基于静态电容补偿的压电换能器锁相环频率跟踪

为解决压电换能器锁相环频率跟踪中存在的跟踪范围狭小、易出现误跟踪和失锁等问题,提出一种基于静态电容补偿的锁相环(PLL)频率跟踪技术:根据电容元件伏安特性对由静态电容造成的不良影响进行补偿,使换能器对锁相环呈现理想的LCR串联谐振回路特性,并结合线性拟合法完成对机械臂电压电流相位差的测量,避免了误跟踪和失锁,实现了较以往更宽频带下的换能器准确跟踪.实验表明:对两个-3 dB带宽分别为120 Hz和663 Hz的换能器,跟踪误差分别为-9 Hz和+28 Hz,跟踪范围可达10 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.     

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。     

磁电复合振子PbZr_(0.48)Ti_(0.52)O_3/Tb_(0.3)Dy_(0.7)Fe_(1.92)的电容型磁阻抗效应

谐振频率及阻抗匹配是压电换能器中十分重要的参数.基于压电陶瓷圆环Pb Zr_(0.48)Ti_(0.52)O_3(PZT)和磁致伸缩材料铽镝铁Tb_(0.3)Dy_(0.7)Fe_(1.92)(TDF)构成"环-环"磁电复合振子,实验研究磁场作用下,由磁电复合振子的有效介电常数变化引起的电容型磁阻抗以及磁控谐振频率偏移效应.实验结果显示,谐振频率和反谐振频率下的磁阻抗可达18%、32%;当磁场为800 m T时,谐振及反谐振频率的最大偏移量约为9 k Hz.利用复合材料的磁-力-电耦合效应,对电容型磁阻抗及磁控谐振频率偏移进行了理论分析.本研究为解决压电换能器谐振频率的漂移问题及阻抗匹配提供了实验及理论基础.     

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.     

基于模糊PI控制的超声波换能器谐振频率跟踪系统仿真

对于超声波换能器谐振系统,利用传统谐振频率跟踪方法动态性能不甚理想,故而采用模糊控制与PI控制相结合的模糊PI控制方法.首先对超声波发生器系统进行建模,再由模糊规则表、模糊化、反模糊化以及在线仿真整定,确定PI控制器参数,最后以相位差作为模糊PI控制器的输入量,进而得到新的驱动频率控制量,新的驱动频率信号驱动逆变器得到换能器此时所需要的控制频率,即换能器谐振频率.计算机仿真结果表明,模糊PI控制方法使整个系统具有更好的动态和静态性能,能有效地使换能器工作在谐振频率.     

压电晶体传感器驱动电路的研究

在压电晶体传感器中,石英晶体微天平(QCM)因其实时、快速和高敏感度高等优点已经获得了广泛应用.本文给出一套压电晶体传感器驱动电路,该电路基于模拟锁相环的工作原理,能有效地补偿晶体的静态电容,消除相位误差,晶体可以锁定在串联谐振状态下,通过外接设备可以测得精确度较高的晶体谐振频率和动态电阻.内部振荡电路由芯片MC12148外接变容二极管实现,可接入很宽的频率范围内的晶体进行使用.     

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.     

压电换能器功率输出自动调节特征研究

为了研究换能器的工作安全性能、提高换能器的系统效率,根据压电换能器的工作原理,利用等效电路方法,分析了压电换能器在并联谐振频率附近工作时的频率特性,得出了在并联谐振频率附近的功率输出自动调节规律,应用该规律探讨了功率输出自动调节的频率范围,并对超声清洗换能器在不同负载时的功率输出进行了实验。结果表明:换能器在并联谐振频率附近工作时具有较好的功率输出自动调节功能,对提高换能器的系统效率有一定指导意义。     

一种感应加热电源频率跟踪控制系统

针对感应加热电源中负载回路谐振频率时变的特点，在以IGBT为功率开关的2kW感应加热电源中，设计并实现了一种频率跟踪控制系统。该系统通过Hall电流传感器、电压比较器和CD4046锁相环对负载电流实现了频率跟踪，使逆变器工作在功率因数接近于1的准谐振状态。通过试验验证，电路简单可靠，运行良好。     

