数字闭环石英挠性加速度计量化误差分析与实验研究.pdf

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1、2013年第32卷第l1期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)33数字闭环石英挠性加速度计量化误差分析与实验研究张唏，张声艳，曹巧媛(北京航空航天大学惯性技术重点实验室。北京100191)摘要：数字闭环方案可以减小模拟伺服方案中A／D转换环节所引入的精度损失，而量化误差是影响数字闭环石英挠性加速度计系统精度的重要因素之一。介绍了数字闭环石英挠性加速度计检测系统的工作原理，讨论了AD，DA位数的选择依据，基于现有硬件检测电路，软件上采取AD，DA降位使用的方法分析量化误差对闭环系统精度的影响。搭建数字闭环实验系统，实验结果表明：在一

2、定范围内，随着AD，DA位数的降低，量化误差影响增大，闭环系统精度降低，与理论分析相吻合，为数字闭环加速度计的精度改善提供必要的理论指导和实验基础。关键词：数字闭环；石英挠性加速度计；量化误差；带宽测试中图分类号：TH701文献标识码：A文章编号：1000-9787(2013)11--0033-04，、』■■l-l-』llUUantlZatl0nerr0ranalysisandeXDerimentalresearchOndigitalclosed-·loopquartzflexaccelerometerZHANGXi，ZHANGSheng—yan，CAOQiao—yuan(KeyLa

3、boratoryofInertiaTechnology，BeihangUniversity，Beijing100191，China)Abstract：Digitalclosed—loopschemecanreduceprecisionlossinanalogtodigital(A／D)conversionofanalogselwoscheme，andquantizationerrorisoneoftheimportantfactorswhichinfluencesystemprecisionofdigitalclosed—loopquartzflexaccelerometer(DCL

4、—accelerometer)．WorkingprincipleofDCL—accelerometerdetectingsystemisintroduced，anddigitsselectioncriteriaofAD，DAbitisdiscussed，i．e，basedonexistinghardwaredetectioncircuit，useAD，DAdroppingmethodtoanalyzeclosed—loopsystemprecisioninfluencedbyquantizationerorfromsoftwareaspect．Buildupdigitalclosed

5、—loopexperimentalsystem，experimentalresultsshowthatinacertainrange，asAD，DAbitsdropping，effectofquantizationerrorisincreasedwhileclosed—loopsystemprecisionisreduced，whichcoincideswiththetheoreticalanalysisandprovidesnecessarytheoreticalguidanceandexperimentalbasisforimprovementofprecisionoftheac

6、celerometer．Keywords：digitalclosed—loop；quartzflexaccelerometer；quantizationerror；bandwidthtest0引言的性能将成为限制整个惯性导航精度的瓶颈之一。石英挠性加速度计具有体积小、精度高、稳定性好等优针对上述模拟伺服控制方案中引入的精度损失问题，点，是对加速度、振动、倾斜等物理量敏感、测量及控制方面本文所采用的数字闭环石英挠性加速度计将外A／D转换的换代产品，广泛用于航空航天、倾斜测井、房屋监测等领环节用内置A／D转换实现，显然，由于数字闭环的存在，可域。传统的模拟石英挠性加速度计输出模拟电流或电

7、以减小由于外A／D转换环节引入的精度损失。压，需外加A／D转换装置才能实现将模拟量转换变成脉冲数字闭环石英挠性加速度计整体相当于一个A／D转量或数字信号给计算机以实现导航解算J，常用的A／D转换器，实现将输入加速度转换为数字量输出，因此，量化误换电路主要有A／D方案、I／F方案及V／F方案。以A／D方差对闭环系统精度的影响不可忽视。本文首先介绍数字闭案为例，假设整个惯性导航系统要达到10gn的精度，最环石英挠性加速度计的工作原理；其次分析了AD，DA位大测