裝置，其特征在于包括石英撓性加速度計(jì)組件、取樣電路、濾波電路、選通電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、通訊接口電路和FPGA控制器，石英撓性加速度計(jì)組件包括石英撓性加速度計(jì)和溫控系統(tǒng)，溫控系統(tǒng)包括溫控電路、加熱元件、保溫罩、安裝基體和基座，石英撓性加速度計(jì)安裝在安裝基體的中心位置，加熱元件安裝在安裝基體外側(cè)上，安裝基體通過(guò)隔熱墊安裝在基座上，保溫罩安裝在基座上，并罩在石英撓性加速度計(jì)和安裝基體外側(cè)，加熱元件與溫控電路連接，石英撓性加速度計(jì)測(cè)量航天器運(yùn)動(dòng)的加速度并輸出穩(wěn)定、低噪的模擬電流信號(hào)到取樣電路，取樣電路將石英撓性加速度計(jì)輸出的模擬電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量電壓信號(hào)并輸出到濾波電路，濾波電路將取樣電路取樣后的模擬量電壓信號(hào)進(jìn)行低通濾波，并對(duì)電壓幅值進(jìn)行限制后經(jīng)選通電路送入A/D轉(zhuǎn)換電路，限幅后的模擬量電壓在A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，F(xiàn)PGA控制器采集A/D轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字電壓信號(hào)經(jīng)通訊接口電路轉(zhuǎn)換為422電平輸出，F(xiàn)PGA控制器同時(shí)對(duì)選通電路進(jìn)行選擇控制和對(duì)A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行時(shí)序控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于石英撓性加速度計(jì)的微重力測(cè)試裝置，其特征在于所述的石英撓性加速度計(jì)的檢測(cè)質(zhì)量擺組件中心盤(pán)采用鏤空結(jié)構(gòu)，在檢測(cè)質(zhì)量擺組件中心盤(pán)上加工兩個(gè)圓孔,兩個(gè)圓孔的圓心沿中心盤(pán)的中心軸左右對(duì)稱。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于石英撓性加速度計(jì)的微重力測(cè)試裝置，其特征在于所述的石英撓性加速度計(jì)的電路工藝孔壓蓋與電路工藝孔之間以及混合集成電路與表頭殼體之間采用激光焊接或膠接實(shí)現(xiàn)密封，密封漏率小于5 X KTwPa. m3/s。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于石英撓性加速度計(jì)的微重力測(cè)試裝置，其特征在于所述的保溫罩由內(nèi)層和外層構(gòu)成，內(nèi)層采用熱導(dǎo)率O. I O. 4ff/(m.°C )的非金屬材料，外層采用熱導(dǎo)率低于O. 03ff/(m · V )的泡沫塑料。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于石英撓性加速度計(jì)的微重力測(cè)試裝置，其特征在于所述的溫控電路采用直流模擬電路控制方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于石英撓性加速度計(jì)的微重力測(cè)試裝置，其特征在于所述的FPGA控制器包括分頻模塊、復(fù)位模塊、信號(hào)鎖存處理模塊、A/D采集模塊、同步通訊模塊和主程序模塊，主程序模塊負(fù)責(zé)分頻模塊、復(fù)位模塊、信號(hào)鎖存處理模塊、A/D采集模塊和同步通訊模塊的調(diào)用和控制，分頻模塊采用計(jì)數(shù)的方式將本地40MHz時(shí)鐘信號(hào)clk_i進(jìn)行4分頻，生成頻率為10MHz、占空比50%的clk_10m信號(hào)分別送入信號(hào)鎖存處理模塊、A/D采集模塊和同步通訊模塊，復(fù)位模塊采用異步復(fù)位的方式，完成全局復(fù)位信號(hào)的邏輯實(shí)現(xiàn)，信號(hào)鎖存處理模塊對(duì)外部通訊選通信號(hào)clk_8ms_i和外部提供的同步信號(hào)clk_768k_i進(jìn)行同步與鎖存，A/D采集控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)選通電路、A/D轉(zhuǎn)換電路的控制，同步通訊模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的同步通訊以及數(shù)據(jù)上傳。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于石英撓性加速度計(jì)的微重力測(cè)試裝置，其特征在于所述的取樣電路由取樣電阻Rl和儀表運(yùn)算放大器組成，其中儀表運(yùn)算放大器由運(yùn)算放大器N1A、N1B、N1C、N1D、電阻R2 R12和電容C12組成，電阻Rl接在運(yùn)算放大器NlA和運(yùn)算放大器NlD輸入正端之間，運(yùn)算放大器NlA和運(yùn)算放大器NlD的輸入負(fù)端通過(guò)電阻R4連接，電阻R2和電阻R3分別接在運(yùn)算放大器NlA和運(yùn)算放大器NlD的輸入負(fù)端與輸出之間，電阻R5和電阻R6串接在運(yùn)算放大器NlD的輸出端、電阻R7和電阻R8串接在運(yùn)算放大器NlA的輸出端，電阻Rll通過(guò)運(yùn)算放大器NlC的輸入正端接地，電阻R9串接在土 12V電源之間并和電阻RlO串聯(lián)接在運(yùn)算放大器NIC的輸入正端，電阻R12接在運(yùn)算放大器NlB的輸出端，并通過(guò)電容C12接地。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于石英撓性加速度計(jì)的微重力測(cè)試裝置，其特征在于所述的濾波電路由電阻R24 R29、電阻R71，電容C23 C24、電容C71 C72、穩(wěn)壓二極管V3、V4和運(yùn)算放大器N2構(gòu)成的二階壓控電壓源低通濾波電路，電阻R24 R27串聯(lián)接在運(yùn)算放大器N2的輸入正端，電阻R29和電阻R71串聯(lián)接在運(yùn)算放大器N2的輸入負(fù)端和輸出之間，電容C24和電容C71并聯(lián)接在運(yùn)算放大器N2的輸入正端和地之間，電容C23和電容C72并聯(lián)后一端與電阻R25和電阻R26的公共端連接、另一端與電阻R28和電阻R71的公共端連接，電阻R28和兩只反向串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管V3、V4接在運(yùn)算放大器N2的輸出端。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于石英撓性加速度計(jì)的微重力測(cè)試裝置，包括石英撓性加速度計(jì)組件、取樣電路、濾波電路、選通電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、通訊接口電路和FPGA控制器，石英撓性加速度計(jì)組件包括石英撓性加速度計(jì)和溫控系統(tǒng)，溫控系統(tǒng)包括溫控電路、加熱元件、保溫罩、安裝基體和基座。本發(fā)明具有噪聲低、量程大，通頻帶寬，避免了由于丟幀、空幀、重幀、錯(cuò)碼等原因而丟失數(shù)據(jù)，提高了數(shù)據(jù)的可靠性。
文檔編號(hào)G01V7/16GK102778700SQ20121022882
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月4日
發(fā)明者劉 英, 張秋月, 梁杰, 許中生, 邱宏波, 郭琳瑞, 魏超 申請(qǐng)人:航天科工慣性技術(shù)有限公司