一种低功耗耐高温加速度计伺服电路的制作方法

本发明涉及加速度计伺服电路，尤其涉及一种低功耗耐高温加速度计伺服电路。

背景技术：

1、耐高温石英挠性加速度计(简称耐高温加速度计)主要应用于石油勘探领域随钻测量及旋转导向系统，用于敏感探管的三轴向倾角信息，处理得到钻井斜度参数。

2、系统应用过程中处于高温环境，且能源功率有限，为确保系统持续工作时间满足钻探需求，对加速度计最高工作温度及静态功耗提出了较为严苛的应用需求。目前现有伺服电路方案不能同时满足该应用需求。

技术实现思路

1、本发明提供了一种低功耗耐高温加速度计伺服电路，能够解决现有技术中加速度计伺服电路无法同时满足耐高温和低功耗的技术问题。

2、本发明提供了一种低功耗耐高温加速度计伺服电路，所述伺服电路包括激励信号电路、差动电容检测电路、积分器电路和功率放大电路；

3、所述激励信号电路用于输出方波信号，并将方波信号输入至所述差动电容检测电路；

4、所述差动电容检测电路与加速度计表头电气连接，所述差动电容检测电路用于获取加速度计表头的差动电容检测信号，并将差动电容检测信号输入至所述积分器电路；

5、所述积分器电路用于输出积分信号，并将积分信号输入至所述功率放大电路；

6、所述功率放大电路用于输出电流信号，并将电流信号输出至加速度计表头的力矩器动圈。

7、优选的，所述激励信号电路包括第一运算放大器a1、第一电容c1、第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3；所述第一运算放大器a1的负向输入引脚1分别与第一电容c1的第一端和第一电阻r1的第一端相连，正向输入引脚2分别与第二电阻r2的第一端和第三电阻r3的第一端相连，输出引脚3分别与第一电阻r1的第二端、第三电阻r3的第二端和所述差动电容检测电路相连，引脚7与负电压源vee相连，引脚11与正电压源vcc相连；所述第一电容c1的第二端和所述第二电阻r2的第二端均接地。

8、优选的，所述第一运算放大器a1为低功耗耐高温集成运算放大器。

9、优选的，所述差动电容检测电路包括第一二极管d1、第二二极管d2、第三电容c3、第五电容c5、第六电容c6、第二运算放大器a2、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8和第九电阻r9；所述加速度计表头包括第二电容c2和第四电容c4；所述激励信号电路的输出端分别与所述第一二极管d1的阴极、所述第二二极管d2的阴极、所述第三电容c3的第一端和所述第五电容c5的第一端相连；所述第一二极管d1的阳极分别与所述第五电容c5的第二端、所述第二电容c2的第一端和所述第七电阻r7的第一端相连；所述第二二极管d2的阳极分别与所述第三电容c3的第二端、所述第四电容c4的第一端和所述第八电阻r8的第一端相连；所述第二电容c2的第二端和所述第四电容c4的第二端均接地；所述第二运算放大器a2的负向输入引脚6分别与所述第四电阻r4的第一端、所述第七电阻r7的第二端、所述第九电阻r9的第一端和所述第六电容c6的第一端相连，正向输入引脚5分别与所述第五电阻r5的第一端、所述第六电阻r6的第一端和所述第八电阻r8的第二端相连，输出引脚7分别与所述第六电容c6的第二端、所述第九电阻r9的第二端和所述积分器电路相连；所述第四电阻r4的第二端和所述第五电阻r5的第二端均与正电压源vcc相连；所述第六电阻r6的第二端接地。

10、优选的，所述第三电容c3和所述第五电容c5为固定容值电容，所述第二电容c2和所述第四电容c4为差动可变电容。

11、优选的，所述第二运算放大器a2为低功耗耐高温集成运算放大器。

12、优选的，所述积分器电路包括第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第七电容c7、第八电容c8和第三运算放大器a3；所述差动电容检测电路与所述第十电阻r10的第一端相连；所述第十一电阻r11和所述第七电容c7并联，且并联的第一端与所述第十电阻r10的第二端相连；所述第三运算放大器a3的负向输入引脚1分别与所述第十一电阻r11和所述第七电容c7并联的第二端、所述第十二电阻r12的第一端相连，正输入引脚2与所述第十三电阻r13的第一端相连，输出引脚3分别与所述第八电容c8的第一端和所述功率放大电路相连，引脚7与负电压源vee相连，引脚11与正电压源vcc相连；所述第十二电阻r12的第二端与所述第八电容c8的第二端相连；所述第十三电阻r13的第二端接地。

