基于FPGA的壓電陀螺等效電路的π網(wǎng)絡(luò)等相位測試法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于FPGA的壓電陀螺等效電路π網(wǎng)絡(luò)等相位測試方法及裝置，所述裝置包括：FPGA控制模塊、衰減器、兩個混頻器和AD采樣模塊，F(xiàn)PGA控制模塊提供參考時鐘，經(jīng)衰減器產(chǎn)生高頻正弦信號，兩路信號經(jīng)含有壓電陀螺的π網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生不同頻率信號，作為混頻器的輸入端；混頻器產(chǎn)生方波和直流信號，方波送入FPGA相位檢測電路，檢測π網(wǎng)絡(luò)兩端相位差；直流信號由AD采樣模塊獲得；當(dāng)兩路信號的相位差為零時，即得到壓電陀螺的諧振頻率。本發(fā)明為壓電陀螺的等效電路提供了許多重要參數(shù)，提高了壓電陀螺在驅(qū)動或檢測電路中的可分析性，對壓電陀螺的研究具有重要的價值。
【專利說明】
基于FPGA的壓電陀螺等效電路的:?網(wǎng)絡(luò)等相位測試法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種壓電陀螺的等效電路的測量方法和裝置，具體地，涉及一種基于FPGA的壓電陀螺等效電路的JT網(wǎng)絡(luò)等相位測試法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]陀螺儀作為一種載體角速度敏感慣性傳感器，是慣性測量單元(MU)中的核心器件，在航空、航天、船舶等傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域的姿態(tài)控制和導(dǎo)航定位等方面有著非常重要的作用。微陀螺具有尺寸質(zhì)量小、功耗低、成本低、環(huán)境適應(yīng)性好、集成度高等優(yōu)點，使其不僅在航空、航天、船舶等傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域部分替代了傳統(tǒng)陀螺儀，而且能夠在汽車工業(yè)、工業(yè)自動化控制、消費電子的姿態(tài)穩(wěn)定控制等市場領(lǐng)域以驚人的速度拓展。
[0003]等效電路指的是同一個電路的不同的表示方法。當(dāng)電路中某一部分用其等效電路代替之后，未被代替的部分電壓和電流均不發(fā)生變化，也就是說電壓和電流不變的部分只是等效部分以外的電路，故稱“對外等效”。元件的種類和位置都相同，但是在畫電路時有不同的畫線方法，就是等效電路。在許多情況下，人們常利用作用的效果相同，來認(rèn)識和處理復(fù)雜的問題?，F(xiàn)代電子技術(shù)中，在分析一些復(fù)雜電路時，人們常常只關(guān)注整個電路(或電路的某一部分)的輸入、輸出關(guān)系，即電流和電壓的變化關(guān)系。這樣就可以用一個等效電路代替復(fù)雜電路，使問題得到簡化。
[0004]壓電器件等效電路的參數(shù)測量方法有傳輸法、阻抗計法等，其中:傳輸法是把壓電元件插入一個傳輸線路中，測量整個網(wǎng)絡(luò)的最大和最小傳輸頻率，從而得到要測量的頻率等參數(shù);傳輸法具有測量方法簡單、精確度比較高等優(yōu)點，在壓電材料和壓電器件的研制和生產(chǎn)過程中，得到了非常廣泛的應(yīng)用。阻抗計法是最方便的測量方法之一，當(dāng)測量某一特定頻率附近的石英晶體時了預(yù)先適當(dāng)?shù)卣{(diào)整振蕩回路電子元件的參數(shù)就可以比較精確地測量石英晶體的諧振頻率等參數(shù)，但測量的精度相對較低。
[0005]壓電圓盤微陀螺是一種基于科氏加速度效應(yīng)的微機械振動陀螺，陀螺采用圓盤狀的諧振結(jié)構(gòu)，利用壓電方式驅(qū)動和檢測，工作在模態(tài)匹配的狀態(tài)下。該陀螺的特別之處在于該陀螺的工作模態(tài)是厚度剪切方向上的振動，且驅(qū)動模態(tài)和檢測模態(tài)為振型一樣、相位正交的駐波振動。該圓盤表面有多個電極，其中有監(jiān)測電極，驅(qū)動電極，檢測電極和平衡電極。為了提高壓電陀螺在驅(qū)動或檢測電路中的可分析性，提出一種高可靠性的壓電陀螺的等效電路參數(shù)的測量方法及裝置是十分有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種基于FPGA的壓電陀螺等效電路網(wǎng)絡(luò)等相位測試法及裝置，以提高壓電圓盤微陀螺在驅(qū)動或檢測等電路中的可分析性。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種基于FPGA的壓電陀螺等效電路網(wǎng)絡(luò)等相位測試裝置，包括= FPGA控制模塊、衰減器、第一混頻器、第二混頻器和AD采樣模塊，其中:所述FPGA控制模塊包括測相電路和DDS控制器；
