测量谐振器参数的多点法

本文基于谐振器等效电路模型,提出了一种测量谐振器参数的新方法——多点测量法。通过在谐振频率附近多点测量谐振器散射参数的幅值,即由谐振器的谐振特性可以同时确定出谐振器的无载Q值,耦合系数和谐振频率。实际测量证明了该方法具有优良的精度,且便于实现自动化测试。     

一种用于带通Σ-Δ调制器的25MHz低功耗开关电容谐振器

介绍了一种运用于带通Σ-Δ调制器的谐振频率为25MHz的低功耗开关电容DD谐振器电路.电路采用了运算放大器共享技术和双采样技术,同时对单元电路进行优化,达到功耗最小化.该谐振器电路采用SMIC 0.25μm混合信号CMOS工艺进行设计,整个电路模块面积仅为0.09mm2.测试结果表明,使用该谐振器电路的带通Σ-Δ调制器工作于100MHz采样频率时,对于信号带宽为1kHz的输入信号,调制器的输出在谐振频率处SFDR约为77dB.整个谐振器功耗为10.5mW.     

高压XPLE电缆中间接头线芯声表面波测温技术研究

为实现高压XPLE电缆中间接头线芯运行温度直接测量,研制了一种植入式无源无线声表面波（SAW）测温装置。该植入式SAW温度传感器主要由433MHz偶极子天线和谐振型SAW谐振器组成,封装在厚度仅16mm的圆环内,安装时直接套在电缆接头线芯上。通过对读取器射频电路优化设计,如配置高增益偶极子天线、低噪声放大器,接收机抗干扰设计等,实现传感器信号高灵敏检测。采用扫频法确定SAW传感器的谐振频率。通过离线测试确定了读取天线布置位置以及SAW传感器谐振频率-温度特性。110kV电缆交流耐压与温升试验结果表明,在电缆线芯承受2倍额定相电压,电流大于1.9kA和运行温度超过允许的90oC条件下,所研制的样机无线通信良好,能够实现电缆中间接头线芯直接测温。     

一种数字控制电感测量仪的设计与实现

设计了一个以芯片STM32F407ZGT6为控制核心的数字式电感测量仪,可以对正弦信号源、电感Q值以及电感值实现精确测量。系统硬件电路主要由电源供电电路、信号产生电路、信号调理、测量电路、数据采集与处理以及人机交互等模块组成,其中信号调理电路采用高速运放进行放大和阻抗变换,调节信号幅度的同时保证各级的输入输出阻抗,以达到最高的测量精度。测量电路采用谐振法测量回路谐振频率,然后用伏安法测量可变电容当前值,再通过谐振频率和电容值计算得到被测电感的Q值和电感值。最后经过测试,系统实现了输出范围达50～40MHz 的正弦信号源,测量误差优于0.1%,并且对电感Q值和电感值的测量误差均小于3%。     

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。     

声表面波传感器中单端谐振器的匹配电路仿真

声表面波(SAW)传感器主要通过SAW延迟线及谐振器对各种物理量进行敏感。由于谐振器有很高的品质因数(Q),SAW谐振器特别适合无线无源测量。为了能有效地对无线信号进行应答,必须建立相应的匹配电路。基于SAW单端谐振器的等效电路,对单端谐振器的匹配电路进行仿真,并分析了匹配电路元件对谐振器频率特性的影响。仿真结果表明,在匹配电路中,电容对谐振频率的影响显著。     

带尾纤的全光型硅微谐振器

带尾纤的全光型硅微谐振器引入了集成光学技术,具有独立的拾振光路和简单易行的拾振方式,可以完全脱离光学平台运作．对带尾纤的全光型硅微谐振器进行了实验测量及较详细的理论分析,给出了悬臂梁振子的固有谐振频率、谐振频率的总温度系数、悬臂梁对简谐激励的响应等表达式;归纳出了该谐振器具有光纤与振子间未对准误差容限较大,输出测量信号与光纤有效光学长度无关及振子谐振频率不受硅片内应力影响等特点．     

微波谐振器无载品质因素的测量方法研究

提出了一种利用微波谐振器散射参数的幅度信息测量无载品质因素的方法.该方法认为在谐振点附近,耦合电路的参数和谐振器的参数相比可以忽略,因此采用简化的等效电路模型,利用谐振点附近的标量散射参数测量值来计算无载品质因素.为了消除散射参数曲线左右不对称所产生的影响,不采用散射曲线上独立的点来计算,而是采用带宽来计算.选取无载品质因素曲线平缓部分进行平均作为测量结果,测量精度接近临界点法.     

