本发明涉及谐振式惯性器件，具体涉及一种石英振梁加速度计数字闭环控制系统及方法。
背景技术：
1、石英振梁加速度传感器(石英振梁加速度计)具有灵敏度高、量程大、功耗低，尺寸小等优点，发展前景广阔。发展该技术路线将有希望解决微型加速度传感器精度和稳定性提升存在的难题。石英振梁加速度传感器利用了石英振梁谐振器的谐振频率与其所受轴向力相关的特性，借助敏感质量具有的惯性将待测的加速度转换成作用在振梁上的轴向力，从而通过检测振梁谐振频率的变化来获得加速度信息。
2、石英振梁加速度计的敏感单元电学特性与无源石英晶振没有本质区别，因此目前最常用的石英振梁加速度计控制系统仍是石英晶体振荡器电路。但石英晶体振荡器电路属于模拟电路，模拟器件的性能和参数易受环境影响，误差补偿方式复杂，需要额外的测频电路对输出波形的频率进行测量，逐渐无法满足新型石英振梁加速度计的性能需求。
3、中国专利cn117607491a公开了一种石英谐振式加速度传感器振动梁频率快速检测方法，该方法通过对数扫频和线性扫频相结合的方式来确定石英振梁的谐振频率，激励频率按预先确定的方式变化，属于开环激励方式，并且需要独立的测频系统，虽然在实验室条件下可以进行相应的检测，但该方案不具有实时性，使得其不适用于实际应用。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的石英振梁加速度计数字闭环控制系统及方法解决了现有石英振梁加速度计的控制系统采用石英晶体振荡器电路导致易受环境影响、性能低的问题。
2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
3、提供一种石英振梁加速度计数字闭环控制系统，其包括电流检测电路、比较器电路、相位采样模块、误差解算模块、闭环控制模块和数控振荡器；其中：
4、电流检测电路，用于将谐振元件输出的电流信号转换为电压信号；
5、比较器电路，用于比较电流检测电路和数控振荡器的输出信号的电压大小，并根据比较结果输出逻辑电平；
6、相位采样模块，与比较器电路和数控振荡器相连，使用比较器电路输出的逻辑电平的边沿作为触发条件，对数控振荡器输出的相位值进行采样；
7、误差解算模块，用于计算相位采样模块采样得到的相位值与谐振元件固有谐振频率之间的误差值；
8、闭环控制模块，用于根据误差解算模块得到的误差值，输出频率控制量，控制数控振荡器的输出信号频率；
9、数控振荡器，用于接收闭环控制模块输出的频率控制量，产生对应频率的周期信号，驱动谐振元件工作，使谐振元件的工作频率等于谐振元件固有谐振频率。
10、进一步地，数控振荡器包括并行的驱动通道和参考通道；其中：
11、驱动通道包括依次连接的第一直接数字频率合成模块、第一脉冲调制模块、第一逻辑输出端口和第一低通滤波电路，用于驱动谐振元件工作的激励信号；
12、参考通道包括依次连接的乘法器、第二直接数字频率合成模块、第二脉冲调制模块、第二逻辑输出端口和第二低通滤波电路，用于输出参考信号至比较器电路；
13、乘法器，用于将参考通道的频率提升为驱动通道的频率的n倍。
14、进一步地，电流检测电路采用电荷放大器。
15、进一步地，相位采样模块包括时钟相移时间数字转换器、采样子模块和插值子模块；其中：
16、时钟相移时间数字转换器，用于获取比较器电路脉冲输出的上升沿与参考信号0相位点的精确时间间隔，即得到细采样时间点；并给出一个与高速时钟对齐的采样脉冲，即粗采样时间点；
17、采样子模块，用于分别在粗采样时间点和细采样时间点对参考信号的相位进行采样，对应得到粗采样结果和细采样结果；
18、插值子模块，用于通过细采样结果对粗采样结果进行插值，得到最终的相位采样数据。
19、进一步地，石英振梁加速度计数字闭环控制系统还包括数据处理模块、系统配置模块和通信协议模块，其中：
20、数据处理模块，用于接收并处理闭环控制模块输出的频率控制量；
21、通信协议模块，与数据处理模块相连，用于向系统外部传输闭环控制模块输出的频率控制量；
22、系统配置模块，与通信协议模块相连，解析系统外部输入的配置命令，存储系统的配置参数。