多频扭转夹心式换能器研究

研究了一种可以工作在多个频率段的扭转夹心式换能器．该换能器由前后金属盖板、两组周向极化压电晶堆及电负载组成．分析了接电负载压电圆管的扭转振动特性，推出了其机电等效电路和共振频率方程．利用等效电路方法，给出了换能器的共振频率方程，并得到了换能器的共振频率与负载阻抗曲线，为此类换能器的设计提供了理论依据．该换能器可望应用于超声焊接、超声加工及超声马达等领域．     

大功率径向振动压电超声换能器

对一种大功率径向复合圆管压电超声换能器的径向振动特性进行了研究.依据机电类比原理,推出了换能器的径向振动等效电路及共振频率方程;探讨了换能器的第1、第2阶共振频率和有效机电耦合系数与压电陶瓷元件位置的关系;实验测量了换能器的径向共振频率.结果表明,换能器径向共振频率的理论值与实测值符合较好.     

管形径向复合压电陶瓷超声换能器

对一种圆管形径向复合压电陶瓷超声换能器径向振动特性进行研究.该换能器由径向极化薄壁压电陶瓷短圆管与薄壁金属短圆管径向复合而成.基于弹性力学理论和机电类比原理,建立了换能器径向振动机电类比等效电路,并推导出其径向共振频率、反共振频率方程及有效机电耦合系数的解析式.实验加工了一些径向复合换能器样品,并对其径向共振频率及有效机电耦合系数进行了测试.结果表明,理论与实验测试结果相吻合.     

换能器潜在效率与尺寸及工艺关系

1 换能器潜在效率与结构尺寸及工艺的理论关系在机械谐振频率附近,换能器的等效电路见图1。图中R_o及C_o是换能器的介电损耗电阻     

一种新型径向复合压电陶瓷超声换能器径向振动特性研究

研制了一种新型径向复合压电陶瓷超声换能器,并对其径向振动特性进行了理论及实验研究.该换能器由一个厚度方向极化的压电陶瓷薄圆环及一个金属圆环组成.对压电陶瓷圆环和金属圆环的径向振动分别进行了分析,得到了各自机电等效电路.在此基础上,利用换能器径向力及径向振动速度的连续条件,得出了压电陶瓷径向复合超声换能器机电等效电路及其共振频率方程.分析了换能器的共振及反共振频率、有效机电耦合系数与其几何尺寸之间的关系.结果表明,在换能器压电陶瓷圆环内外半径保持一定情况下,换能器半径比增大时,共振及反共振频率随之增大.对于换能器第一阶径向振动,其有效机电耦合系数随半径比增大单调增大,而第二阶径向振动有效机电耦合系数随半径比增大单调减小.     

GPS软件接收的关键技术

目的讨论GPS软件接收机中核心模块的实现算法,重点研究捕获算法。方法在捕获模块中采用基于DFT的频域快速相乘相关算法,通过相位关系计算出精确的载波频率,同时优化计算;跟踪算法采用软件锁相环路(PLL)实现。结果用MATLAB仿真实现了捕获跟踪过程,相关点峰值高于预设的阈值,成功捕获了GPS信息。结论所采用的基于DFT的频域相关优化算法不仅实现了准确的相关捕获,且可适应实时性需要,为软件接收机的设计实现提供了一种有效的算法。     

GNSS软件接收机算法设计与仿真测试

从GNSS（global navigation satellite system）软件接收机的总体结构出发,阐述了GNSS软件接收机基本原理,设计了GNSS软件接收机的信号相关器及其工作流程,介绍了基于FFT的码并行搜索策略,在信号跟踪中详细给出了载波环路中的鉴相器和鉴频器设计。对于导航定位解算,讨论了各项误差的处理方法,包括钟差和简化的等效对流层误差模型,并给出了最小二乘法的具体实现步骤。仿真结果表明,软件接收机中采用伪码并行捕获方法、DLL环与FLL环辅助下的PLL环路算法可获得良好的效果。在考虑星钟误差、对流层误差、电离层误差和地球自转引起的偏差等误差源的条件下,最小二乘法解算的单点定位结果满足要求。