一种正交型压电位移放大机构的研究

叠层型压电陶瓷利用逆压电效应可得到精确的微位移量,用作执行器。基于正交三角放大原理设计了一种微位移放大机构。通过有限元法分析设计放大机构,使其将叠层型压电微位移器的位移量放大。研制了样机,并对其进行静、动态性能实验。实验结果表明,该机构各项指标均达到设计要求,证明了设计理论的正确性。

红外气体检测中谐波信号正交锁相放大器设计与实现

基于可调谐激光光谱吸收法的红外气体检测,为了从差分信号中有效提取出一次和二次谐波信号,研发了一种谐波信号正交锁相放大器.采用正交锁相放大及谐波检测原理,利用Simulink软件平台构建了模拟实验系统,对其功能做了仿真和验证.采用数字信号处理器作为核心控制器,设计并制作出了谐波信号锁相放大器的系统实物,它主要由90°移相器、两路模拟乘法器、两路低通滤波器、差分信号放大器、模数转换器等构成.实验中,首先利用幅度可调的标准正弦信号作为待测信号,对锁相放大器的输出信号幅度与标准正弦信号的幅度做实验测量与对比,二者线性拟合优度高达0.999 94,最大误差小于4%,具有良好线性度;其次,将模拟吸收产生的差分信号作为待测信号,利用基频方波和二倍频方波分别作为参考信号,提取谐波信号,因二次谐波信号微弱易受噪音干扰,其误差在5%以内,一次谐波最大误差小于3.5%.系统具有良好的稳定性和性价比,在红外气体检测中具有较好的应用前景.

基于正交锁相放大器的微弱应变信号检测系统

在工业现场利用应变传感器进行形变测量时,被测物在小负荷作用下使得传感器输出的应变信号十分微弱。微弱信号有时甚至会被现场的强噪声信号完全淹没,这时提取有效的微弱信号将变得非常困难。针对这种实际问题,应用相关检测法设计了基于正交锁相放大器的微弱应变信号检测系统。在设计中,待测微弱应变信号通过信号调理、低噪声放大和带通滤波后与严格正交的两路参考信号进行相乘。然后,将乘法器输出信号进行低通滤波得到与待测信号幅值成正比的直流信号。对直流信号经过A/D采集和计算实现微弱应变信号的检测。经过Simulink仿真、现场实验与运行,结果表明系统能有效地抑制噪声信号,准确测量出微弱的应变信号。

基于阶梯波参考信号的改进型正交锁定放大

对以阶梯波作为参考信号的正交锁定放大的探测精度进行了建模分析,基于硬件简单原则给出了以阶梯波作为参考信号的正交锁定放大信号检测方法的实现策略。综合考虑参考波形的失真度与采样率之间的关系,对比分析了基于面积等效法和特定谐波消去法的阶梯波合成方法。根据阶梯波参考信号对采集电路相位精度的要求及待检测信号的周期性,提出了匹配采样技术。实测结果表明：采用现场可编程门阵列（Field programmable gate array,FPGA）实现所提出的正交锁定放大,方法简单、硬件要求低、可用于识别不同异常体。改进后方法的误差为0.7%-7%,与以方波为参考信号的正交锁定放大相比,提高了探测精度。

正交锁相放大器的蓄电池内阻在线检测系统

为了提高蓄电池内阻的检测精度,采用交流注入法建立了蓄电池内阻测量模型,利用现场可编程门阵列FPGA设计了正交数字锁相放大电路,有效抑制了带外噪声,从而提高了测量精度。实验结果表明:设计系统能够在线测量蓄电池内阻,平均测量误差仅为1.06%,能够快速定位出电池组中的劣化电池,为蓄电池的健康诊断提供了可靠的技术保障。

基于CIC的数字正交锁相放大器的甲烷检测实验研究

针对甲烷在大气中背景气体成分复杂、检测难度大、稳定性差等问题,本文基于可调谐二极管激光吸收光谱技术和波长调制光谱技术,将积分梳状滤波器与有限脉冲响应滤波器相结合应用于数字正交锁相放大器,开展大气中甲烷气体的痕量检测实验研究。实验表明,与传统的数字正交锁相放大器相比较,改进的数字正交锁相放大器提取的二次谐波信号的信噪比从38.61 dB提高到44.95 dB;将非线性迭代最小二乘法-极限学习机算法模型应用于甲烷气体浓度反演,与经典的最小二乘法相比较,其均方根误差减小了0.907;通过16组浓度步进实验测试,该系统的实际检测下限为1 ppm;在压力为600 mbar,温度为25℃,甲烷浓度为50 ppm进行3 h的长期稳定性测试,检测的甲烷浓度变化范围为49.6~50.3 ppm,其标准差为0.0921 ppm。当积分时间达到56 s时,该系统的理论检测极限为25.6 ppb。积分梳状滤波器和非线性迭代最小二乘法-极限学习机算法模型在红外气体检测方面具有较高的优越性和实用前景。

