一种三浮陀螺加速度计的磁悬浮定中系统技术方案

本发明专利技术公开了一种三浮陀螺加速度计的磁悬浮定中系统，包括五路位置测量电桥、多路选通器、前置放大器、相敏解调电路、限幅电路、带有模数转换功能的微控制器、电平转换电路、功率三极管和电荷泄放电路；电平转换电路通过使用比较器芯片，可以将微控制器输出的电压转换为控制功率电路所需的电压，以实现对执行器的控制功能。通过使用电荷泄放电路，可以使由于电流的快速通断而积聚在感性负载中的能量以适当的速度释放出来，避免产生尖峰电压，影响电路的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种三浮陀螺加速度计的磁悬浮定中系统，包括五路位置测量电桥、多路选通器、前置放大器、相敏解调电路、限幅电路、带有模数转换功能的微控制器、电平转换电路、功率三极管和电荷泄放电路；电平转换电路通过使用比较器芯片，可以将微控制器输出的电压转换为控制功率电路所需的电压，以实现对执行器的控制功能。通过使用电荷泄放电路，可以使由于电流的快速通断而积聚在感性负载中的能量以适当的速度释放出来，避免产生尖峰电压，影响电路的可靠性。【专利说明】一种三浮陀螺加速度计的磁悬浮定中系统
本专利技术涉及一种三浮陀螺加速度计的磁悬浮定中系统。
技术介绍
三浮陀螺加速度计是一种高精度的摆式积分陀螺加速度计，其内部的陀螺电机采用气浮轴承，从而使电机在高速旋转过程中避免摩擦，提高使用寿命。同时，加速度计内部的浮子部件处于液体中，其重力与所受的浮力大小相等方向相反，因此处于悬浮状态。另夕卜，浮子部件轴采用磁悬浮轴承，从而提高轴承的定位精度。由于这种加速度计同时采用气浮、液浮和磁悬浮技术，所以称为三浮陀螺加速度计。在三浮陀螺加速度计中，磁悬浮技术应用在对浮子组件的辅助支承上。通过磁悬浮支承，使三浮陀螺加速度计的浮子分别沿外框架坐标系的三个坐标轴定中心，起到完全脱离机械接触，消除浮子转动轴上的摩擦力矩，克服浮子的重浮力残差，从而提高仪表精度的作用。在磁悬浮系统中，磁悬浮电路的测量和控制功能依靠安装在加速度计表头内部的磁悬浮元件来实现。磁悬浮元件在电路中既是传感器，也是执行机构。作为传感器，磁悬浮元件将作为系统输出的浮子位移转化为线圈电感值的变化，以供电路进行检测。作为执行机构，磁悬浮元件能通过向线圈中通入大电流，产生电磁吸引力，驱动浮子产生位移，从而达到指定的输出。磁悬浮电路通过分时控制，交替地使磁悬浮元件工作在传感器和执行机构状态。现有的磁悬浮电路一般采用模拟开关集成电路来实现功率电路功能，且不设置电荷泄放电路。模拟开关集成电路由于工艺上的原因，一般能通过的最大电流有限，而磁悬浮电路需要大电流进行加力控制。因此模拟开关在磁悬浮电路中并不适用。当磁悬浮电路中加力控制结束的时刻，功率电路中的三极管阵列迅速关断。此时，由于磁悬浮定子线圈是感性元件，其电特性与电感器相同，当通过的电流迅速减少时，在定子线圈中会产生一个感生电动势。当没有泄放通路或者泄放通路的电阻很大时，这个感生电动势的幅值高，持续时间短，呈现尖峰脉冲的形式。由于磁悬浮电路是闭环电路，这个尖峰脉冲会馈入放大器，影响信号精度。当尖峰脉冲的幅值超过器件所能承受的最大输入电压时，还可能对器件造成损坏。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是:克服现有技术的不足，提供一种结构简单的三浮陀螺加速度计的磁悬浮定中系统，采用简洁的办法解决对感性负载施加控制电流通断过程中出现的尖峰电压信号对定中系统电路的不良影响。本专利技术的技术方案是:一种三浮陀螺加速度计的磁悬浮定中系统，三浮陀螺加速度计包括浮子和磁悬浮元件，磁悬浮定中系统包括五路位置测量电桥、多路选通器、前置放大器、相敏解调电路、限幅电路、带有模数转换功能的微控制器、电平转换电路、功率三极管和电荷泄放电路；磁悬浮元件包括轴向磁悬浮元件和径向磁悬浮元件；轴向磁悬浮元件包括I对定子线圈，径向磁悬浮元件包括4对定子线圈；每个定子线圈连接一个电荷泄放电路；每个电荷泄放电路包括一个电荷泄放电阻R3或R4，第一电压调整二极管Vl或V3，第二电压调整二极管V2或V4电荷泄放电阻R3或R4的一端与定子线圈的输入端相连，电荷泄放电阻R3或R4的另一端与第一电压调整二极管的阳极相连；第一电压调整二极管的阴极与第二电压调整二极管的阴极相连，第二电压调整二极管的阳极与定子线圈的接地端相连；每路位置测量电桥用于检测对应的一对定子线圈的输入端之间的电势差，共获得5路差分信号；每路位置测量电桥包括检测电阻R1、R2、激磁电源；检测电阻Rl的一端与激磁电源相连，检测电阻Rl的另一端与所述对应的一对定子线圈中的第一个定子线圈LI的输入端相连，检测电阻R2的一端与激磁电源相连，检测电阻的另一端与所述对应的一对定子线圈中的第二个定子线圈L2的输入端相连；定子线圈L1、L2的接地端接地；通过定子线圈L1、L2的输入端输出一路差分信号至多路选通器；多路选通器在微控制器电路的控制下分时选通5路差分信号并输出至前置放大器；每路差分信号经过前置放大器放大后获得交流信号，相敏解调电路将交流信号转换为直流电压信号后输入至限幅电路；限幅电路将直流电压信号限制在0-5V后输入至带有模数转换功能的微控制器，经微控制器进行A/D转换后输出10路加力控制信号，每路加力控制信号经过与之对应的电平转换电路进行电平转换后输入至相应的功率三极管，由功率三极管进行功率变换后输出加力电流至对应的定子线圈的输入端。