[0008]衰減器，其輸入端連接FPGA控制模塊，接收FPGA控制模塊產(chǎn)生的正弦信號，進行衰減處理，得到衰減信號，并通過輸出端將信號傳給網(wǎng)絡(luò)和第一混頻器；
[0009]第一混頻器，輸入端連接FPGA控制模塊中的DDS控制器和衰減器，接收來自DDS控制器的第二高頻正弦信號和來自衰減器的衰減信號，進行混頻處理，得到直流信號和方波信號，并通過輸出端將直流信號傳給AD采樣模塊，將方波信號傳給FPGA控制模塊中的測相電路；
[0010]第二混頻器，輸入端連接FPGA控制模塊中的DDS控制器和JT網(wǎng)絡(luò)，接收來自DDS控制器的第二高頻正弦信號和η網(wǎng)絡(luò)的輸出信號，進行混頻處理，得到直流信號和方波信號，并通過輸出端將直流信號傳給AD采樣模塊，將方波信號傳給FPGA控制模塊中的測相電路；
[0011]AD采樣模塊，其輸入端連接兩個混頻器，接收方波信號，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并通過輸出端將該信號傳給FPGA控制模塊；
[0012]FPGA控制模塊，其輸入端連接兩個混頻器的輸出端，接收兩個混頻器輸出的信號，檢測兩個方波信號的相位差，同時還接收AD采樣模塊得到的直流信號，檢測該直流信號的電平大小，并且所述FPGA控制模塊能夠產(chǎn)生高頻正弦信號傳給衰減器和兩個混頻器。
[0013]優(yōu)選地，所述FPGA控制模塊進一步包括采樣系統(tǒng)、狀態(tài)寄存器和I/O控制器;其中:
[0014]采樣系統(tǒng):觀察AD采樣模塊中得到數(shù)字信號，并用數(shù)字濾波器進行濾波，將二進制的信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為十進制的信號數(shù)據(jù)進行存儲，最后得到直流信號；
[0015]測相電路:測量兩個方波信號的相位差；當(dāng)相位差為零時，F(xiàn)PGA控制模塊產(chǎn)生的第一高頻正弦信號頻率為要得到的結(jié)果；
[0016]狀態(tài)寄存器:存儲指令地址，以及存儲檢測到的相位差和直流信號數(shù)據(jù)；
[0017]I/O控制器:對數(shù)據(jù)和地址端口進行定義。
[0018]優(yōu)選地，所述的JT網(wǎng)絡(luò)為放入壓電陀螺的電路網(wǎng)絡(luò)，由對稱的雙Ji型回路組成，三個電阻R1、R2和R3構(gòu)成輸入衰減器，另外三個電阻R4、R5和R6構(gòu)成輸出衰減器，它們的作用是使π網(wǎng)絡(luò)的阻抗與測量儀表的阻抗相匹配，衰減來自測量裝置的反射信號。
[0019]本發(fā)明中，將壓電陀螺置于網(wǎng)絡(luò)的三個電阻構(gòu)成的輸入衰減器和輸出衰減器的中間，當(dāng)壓電處于諧振狀態(tài)時，η網(wǎng)絡(luò)為一個純電阻網(wǎng)絡(luò)，其阻抗最小；當(dāng)兩路方波信號的相位差為零時，得到壓電陀螺的諧振頻率。通過諧振頻率，再由測量的電平、頻率可計算出被測壓電陀螺的等效電路的各個參數(shù)。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種基于FPGA的壓電陀螺等效電路網(wǎng)絡(luò)等相位測試方法，所述方法包括如下步驟:
[0021]S1:采用FPGA數(shù)字合成技術(shù)為系統(tǒng)提供參考時鐘，經(jīng)衰減器產(chǎn)生兩路高頻正弦信號；
[0022]S2:兩路高頻正弦信號經(jīng)含有壓電陀螺的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生不同頻率信號，作為兩個混頻器的輸入端，兩個混頻器產(chǎn)生方波和直流信號；
