專利名稱：一種用于星載光纖陀螺的溫度檢測電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種溫度檢測電路，更特別地說，是指一種用于星載光纖陀螺的溫度 檢測電路。
背景技術：
衛(wèi)星應用環(huán)境比較惡劣，多種空間環(huán)境效應都會影響光纖陀螺的工作，如熱真 空環(huán)境、輻射環(huán)境、磁場及空間電磁干擾和其它空間突發(fā)事件(如核爆等)。因此， 提高光纖陀螺的可靠性和延長陀螺的使用壽命，成為光纖陀螺空間應用(如衛(wèi)星用) 最為重要的設計要求之一。因此，為保證空間應用光纖陀螺的可靠性，檢測電路元器 件的選用尤為重要。
衛(wèi)星用光纖陀螺的另一個重要的指標就是精度，高精度光纖陀螺為衛(wèi)星的定姿和 控制提供極其重要的數(shù)據(jù)，由于星內環(huán)境溫度的變化會對光纖陀螺主要測試指標(如 零偏穩(wěn)定性和隨機游走等)造成很大的影響。為保證光纖陀螺全溫范圍(—20°C~ + 55°C)內的測試精度，對光纖陀螺進行溫度補償成為有效而必要的措施。溫度補 償?shù)那疤峋褪蔷_而可靠的測量溫度，因此，設計一種可用于衛(wèi)星用高精度光纖陀螺 的溫度檢測電路就顯的尤為重要。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種用于星載光纖陀螺的溫度檢測電路，該溫度檢測電路添 加在溫度傳感器與數(shù)字信號處理單元之間，能夠將溫度信息轉換為數(shù)字電壓信息進行 差分運放處理，使得輸出電壓范圍大、輸出溫度精度高，提高了星載用光纖陀螺中溫 度檢測電路的可靠性。
本發(fā)明的一種用于星載光纖陀螺的溫度檢測電路，該溫度檢測電路添加在溫度傳 感器(5)與數(shù)字信號處理單元(6)之間；所述溫度檢測電路包括有溫度-電壓轉換 單元(1)、電壓基準電源(4)、差分運放單元(2)、模數(shù)轉換單元(3);
4溫度-電壓轉換單元(i)接收溫度傳感器(5)探測到的溫度信號r。，并將該溫
度信號&進行溫度-電壓線性映射處理后輸出溫度-電壓K給差分運放單元(2);
電壓基準電源(4)用于向差分運放單元(2)提供一個作為電壓信息的差分放 大用的基準電壓K;
差分運放單元(2)將接收的溫度-電壓^、基準電壓^進行電壓量程范圍拉伸關 系處理后輸出差分放大電壓F。w給模數(shù)轉換單元(3);
模數(shù)轉換單元(3)將接收的差分放大電壓F。w轉換為數(shù)字電壓^后輸出給數(shù)字 信號處理單元(6)。
所述的一種用于星載光纖陀螺的溫度檢測電路，經(jīng)差分運放單元(2)放大后的 電壓范圍根據(jù)模數(shù)轉換單元(3)決定。
本發(fā)明用于星載光纖陀螺的溫度檢測電路的優(yōu)點(1)差分放大后的電壓范圍 可根據(jù)需要而改變，可大于一5K + 5r，具體可根據(jù)所選t莫數(shù)轉換器決定。(2) 所選模數(shù)轉換器的電壓范圍為一ir + ir。 (3)溫度檢測電路輸出溫度精度高于 o.orc，而采樣電壓精度為0.018。C。
圖1是本發(fā)明溫度檢測電路的功能結構框圖。
圖2是本發(fā)明溫度檢測電路的電路原理圖。
具體實施例方式
下面將結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
本發(fā)明的一種用于星載光纖陀螺的溫度檢測電路，該溫度檢測電路添加在溫度傳 感器5與數(shù)字信號處理單元6之間。
參見圖1所示，所述溫度檢測電路包括有溫度-電壓轉換單元1、電壓基準電源 4、差分運放單元2、模數(shù)轉換單元3。
溫度-電壓轉換單元1接收溫度傳感器5探測到的溫度信號 ；，并將該溫度信號 K進行溫度-電壓線性映射處理后輸出溫度-電壓K給差分運放單元2;在本發(fā)明中， 溫度-電壓線性映射滿足^=/。及4，且/。=7; +《，《=273， r。為攝氏溫度其單位為 。C， /0的單位為/^4， K的單位為mF， i 4的單位為H2。電壓基準電源4用于向差分運放單元2提供一個作為電壓信息的差分放大用的 基準電壓^;