13、优选的，所述第三运算放大器a3为低功耗耐高温集成运算放大器。

14、优选的，所述功率放大电路包括第十四电阻r14、第十五电阻r15、第十六电阻r16、第十七电阻r17、第十八电阻r18、第十九电阻r19、第二十电阻r20、第二十一电阻r21、第四运算放大器a4和第五运算放大器a5；所述积分器电路分别与所述第十四电阻r14的第一端和所述第十六电阻r16的第一端相连；所述第四运算放大器a4的负向输入引脚1分别与所述第十四电阻r14的第二端和所述第十七电阻r17的第一端相连，正输入引脚2分别与所述第十五电阻r15的第一端、所述第十八电阻r18的第一端和所述第五运算放大器a5的正输入引脚2相连，输出引脚3分别与所述第十七电阻r17的第二端和所述第二十电阻r20的第一端相连，引脚7与负电压源vee相连，引脚11与正电压源vcc相连；所述第五运算放大器a5的负向输入引脚1分别与所述第十六电阻r16的第二端、所述第十九电阻r19的第一端相连，输出引脚3分别与所述第十九电阻r19的第二端和所述第二十一电阻r21的第一端相连，引脚7与负电压源vee相连，引脚11与正电压源vcc相连；所述第十五电阻r15的第二端接地；所述第十八电阻r18的第二端、所述第二十电阻r20的第二端和所述第二十一电阻r21的第二端均与所述加速度计表头的力矩器动圈相连。

15、优选的，所述第四运算放大器a4和所述第五运算放大器a5均为低功耗耐高温集成运算放大器。

16、应用本发明的技术方案，该伺服电路具有如下有益效果：第一，完成差动电容检测，实现电容电压转换功能；第二，完成闭环系统动态特性调整，实现控制系统稳定性；第三，完成功率放大，实现电压电流转换功能。该伺服电路连接加速度计表头后可输出与敏感轴向输入加速度信号成比例的电流信号。本发明在±15v供电条件下，可实现电路静态功耗降低至225mw，最高工作温度可达160℃，较传统加速度计电路提升35℃。

技术特征：

1.一种低功耗耐高温加速度计伺服电路，其特征在于，所述伺服电路包括激励信号电路、差动电容检测电路、积分器电路和功率放大电路；

2.根据权利要求1所述的伺服电路，其特征在于，所述激励信号电路包括第一运算放大器a1、第一电容c1、第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3；所述第一运算放大器a1的负向输入引脚1分别与第一电容c1的第一端和第一电阻r1的第一端相连，正向输入引脚2分别与第二电阻r2的第一端和第三电阻r3的第一端相连，输出引脚3分别与第一电阻r1的第二端、第三电阻r3的第二端和所述差动电容检测电路相连，引脚7与负电压源vee相连，引脚11与正电压源vcc相连；所述第一电容c1的第二端和所述第二电阻r2的第二端均接地。

3.根据权利要求2所述的伺服电路，其特征在于，所述第一运算放大器a1为低功耗耐高温集成运算放大器。

4.根据权利要求1所述的伺服电路，其特征在于，所述差动电容检测电路包括第一二极管d1、第二二极管d2、第三电容c3、第五电容c5、第六电容c6、第二运算放大器a2、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8和第九电阻r9；所述加速度计表头包括第二电容c2和第四电容c4；所述激励信号电路的输出端分别与所述第一二极管d1的阴极、所述第二二极管d2的阴极、所述第三电容c3的第一端和所述第五电容c5的第一端相连；所述第一二极管d1的阳极分别与所述第五电容c5的第二端、所述第二电容c2的第一端和所述第七电阻r7的第一端相连；所述第二二极管d2的阳极分别与所述第三电容c3的第二端、所述第四电容c4的第一端和所述第八电阻r8的第一端相连；所述第二电容c2的第二端和所述第四电容c4的第二端均接地；所述第二运算放大器a2的负向输入引脚6分别与所述第四电阻r4的第一端、所述第七电阻r7的第二端、所述第九电阻r9的第一端和所述第六电容c6的第一端相连，正向输入引脚5分别与所述第五电阻r5的第一端、所述第六电阻r6的第一端和所述第八电阻r8的第二端相连，输出引脚7分别与所述第六电容c6的第二端、所述第九电阻r9的第二端和所述积分器电路相连；所述第四电阻r4的第二端和所述第五电阻r5的第二端均与正电压源vcc相连；所述第六电阻r6的第二端接地。