[0023]S3:方波信號送入FPGA控制模塊的相位檢測電路，檢測網(wǎng)絡(luò)兩端相位差;直流信號由AD米樣獲得；
[0024]S4:當(dāng)檢測到網(wǎng)絡(luò)兩端相位差為零時，F(xiàn)PFA控制模塊產(chǎn)生的高頻正弦信號的頻率即為壓電陀螺等效電路的頻率，再由測量得到的直流信號的電平，計算出壓電陀螺等效電路中的靜態(tài)電容、動態(tài)電容、動態(tài)電阻和動態(tài)電阻的值。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0026]本發(fā)明的基于FPGA的壓電陀螺等效電路的網(wǎng)絡(luò)等相位測試法，當(dāng)兩路信號的相位差為零時，得到壓電陀螺的諧振頻率。通過諧振頻率，再由測量的電平、頻率可計算出被測壓電陀螺的等效電路的各個參數(shù)。
[0027]本發(fā)明的憑借FPGA強大的時序控制能力及數(shù)字信號處理，能夠快速并且準(zhǔn)確地測量壓電陀螺等效電路的諧振頻率，從而得到等效電路中的靜態(tài)電容、動態(tài)電容、動態(tài)電阻和動態(tài)電阻的值。同時本發(fā)明能夠做到高達(dá)200MHz測量頻率，而普通的阻抗分析儀只能達(dá)到IM左右的測量頻率?？偟膩碚f，本發(fā)明的測量精度，測量速度和頻率測量范圍都領(lǐng)先于現(xiàn)有技術(shù)。
【附圖說明】
[0028]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0029]圖1為本發(fā)明一實施例壓電圓盤微陀螺的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2為本發(fā)明一實施例壓電圓盤微陀螺的等效電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖3為本發(fā)明一實施例壓電圓盤微陀螺的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖4為本發(fā)明一實施例基于FPGA的壓電陀螺等效電路的網(wǎng)絡(luò)等相位測試法示意圖；
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0034]如圖4所示，一種基于FPGA的壓電陀螺等效電路的網(wǎng)絡(luò)等相位測試裝置，包括:包括:FPGA控制模塊、衰減器、第一混頻器、第二混頻器和AD采樣模塊，所述FPGA控制模塊包括測相電路和DDS控制器;其中:
[0035]FPGA控制模塊的DDS控制器產(chǎn)生兩個高頻正弦信號，第一高頻正弦信號經(jīng)衰減器，進入第一混頻器和網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)輸出的信號進入第二混頻器;第二高頻正弦信號直接進入第一混頻器和第二混頻器，兩個混頻器產(chǎn)生方波和直流信號，其中:方波送入FPGA控制模塊的測相電路，檢測π網(wǎng)絡(luò)兩端相位差;直流?目號由A D米樣模塊獲得；當(dāng)兩路彳目號的相位差為零時，即得到壓電陀螺的諧振頻率。根據(jù)測得的直流信號電平的大小計算出壓電陀螺等效電路中靜態(tài)電容，動態(tài)電容，動態(tài)電阻和動態(tài)電阻的值。
[0036]具體的，第一混頻器，輸入端連接FPGA控制模塊中的DDS控制器和衰減器，接收來自由DDS控制器的第二高頻正弦信號和來自衰減器的衰減信號，進行混頻處理，得到直流信號和方波信號，并通過輸出端將直流信號傳給AD采樣模塊，將方波信號傳給FPGA控制模塊中的測相電路；
[0037]第二混頻器，輸入端連接FPGA控制模塊中的DDS控制器和網(wǎng)絡(luò)，接收來自由DDS控制器的第二高頻正弦信號和JT網(wǎng)絡(luò)的輸出信號，進行混頻處理，得到直流信號和方波信號，并通過輸出端將直流信號傳給AD采樣模塊，將方波信號傳給FPGA控制模塊中的測相電路。
[0038]在一優(yōu)選實施例中，所述FPGA控制模塊包括采樣系統(tǒng)，測相電路，DDS控制器，狀態(tài)寄存器和I/o控制器;其中:
[0039]采樣系統(tǒng):觀察AD采樣模塊中得到數(shù)字信號，并用數(shù)字濾波器進行濾波，將二進制的信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為十進制的信號數(shù)據(jù)進行存儲，最后得到直流信號；
