压电谐振器双闭环驱动电路研究

压电谐振器是谐振式传感器和执行器的核心部件,通常工作在共振和稳幅状态。采用一种锁相环(PLL)和自动增益(AGC)相结合的双闭环控制驱动电路,分别实现了谐振器共振频率的跟踪激励和压电振子输出信号的稳幅控制。优化设计了双闭环电路中各元器件参数,使得压电振子能稳定工作在谐振频率点。参照压电谐振器开环测试数据和闭环测试数据,双闭环驱动电路能将谐振器相位锁定在59°(误差3°),输出信号峰峰值稳定在12.8V(误差0.2V)。实验结果表明,该电路设计能够达到稳定谐振器输出信号幅值和跟踪谐振器共振频率的目的。     

基于AD9959与STM32的DDS扫频信号源设计

设计并制作了一种DDS芯片AD9959配以STM32单片机控制的DDS扫频信号源,介绍了DDS基本原理,AD9959芯片主要功能以及系统软硬件实现。测试结果表明,扫频信号源可实现0.1M-68MHz范围正弦信号的点频输出与扫频输出,在频率范围内的各个频率点都能产生稳定、平滑的正弦波,输出电压峰峰值稳定在1Vpp左右,达到设计要求。     

基于STM32F103ZET6的实用信号源的设计和制作

信号发生器是一种历史悠久的测量仪器,在生产实践和科技领域中有着广泛的应用,是各种测试和实验过程中不可缺少的工具。本文设计了一种信号可发生频率20Hz～3Mhz,输出电压峰峰值1～8V可调的实用信号源。本系统的硬件主要由DDS芯片AD9850、STM32F103ZET6主控芯片、AD8021减法电路、程控放大AD603和有效值检测模块AD637构成。首先通过AD9850产生两路相位相反的正弦波,随后接入AD8021减法电路相减去除直流分量,经分压电路分压后输入AD603进行放大,放大倍数由STM32F103ZET6主控芯片通过DA输出进行压控,放大后的信号经有效值检波模块转化为直流信号后接入主控芯片进行测量,形成闭环控制,并经由串口屏在本地显示输出正弦信号的频率和峰峰值。本系统的软件设计是基于主控芯片STM32F103ZET6的AD和DA,通过按键设置输出正弦信号的频率和峰峰值。     

压电式微固体模态陀螺谐振频率自动跟踪电路

压电式微固体模态陀螺振子通过交变电压激振、传感电极感应出电荷。当激励电压频率为某阶振动模态谐振频率时,感应电荷达到最大值。设计了谐振频率自动跟踪电路,使陀螺稳定工作在谐振模态。使用现场可编程门阵列(FPGA)控制直接数字频率合成器(DDS)产生频率精确可调的激励电压,驱动陀螺振子振动。检测谐振点对应的激励电压和感应信号间的相位差,作为反馈信号调节激励电压频率。实验结果表明,当相位差锁定区域处在98.48°~100.27°时,振子感应电极输出信号最大,振子处于谐振状态,实现了振子谐振频率的跟踪锁定。该系统可用于以谐振器为核心器件的振子工作模态锁定与跟踪。     

压电微泵驱动信号及流量影响因素分析

压电微泵的泵出流量由微泵结构、压电振子特性及驱动系统驱动信号的形式决定。在机械结构及材料特性确定的条件下,压电振子的驱动信号决定着微泵输出微流量的可靠性和稳定性。在分析压电微泵驱动基理的基础上,通过Ansys对驱动压电振子有效振动的一、二阶频率进行有限元模拟分析,确定了驱动信号电压幅值、频率对微泵流量的影响。以此为基础搭建压电微泵流量测试实验平台,在相同电压和频率条件下,研究了3种不同脉冲信号（正弦波、三角波、矩形波）对输出流量的影响。通过实验对理论模型进行修正,得到了压电微泵输出流量简化模型。实验验证了所得模型在正弦波、三角波、矩形波3种不同波形驱动下最大误差不超过4%,控制范围内可靠性在99.0%以上。综合比较可知,方波脉冲信号为压电微泵最佳驱动信号。     

