[發明專利]一種共振式電磁音叉斬光器自動增益控制方法

有效

• 申請號: 201811258729.3
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109541990B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 張恒;徐立;馬慶軍;王淑榮
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 曹衛良

本發明提供了一種共振式電磁音叉斬光器自動增益控制方法，由FPGA及DA轉換器輸出幅值可控、頻率為音叉固有共振頻率的對稱方波信號，經單位增益功率放大后輸出至音叉斬光器的驅動端，同時接收音叉斬光器誘導端輸出的能夠反映音叉實時振幅的反饋信號，并對該信號進行前置放大、帶通濾波和峰值檢測；由AD轉換器和FPGA對峰值電壓進行采樣，FPGA根據峰值電壓與目標電壓的差值動態調整輸出至DA轉換器的碼值，控制方波信號幅值，方波信號的頻率由FPGA控制產生，可以保證各種音叉的可靠起振并始終工作在固有共振頻率下，方波信號的幅值則采用自動增益控制方法，定期檢測音叉振幅并根據需要及時調整，可以保證音叉斬光器的高振幅穩定性。

技術領域

本發明涉及光電探測技術領域，具體涉及一種共振式電磁音叉斬光器自動增益控制方法。

背景技術

在光電探測系統中，微弱的待測光信號常常被雜散光、電子噪聲等大量的噪聲背景所湮沒。為了將待測信號從背景噪聲中提取出來，廣泛采用同步檢波、相敏檢波等微弱信號檢測技術。利用斬光器對被測光信號進行調制、使直流光信號變為帶有頻率特征的交變信號則是這類微弱信號檢測技術的必要手段。共振式電磁音叉斬光器具有體積小、功耗低、穩定性高且抗沖擊振動能力強的優點。

在共振式電磁音叉斬光器的使用中，為了保證頻率和振幅的穩定性，一般不采用信號發生器或開環自激振蕩直接驅動的方法，而是通過模擬電路構建閉環控制系統，不由外界提供驅動信號，而依靠音叉自激振蕩起振并維持振動，之后通過電路的閉環控制調節、穩定振幅。但實際應用中由于音叉本身參數難以準確獲得，理論計算出的自激條件往往無法使音叉起振，需要對電路參數反復更改和嘗試。

對于固有共振頻率不同的音叉需要單獨計算和調試，甚至固有共振頻率相同、批次不同的音叉由于生產工藝無法保證其各項參數完全一致，也很難在同一組電路參數下工作。這使得共振式電磁音叉斬光器的驅動電路結構異常復雜、調試困難、研發成本高。因此，在保證音叉頻率和振幅穩定性的同時，發明一種簡便高效、適用性強的共振式電磁音叉斬光器控制方法是本領域技術人員急需解決的問題。

發明內容

本發明實施例提供了一種共振式電磁音叉斬光器自動增益控制方法，根據目標幅值動態調節DA轉換器輸出的固有共振頻率信號的幅值，實現音叉的自動增益控制。

本發明提供一種共振式電磁音叉斬光器自動增益控制方法，所述方法包括：

現場可編程門陣列FPGA向DA轉換器輸出第一碼值和第二碼值，將所述第一碼值和第二碼值確定為一組碼值，每組碼值的更新周期為目標音叉固有共振頻率周期，所述第一碼值大于第二碼值；

所述DA轉換器將所述第一碼值和所述第二碼值轉換為電壓值，并輸出所需類型的方波信號；

對所述方波信號進行單位增益甲乙類互補功率放大，得到與所述音叉斬光器固有共振頻率相同的音叉驅動信號，將所述音叉驅動信號輸出至音叉斬光器的驅動端；

所述音叉斬光器在所述音叉驅動信號的驅動下起振，所述音叉斬光器的誘導端產生感應信號；

對所述感應信號進行前置放大和帶通濾波，調整帶通濾波單元的中心頻率為音叉固有共振頻率，得到只包含音叉固有共振頻率成分的正弦波信號；

利用峰值檢測單元檢測所述正弦波信號的電壓峰值，并由所述FPGA控制AD轉換器進行電壓采樣，得到電壓峰值，所述電壓峰值與音叉振幅正相關；

所述FPGA將采樣得到電壓峰值和目標幅值進行比較，并根據比較結果對所述DA轉換器進行調整，以完成所述音叉斬光器的自動增益控制。

作為一種可選的方案，所述FPGA將采樣得到電壓峰值和目標幅值進行比較，并根據比較結果對所述DA轉換器進行調整，包括：