[0040]測相電路:測量兩個方波信號的相位差；當(dāng)相位差為零時，F(xiàn)PGA控制模塊產(chǎn)生的第一高頻正弦信號DDSl的頻率為要得到的結(jié)果；
[0041]DDS控制器:為衰減器、兩個混頻器提供高頻的正弦信號；
[0042]狀態(tài)寄存器:存儲指令地址，以及存儲檢測到的相位差和直流信號等數(shù)據(jù)；
[0043]I/O控制器:對數(shù)據(jù)和地址端口進行定義。
[0044]本實施例中，所述的陀螺采用的是壓電材料。壓電材料在外部力的作用下會產(chǎn)生電場，相反，當(dāng)該晶體在外加電壓作用下會伸展或收縮，這種特性被稱為壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)是由于某些材料晶體原始單元中的電荷不對稱性，從而導(dǎo)致形成電偶極子，在整個晶體內(nèi)，這些偶極子效應(yīng)的疊加產(chǎn)生整個晶體的極化，從而在材料內(nèi)部產(chǎn)生電場。只有缺少對稱中心的晶體才顯現(xiàn)出壓電特性。
[0045]本發(fā)明上述測試裝置適用于壓電陀螺，如圖1所示，在一實施例中，壓電陀螺是一種基于科氏加速度效應(yīng)的微機械振動陀螺，陀螺采用圓盤狀的諧振結(jié)構(gòu)，利用壓電方式驅(qū)動和檢測，工作在模態(tài)匹配的狀態(tài)下。該陀螺的特別之處在于該陀螺的工作模態(tài)是厚度剪切方向上的振動，且驅(qū)動模態(tài)和檢測模態(tài)為振型一樣、相位正交的駐波振動。該圓盤表面有多個電極，其中M1，M2，M3為監(jiān)測電極，Drl，Dr2，Dr3為驅(qū)動電極，S1，S2，S3為檢測電極，BI，B2，B3為平衡電極。當(dāng)然，在其他實施例中也可以是其他類型的壓電陀螺。
[0046]如圖2所示，為現(xiàn)有壓電陀螺的等效電路(涵蓋上述圖1所示的壓電陀螺)，所述壓電陀螺的等效電路包括一個靜態(tài)電容CO以及動態(tài)電阻Rl，動態(tài)電感LI和動態(tài)電容CI。由動態(tài)電容、動態(tài)電感和動態(tài)電阻串聯(lián)組成支路，靜態(tài)電容與這條支路并聯(lián)。靜態(tài)電容表示陀螺在靜止?fàn)顟B(tài)下電極之間的雜散電容;等效電路中的動態(tài)電阻、動態(tài)電容和動態(tài)電感分別表示陀螺的機械阻抗、機械柔量和機械質(zhì)量。該等效電路是本發(fā)明測試進行的基礎(chǔ)，最終得到的測試結(jié)果就是該等效電路中的電容值、電感值和電阻值。
[0047]本發(fā)明在測量時，該等效電路等價于壓電陀螺，它有兩個端口，其中任意一個端口與π網(wǎng)絡(luò)中的輸入衰減器連接，另外一個端口與π網(wǎng)絡(luò)中的輸出衰減器連接，從而形成完整的測量系統(tǒng)。
[0048]如圖3所示，壓電圓盤微陀螺的網(wǎng)絡(luò)等相位測試法的基本原理，31網(wǎng)絡(luò)由對稱的雙型回路組成，三個電阻R1，R2和R3構(gòu)成輸入衰減器，另三個電阻R4，R5和R6構(gòu)成輸出衰減器，其中電阻R3位于左邊型回路的上部，電阻Rl和電阻R2分布在左邊型回路的兩旁，電阻R6位于右邊型回路的上部，電阻R4和電阻R5分布在右邊型回路的兩旁，將壓電陀螺置于兩個31型回路中間。輸入衰減器和輸出衰減器的作用是使31網(wǎng)絡(luò)的阻抗與測量儀表的阻抗相匹配，衰減來自測量裝置的反射信號，Va為網(wǎng)絡(luò)輸入矢量電壓信號，Vb為輸出矢量電壓信號。在測量時，通過不斷改變Va的頻率，并檢測Vb的幅值以及Va和Vb的相位差，當(dāng)Vb幅值達(dá)到最大或者相位差為時，η網(wǎng)絡(luò)處于諧振狀態(tài)，此時Vb信號的頻率就為壓電陀螺的串聯(lián)諧振頻率。
[0049]在上述測試裝置的基礎(chǔ)上，一種基于FPGA的壓電陀螺等效電路的網(wǎng)絡(luò)等相位測試方法，所述方法包括如下步驟:
[0050]S1:采用FPGA數(shù)字合成技術(shù)為系統(tǒng)提供參考時鐘，經(jīng)衰減器產(chǎn)生兩路高頻正弦信號；
