諧振式傳感器輸出信號(hào)的高分辨率測(cè)量技術(shù)研究.pdf

1、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求決定了對(duì)過程參數(shù)控制精度的要求越來越高,與實(shí)驗(yàn)室儀器儀表相比,現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表特別是用于油井探邊的高溫高精度電子壓力計(jì)更應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、分辨率高、高溫性能好。
　　諧振式傳感器被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表上對(duì)力、壓力、濕度、溫度、角速度、加速度、位移、質(zhì)量流量、氣體成分進(jìn)行測(cè)量和進(jìn)行生物分子識(shí)別及磁場(chǎng)的檢測(cè)。壓電石英晶體壓力溫度傳感器在探邊用壓力溫度計(jì)上有其他傳感器無法比擬的優(yōu)勢(shì)。
　　諧振式傳感器的

2、零點(diǎn)輸出具有一定的初始頻率,范圍為幾kHz到幾百kHz,測(cè)量參數(shù)引起的頻率變化量比初始頻率小很多。分辨率是精度的基礎(chǔ),怎樣高分辨率測(cè)量有一定初始頻率的小頻率增量問題一直未能很好地解決。本文從高分辨率測(cè)量諧振式傳感器輸出信號(hào)入手,對(duì)小頻率增量的測(cè)量方法、邏輯混(差)頻器的輸入輸出特性、頻率測(cè)量的方法及算法進(jìn)行了深入研究,并取得以下創(chuàng)新成果:
　　第一,提出了一種適合現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表采用的高分辨率測(cè)量由待測(cè)參量引起的小頻率增量的測(cè)量方法。

3、
　　第二,理論上研究了D觸發(fā)器差頻器的輸入輸出特性;提出了輸入信號(hào)需要滿足的條件,找出了產(chǎn)生測(cè)量誤差的主要原因;提出了為減少誤差,輸入信號(hào)與D觸發(fā)器的連接方式及參考信號(hào)的取值范圍;通過對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的有機(jī)取舍,得到了比較高的測(cè)量分辨率。
　　第三,理論上研究了邏輯門混頻器的混頻特性,進(jìn)行了歸類,選出了作為混頻器的最佳邏輯門;在此基礎(chǔ)上,通過理論分析,提出了基于異或門,僅使用一階RC濾波器、特性優(yōu)良的差頻電路,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理

4、論的正確性。
　　第四,通過理論分析,提出了一種電路簡(jiǎn)單、測(cè)量分辨率高的連續(xù)計(jì)數(shù)間隔標(biāo)記的頻率測(cè)量方法及算法(標(biāo)記法),并通過實(shí)驗(yàn)對(duì)理論進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　第五,進(jìn)行了諧振式傳感器高分辨率測(cè)量方法的比較。使用D觸發(fā)器對(duì)待測(cè)信號(hào)和參考信號(hào)進(jìn)行差頻,以D觸發(fā)器輸出信號(hào)的周期為閘門,連續(xù)對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),得到測(cè)量數(shù)組,對(duì)測(cè)量數(shù)組中的數(shù)據(jù)進(jìn)行有機(jī)取舍,能得到較高的測(cè)量分辨率且電路簡(jiǎn)單,可供使用諧振式傳感器的現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表使用;標(biāo)記法的

5、測(cè)量分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于混(差)頻法,在進(jìn)行一定的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法完善后,有望成為一種電路簡(jiǎn)單、成本低、高分辨率的頻率測(cè)量方法,應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊。
　　標(biāo)記法是本論文最主要的理論與實(shí)踐創(chuàng)新。它優(yōu)于間接法,因?yàn)殚g接法只利用整個(gè)測(cè)量時(shí)間內(nèi)進(jìn)入計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖數(shù),根據(jù)它來確定待測(cè)頻率;而標(biāo)記法不僅利用整個(gè)測(cè)量時(shí)間內(nèi)進(jìn)入計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖數(shù),而且利用每一小段時(shí)間進(jìn)入計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖數(shù)變化所提供的信息,來共同確定待測(cè)頻率。標(biāo)記法優(yōu)于回歸法,是因?yàn)榛貧w法