[發明專利]一種弱耦合諧振式傳感器的能量守恒閉環控制裝置

有效

• 申請號: 202111071211.0
• 申請日: 2021-09-13
• 公開（公告）號: CN113687667B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 楊波;郭鑫;蔣曄;朱子周;陳明生;周陸強
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G05D19/02
• 分類號: G05D19/02
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 薛雨妍

1.一種弱耦合諧振式傳感器的能量守恒閉環控制裝置，其特征在于：由弱耦合諧振器（1）、第一、二諧振單元振幅信號提取回路（4-1）和（4-2）、數字鎖相環模塊（2）、能量守恒閉環控制模塊（3）、數模轉換器（5）組成；其中弱耦合諧振器（1）上的兩個檢測結構分別與第一、二諧振單元振幅信號提取回路（4-1、4-2）的信號輸入端相連接；所述第一、二諧振單元振幅信號提取回路（4-1、4-2）的信號輸出端分別與能量守恒閉環控制模塊（3）的信號輸入端相連接；其中第一諧振單元振幅信號提取回路（4-1）的頻率信號輸出端與數字鎖相環模塊（2）的信號輸入端相連接；數字鎖相環模塊（2）的輸出信號與能量守恒閉環控制模塊（3）的輸出信號相乘后經數模轉換器（5）轉換為模擬信號后施加至弱耦合諧振器（1）的兩個諧振單元的驅動結構；弱耦合諧振系統的整體振動能量可以通過將第一、二諧振單元振幅信號提取回路（4-1、4-2）的輸出信號進行平方后求和得到，并且由能量守恒閉環控制模塊（3）穩定在固定參考值；所述第一、二諧振單元振幅信號提取回路（4-1、4-2）完全一致，均包括電容-電壓變換器、放大器、整流器、比較器、低通濾波器、模數轉換器；所述電容-電壓變換器的輸入端與弱耦合諧振器（1）的中諧振單元的檢測結構相連接，輸出端與放大器輸入端相連接；放大器的輸出端分別與比較器和整流器相連接；比較器的輸出端與整流器的輸入端相連接；整流器的輸出端與低通濾波器的輸入端相連接；低通濾波器的輸出端和模數轉換器的輸入端相連接；諧振單元振幅信號提取回路可以提取弱耦合諧振系統的兩個諧振單元的振幅、頻率、相位信息；所述數字鎖相環模塊（2）包括鑒頻鑒相器、環路濾波器、第一PI控制器、數字壓控振蕩、第三比較器；所述鑒頻鑒相器的輸入端與第一諧振單元振幅信號提取回路（4-1）的比較器的信號輸出端相連接，輸出端與環路濾波器輸出端相連接；環路濾波器的輸出端與第一PI控制器相連接；第一PI控制器的輸出端與數字壓控振蕩器的輸入端相連接；數字壓控振蕩器的輸出端與第三比較器的輸入端相連接；第三比較器的輸出端與鑒頻鑒相器的相位信號輸入端相連接；

所述能量守恒閉環控制模塊（3）包括第一乘法器、第二乘法器、加法器、低通濾波器、第二PI控制器；其中第一乘法器的兩路信號輸入端均與第一諧振單元振幅信號提取回路（4-1）的模數轉換器的輸出端相連接，第二乘法器的兩路信號輸入端均與第二諧振單元振幅信號提取回路（4-2）的模數轉換器的輸出端相連接；第一、第二乘法器的輸出端分別與加法器的兩路信號輸入端相連接；加法器的輸出端與低通濾波器的輸入端相連接；低通濾波器的輸出端與基準信號相減后與第二PI控制器的輸入端相連接。