应用于微弱涡流信号检测的正交锁定放大器设计

涡流检测是一种广泛应用的常规无损检测技术,涡流传感器输出微弱信号的检测是整个系统的关键。设计了一种基于互相关原理的模拟正交锁定放大器,其采用数字频率合成器AD9854发生正交参考信号,通过模拟乘法器AD734进行互相关运算,利用低通滤波器MAX291获得的同相直流分量和正交直流分量。对两路直流分量进行运算,可以得到涡流信号幅度和相位的变化量,从而判定待测对象的特征。通过涡流检测试验应用,结果表明,该放大器可方便地应用于涡流检测系统中,性能可靠,工作频率可达5 MHz。

S波段20kW平均功率正交场放大器研究

针对S波段长脉宽、大工作比正交场放大器应用需求,仿真优化了短管支撑曲折线慢波结构的色散及耦合阻抗特性,提出了输能结构改进方案,对高频系统进行了优化设计,仿真结果与冷测结果具有较好一致性,冷测结果表明,该设计实现了高频系统的宽频带及高效率。首次采用99.5%细晶氧化铝陶瓷作为控制极与阴极间绝缘介质,解决了绝缘组件大平均电流下击穿问题。首次采用固态放大器和二级正交场放大器搭建了三级放大链测试系统,实现了S波段正交场放大器大工作比测试,热测结果表明,在脉冲宽度300μs、工作比8%条件下,该放大器在300 MHz带宽内脉冲功率大于250 kW,平均功率大于20 kW,全带宽内效率大于52%,该放大器使S波段大功率正交场放大器技术水平迈上了新台阶,也是当前国际上脉冲宽度最宽、工作比最大的正交场放大器产品。

基于Simplorer的正交矢量型锁定放大器的仿真与研究

提出了一种基于Simplorer7.0实现正交矢量型锁定放大器的仿真分析方法,并探讨了正交矢量型锁定放大器在芯片电泳非接触电导检测方面的应用,重点分析了相关参数,如激励信号频率,待测信号幅度、频率等,对芯片电泳谱检测的影响.仿真结果表明该正交矢量型锁定放大器具有卓越的微弱信号检测能力,能有效地实现芯片电泳信号的检测和拾取.

S波段高增益正交场放大器研究

讨论了提高正交场放大器增益的方法,并根据缩尺原理制造了一支S波段高增益正交场放大管。给出了CST微波工作室和粒子模拟软件MAGIC的模拟结果及冷测、热测结果,结果表明文中所采用提高增益的方法是切实可行的。

基于正交锁相放大的金属磁记忆应力集中检测

研究了铁磁性构件应力集中区剩磁产生的漏磁场分布的物理模型,利用法向磁场的过零点是梯度最大值的特点,以法向磁场梯度为特征值判定应力集中程度。设计了用于驱动探头振动的压电陶瓷悬臂梁的结构参数,以振动频率为信号中心频率设计了二阶窄带滤波器,采用正交锁相放大技术将微弱的法向磁场梯度分量从强噪声背景中分离。使用A3钢圆截面试件验证了磁记忆信号的强度与应力集中系数的关系。

自调制重入式正交场放大器的模拟设计

介绍一种自调制重入式冷阴极正交场放大器 (CFA)。它仅用高频输入信号进行脉冲自调制。实验与研究均表明 :在X波段 ,CFA增益超过 12dB ,带宽 6 %～ 8%的电子效率大于 4 0 % ,阳极电压 8 2kV时 ,输出功率 4 5kW。

基于正交锁定差分放大器的巨磁阻抗(GMI)磁传感器

基于非晶丝的巨磁阻抗(GMI)效应,利用CoFeBSi非晶丝作为敏感材料,采用正交锁定放大电路和仪用放大器作为信号调理电路,设计了一种差分式高灵敏度GMI磁传感器。介绍了巨磁阻抗效应的基本概念和双非晶丝差分结构的磁敏探头,分析了基于正交锁定差分放大技术的信号调理电路的工作原理,并结合非晶丝两端输出信号的幅度和相位特性,提出了正交锁定放大器输出包络的近似计算方法。实验结果表明:在-2.0 Oe^+2.0 Oe的量程内,该GMI磁传感器灵敏度可达748mV/Oe,线性误差为0.98%FS,且噪声平均功率谱密度约为0.8nT/Hz1/2。