所述电平转换电路包括比较器芯片，微控制器输出的加力控制信号输入至比较器芯片的一个输入端，+2.5V的固定电平输入至比较器芯片的另一个输入端；当加力控制信号为高电平+5V时，比较器芯片输出+15V，当加力控制信号为低电平OV时，比较器芯片输出为-15V ;比较器芯片输出的电平信号经电阻Rll后与功率三极管的基极相连，功率三极管的发射极与定子线圈的输入端相连；功率三极管的集电极通过限流电阻R12与-5V电压相连。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点:本专利技术的定中系统采用了一种匀速释放感性负载内积聚能量的电荷泄放电路。采用两电压调整二极管对接并串联电阻器的形式。当提供给负载的外部电流突然被切断时，为负载内电流的流动提供一个通路，使负载内存储的能量以适当的速度被释放，避免能量过快释放引起的尖峰电压对整个电路的不良影响。本专利技术的定中系统通过采用比较器芯片对微控制器的输出电平进行电压变换，以取得控制功率电路所需的电平。【专利附图】【附图说明】图1为磁悬浮电路的原理框图。图2为轴向磁悬浮加力脉宽与浮子位移的关系。图3为径向磁悬浮加力脉宽与浮子位移的关系。图4为位置测量电桥、电荷泄放电路与定子线圈连接电路图。图5为电平转换电路和功率三极管电路图。图6为磁悬浮元件与浮子安装示意图，图6a为正视剖面图，图6b为俯视剖面图。【具体实施方式】三浮陀螺加速度计的磁悬浮定中系统采用的是基于伺服控制的数字时分式有源磁悬浮，磁悬浮是利用磁场力使磁性悬浮体(浮子)沿着加速度计的框架坐标的一个轴或绕着框架坐标的几个轴保持固定位置。在三浮陀螺加速度计液浮轴承间隙的活动范围内(径向约65 μ m,轴向约100 μ m),浮子组件可视为能在空间六个自由度上运动的刚体，除绕浮子轴转动的自由度用以敏感陀螺效应为，其余五自由度均应受磁悬浮支承定中约束实现全悬浮。三浮陀螺加速度计包括浮子和磁悬浮元件，如图1所示，本专利技术的三浮陀螺加速度计的磁悬浮定中系统包括五路位置测量电桥、多路选通器、前置放大器、相敏解调电路、限幅电路、带有模数转换功能的微控制器、电平转换电路、功率三极管和电荷泄放电路。磁悬浮元件包括径向磁悬浮元件和轴向磁悬浮元件。磁悬浮元件既用作位置传感器，又用作力发生器。磁悬浮元件用作位置传感器时工作于差动方式，可有效减小或消除输出信号的对称性误差，为提高检测灵敏度，采用惠斯通电桥加激磁信号，将浮子位移引起的元件电感变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三浮陀螺加速度计的磁悬浮定中系统，三浮陀螺加速度计包括浮子和磁悬浮元件，其特征在于，磁悬浮定中系统包括五路位置测量电桥、多路选通器、前置放大器、相敏解调电路、限幅电路、带有模数转换功能的微控制器、电平转换电路、功率三极管和电荷泄放电路；磁悬浮元件包括轴向磁悬浮元件和径向磁悬浮元件；轴向磁悬浮元件包括1对定子线圈，径向磁悬浮元件包括4对定子线圈；每个定子线圈连接一个电荷泄放电路；每个电荷泄放电路包括一个电荷泄放电阻R3或R4，第一电压调整二极管V1或V3，第二电压调整二极管V2或V4电荷泄放电阻R3或R4的一端与定子线圈的输入端相连，电荷泄放电阻R3或R4的另一端与第一电压调整二极管的阳极相连；第一电压调整二极管的阴极与第二电压调整二极管的阴极相连，第二电压调整二极管的阳极与定子线圈的接地端相连；每路位置测量电桥用于检测对应的一对定子线圈的输入端之间的电势差，共获得5路差分信号；每路位置测量电桥包括检测电阻R1、R2、激磁电源；检测电阻R1的一端与激磁电源相连，检测电阻R1的另一端与所述对应的一对定子线圈中的第一个定子线圈L1的输入端相连，检测电阻R2的一端与激磁电源相连，检测电阻的另一端与所述对应的一对定子线圈中的第二个定子线圈L2的输入端相连；定子线圈L1、L2的接地端接地；通过定子线圈L1、L2的输入端输出一路差分信号至多路选通器；多路选通器在微控制器电路的控制下分时选通5路差分信号并输出至前置放大器；每路差分信号经过前置放大器放大后获得交流信号，相敏解调电路将交流信号转换为直流电压信号后输入至限幅电路；限幅电路将直流电压信号限制在0‑5V后输入至带有模数转换功能的微控制器，经微控制器进行A/D转换后输出10路加力控制信号，每路加力控制信号经过与之对应的电平转换电路进行电平转换后输入至相应的功率三极管，由功率三极管进行功率变换后输出加力电流至对应的定子线圈的输入端。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李庆溥，严小军，孙鹏飞，章丽蕾，赵晓萍，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11