基于AD9850多功能信号源的设计与实现

设计了一个以AT89S52为核心控制器件,直接控制两片DDS芯片AD9850,通过并行控制方式实现的正弦信号发生器,并且利用差动放大芯片AD830进行正弦信号幅值调节。该系统具有频率、相位可变,幅值可调,并且能够输出稳定的相位差和振幅调制的功能。     

DDS相位舍位杂散信号的频谱分析

杂散特性限制着直接数字频率合成（DDS）技术的应用和发展,其中相位舍位、幅度量化和DAC的非理想特性等是影响DDS输出频谱质量的主要杂散源。文中主要研究相位舍位对DDS输出频谱的影响,首先通过离散傅里叶变换将任意的频率控制字转化为频率控制字为1来对DDS的输出信号进行频谱分析,然后由DDS的输出序列入手深入研究了相位舍位时DDS输出频谱的特性,得到的DDS输出频谱的数学模型精确、简单。     

基于直接数字频率合成的可编程遥测信号源

针对传统的遥测信号源缺乏灵活可配置性、通用性差的问题,提出采用FPGA和DDS技术为核心设计灵活可配置的可编程遥测信号源。该信号源的硬件电路主要由低成本FPGA芯片和DDS芯片组成,采用Verilog语言进行编程,使FPGA控制核心输出不同的相位、频率、波形等控制字信息给DDS芯片,经DDS芯片后输出所需波形。仿真表明,该信号源能够输出频率范围在0～12.5MHz的频率、相位可调的正弦波、三角波、方波等波形信号,具有一定的通用性。     

基于AD9910的多通道信号发生器

基于直接数字频率合成(DDS)技术,采用现场可编程门阵列(FPGA),通过对DDS芯片AD9910的控制,实现多通道信号发生器的设计。所设计的信号发生器具有高频率精度、低杂散、捷变频的特点,并可编程调整输出频率值以及多路输出信号之间的相位值。实测结果表明,本文所研究的方法和研制的系统是可行、有效的,具有广阔的应用前景。     

基于DDS的低相噪频率综合源设计

分析了相位累加器截断、波形ROM有限字长、DAC等对直接数字频率合成器(DDS)相位噪声的影响，得出了DDS芯片本身对输出信号相位噪声影响很小的结论。给出了采用AD9854芯片构成的低相噪频率综合源的硬件组成以及系统实测的相位噪声、杂散技术指标。     

声光可调谐滤波器驱动系统设计

声光可调谐滤波器(AOTF)作为一种新型分光元件,其功能的实现可通过对驱动电压的调节来控制衍射光光强,特别是对于非共线型AOTF,通过控制超声波频率能获得更高的衍射效率。该文介绍了基于单片机(SCM)和直接数字频率合成器(DDS)的AOTF的驱动系统设计,该系统主要由信号源模块、功率放大模块及上位机模块3部分组成。单片机用来实现上、下位机的通信及对DDS的控制功能,通过调整频率控制字使DDS输出不同频率的正弦信号;功放模块通过三级级联方式,无需进行阻抗匹配设计,且频带范围宽,接近3个倍频程。该系统可实现单频和扫频两种工作方式,驱动频率为30~200 MHz,驱动功率可达33dBm,结构简单,稳定性好。     

基于单片机和FPGA的频率特性测试仪

介绍基于89S51单片机和FPGA的频率特性测试仪的设计。该系统设计利用DDS原理由FPGA经D/A转换产生扫频信号,再经待测网络实现峰值检测和相位检测,从而完成了待测网络幅频和相频特性曲线的测量和显示。经过调试,示波器显示待测网络频率范围100 Hz～100 kHz的幅频和相频特性曲线,该系统工作稳定,操作方便。     

用于冷原子干涉仪的声光调制器数字驱动系统

为了满足冷原子干涉实验对激光移频的需求、实现移频速率的精确可控,设计并实现了一个带有操作界面的声光调制器数字驱动与控制系统。该系统由三个部分组成,分别是上位机,微处理器控制芯片,射频信号产生芯片。其中上位机用于收集控制信息;微处理器控制芯片用于根据上位机发送来的控制信息实现对射频信号产生芯片的控制、产生驱动声光调制器晶体的射频信号,从而实现对实验中所需的激光进行移频。该系统可输出频率为0~150 MHz且相位噪声低至-116 dBc/Hz的射频信号,同时可有效控制输出信号的幅度、相位和扫频速率等,该系统提供了满足冷原子干涉实验需求的多种工作模式。     

