超声波电源中数字鉴相器设计

超声波电源系统中电压电流相位差测量精度影响着换能器振幅稳定性以及系统工作效率。目前基于异或门原理,采用分立数字芯片实现鉴相的方案,存在信号调理电路复杂、线性范围小、精度低等问题。为提高电压电流鉴相精度,该文提出了一种数字鉴相器设计。该数字鉴相器采用正交解调原理鉴相,并使用坐标旋转数字算法在FPGA上实现了鉴相器的设计,简化了电路,减少了杂散信号的干扰。经过Modelsim仿真测试表明在30 dB信噪比条件下鉴相误差为0.21°,最后经过实验测试,数字鉴相器鉴相最大误差绝对值为0:256°,提高了测量精度。

一种真有效值测量方案设计与验证

针对目前国内真有效值(RMS)测量芯片依赖进口的问题,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的数字式高精确度的真有效值测量方案。首先利用FPGA设计有限长单位冲击响应滤波器(FIR)对AD采样后的数据进行滤波,然后采用改进的有效值计算式计算信号的真有效值,最后取连续8个周期真有效值的平均值作为最终的测量结果。通过设计串行的开方运算、除法运算的算法,降低FPGA的使用资源。经过样机实际测试表明,测量结果与信号真值的相对误差低于0.5%。该方案测量精确度高,一致性好,使用资源少,对于真有效值数字测量芯片的设计和真有效值测量具有一定的参考价值。

压电换能器等效参数测量方法对比研究及验证

目前通过导纳圆获取压电换能器等效参数的方法较复杂,导致阻抗分析仪成本高,结构复杂,体积大及便携性差。为了更简单准确地测量压电换能器的等效参数,该文从压电换能器等效电路出发,提出了两种通过给定4个特定频率即可直接推导出换能器等效参数的方法。方法一的算法简单,只需测量4个特定频率下换能器两端电压、电流有效值;方法二需要在此基础上获得电压、电流的相位差。通过仿真分析结果表明,方法一的测量误差较大;方法二与阻抗分析仪PV520A测量结果相比其误差小于1.5%,测量精度较高。

基于FPGA的超声波电源功率测量研究与设计

首先推导了基于低通滤波器的有功功率测量方法,通过对瞬时功率进行低通滤波,即可得到有功功率。利用电流互感器与电容分压采集换能器两端的电流、电压信号,再通过高采样率的AD芯片将模拟信号转换为数字信号传入现场可编程门阵列(FPGA)。为提高测量精度,在FPGA内部设计了无限脉冲响应(IIR)带通数字滤波器分别对输入电压、电流信号进行数字滤波,对滤波后的值进行乘积运算得到瞬时功率。再设计截止频率为2 kHz的IIR低通数字滤波器对瞬时功率进行低通滤波,即得到有功功率。仿真与实际测试表明,该测量装置具有高实时性、高精度,对大功率超声波电源功率测量研究具有一定参考价值。