[0051]S2:兩路高頻正弦信號經(jīng)含有壓電陀螺的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生不同頻率信號，作為兩個混頻器的輸入端，兩個混頻器產(chǎn)生方波和直流信號；
[0052]S3:方波信號送入FPGA控制模塊的相位檢測電路，檢測網(wǎng)絡(luò)兩端相位差即兩個方波信號的相位差;直流信號由AD采樣獲得；
[0053]S4:當(dāng)檢測到網(wǎng)絡(luò)兩端相位差為零時，F(xiàn)PFA控制模塊產(chǎn)生的高頻正弦信號的頻率即為壓電陀螺等效電路的頻率，再由測量得到的直流信號的電平，計算出壓電陀螺等效電路中的靜態(tài)電容、動態(tài)電容、動態(tài)電阻和動態(tài)電阻的值。
[0054]上述方法中，兩路高頻正弦信號:第一高頻正弦信號DDSl經(jīng)衰減器，進入第一混頻器和網(wǎng)絡(luò)，31網(wǎng)絡(luò)輸出的信號進入第二混頻器;第二高頻正弦信號DDS2直接進入第一混頻器和第二混頻器。混頻器將兩路信號進行混頻后分別兩個信號，一個為方波，另一個為反映信號幅度的直流信號。
[0055 ] 所述測量方法通過FPFA控制模塊控制測量頻率范圍為I至200MHz，對網(wǎng)絡(luò)相位差測量數(shù)據(jù)進行分析與建模，采用迭代法和對分法相結(jié)合的快速測量算法。
[0056]本發(fā)明為壓電陀螺的等效電路提供了許多重要參數(shù)，提高了壓電陀螺在驅(qū)動或檢測電路中的可分析性，對壓電陀螺的研究具有重要的價值。
[0057]本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0058]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種基于FPGA的壓電陀螺等效電路JT網(wǎng)絡(luò)等相位測試裝置，其特征在于，包括:FPGA控制模塊、衰減器、第一混頻器、第二混頻器和AD采樣模塊，其中:所述FPGA控制模塊包括測相電路和DDS控制器； 衰減器，其輸入端連接FPGA控制模塊，接收FPGA控制模塊產(chǎn)生的正弦信號，進行衰減處理，得到衰減信號，并通過輸出端將信號傳給η網(wǎng)絡(luò)和第一混頻器； 第一混頻器，輸入端連接FPGA控制模塊中的DDS控制器和衰減器，接收來自DDS控制器的第二高頻正弦信號和來自衰減器的衰減信號，進行混頻處理，得到直流信號和方波信號，并通過輸出端將直流信號傳給AD采樣模塊，將方波信號傳給FPGA控制模塊中的測相電路；第二混頻器，輸入端連接FPGA控制模塊中的DDS控制器和網(wǎng)絡(luò)，接收來自DDS控制器的第二高頻正弦信號和η網(wǎng)絡(luò)的輸出信號，進行混頻處理，得到直流信號和方波信號，并通過輸出端將直流信號傳給AD采樣模塊，將方波信號傳給FPGA控制模塊中的測相電路； AD采樣模塊，其輸入端連接兩個混頻器，接收方波信號，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并通過輸出端將該信號傳給FPGA控制模塊； FPGA控制模塊，其輸入端連接兩個混頻器的輸出端，接收兩個混頻器輸出的信號，檢測兩個方波信號的相位差，同時還接收AD采樣模塊得到的直流信號，檢測該直流信號的電平大小，并且所述FPGA控制模塊能夠產(chǎn)生高頻正弦信號傳給衰減器和兩個混頻器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA的壓電陀螺等效電路網(wǎng)絡(luò)等相位測試裝置，其特征在于，所述FPGA控制模塊進一步包括采樣系統(tǒng)、狀態(tài)寄存器和I/O控制器;其中: 采樣系統(tǒng):觀察AD采樣模塊中得到數(shù)字信號，并用數(shù)字濾波器進行濾波，將二進制的信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為十進制的信號數(shù)據(jù)進行存儲，最后得到直流信號； 測相電路:測量兩個方波信號的相位差；當(dāng)相位差為零時，F(xiàn)PGA控制模塊產(chǎn)生的第一高頻正弦信號頻率為要得到的結(jié)果； 狀態(tài)寄存器:存儲指令地址，以及存儲檢測到的相位差和直流信號數(shù)據(jù)； I/O控制器:對數(shù)據(jù)和地址端口進行定義。