压电结构测控系统中的电压衰减接口设计

针对压电智能结构在减振降噪领域的应用,基于NI 6343数据采集卡设计了一种无源10×衰减接口,扩大了输入电压范围,解决了基于NI 6343数采卡搭建压电测控实验系统的设计方案。该文首先分析建立了压电元件输出阻抗模型,在此基础上讨论了测试系统负载效应对压电元件输出电压的影响,最后设计了10×接口电路,并分析讨论了其幅频、相频特性。仿真和实验结果表明,所设计的10×接口可以用于直接测量采集的大多数压电元件的输出电压信号,且在1 000 Hz以内均有较高的幅值测量精度。     

A contour mode resonator with arched interdigital electrodes

A square plate resonator of contour mode is described in a low frequency operation. The resonator has four-part arched interdigital electrodes (IDEs) on one surface of a piezoelectric ceramic plate. The IDEs are used both for the poling treatment and the excitation of the vibration. Three modes are excited according to the combination of polarization for driving the IDEs, which are the antisymmetrical-antisymmetrical (AA) mode, the antisymmetrical-symmetrical mode (AS), and the symmetrical-symmetrical (SS) mode. The AA mode resonator is obtained in a single mode operation around 256 kHz under a condition for mechanical support.     

压电微流量阀驱动电源的研究

研究了一种低纹波输出的压电陶瓷驱动电源,实现对压电驱动微流量阀的输出微流量的控制.利用单片机控制数字频率合成芯片来产生各种函数信号,研究了高低压稳压电路、小信号放大处理及功率放大电路,控制信号经滤波、放大及稳压等处理后,函数信号形成高压输出,驱动压电陶瓷,对微流量阀阀芯位移进行驱动,从而实现对微流量阀输出微流量的精密控制.通过对该电源输出特性的试验研究,结果表明,该电源具有良好的输入输出线性特性及低纹波特性,其线性度拟合相对误差仅为84 mV,高压输出纹波电压低于10 mV,这对提高微流量阀输出微流量的控制精度具有重要意义.     

基于电压补偿的弹光调制器稳定性控制方法研究

弹光调制器是由各向同性的弹光晶体和压电晶体组成的热机电耦合器件,其谐振频率随温度变化存在严重漂移,导致弹光调制器工作不稳定。为了实现弹光调制干涉信号的相位延迟量沿正弦规律变化,有必要对影响弹光调制干涉仪的稳定因素进行分析与控制。针对此问题,在建立弹光调制器振动模型和频率温漂模型的基础上,提出了基于数字锁相技术的驱动电压自调节方法。在该方法中,根据弹光调制干涉信号的四倍频与二倍频的比值,基于FPGA调节DDS输出方波信号的占空比以稳定弹光调制干涉信号的相位延迟量。实验结果表明,驱动电压自调节时的相位延迟量变化幅度为0.6%,电压一定时相位延迟量幅度下降了15.6%,证明该方法有效的稳定了相位延迟量,从而提高了弹光调制器的稳定性和调制效率。     

手持式微机械陀螺扫频测试仪的实现

传统微机械陀螺的扫频测试一般采用价格昂贵的通用测试仪,其存在测试成本高、效率低等缺点。设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的手持扫频测试仪,能够自动进行扫频测试并求取被测微机械陀螺的谐振频率与品质因数,通过手动调节直流偏置电压大小的方式进行直流扫频测试,在自身的显示屏上绘制相关特性曲线。采用直接数字合成技术产生交流驱动信号,利用最小二乘拟合算法快速定位谐振频率点的大致位置,可以缩短测试时间、提高测试效率。应用测试表明,手持式微机械陀螺扫频测试仪能够快速、准确地完成微机械陀螺扫频测试,测试结果与传统测试方式吻合很好。