基于锯齿波信号控制的扫频信号发生电路的设计

为将示波器用于网络的幅频特性测试中，用集成函数发生器ICL8038设计成由锯齿波电压控制的扫频信号发生器，并通过实验测量给出了电路元件参数、频率调节范围和电压与频率的对应关系，该扫频发生器中心频率范围是10Hz-600kHz范围，调节电压小于0．2v／kHz。     

激光刻蚀实现介质谐振器参数微调的研究

研究提出激光刻蚀加工技术的新方法,实现微波陶瓷介质谐振器的参数微调.首先运用电磁理论推导求解本征值问题的有限元法,利用该方法验证了机械调节谐振器参数存在的缺点,重点研究激光刻蚀微调操作中存在的几种影响因素,获得激光微调参数与谐振频率改变量的关系式.最后用自制相对频率误差小于0.2％的微波介质谐振器验证了激光刻蚀法微调的优势.     

一种新型阶梯盘形压电陶瓷变压器

提出并研究了一种新型阶梯盘形压电陶瓷变压器,与传统的点环形盘形压电陶瓷变压器相比,原来整个压电陶瓷圆盘由不同厚度的压电陶瓷内盘和外环所代替。论文应用压电方程并结合相关弹性理论对厚度极化的压电陶瓷圆盘和圆环的径向振动进行分析,并利用解析法获得了新型变压器径向振动的机电等效电路。在此基础上,得出了新型变压器的输入阻抗、共振频率、反共振频率、电压增益和功率效率的解析解;将计算所得共振频率、反共振频率与ANSYS模拟结果进行比较验证,模拟结果和理论计算值相吻合;且分析探讨了新型压电变压器的几何尺寸对最大电压增益和其对应的频率的影响。     

DDS任意波形发生器研究

工程实践中往往会应用到多种信号形式的信号源。为了实现信号源中信号的多样性,采用直接数字额率合成技术设计了一种任意波形发生器。波形存储器中存储的波形数据是任意波形发生器的关键,详细说明了使用Matlab生成波形存储器中波形数据的方法。采用上述方法得到了一种工程实践中常用的扫频信号仿真波形图。实验表明,所设计的任意波形发生器实现简单,可编程,适合广泛应用于工程实践中。     

方体压电谐振器共振频率电调谐技术

受环境因素的影响,压电谐振器的共振频率会发生漂移。调谐技术因采用特定的手段主动调节共振频率而得到广泛应用,但传统附加质量块、激光烧蚀等机械调谐技术费时费力,灵活性不好。针对方体压电谐振器该文提出了一种激励信号幅值调谐和直流调谐的电调谐方法,可精密调节谐振器的共振频率。设计了一种基于ZYNQ系列主控芯片的数字化测控电路,实现了振子扫频激励、输出信号的幅值相位检测,为激励信号幅值调谐和直流调谐提供了实验硬件平台。实验结果表明,激励信号幅值调谐的共振频率变化范围为347.850～348.000 kHz,直流调谐的调节范围为347.720～347.820 kHz。该技术为压电谐振器共振频率精密调节提供可靠的理论与实践途径。     

双激励源压电陶瓷超声换能器的共振频率特性分析

 本文对具有两组压电陶瓷激励元件的夹心式功率超声压电换能器进行了理论及实验研究.当换能器中的两组压电陶瓷元件分别被激励时,换能器可以产生两组不同的共振及反共振频率.利用换能器的梅森等效电路,得出了其频率方程.探讨了换能器的共振频率及反共振频率与其几何尺寸及电学边界条件的依赖关系.研究表明,换能器的共振频率不仅与其几何形状和尺寸有关,而且与电学边界条件有关.在同样的几何尺寸下,电端开路时的共振及反共振频率大于电端短路时的共振及反共振频率.在两种电学边界条件下,换能器的共振及反共振频率与几何尺寸之间的依赖关系是相似的,即当换能器圆锥前盖板的半径比增大时,换能器的共振及反共振频率总是降低的.     

双向二维快速伺服刀架的前馈控制研究

以压电陶瓷驱动器作为动力输入的快速伺服刀架具有输出力大和高频率响应的优点。压电陶瓷驱动器固有的迟滞现象严重影响了快速伺服刀架的输出定位精度。为解决此问题,通过引入归一化Bouc-Wen模型建立前馈控制补偿器,归一化Bouc-Wen模型解决了经典Bouc-Wen模型中存在的参数冗余问题。获得模型参数后,基于其逆模型搭建了前馈补偿器,并在搭建的实验平台上进行了单/双自由度轨迹跟踪性能测试。实验结果表明,对于等幅正弦波信号,经前馈控制环节补偿下快速伺服刀架的最大轨迹跟踪误差为1.18%,最大轨迹跟踪偏差为2.61%,证明该文所提出的前馈控制补偿器能提高快速伺服刀架的定位精度。     

