[發(fā)明專利]一種非連續(xù)模擬差分信號頻率與相位采集方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611155415.1
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN108227541B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張弛;毛寧;常博博;劉驍;馬振華;梁欣穎
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發(fā)明屬于模擬信號采集與調(diào)理領(lǐng)域。一種非連續(xù)模擬差分信號頻率與相位采集方法，主要解決非連續(xù)模擬差分信號長時間零電平帶來的比較器輸出震蕩問題，信號干擾或電平抖動帶來的虛假脈沖問題以及可采集頻率但是無法獲取相位的問題。所述的非連續(xù)模擬差分信號頻率與相位采集方法，在傳統(tǒng)濾波放大、過零比較、脈沖計(jì)數(shù)的頻率采集電路基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建另一路參考信號，消除了等輸入時比較器不能正確輸出的問題和干擾信號產(chǎn)生的虛假脈沖問題；再通過對過零比較產(chǎn)生的信號和參考信號的調(diào)理，產(chǎn)生和模擬輸入信號同頻同相的方波信號，采用DSP、CPU或可編程邏輯進(jìn)行捕獲，即可得到模擬差分信號的頻率與相位信息。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于模擬信號采集與調(diào)理領(lǐng)域，具體的說是一種模擬差分信號頻率與相位確定的方法。能夠準(zhǔn)確、實(shí)時地采集非連續(xù)模擬差分信號的頻率和相位信息，可應(yīng)用于多種發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速、扭矩等信號采集設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)對傳感器輸出信號的準(zhǔn)確采集。

背景技術(shù)

模擬信號的頻率可以實(shí)時反映信號的變化速度或加速度信息，模擬信號的相位可以實(shí)時反映信號的位置信息或狀態(tài)信息，這些信息都屬于一般周期信號的基礎(chǔ)參數(shù),在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩等信號采集中應(yīng)用廣泛，準(zhǔn)確采集傳感器輸出的模擬信號頻率和相位，是實(shí)現(xiàn)控制功能的基礎(chǔ)和前提。然而DSP、CPU或可編程邏輯器件無法直接對傳感器輸出的模擬信號進(jìn)行處理，需要首先將模擬信號進(jìn)行調(diào)理，將其轉(zhuǎn)化為包含原始信號頻率與相位信息的數(shù)字信號。

目前實(shí)現(xiàn)模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的方法主要是傳統(tǒng)的濾波放大、過零比較電路，這主要適用于連續(xù)的模擬信號輸入。但是對于非連續(xù)的模擬信號，在過零比較電路工作時，由于長時間零電平引起比較器正負(fù)兩端電壓相等，造成輸出震蕩；輸入的低頻信號干擾或零電平時的抖動會引起比較器輸出虛假脈沖；若改變比較器的比較門限，可以正確采集信號頻率但是無法獲取原始信號的相位。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述模擬信號采集方法的不足，提出了一種非連續(xù)模擬信號頻率與相位采集方法，能夠有效濾除錯誤判斷產(chǎn)生的脈沖，實(shí)現(xiàn)對模擬信號頻率與相位的準(zhǔn)確采集。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

非連續(xù)模擬差分信號頻率與相位采集電路的組成包括鉗位濾波電路、比例放大電路、過零比較電路、參考脈沖產(chǎn)生電路、同頻同相調(diào)理電路和DSP、CPU或可編程邏輯采集電路。

鉗位濾波電路由電阻、電容、二極管組成，濾除高頻干擾，同時對輸入信號進(jìn)行限幅。

比例放大電路是由運(yùn)放和電阻組成的差分放大器，放大倍數(shù)由輸入電阻和反饋電阻決定。

過零比較電路和參考脈沖產(chǎn)生電路由比較器、電阻和參考電平組成，具有滯回功能，用來產(chǎn)生過零比較信號和參考方波信號。

同頻同相調(diào)理電路由觸發(fā)器組成，用來生成一路和非連續(xù)模擬信號同頻同相的方波信號，濾除前端信號可能引入的等輸入時比較器錯誤輸出或干擾信號產(chǎn)生的虛假脈沖。

DSP、CPU或可編程邏輯采集電路，用來提取方波信號的頻率和相位信息。

所述非連續(xù)模擬差分信號頻率與相位采集方法，其具體工作過程如下：

步驟1：將非連續(xù)模擬差分信號接入鉗位濾波電路，得到限幅和濾波后的信號Ui+和Ui-；其中，二極管V1、二極管V2、二極管V3、二極管V4構(gòu)成的鉗位電路將輸入電壓范圍限制在[-5V，5V]的區(qū)間，R1、C1和R2、C2分別構(gòu)成低通濾波，可以濾除高頻干擾；

步驟2：將Ui+和Ui-接到差分比例放大電路，轉(zhuǎn)換為放大后的單端信號Ui；其中，運(yùn)算放大器D1、R3、R4、R5構(gòu)成差分放大器；