諧振式傳感器輸出信號的高分辨率測量技術研究.pdf

1、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對產(chǎn)品質(zhì)量的要求決定了對過程參數(shù)控制精度的要求越來越高,與實驗室儀器儀表相比,現(xiàn)場儀器儀表特別是用于油井探邊的高溫高精度電子壓力計更應結(jié)構簡單、體積小、分辨率高、高溫性能好。
　　諧振式傳感器被廣泛地應用于現(xiàn)場儀器儀表上對力、壓力、濕度、溫度、角速度、加速度、位移、質(zhì)量流量、氣體成分進行測量和進行生物分子識別及磁場的檢測。壓電石英晶體壓力溫度傳感器在探邊用壓力溫度計上有其他傳感器無法比擬的優(yōu)勢。
　　諧振式傳感器的

2、零點輸出具有一定的初始頻率,范圍為幾kHz到幾百kHz,測量參數(shù)引起的頻率變化量比初始頻率小很多。分辨率是精度的基礎,怎樣高分辨率測量有一定初始頻率的小頻率增量問題一直未能很好地解決。本文從高分辨率測量諧振式傳感器輸出信號入手,對小頻率增量的測量方法、邏輯混(差)頻器的輸入輸出特性、頻率測量的方法及算法進行了深入研究,并取得以下創(chuàng)新成果:
　　第一,提出了一種適合現(xiàn)場儀器儀表采用的高分辨率測量由待測參量引起的小頻率增量的測量方法。

3、
　　第二,理論上研究了D觸發(fā)器差頻器的輸入輸出特性;提出了輸入信號需要滿足的條件,找出了產(chǎn)生測量誤差的主要原因;提出了為減少誤差,輸入信號與D觸發(fā)器的連接方式及參考信號的取值范圍;通過對測量數(shù)據(jù)的有機取舍,得到了比較高的測量分辨率。
　　第三,理論上研究了邏輯門混頻器的混頻特性,進行了歸類,選出了作為混頻器的最佳邏輯門;在此基礎上,通過理論分析,提出了基于異或門,僅使用一階RC濾波器、特性優(yōu)良的差頻電路,并通過實驗驗證了理

4、論的正確性。
　　第四,通過理論分析,提出了一種電路簡單、測量分辨率高的連續(xù)計數(shù)間隔標記的頻率測量方法及算法(標記法),并通過實驗對理論進行了驗證。
　　第五,進行了諧振式傳感器高分辨率測量方法的比較。使用D觸發(fā)器對待測信號和參考信號進行差頻,以D觸發(fā)器輸出信號的周期為閘門,連續(xù)對基準信號進行計數(shù),得到測量數(shù)組,對測量數(shù)組中的數(shù)據(jù)進行有機取舍,能得到較高的測量分辨率且電路簡單,可供使用諧振式傳感器的現(xiàn)場儀器儀表使用;標記法的

5、測量分辨率遠遠高于混(差)頻法,在進行一定的技術實現(xiàn)方法完善后,有望成為一種電路簡單、成本低、高分辨率的頻率測量方法,應用前景相當廣闊。
　　標記法是本論文最主要的理論與實踐創(chuàng)新。它優(yōu)于間接法,因為間接法只利用整個測量時間內(nèi)進入計數(shù)器的時鐘脈沖數(shù),根據(jù)它來確定待測頻率;而標記法不僅利用整個測量時間內(nèi)進入計數(shù)器的時鐘脈沖數(shù),而且利用每一小段時間進入計數(shù)器的時鐘脈沖數(shù)變化所提供的信息,來共同確定待測頻率。標記法優(yōu)于回歸法,是因為回歸法