差分運放單元2將接收的溫度-電壓^ 、基準電壓F4進行電壓量程范圍拉伸關系 處理后輸出差分放大電壓P^給模數(shù)轉換單元3;
模數(shù)轉換單元3將接收的差分放大電壓P^轉換為數(shù)字電壓K后輸出給數(shù)字信 號處理單元6。
在本發(fā)明中，模數(shù)轉換單元3為12位A/D轉換器，采樣電壓范圍為土ir。電 路如圖2所示，若F。w輸出范圍為土ir時，總采樣數(shù)字量^ = 212=4096， 一個LSB 對應的溫度值為(75/AO °C 0.018°C。差分運放單元2進行差分放大后的電壓范 圍可根據(jù)需要而改變，可大于一5r + 5F，具體可根據(jù)所選的模數(shù)轉換單元3決定。
由以上計算可知，該溫度釆集電路可采集的溫度精度非常高，完全可以到達星載 高精度光纖陀螺用溫度補償所需。
本發(fā)明的溫度檢測電路中進行的電壓量程范圍拉伸關系作如下說明
首先確定A/D轉換器(模數(shù)轉換單元3、電路芯片為D1)釆樣電壓的范圍(± IF),以保證差分運放單元2輸出的差分放大電壓^,不超出此量程。然后，應確定 溫度傳感器AD590JF/883輸出電流/。的范圍。
溫度傳感器AD590JF/883為1//J/《的線性電流輸出，經(jīng)過電阻R4采樣后 轉換為溫度-電壓K輸出，溫度-電壓K的大小由電阻R4和溫度傳感器 AD590JF/883輸出的電流/。共同決定。根據(jù)衛(wèi)星用光纖陀螺的鑒定級環(huán)境試驗條 件的溫度范圍一20。C + 55。C，得知AD590JF/883的輸出電流/。的范圍為 253/^4~328^,貝懶出溫度-電壓F;的范圍為0.253 R4-0.328 R4 (其中，R4 的單位為K2)。在本發(fā)明中,差分運放單元2所選芯片LTC1051MJ8/883的2管
腳電壓記為^，依據(jù)運算放大器基本原理，可知^=^;。
確定電壓參考源LM185BYH/883的輸出參考電壓74 ，由可調電壓的基準電壓 計算公式知，
^W'24(嘗+ " (1)式中，及3表示的是電阻R3的阻值，及2表示的是電阻R2的阻值。 為提高電壓參考源的帶負載能力，將參考電壓R加載至射隨輸出器(U1B芯片)， 參考電壓K經(jīng)線性跟隨后在管腳7的輸出電壓記為F7 ，則F7 = F4 。
電壓^經(jīng)電阻R5、電阻R6，運算增益為差分放大電壓F。w，則有
及6i 5 (2^ 在本發(fā)明中，由^2=^, ^=^聯(lián)立得
及6 i 5 1及5(4。 (3) 為了確定本發(fā)明溫度檢測電路中第四電阻R4、參考電壓^的取值，設定Fj取最
小值0.253R4時，^也取最小值，記為F。，； ^取最大值0.328R4時，乙,也取
最大值，記為^^2;則有
0.253J 4 — FOOT1 _ F4 — 0.253及4
^= ^^~~ (4) 0.328R4-F, — F4 - 0.328R4
^一 ^ (5) 聯(lián)立式(4)、式(5)得
+0.075F4 (6) 卩—0.253i 4 x FOOT2 - 0.328R4 x K0OT1
4= ~~一0.075R4-r,+r,2~" (7) 在本發(fā)明中，差分放大電壓^的最小值&^、差分放大電壓^的最大值F。^
是由所選取的模數(shù)轉換單元3的芯片電壓量程決定的。AD872ASD/883芯片的單
端輸入信號電壓量程為土1F。
參見圖2所示，本發(fā)明溫度檢測電路的各管腳的連接為
溫度傳感器AD590JF/883芯片U3的管腳1接+ 5V電源，管腳2與差分雙
運放LTC1051MJ8/883芯片U1A的管腳3連接，且管腳2經(jīng)第四電阻R4接模
擬地；
電壓基準源LM185BYH/883芯片U2的管腳1經(jīng)第一電阻R1接+ 5V電源， 且管腳1與差分雙運放LTC1051MJ8/883芯片U1B的管腳5連接，管腳2接數(shù) 字地，管腳3經(jīng)第二電阻R2與管腳1連接，管腳3經(jīng)第三電阻R3與數(shù)字地連接；
