一種用于mhd角速率傳感器的檢測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于Μ皿角速率傳感器的檢測裝置，屬于測試測量技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 磁流體動力學(xué)效應(yīng)角速率傳感器(Magnet-Hy化Ο-Dynamics，W下稱MHD角速率傳 感器)具有高精度、高帶寬、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于光路對準(zhǔn)設(shè)備、成像系統(tǒng)運(yùn)動測量補(bǔ) 償系統(tǒng)、航天器載荷平臺穩(wěn)定W及振動特性監(jiān)測等。
[0003] MHD角速率傳感器工作原理基于磁流體動力學(xué)效應(yīng)及電磁感應(yīng)，傳感器主要由敏 感元件和檢測電路兩部分組成。當(dāng)有繞傳感器敏感軸的角速率信號作用于傳感器時，傳感 器內(nèi)部流體由于慣性特性，保持原有運(yùn)動狀態(tài)，流體與傳感器內(nèi)部靜磁場之間形成相對運(yùn) 動，產(chǎn)生切割磁力線的效果，在流體上下端面之間形成感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢信號經(jīng)檢測 電極和電感線圈轉(zhuǎn)換為敏感元件輸出信號，再經(jīng)檢測電路處理得到表征角速率的傳感器整 機(jī)輸出電壓信號。
[0004] 常規(guī)的傳感器檢測電路，通過運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓放大環(huán)節(jié)進(jìn)行第一級放大， 通過基準(zhǔn)源生成的基準(zhǔn)信號與傳感器信號進(jìn)行加減運(yùn)算實(shí)現(xiàn)零位調(diào)節(jié)，通過溫度傳感器輸 出的溫度信號與傳感器信號進(jìn)行加減運(yùn)算實(shí)現(xiàn)零位溫度補(bǔ)償，最后通過低通濾波濾除工作 帶寬W外的高頻噪聲。Mffl)角速率傳感器敏感元件輸出信號非常微弱，而且存在低頻衰減， 常規(guī)的檢測電路無法同時滿足檢測精度高、噪聲水平低和工作帶寬大的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對常規(guī)檢測電路在Μ皿角速率傳感器信號檢測上的不足，本發(fā)明提出一種適合 于Mffl)角速率傳感器信號特點(diǎn)的檢測電路，可W有效控制傳感器的噪聲水平，提高傳感器的 微弱信號檢測能力，擴(kuò)展傳感器工作帶寬，同時能夠自動調(diào)節(jié)傳感器零位偏置，有效抑制傳 感器零位溫度漂移。
[0006] 本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案予W實(shí)現(xiàn)：
[0007] 提供一種用于Μ皿角速率傳感器的檢測電路，包括差分放大模塊、帶寬擴(kuò)展模塊和 濾波電路；
[000引所述差分放大模塊采集Μ皿角速率傳感器敏感元件輸出的電壓信號進(jìn)行差分放 大，將放大后的信號輸出至帶寬擴(kuò)展模塊；
[0009] 所述帶寬擴(kuò)展模塊將放大后的信號進(jìn)行帶寬擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)低頻增益與高頻增益的比 值大于1，將擴(kuò)展后的信號輸出至濾波電路；
[0010] 所述濾波電路將將擴(kuò)展后的信號進(jìn)行濾波后作為Μ皿角速率傳感器的輸出信號。
[0011] 優(yōu)選的，所述帶寬擴(kuò)展模塊采用無源電路，低頻增益為1，高頻增益<1。
[0012] 優(yōu)選的，所述帶寬擴(kuò)展模塊包括依次串聯(lián)的第一電阻Ri、第二電阻R2、第一電容Cl; 第一電阻Ri與第二電阻R2連接的一端作為擴(kuò)展后的信號的輸出端，第一電阻Ri的另一端作 為放大后的信號的輸入端。
[0013] 優(yōu)選的，所述帶寬擴(kuò)展模塊采用有源電路，低頻增益〉1，高頻增益<1。
[0014] 優(yōu)選的，所述帶寬擴(kuò)展模塊(5)包括第Ξ電阻R3、第四電阻R4、第五電阻Rs、第二電 容C2、第Ξ電容C3W及運(yùn)算放大器;第四電阻R4的一端作為放大后的信號的輸入端，第四電 阻R4的一端連接第二電容C2的一端，第二電容C2連接運(yùn)算放大器負(fù)輸入端;第五電阻Rs的一 端連接運(yùn)算放大器負(fù)輸入端，第五電阻Rs的另一端連接第Ξ電容C3的一端，第Ξ電容C3的另 一端連接運(yùn)算放大器的輸出端;第Ξ電阻化的一端連接運(yùn)算放大器負(fù)輸入端，第Ξ電阻R3的 另一端連接運(yùn)算放大器的輸出端;運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端接地，運(yùn)算放大器的輸出端作為 擴(kuò)展后的信號的輸出端，其中C2/C3〉！，R5/R4<1。
[0015] 優(yōu)選的，所述濾波電路為帶通濾波模塊。
[0016] 優(yōu)選的，所述差分放大模塊包括電阻Rgi、電阻Rg2W及儀表放大器；電阻Rgi的一端 連接血陽角速率傳感器敏感元件的電感線圈的第一輸出端，電阻Rgi的另一端接地；電阻Rg2 的另一端連接Mffl)角速率傳感器敏感元件的電感線圈的第二輸出端，電阻Rg2的另一端接地； 儀表放大器的第一輸入端連接電感線圈的第一輸出端，儀表放大器的第二輸入端連接電感 線圈的第二輸出端，儀表放大器的輸出端輸出放大后的信號。
