压电换能器锁相环频率跟踪的失效分析与解决

为提高碳纤维复合材料超声振动钻孔过程中压电换能器频率跟踪的精度及可靠性,以压电换能器等效电路为基础,分析了目前锁相环频率跟踪系统存在的失锁、误跟踪、死锁和跟踪误差大等4种失效形式的原因,指出抵消静态电容是解决跟踪失效的必由之路.据此提出一种基于静态电容补偿法的锁相环频率跟踪技术,该技术可使换能器对锁相环呈现理想的LCR串联谐振特性,有效解决了跟踪失效问题.实验表明:通过该技术,换能器机械谐振频率的跟踪精度可优于-20~10Hz,避免了误跟踪和死锁,跟踪带宽可达6 kHz.     

基于高精P WM的超声波电源频率跟踪控制

针对超声波换能器谐振频率漂移的问题,提出了一种基于高精P WM的超声波电源频率跟踪控制方法.该方法使用高精度P WM,使超声波电源能跟踪输出更精确的谐振频率,提高电源调频精度,获得较高的输出效率.采用数字锁相环对谐振频率进行跟踪,并对跟踪环路中各部分进行了设计.实验结果表明,该频率跟踪控制系统具有良好的稳定性和较好的调频精度,频率调整分辨率高达0.08Hz,完全满足对超声波换能器工作谐振频率跟踪的要求.     

全数字锁相环中宽带数控振荡器设计

在TSMC 65nm工艺下设计了一个调谐范围为3～5GHz、用于全数字锁相环的宽带数控LC振荡器.该振荡器的电容阵列分成粗调、中调和细调三个阵列,其中粗调为MIM开关电容,中调和细调采用数控人造介质(DiCAD)实现.测试结果表明:当中心频率为3GHz和5GHz时,频偏1MHz处相位噪声分别为-123dBc/Hz和-116dBc/Hz,功耗分别为12mA和5mA.     

电离层闪烁下4路信号处理的载波锁相环

针对电离层闪烁导致的卫星导航接收机载波锁相环失锁问题,提出一种基于Kalman滤波器的4路信号处理载波锁相环. 该环路通过增加两路信号处理对锁相结果进行纠正,扩大了锁相环的相位牵引范围,同时根据信号实时载噪比自适应调节滤波系数,有效避免电离层闪烁时信号振幅衰落和相位突变引起的环路失锁. 通过仿真表明,这种锁相环可以在持续中强度和瞬时高强度的电离层闪烁下保持跟踪.      

基于数字锁相环控制的硅微陀螺仪驱动模态分析与实验

为了有效控制硅微陀螺仪的驱动模态,采用基于数字锁相环的相位控制方案对驱动信号振动频率进行跟踪控制.首先,分析了硅微陀螺仪驱动模态的特点,提出了一种数字锁相环控制驱动信号频率的方法;其次,阐述了基于锁相环的硅微陀螺仪驱动模态闭环控制原理,并分析了锁相环频率控制的稳定性;然后,对锁相环控制的驱动模态频率变化和跟踪情况进行了仿真,验证了驱动频率动态跟踪特性;最后,设计了一种基于锁相环的FPGA数字电路控制方案,并制作成实际电路,同时,对硅微陀螺仪驱动模态的开环谐振频率驱动和闭环频率驱动进行了对比实验.结果表明,当温度在-40～60℃内变化时,该控制方案能够保证驱动频率时刻跟踪驱动模态谐振频率的变化,且跟踪相对误差为2.5×10-5.     

3阶锁相环路接收机的设计与实现

低阶锁相环跟踪频率斜升信号时产生的稳态相差致使环路失锁,接收机无法锁定载波信号.针对这一问题提出一种具有3个零极点的3阶锁相环路,其产生零稳态相差,对含有多普勒频移的载波信号具有较好的锁定效果.给出3阶锁相环参数设计公式.使用频率预测预置锁相环中心频率使环路快速捕获信号,利用FFT及卡尔曼滤波方法提高频率预测的精度,采用FPGA实现3阶载波接收机.结果显示,3阶PLL可稳定跟踪载波信号.     

声波测井压电陶瓷换能器极化特性分析

从声波测井圆管状压电陶瓷换能器的极化方式出发，对径向和切向极化条件下，换能器的主要特性参数进行了计算、对比、分析，指出了极化方式决定换能器机械谐振频率、机电转换系数、静态电容、机械谐振时的接收灵敏度等参数。     

应用于全数字锁相环的3.44～5.25GHz,FOM值为182dBc/Hz的低功耗数控振荡器设计

设计了一个应用于全数字锁相环的宽带电感电容数控振荡器(DCO).通过设计粗调谐电容阵列、中等调谐电容阵列和精细调谐电容阵列,实现了宽的调谐范围.采用NMOS和PMOS互补型交叉耦合电路,实现了低功耗、高优值(FOM)的振荡器.设计采用TSMC 0.13μm CMOS工艺,电源电压为1.2V.测试结果表明,DCO的调谐范围达到3.44～5.25GHz,调谐百分比为41.7%.在4.06GHz频率处,振荡器电路在1MHz频偏处的相位噪声为-117.6 dBc/Hz.在调谐范围内,设计的DCO电路在1 MHz频偏处的FOM值为182～185.5dBc/Hz.功耗为1.44～3.6mW.     