7差分雙運放LTC1051MJ8/883芯片U1B的管腳6與管腳7連接，管腳7經(jīng) 第五電阻R5與差分雙運放LTC1051MJ8/883芯片U1A的管腳2連接，管腳2 經(jīng)第六電阻R6與管腳1連接，管腳4接一5V電源，一5V電源與模擬地之間并聯(lián) 有第一電容C1、第二電容C2，管腳8接+5V電源，十5V電源與模擬地之間并聯(lián) 有第四電容C4、第三電容C3，差分雙運放LTC1051MJ8/883芯片U1A的管腳1 經(jīng)第七電阻R7與AD872ASD/883芯片的管腳1連接。
AD872ASD/883芯片的管腳1與模擬地之間連接有第五電容C5，管腳2經(jīng)第 八電阻R8接模擬地，管腳3接一5V電源，管腳4接+ 5V電源，管腳5接模擬地， 管腳6接數(shù)字地，管腳7接+ 5V電源、管腳8 管腳19為AD872ASD/883芯片 的數(shù)字量輸出，該數(shù)字量輸出給數(shù)字信號處理單元6，管腳21為數(shù)字信號處理單元 6輸出的時鐘信號，管腳22接+ 5V電源，管腳23接數(shù)字地，管腳24接模擬地， 管腳25接一5V電源，管腳27接模擬地，管腳26與管腳28相連，且管腳26、管 腳28與模擬地之間并聯(lián)有第六電容C6、第七電容C7。
本發(fā)明溫度檢測電路中選取的器件說明如下
一、 溫度傳感器
溫度傳感器選取AD590JF/883芯片，該AD590JF/883芯片輸出為1 /^4/K 的線性電流。此種芯片的電流輸出經(jīng)一電阻采樣后形成電壓輸出。該AD590JF/883 芯片集成度高、可靠性好、線性度好、工作溫度范圍大(-55°C + 150°C)、功耗低 (1.5 m^@5F@+25°C)、輸出阻抗高(>10MQ)、可承受電壓高(最大正向電 壓為+44 K ，最大反向電壓為—20K )。
二、 基準電壓源
電壓基準源釆用LM185BYH/883芯片，該芯片為一微功耗、可調電壓參考源， 該芯片工作溫度范圍大(-55°C~ + 125°C)、動態(tài)阻抗低，溫度穩(wěn)定性好，低噪聲 和長期穩(wěn)定性好，其低溝道功耗使其特別適用于微功耗電路的應用。本專利選用該芯 片為溫度檢測電路提供了一個基準電壓。該基準電壓作為差分運放單元的偏置電壓。
三、 差分雙運放
本發(fā)明中差分運放單元選取LTC1051MJ8/883芯片，該LTC1051MJ8/883 芯片工作溫度范圍大(-55°C~ + 125°C)、工作噪聲低(0.1/fe 10/fe條件下噪聲為1.5/z^p)、供電電流小(1^/0;^呼)、內部集成采樣一保持電容使其能夠很 好的與模擬電源和數(shù)字電源相匹配，且該芯片具有二級運放功能，相對兩個單運放， 可以節(jié)省體積和功耗。該LTC1051MJ8/883芯片實現(xiàn)AD590JF/883芯片的輸出 電壓K與LM185BYH/883芯片的輸出參考電壓^的差分運算放大，它的一個通路
用于作為LM185BYH/883的射極跟隨器，另一通路用于差分電壓運算放大，以擴 大溫度-電壓輸出范圍，提髙溫度采集精度。 四、模數(shù)轉換器
本發(fā)明中模數(shù)轉換單元選取AD872ASD/883芯片，該AD872ASD/883芯片 工作溫度范圍大(-55°C + 125°C)、工作時鐘可達IOMSPS、帶寬較寬(35Afffe)、 噪聲低(0.26L^/ms)差分非線性誤差小(0.5LS^ww)、信躁比高(68必)。 該AD872ASD/883芯片實現(xiàn)模擬電壓信號到數(shù)字電壓信號的轉換，其輸出數(shù)字信 號將作為數(shù)字信號處理單元的輸入。
權利要求
