电流测量电路的误差补偿和降噪技术的研究及应用

论文摘要

在航天飞行器中,惯性导航装置需要实时且高精度地测量加速度计等传感器输出的电流、电压等模拟量,以实现对飞行器导航。因而研制适合飞行器使用的动态高精度电流电压测量系统,就具有了非常重要的意义。本篇论文主要围绕如何提高电流测量系统的测量精度来展开。主要从两个方面考虑,一是温度误差的补偿方法的研究和应用,二是降噪技术的研究和应用。由于惯导系统工作环境恶劣,温度变化大,温度变化引起的测量误差(以下简称温度误差)成为影响测量精度的一个关键因素。因此在研制过程中我们把减少温漂误差作为一个关键点。在本研究中,我们设计了不同环境温度下的零点误差测试实验,以找出温度误差的变化规律。根据温度误差的规律,用软件插值补偿来实现温度误差的补偿。为了准确测出关键电子器件的温度值,以提高温度误差补偿的效果。我们改进结构设计和印刷电路板布局,实现了测量电路周边温度场温度的均匀化,采用温度传感器的误差补偿,提高了温度测量精度,并将这些方法应用于实际的电流测量系统中。测量电路的噪声源有两个,分别是测量电路板内部的固有噪声源和环境干扰噪声源。电路板内部的固有噪声通过选用低噪声的器件,以及改进印刷电路板的设计来降低。环境干扰噪声则是通过结构上采用电磁屏蔽,提高印刷电路板的设计等方法以达到降低噪声,提高精度的目的。本文共分六章:第一章综述了电子测量技术的现状和发展趋势,并根据课题背景对电流测量系统的要求,提出了课题的目标和任务。第二章通过对电流测量电路的各关键器件的误差与噪声进行分析,找出了影响电流测量精度的关键因素。第三章提出了温度误差的补偿方法,实验验证了温度误差补偿方法;并提出和应用了提高温度误差补偿效果的方法。第四章详细讨论了电流测量电路降低噪声的方法。第五章详细描述了测量电路板的设计和实现;并设计了性能测试实验,对测量电路板的各项精度指标进行了测试和探讨。第六章对全文进行简明的总结,并提出了进一步研究的内容。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 电流测量技术概述
• 1.2.1 微弱电流的测量方法
• 1.2.2 电量计量技术的发展现状
• 1.2.3 电子测量仪器的演变及发展趋势
• 1.3 课题的主要研究内容
• 1.3.1 课题的主要研究内容
• 1.3.2 课题的难点
• 1.3.3 课题的研究方法
• 第2章 测量电路的误差分析
• 2.1 取样电阻的误差分析
• 2.2 运算放大器的误差分析
• 2.2.1 运算放大器的直流误差分析
• 2.2.2 运算放大器的交流误差分析
• 2.2.3 运算放大器的选型分析结论
• 2.3 A/D转换器的误差分析
• 2.3.1 A/D转换器的直流性能分析
• 2.3.2 A/D转换器的交流性能分析
• 2.4 基准电压的误差分析
• 2.4.1 基准电压的误差分析
• 2.4.2 电压跟随器的误差分析
• 2.4.3 基准源总误差分析
• 2.5 模拟输入通道总误差估计
• 第3章 测量电路静态温度误差补偿方法的研究及实现
• 3.1 测量电路板温度测试的内容及方法
• 3.2 测量电路板温度漂移测试环境的建立
• 3.3 测量电路板温度特性测试实验
• 3.3.1 常温状态下测量电路板的零位输出情况
• 3.3.2 环境温度呈线性变化时测量电路板的输出情况
• 3.4 温度误差的补偿方法
• 3.5 影响温度误差补偿效果的因素及解决方法
• 3.5.1 关键器件的温度测量
• 3.5.2 温度场耦合问题
• 3.5.3 提高温度传感器的测量精度
• 第4章 精密测量电路降噪技术的研究
• 4.1 低噪声放大电路设计
• 4.1.1 电压跟随电路的设计与噪声分析
• 4.1.2 差动放大电路的设计与噪声分析
• 4.2 降低电流测量噪声的硬件上采取的措施
• 4.2.1 选择低噪声的模拟器件
• 4.2.2 数字电路对电流测量噪声的影响分析
• 4.2.3 改进印刷电路板的设计
• 4.2.4 采用电磁屏蔽技术降低外界电磁场的干扰
• 4.3 降低电流测量噪声在软件上采取的措施
• 4.3.1 数字滤波器的设计
• 第5章 测量电路板的设计与实现
• 5.1 测量电路板的设计与实现
• 5.1.1 前端处理模块的设计
• 5.1.2 测量处理模块的设计
• 5.1.3 温度测量模块的设计
• 5.1.4 通讯接口模块的设计
• 5.1.5 电源模块的设计
• 5.2 测量电路板精度测试
• 5.2.1 静态指标测试与评价
• 5.2.2 动态测量指标的测试与评价
• 第6章 总结与展望
• 6.1 课题总结
• 6.2 进一步的研究与展望
• 参考文献
• 致谢