[發(fā)明專利]一種利用預(yù)擬合鎖相頻差值獲取頻率偏移量的方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010301823.3
• 申請(qǐng)日: 2020-04-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111381075B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓小濤;劉沁瑩;謝劍峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01Q60/24
• 分類號(hào): G01Q60/24;G01R23/02
• 代理公司: 武漢華之喻知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42267
• 代理人: 廖盈春;曹葆青

1.一種利用預(yù)擬合鎖相頻差值獲取頻率偏移量的方法，其特征在于，包括下述步驟：

S1：獲得以探針本征振蕩頻率為中值且在波動(dòng)范圍內(nèi)頻率連續(xù)變化的等幅信號(hào)，并將所述等幅信號(hào)進(jìn)行分段成為預(yù)擬合信號(hào)；

S2：對(duì)預(yù)擬合信號(hào)與兩路鎖相參考信號(hào)進(jìn)行混頻計(jì)算后獲得差頻項(xiàng)與和頻項(xiàng)的疊加信號(hào)，并對(duì)兩路疊加信號(hào)進(jìn)行低通濾波，濾除高頻段的和頻項(xiàng)，保留低頻段的差頻項(xiàng)；

S3：采集每段預(yù)擬合信號(hào)在該段計(jì)算過(guò)程中的輸出信號(hào)與探針原始狀態(tài)信號(hào)的鎖相結(jié)果幅值比確定鎖相收斂點(diǎn)位置，并一一對(duì)應(yīng)逐段計(jì)算混頻結(jié)果后獲得所有頻率偏移量，擬合出對(duì)應(yīng)的收斂位點(diǎn)-頻率偏移量曲線；

S4：采集AFM工作過(guò)程中的音叉式雙懸臂探針信號(hào)，將采集的信號(hào)分成N段區(qū)間并對(duì)每段區(qū)間分別與預(yù)擬合信號(hào)進(jìn)行鎖相濾波處理后獲得該段區(qū)間內(nèi)的鎖相收斂點(diǎn)位置；

S5：根據(jù)所述收斂位點(diǎn)-頻率偏移量曲線和所述鎖相收斂點(diǎn)位置獲得每一收斂位點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率偏移量，并按照時(shí)間順序保存該時(shí)間點(diǎn)上探針振蕩信號(hào)的頻率偏移量。

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟S1中，將所述等幅信號(hào)進(jìn)行分段具體為：從第一個(gè)離散點(diǎn)開(kāi)始，截取M個(gè)周期作為第一段區(qū)間，將第一段區(qū)間整體右移一個(gè)點(diǎn)作為第二段區(qū)間，將所述第一段區(qū)間和所述第二段區(qū)間繼續(xù)整體右移一個(gè)點(diǎn)作為第三段區(qū)間，……重復(fù)上述分段方法直至最后一個(gè)離散點(diǎn)作為第N段區(qū)間；第一段區(qū)間、第二段區(qū)間、第三段區(qū)間……第N段區(qū)間的頻率依次記為f₁，f₂，f₃，……f_N；M、N均為正整數(shù)，且M≤5，N=S(1-MT/T1)，S為采樣點(diǎn)數(shù)，T1為采樣時(shí)間，T為周期。

3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)頻率偏移量相對(duì)于本征振蕩頻率波動(dòng)小于100ppm時(shí)，通過(guò)縮小所述等幅信號(hào)的長(zhǎng)度并減小循環(huán)采樣的間隔來(lái)獲得高精度的頻率偏移量。

4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟S2中，對(duì)截取的第x段區(qū)間內(nèi)的預(yù)擬合信號(hào)根據(jù)如下公式進(jìn)行混頻計(jì)算：

其中，和分別代表預(yù)擬合信號(hào)與兩路鎖相參考信號(hào)的混頻離散結(jié)果，A代表等幅信號(hào)幅值，k代表離散點(diǎn)，f_s代表采樣頻率，α_x代表相位，f_x代表預(yù)擬合信號(hào)頻率，f_lock代表鎖相頻率，Δf_x代表鎖相頻率與預(yù)擬合信號(hào)頻率的差值，Δf_x= f_x-f_lock，n代表隨機(jī)噪聲。