5.根据权利要求4所述的伺服电路，其特征在于，所述第三电容c3和所述第五电容c5为固定容值电容，所述第二电容c2和所述第四电容c4为差动可变电容。

6.根据权利要求4或5所述的伺服电路，其特征在于，所述第二运算放大器a2为低功耗耐高温集成运算放大器。

7.根据权利要求1所述的伺服电路，其特征在于，所述积分器电路包括第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第七电容c7、第八电容c8和第三运算放大器a3；所述差动电容检测电路与所述第十电阻r10的第一端相连；所述第十一电阻r11和所述第七电容c7并联，且并联的第一端与所述第十电阻r10的第二端相连；所述第三运算放大器a3的负向输入引脚1分别与所述第十一电阻r11和所述第七电容c7并联的第二端、所述第十二电阻r12的第一端相连，正输入引脚2与所述第十三电阻r13的第一端相连，输出引脚3分别与所述第八电容c8的第一端和所述功率放大电路相连，引脚7与负电压源vee相连，引脚11与正电压源vcc相连；所述第十二电阻r12的第二端与所述第八电容c8的第二端相连；所述第十三电阻r13的第二端接地。

8.根据权利要求7所述的伺服电路，其特征在于，所述第三运算放大器a3为低功耗耐高温集成运算放大器。

9.根据权利要求1所述的伺服电路，其特征在于，所述功率放大电路包括第十四电阻r14、第十五电阻r15、第十六电阻r16、第十七电阻r17、第十八电阻r18、第十九电阻r19、第二十电阻r20、第二十一电阻r21、第四运算放大器a4和第五运算放大器a5；所述积分器电路分别与所述第十四电阻r14的第一端和所述第十六电阻r16的第一端相连；所述第四运算放大器a4的负向输入引脚1分别与所述第十四电阻r14的第二端和所述第十七电阻r17的第一端相连，正输入引脚2分别与所述第十五电阻r15的第一端、所述第十八电阻r18的第一端和所述第五运算放大器a5的正输入引脚2相连，输出引脚3分别与所述第十七电阻r17的第二端和所述第二十电阻r20的第一端相连，引脚7与负电压源vee相连，引脚11与正电压源vcc相连；所述第五运算放大器a5的负向输入引脚1分别与所述第十六电阻r16的第二端、所述第十九电阻r19的第一端相连，输出引脚3分别与所述第十九电阻r19的第二端和所述第二十一电阻r21的第一端相连，引脚7与负电压源vee相连，引脚11与正电压源vcc相连；所述第十五电阻r15的第二端接地；所述第十八电阻r18的第二端、所述第二十电阻r20的第二端和所述第二十一电阻r21的第二端均与所述加速度计表头的力矩器动圈相连。

10.根据权利要求9所述的伺服电路，其特征在于，所述第四运算放大器a4和所述第五运算放大器a5均为低功耗耐高温集成运算放大器。

技术总结
本发明提供了一种低功耗耐高温加速度计伺服电路，包括激励信号电路、差动电容检测电路、积分器电路和功率放大电路；所述激励信号电路用于输出方波信号，并将方波信号输入至所述差动电容检测电路；所述差动电容检测电路与加速度计表头电气连接，所述差动电容检测电路用于获取加速度计表头的差动电容检测信号，并将差动电容检测信号输入至所述积分器电路；所述积分器电路用于输出积分信号，并将积分信号输入至所述功率放大电路；所述功率放大电路用于输出电流信号，并将电流信号输出至加速度计表头的力矩器动圈。本发明能够解决现有技术中加速度计伺服电路无法同时满足耐高温和低功耗的技术问题。

技术研发人员：韩旭,魏超,于湘涛,李贺,彭福英,杨杏敏,彭振新,付秀娟,吴楠,于皓
受保护的技术使用者：航天科工惯性技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31