[0017] 優(yōu)選的，所述差分放大模塊包括儀表放大器;儀表放大器的第一輸入端連接Μ皿角 速率傳感器敏感元件的電感線圈的第一輸出端，儀表放大器的第二輸入端連接電感線圈的 第二輸出端，儀表放大器的輸出端輸出放大后的信號，電感線圈的中部接地。
[0018] 優(yōu)選的，所述差分放大模塊還包括增益電阻Rg，連接在儀表放大器的增益調(diào)節(jié)端。
[0019] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0020] (1)本發(fā)明創(chuàng)造性地采用帶寬擴(kuò)展模塊解決傳感器低頻衰減的問題，運(yùn)是現(xiàn)有技 術(shù)沒有采用過的方案;所設(shè)及的帶寬擴(kuò)展模塊，具有W下特點(diǎn):在低頻段的增益具有隨頻率 降低而增大、在高頻段增益近似恒定為1或者保持為小于1的恒定值，可W對傳感器低頻衰 減進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)償，從而擴(kuò)展了傳感器工作帶寬。帶寬擴(kuò)展模塊有無源和有源兩種實(shí)現(xiàn)模式： 無源模式結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)方便，但是只能通過降低高頻增益來相對的提高低頻增益，帶寬擴(kuò) 展效果有限；有源模式可W在降低高頻增益的同時提高低頻增益，更大限度的拉升低頻段 對高頻段的相對增益，帶寬擴(kuò)展效果更明顯。
[0021] (2)本發(fā)明所設(shè)及的檢測電路在第一級采用高精度、低噪聲的儀表放大器構(gòu)成高 增益的差分電壓放大模塊，能夠降低傳感器的噪聲水平，提高傳感器的微弱信號檢測能力。
[0022] (3)本發(fā)明所設(shè)及的帶通濾波模塊，既能濾除高頻噪聲，又能消除零位偏置、抑制 零位溫度漂移。與采用低通濾波的常規(guī)檢測電路相比，節(jié)約了零位調(diào)節(jié)和零位溫度漂移補(bǔ) 償所用的運(yùn)算放大器、調(diào)試電阻、基準(zhǔn)源、溫度傳感器等，簡化了電路結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明Μ皿角振動傳感器檢測電路原理圖；
[0024] 圖2為本發(fā)明差分放大電路與敏感元件的一種連接方式；
[0025] 圖3為本發(fā)明差分放大電路與敏感元件的第二種連接方式；
[0026] 圖4為本發(fā)明帶寬擴(kuò)展環(huán)節(jié)的一種無源實(shí)現(xiàn)形式原理圖；
[0027] 圖5為本發(fā)明帶寬擴(kuò)展環(huán)節(jié)的幅頻特性曲線；
[0028] 圖6為本發(fā)明帶寬擴(kuò)展環(huán)節(jié)的第二種有源實(shí)現(xiàn)形式原理圖；
[0029] 圖7為本發(fā)明帶寬擴(kuò)展環(huán)節(jié)校正前后傳感器的幅頻特性曲線；
[0030] 圖8為本發(fā)明帶通濾波對帶有偏置、漂移的信號和噪聲的信號示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述：
[0032] 本發(fā)明設(shè)及的Mffl)角速率傳感器檢測電路，包括差分放大模塊(4)、帶寬擴(kuò)展模塊 (5)、帶通濾波模塊(6)等功能模塊。
[0033] 傳感器敏感元件（1)中的電感線圈（2)產(chǎn)生與角速率成正比的電壓信號Vinl、Vin2， 檢測電路(3)對Vinl、Vin2進(jìn)行相應(yīng)處理后，得到傳感器的整機(jī)輸出信號V。。由于Vinl、Vin2具有 差模分量遠(yuǎn)小于共模分量的特點(diǎn)，差分放大模式更適合用于Vinl、Vin2的檢出，因此利用差分 放大模塊(4)作為檢測電路(3)的第一級。為取得最佳的檢測精度，差分放大模塊(4)的核屯、 器件是高增益、低噪聲、高共模抑制比、低溫度漂移的儀表放大器(7)，圖2和圖3為差分放大 模塊(4)的兩種具體實(shí)現(xiàn)方式。
[0034] 差分放大模塊(4)選擇具有差分放大功能的儀表放大器(7)來構(gòu)成。儀表放大器 (7)具有高共模抑制比、低噪聲、低線性誤差、低失調(diào)電壓等特點(diǎn)，能夠滿足檢測要求。此外， 儀表放大器還具有集成度高、外圍器件少的優(yōu)勢。差分放大模塊(4)與敏感元件（1)的連接 方式如圖2所示，敏感元件（1)通過其內(nèi)的電感線圈（2)與差分放大模塊(4)的輸入端相連。 由于差分放大電路的輸入阻抗較大，因此需要為偏置電流提供一個對地的返回路徑，對應(yīng) 的解決方案是W電阻Rgi、Rg2的一端分別與儀表放大器(7)的輸入端相連，WRgi、Rg2的另一端 與檢測電路(3)的參考地相連，從而提供偏置電流返回路徑。Rg連接在儀表放大器的增益調(diào) 節(jié)端，通過阻值調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。
[0035] 圖3為差分放大模塊(4)與敏感元件（1)的另一種連接方式，從電感線圈（2)的中部 接出一個引出線與檢測電路(3)的參考地實(shí)現(xiàn)電學(xué)連通，從而為偏置電流提供返回路徑。
[0036] 由于敏感元件（1)的輸出信號Vinl、Vin2存在低頻衰減，所W經(jīng)差分放大模塊(4)處 理后得到的信號Vi同樣存在低頻衰減，為此設(shè)計(jì)