船用高精度石英撓性加速度計(jì)的信號(hào)采集.pdf

1、加速度計(jì)是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的核心元件之一，它敏感載體的加速度信息輸出與載體加速度成比例的信號(hào)。加速度計(jì)信號(hào)采集電路將加速度計(jì)輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，加速度計(jì)和加速度計(jì)測量電路的組合決定了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)感知載體加速度的精度。對(duì)于船用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，相對(duì)于其他慣性導(dǎo)航系統(tǒng)又有其自身獨(dú)有的特性，其對(duì)加速度計(jì)的精度要求更高特別是長時(shí)間的穩(wěn)定性以及重復(fù)性要求更高，而對(duì)帶寬和動(dòng)態(tài)范圍的要求相對(duì)較低。本課題旨在針對(duì)船用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出適用于船

2、用高精度石英撓性加速度計(jì)的精密信號(hào)采集系統(tǒng)。
　　本文針對(duì)船舶慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用要求，比較了常用的I/F轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換等高精度加速度計(jì)信號(hào)采集方案，并根據(jù)船用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)加速度信號(hào)精度高、動(dòng)態(tài)范圍大以及實(shí)時(shí)性好等要求確定了以高精度∑-△型模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1281為核心，并重新設(shè)計(jì)后級(jí)數(shù)字抽取濾波器的系統(tǒng)方案。依據(jù)系統(tǒng)要求，詳細(xì)分析了方案設(shè)計(jì)中超低噪聲運(yùn)算放大器、高精度基準(zhǔn)電壓源以及采樣電阻等關(guān)鍵器件對(duì)系統(tǒng)精度的影響，為關(guān)鍵器件

3、的選擇提供依據(jù)并完成了采集電路的原理以及PCB設(shè)計(jì)。充分考慮了在精密測量電路中許多不能忽視的有害效應(yīng)，對(duì)電源系統(tǒng)、散熱屏蔽結(jié)構(gòu)以及接地技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì)。為進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換器的性能，減少噪聲并使轉(zhuǎn)換器輸出速率和導(dǎo)航系統(tǒng)吻合，重新設(shè)計(jì)后級(jí)數(shù)字抽取濾波器組，確定了以CIC濾波器+補(bǔ)償濾波器+FIR濾波器的三級(jí)濾波器級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)。濾波器借助Matlab工具箱進(jìn)行設(shè)計(jì)并在FPGA中進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，充分發(fā)揮FPGA的并行處理和資源優(yōu)勢，使其更加適合