一种基于频率补偿的GPS位同步方法

针对GPS接收机在跟踪过程中由频率误差引起的位同步概率下降问题,提出了一种基于频率补偿的GPS位同步方法.分析了环路中频率误差引起相干积分累加值衰减的机理,利用不同频率的复信号分别对相干积分结果进行补偿,计算出20个候选位置的值,最大值对应的位置即为数据边界位置.该方法有效减少了由频率误差导致的相干累加损耗,提高了位同步的概率.在弱信号情况下,使用非相干积分方法可进一步提高信号增益和位同步概率.与其他位同步方法相比,所提方法可容忍更大的频率误差,即使跟踪环路处于失锁状态也能准确实现位同步,且在频率误差小于25 Hz的情况下表现出更优的位同步性能.     

基于LMF100的自动跟踪带通滤波器的设计与实现

开关电容滤波器较其他滤波器更易实现对信号频率的跟踪滤波.采用LMF100开关电容滤波器芯片和锁相环电路MC14046,研究与设计了一种简单实用的自动跟踪带通滤波器.该滤波器是一个四阶的由LMF100中两节工作模式1的二阶带通滤波器级联构成,使用MC14046锁相环和双BCD同步加计数器MC14518对输入信号产生100或50倍频脉冲作为LMF100的时钟,实现带通滤波器中心频率的自动跟踪.实验结果表明,该滤波器取得了较好的跟踪滤波效果.     

工业用电容式两相流相浓度传感器

为解决工业管道内气固两相流体的离散相浓度的在线测量问题，研制了一种非接触式电容传感器。通过计算机辅助设计优化电容传感器测量探头的结构，配置高频抗杂散电容的信号检测转换电路，已制成原理样机。静态实验和初步动态实验表明，此传感器性能稳定，满足工业应用要求。     

电感电容匹配电路对超声换能器振动特性的影响

为使大功率超声设备高效而安全地工作,在超声发生器和超声换能器之间必须进行匹配电路的设计,由于超声换能器本身是一个共振系统,匹配电路将对超声换能器的振动特性产生影响。通过研究电感电容匹配电路及其对超声换能器共振频率的影响规律,结果表明：电感电容匹配后换能器的串联共振频率和并联共振频率都变小了。     

电容式气-固两相流相浓度传感器的优化设计

气固两相流相浓度是工业亟需的一个难以准确测量的重要参数。该文从工业应用角度出发 ,设计了一种带有对称边保护极板的螺旋形状表面板电容式相浓度传感器。采用三维有限元方法和正交试验设计方法相结合对传感器结构进行了优化设计。经实验验证 ,其检测场均匀性误差低于5 % ,显著地改善了电容传感器的“软场效应”,有效地减小了相分布及流型变化对测量结果的影响 ;与电容式速度传感器等组合成一体化装置 ,可用于在线测量气送粉体的瞬时流量。已在现场应用 ,运行效果良好     

条干不均匀度检测装置中电容传感器的研究

提出了将有限元法引到条干不均匀测试中电容传感器的研究。应用有限元法对电容传感器输出特性、填充因素的选取原则，减小非线性影响和测量的条件都作了相应的计算和分析，并对电容传感器做了实验验证。证明应用有限元法比解析法分析提供的电容传感器设计参数能使检测装置具有更高的稳定性和精确度。     

基于小波变换的三相流测量技术的研究

以电容传感器在线检测输油管道中油／水／气流体信号为基础,分析了测量原理。提出了基于小波变换的三相流流体信号的后处理的原理及方法,并具体分析了提取水／气相流体流速的过程。     

车辆电容称重传感器静态标定

针对传统车辆称重装置存在的不足,开发了一种车辆电容称重传感器.文章中从结构设计、称重原理对车辆电容称重传感器作了介绍,重点讨论了静态标定过程,根据试验数据,从非线性、重复性、迟滞性等方面进行了误差分析,给出了补偿办法.     

脉冲电晕放电特性研究

对脉冲电晕放电系统的伏安特性进行了理论分析、以便为脉冲放电系统的实际应用提供依据。推导出了脉冲放电电压、放电电流和脉冲上升时间的理论公式;分析了回路参数对脉冲放电特性的影响;     

被动声目标定位与跟踪的实验研究

研究被动声定位和跟踪的可行性。方法设计被动声目标定位,跟踪的实验系统,并进行静目标定位实验与运动 目标定位与跟踪实验。结果实验系统对静目标测向精度较高,而测距精度很低;对恒速运动目标,采用测向信息和多普勒频移信息相融合的算法得到了目标运动速度,距离的精确估计。