气浮陀螺马达多通道隔离数据采集卡设计与研制

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陀螺马达作为惯性导航系统中陀螺仪的核心器件,直接用于驱动陀螺仪,对惯导产品的精度具有决定性影响,其在启动到停止过程中会产生反电动势,且其动态范围高达上百伏,对陀螺马达及周边电路产生较大危害,影响马达的性能及使用寿命,最终影响惯导产品的正常工作。本课题依托航天某所动压马达寿命评估系统,针对气浮陀螺马达反电动势的监测设计了多通道隔离数据采集卡。本文根据反电动势的特点和现场测试环境条件,设计并研制了具有低噪声性能、高动态输入范围、优异隔离性能的两通道数据采集卡。论文首先对采集系统总体方案进行介绍,然后就各个模块的详细设计方案进行介绍,同时对设计过程中涉及的相关理论知识进行介绍,主要包括低噪声电路设计的相关知识及方案、系统隔离方案、以及系统电源设计。系统采用具有便携特点的USB3.0高速接口,FPGA为系统硬件控制器实现各硬件电路的控制及采集卡功能实现,最后采用Labview设计了上位机软件,完成了采集系统的整体功能实现。通过对各电路模块及采集系统整体性能测试和分析,各指标均满足设计需求,系统可实现40μV~200Vpp范围内信号的测试,动态范围高达133d B,两通道间的隔离度均达到100d B以上,同时采集卡本地噪声最低至10μV,解决了陀螺马达反电动势测试时动态范围大和测试现场具有较强电磁干扰的复杂难题。
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