1、一種用于星載光纖陀螺的溫度檢測電路，其特征在于該溫度檢測電路添加在溫度傳感器(5)與數(shù)字信號處理單元(6)之間；所述溫度檢測電路包括有溫度-電壓轉換單元(1)、電壓基準電源(4)、差分運放單元(2)、模數(shù)轉換單元(3)；溫度-電壓轉換單元(1)接收溫度傳感器(5)探測到的溫度信號T0，并將該溫度信號T0進行溫度-電壓線性映射處理后輸出溫度-電壓V1給差分運放單元(2)；電壓基準電源(4)用于向差分運放單元(2)提供一個作為電壓信息的差分放大用的基準電壓V4；差分運放單元(2)將接收的溫度-電壓V1、基準電壓V4進行電壓量程范圍拉伸關系處理后輸出差分放大電壓Vout給模數(shù)轉換單元(3)；模數(shù)轉換單元(3)將接收的差分放大電壓Vout轉換為數(shù)字電壓VD后輸出給數(shù)字信號處理單元(6)。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種用于星載光纖陀螺的溫度檢測電路，其特征在于模 數(shù)轉換單元(3)為12位A/D轉換器，采樣電壓范圍為土1K。
3、 根據(jù)權利要求l所述的一種用于星載光纖陀螺的溫度檢測電路，其特征在于經(jīng) 差分運放單元(2)放大后的電壓范圍根據(jù)纟莫數(shù)轉換單元(3)決定。
4、 根據(jù)權利要求l所述的一種用于星載光纖陀螺的溫度檢測電路，其特征在于溫 度傳感器(5)為l/M/尺的線性電流輸出，經(jīng)過電阻R4采樣后轉換為溫度-電 壓K輸出，溫度-電壓^的大小由電阻R4和溫度傳感器(5)輸出的電流/。共同決定。
5、 根據(jù)權利要求1所述的一種用于星載光纖陀螺的溫度檢測電路，其特征在于各管 腳的連接為溫度傳感器AD590JF/883芯片U3的管腳1接+ 5V電源，管腳 2與差分雙運放LTC1051MJ8/883芯片U1A的管腳3連接，且管腳2經(jīng)第四 電阻R4接模擬地；電壓基準源LM185BYH/883芯片U2的管腳1經(jīng)第一電阻 R1接+ 5V電源，且管腳1與差分雙運放LTC1051MJ8/883芯片U1B的管腳 5連接，管腳2接數(shù)字地，管腳3經(jīng)第二電阻R2與管腳1連接，管腳3經(jīng)第三電阻R3與數(shù)字地連接；差分雙運放LTC1051MJ8/883芯片U1B的管腳6與 管腳7連接，管腳7經(jīng)第五電阻R5與差分雙運放LTC1051MJ8/883芯片U1A 的管腳2連接，管腳2經(jīng)第六電阻R6與管腳l連接，管腳4接一5V電源，— 5V電源與模擬地之間并聯(lián)有第一電容C1、第二電容C2，管腳8接+ 5V電源， + 5V電源與模擬地之間并聯(lián)有第四電容C4、第三電容C3,差分雙運放 LTC1051MJ8/883芯片U1A的管腳1經(jīng)第七電阻R7與AD872ASD/883芯 片的管腳1連接；AD872ASD/883芯片的管腳1與模擬地之間連接有第五電容 C5,管腳2經(jīng)第八電阻R8接模擬地，管腳3接一5V電源，管腳4接+ 5V電 源，管腳5接模擬地，管腳6接數(shù)字地，管腳7接+5V電源、管腳8 管腳19 為AD872ASD/883芯片的數(shù)字量輸出，該數(shù)字量輸出給數(shù)字信號處理單元6， 管腳21為數(shù)字信號處理單元6輸出的時鐘信號，管腳22接+ 5V電源，管腳23 接數(shù)字地，管腳24接模擬地，管腳25接-5V電源，管腳27接模擬地，管腳 26與管腳28相連，且管腳26、管腳28與模擬地之間并聯(lián)有第六電容C6、第 七電容C7。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于星載光纖陀螺的溫度檢測電路，該溫度檢測電路添加在溫度傳感器與數(shù)字信號處理單元之間，所述溫度檢測電路包括有溫度-電壓轉換單元、電壓基準電源、差分運放單元、模數(shù)轉換單元。本發(fā)明溫度檢測電路能夠將溫度信息轉換為數(shù)字電壓信息進行差分運放處理，使得輸出電壓范圍大、輸出溫度精度高，提高了星載用光纖陀螺中溫度檢測電路的可靠性。
文檔編號G01C19/72GK101446494SQ20081022739
公開日2009年6月3日 申請日期2008年11月27日 優(yōu)先權日2008年11月27日
發(fā)明者宋凝芳, 敏 李, 楊德釗, 松 林, 王學勤, 田海亭, 銳 袁 申請人:北京航空航天大學