23、进一步地，通信协议模块采用ttl串口。
24、进一步地，数据处理模块包括数字滤波器和数据抽取子模块。
25、提供一种基于石英振梁加速度计数字闭环控制系统的方法，其包括以下步骤：
26、s1、将谐振元件输出的电流信号转换为电压信号；获取数控振荡器的输出信号的电压大小；
27、s2、比较转换得到的电压信号和数控振荡器的输出信号的电压大小，并根据比较结果输出逻辑电平；
28、s3、使用输出的逻辑电平的边沿作为触发条件，对数控振荡器输出的相位值进行采样；
29、s4、计算采样得到的相位值与谐振元件固有谐振频率之间的误差值；
30、s5、根据误差值输出频率控制量，控制数控振荡器的输出信号频率；
31、s6、通过数控振荡器接收频率控制量并产生对应频率的周期信号，驱动谐振元件工作，使谐振元件的工作频率等于谐振元件固有谐振频率。
32、进一步地，使用输出的逻辑电平的边沿作为触发条件，对数控振荡器输出的相位值进行采样的具体方法为：
33、通过时钟相移时间数字转换器获取输出的逻辑电平的上升沿与参考信号0相位点的精确时间间隔，即得到细采样时间点；并通过时钟相移时间数字转换器给出一个与高速时钟对齐的采样脉冲，即粗采样时间点；
34、分别在粗采样时间点和细采样时间点对参考信号的相位进行采样，对应得到粗采样结果和细采样结果；
35、通过细采样结果对粗采样结果进行插值，得到最终的相位采样数据。
36、进一步地，在闭环控制过程中，通过数据处理模块接收并处理频率控制量；通过通信协议模块向系统外部传输频率控制量；通过系统配置模块解析系统外部输入的配置命令，存储系统的配置参数。
37、本发明的有益效果为：
38、1、本发明采用数字控制方式，受环境影响小，抗干扰能力强，性能高，可以解决目前闭环控制系统输出频率稳定性不足、功能单一的问题。
39、2、本发明采用的误差检测方式可以同时得到幅值和相位信息，并且不需要模数转换器的参与，有效节约了成本和功耗。
40、3、本发明实现了谐振控制功能和频率测量功能的集成，可直接输出频率数字量，无需额外的测频系统，有效降低了石英振梁加速度传感器配套系统的成本。
41、4、本发明包括通信协议模块和系统配置模块，使得用户能够便捷的配置系统参数，适应不同的加速度传感器，有效提升了系统的灵活性。
42、5、本发明包括通信协议模块和数据处理模块，能够对输出数据进行误差补偿和预处理，有效提升了系统的可靠性和易用性。
1.一种石英振梁加速度计数字闭环控制系统，其特征在于，包括电流检测电路、比较器电路、相位采样模块、误差解算模块、闭环控制模块和数控振荡器；其中：
2.根据权利要求1所述的石英振梁加速度计数字闭环控制系统，其特征在于，数控振荡器包括并行的驱动通道和参考通道；其中：
3.根据权利要求1所述的石英振梁加速度计数字闭环控制系统，其特征在于，电流检测电路采用电荷放大器。
4.根据权利要求2所述的石英振梁加速度计数字闭环控制系统，其特征在于，相位采样模块包括时钟相移时间数字转换器、采样子模块和插值子模块；其中：
5.根据权利要求1所述的石英振梁加速度计数字闭环控制系统，其特征在于，还包括数据处理模块、系统配置模块和通信协议模块，其中：
6.根据权利要求5所述的石英振梁加速度计数字闭环控制系统，其特征在于，通信协议模块采用ttl串口。
7.根据权利要求5所述的石英振梁加速度计数字闭环控制系统，其特征在于，数据处理模块包括数字滤波器和数据抽取子模块。
8.一种基于权利要求1～7任一所述的石英振梁加速度计数字闭环控制系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，使用输出的逻辑电平的边沿作为触发条件，对数控振荡器输出的相位值进行采样的具体方法为：
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在闭环控制过程中，通过数据处理模块接收并处理频率控制量；通过通信协议模块向系统外部传输频率控制量；通过系统配置模块解析系统外部输入的配置命令，存储系统的配置参数。