面向负载功率的压电悬臂梁研究

基于电路负载阻抗匹配原理,为最大程度利用压电悬臂梁发电装置收集环境振动能量,保证压电悬臂梁外接负载能够正常工作,需要研究压电悬臂梁结构参数对其最佳输出功率以及相对应外接负载匹配阻值的影响。该文通过压电电路分析,研究了基板和压电陶瓷片的长度、厚度、宽度和质量块质量对压电悬臂梁最佳输出功率以及相对应负载匹配阻值的影响。结果表明,一定范围内,增加基板长度、压电陶瓷片厚度、质量块质量可以增加压电悬臂梁外接负载匹配阻值,增加基板厚度、压电陶瓷片长和宽可降低压电悬臂梁外接负载匹配阻值;随着基板长度、压电陶瓷片宽和长、质量块质量的增加,压电悬臂梁最佳输出功率得到显著提高,基板宽度对压电悬臂梁最佳输出功率基本无影响,增加压电陶瓷片的厚度,压电悬臂梁最佳输出功率先增加后降低,存在一个最佳输出功率。     

叠堆型压电陶瓷FBG电流传感器

大电流的实时测量是电力系统稳定、安全、可靠和经济运行的重要保证。该文研制了电流互感器和叠堆型压电陶瓷等元件结合的光纤Bragg光栅电流传感器。传感器通过电流互感器将被测大电流转换成直流低电压信号加载到叠堆型压电陶瓷上,在逆压电效应下,叠堆型压电陶瓷发生伸缩变化,带动粘贴在其上面的测量用光纤Bragg光栅发生形变,检测出测量用光纤Bragg光栅和温度补偿光纤Bragg光栅的波长移位,计算出波长位移之差即可反算出被测一次大电流。测试结果表明,此电流传感器的非线性误差为7.27%FS(满量程),灵敏度为0.056 7pm/A,重复性为7.69%FS。     

压电陶瓷薄圆片振子的厚度剪切振动

本文研究了切向极化压电陶瓷薄圆片的厚度剪切振动，即扭转振动。利用压电方程及运动方程，推出了振子的机电等效电路，得出了振子扭转振动的输入电阻抗，并推出了其共振及反共振频率方程。由于振子的扭转振动与其截面形状有关，因此，本文提出了振子的截面扭转系数的概念，并给出了实心及空心圆盘的截面扭转系数。本文理论对于扭转振动换能器设计理论的研究，以及压电陶瓷振子振动模式的系列研究具有一定的指导意义。     

Rogowski线圈的FBG电流传感器研究

电流是电力设备进行计量、监控和保护的重要参量,对其准确测量是电力系统安全、稳定、可靠和经济运行的保证。研制了一种Rogowski线圈、叠堆压电陶瓷和光纤Bragg光栅组合成的测量大电流的电流传感器。利用Rogowski线圈把高压侧大电流线性地转换为低电压,输出电压加在叠堆压电陶瓷上,由逆压电效应,叠堆压电陶瓷伸缩带动光纤Bragg光栅伸缩,将叠堆压电陶瓷的应变线性转换为光纤Bragg光栅的中心反射波长的移位,增加温补光栅消除环境温度的影响,通过测量光纤Bragg光栅中心反射波长的移位来测量电流的大小。测试结果表明,该电流传感器的灵敏度为0.071 8pm/A,非线性误差为3.47%FS,滞后误差为4.17%FS,重复性误差为4.17%FS。     

相位敏感光时域反射系统低频响应性能优化

相位敏感光时域反射系统以其分布式光纤传感技术的优势在分布式水听、压裂微地震检测、自然灾害预警等低频监测领域具有极高的应用前景。文中对系统中脉冲斩波信号与频率调制信号时钟不同源的问题予以验证,并对其产生的影响进行理论分析;设计双路同步时钟源驱动产生脉冲斩波信号和频率调制信号,降低每个脉冲重复周期中频率调制信号的随机低频相位噪声,提高探测脉冲光的相位稳定性;采用时钟同源和时钟非同源两种方式对典型的基于外差相干检测的相位敏感光时域反射系统的声光调制器进行驱动,由信号发生器驱动缠有光纤的压电陶瓷,产生不同频段的扰动信号。实验结果表明:在同一测试条件下,前者在低频段的信噪比、相位解调质量、频率响应方面均优于后者,最小响应频率为0.1 Hz,相对提高两个数量级,降低了系统中低频噪声干扰。该方法易于实现,可与现有的低频性能优化方法或结构兼容,进一步提高系统低频响应性能。