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA的壓電陀螺等效電路網(wǎng)絡(luò)等相位測試裝置，其特征在于，所述的JT網(wǎng)絡(luò)為放入壓電陀螺的電路網(wǎng)絡(luò)，由對稱的雙JT型回路組成，三個電阻R1、R2和R3構(gòu)成輸入衰減器，另外三個電阻R4、R5和R6構(gòu)成輸出衰減器，它們的作用是使網(wǎng)絡(luò)的阻抗與測量儀表的阻抗相匹配，衰減來自測量裝置的反射信號。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于FPGA的壓電陀螺等效電路網(wǎng)絡(luò)等相位測試裝置，其特征在于，將壓電陀螺置于網(wǎng)絡(luò)的三個電阻構(gòu)成的輸入衰減器和輸出衰減器的中間，當(dāng)壓電處于諧振狀態(tài)時，網(wǎng)絡(luò)為一個純電阻網(wǎng)絡(luò)，其阻抗最?。划?dāng)兩路方波信號的相位差為零時，得到壓電陀螺的諧振頻率;通過諧振頻率，再由測量的電平、頻率可計算出被測壓電陀螺的等效電路的各個參數(shù)。5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的一種基于FPGA的壓電陀螺等效電路網(wǎng)絡(luò)等相位測試裝置，其特征在于，所述裝置的測量頻率范圍為I至200MHz。6.—種采用權(quán)利要求1-5任一項所述裝置的基于FPGA的壓電陀螺等效電路網(wǎng)絡(luò)等相位測試方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: S1:采用FPGA數(shù)字合成技術(shù)為系統(tǒng)提供參考時鐘，經(jīng)衰減器產(chǎn)生兩路高頻正弦信號； S2:兩路高頻正弦信號經(jīng)含有壓電陀螺的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生不同頻率信號，作為兩個混頻器的輸入端，兩個混頻器產(chǎn)生方波和直流信號； S3:方波信號送入FPGA控制模塊的相位檢測電路，檢測網(wǎng)絡(luò)兩端相位差即兩個方波信號的相位差，直流信號由AD采樣獲得； S4:當(dāng)檢測到網(wǎng)絡(luò)兩端相位差為零時，F(xiàn)PFA控制模塊產(chǎn)生的高頻正弦信號的頻率即為壓電陀螺等效電路的頻率，再由測量得到的直流信號的電平，計算出壓電陀螺等效電路中的靜態(tài)電容、動態(tài)電容、動態(tài)電阻和動態(tài)電阻的值。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于FPGA的壓電陀螺等效電路網(wǎng)絡(luò)等相位測試方法，其特征在于，通過FPFA控制模塊控制測量頻率范圍為I至200MHz，對π網(wǎng)絡(luò)相位差測量數(shù)據(jù)進行分析與建模，采用迭代法和對分法相結(jié)合的快速測量算法。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于FPGA的壓電陀螺等效電路網(wǎng)絡(luò)等相位測試方法，其特征在于，所述方法采用壓電陀螺的等效電路，所述壓電陀螺的等效電路包括一個靜態(tài)電容CO以及動態(tài)電阻Rl，動態(tài)電感LI和動態(tài)電容Cl;由動態(tài)電容、動態(tài)電感和動態(tài)電阻串聯(lián)組成支路，靜態(tài)電容與這條支路并聯(lián);靜態(tài)電容表示陀螺在靜止?fàn)顟B(tài)下電極之間的雜散電容；等效電路中的動態(tài)電阻、動態(tài)電容和動態(tài)電感分別表示陀螺的機械阻抗、機械柔量和機械質(zhì)量； 在測量時，該等效電路等價于壓電陀螺，它有兩個端口，其中任意一個端口與網(wǎng)絡(luò)中的輸入衰減器連接，另外一個端口與η網(wǎng)絡(luò)中的輸出衰減器連接，從而形成完整的測量系統(tǒng)。
【文檔編號】G01R31/28GK106053958SQ201610343285
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】張衛(wèi)平, 歐彬, 唐健, 孫殿竣, 邢亞亮, 樊冬, 劉朝陽, 朱甲強
【申請人】上海交通大學(xué)