数字正交锁相放大器在光纤瓦斯检测系统中的应用

为了实现高精度实时的瓦斯气体检测系统,介绍了数字正交锁相放大器,主要对其基本原理和结构进行了分析,利用FPGA和A/D转换器件,设计了数字锁相放大器的硬件电路。将数字正交锁相放大器应用于光纤瓦斯检测系统中,避免了传统锁相放大器在系统中手动移相和直流漂移的产生。同时放大微弱信号,更精确地得到所需的幅值信息,再由幅值间接得到相应的瓦斯浓度值。通过实验表明,在实际应用中能及时、精确地实现井下瓦斯浓度检测,有效地减少了安全隐患,并且可以提高工作效率和测量的准确性。

基于正交锁相放大器的风洞天平信号检测系统

为了提高六分量天平信号的检测精度和抗干扰能力,设计了一种基于正交锁相放大器的风洞天平信号检测系统,由电桥激励源、正交参考信号源、正交锁相放大器及A/D转换等模块电路组成。设计的正交参考信号源采用数字闭环反馈控制方式,有利于参考信号的实时监测与调整,在实测中有效实现激励信号±2.5V、参考信号为1V条件下幅度波动小于2%,正交锁相放大器用于实现六路电桥输出信号同参考信号的正交检波,并输出双路直流分量,经放大处理后转换为数字信号,由MCU计算得到各路电桥的实际输出信号值。经过测试分析,系统能够较准确地检测天平信号,且电桥检测信号有效分辨率约1μV,最大误差为2μV,准确度优于0.2%,有效验证了系统整体设计参数要求,并在实际测试中具有较大的抗干扰特效。

阴极激励正交场放大管

前言根据海军计划(合同号N00039-79-C-0295),在S波段设计、制造成一个试验用的阴极激励正交场放大管(Cathode-Driven Crossed-Field Amplifier,CDCFA)。其峰值和平均功率达1MW和20kW。在效率高达80％时,标称增益为30dB。工作电压近30kV。阴极与阳极电路间的隔离优于20dB。噪声测量结果表明噪声性能极好。CDCFA已经可靠工作几百小时。就此管来说,

Ka波段交叉指型正交场放大器研究

主要设计了一种Ka波段交叉指型正交场放大器,采用一种交叉指结构,将正交场放大器的工作波段扩展到毫米波段。采用异腔结构基础上的交叉指结构作为慢波结构,其基波为返波,对异腔交叉指结构的色散特性和耦合阻抗进行分析。在整体结构确定的基础上,采用CST仿真软件进行了粒子模拟。首先对正交场放大器进行零输入状态模拟研究,没有信号输入时会有噪声的产生,当有适当信号输入时可以有效地抑制噪声。最后在优化后的模型下,在阴阳极之间加12.2 kV的电压,轴向磁场1.1 T,由于采用异腔交叉指结构,在36.03 GHz增益最大达到17.9 dB。由于该放大器工作在π模的返波分裂模式下,因此3 dB带宽只有20 MHz。

冷阴极正交场放大管作用空间设计与工作点选择

本文从冷阴极启动角度出发,综合回轰阴极产生的二次电子平均速度与慢波结构上传输的慢电磁波相速同步条件,获得正交场器件的磁场强度与频率的关系。探讨了慢波结构的节距相位移与互作用空间尺寸以及阳极电压间的关系,提出了该类管型互作用空间以及确定工作点的工程设计方法。

正交锁相放大器在红外甲烷探测系统的设计与仿真

本文详细介绍了气体光谱吸收原理以及正交锁相放大器的基础理论,基于simulink对红外甲烷气体探测系统进行仿真。模型能较为准确地反映红外甲烷探测系统中光源调制、甲烷气体吸收以及二次谐波提取的过程,分析了甲烷浓度参数与二次谐波幅值之间的关系。对TDLAS系统的硬件开发有一定指导意义。

正交场放大管在脉冲多普勒雷达中的应用

本文回顾了已知的正交场放大管(CFA)噪声性能的实际测量数据,并且讨论了脉冲调制的CFA在脉冲多普勒雷达中的有用特性。