基于改进正交锁相环的永磁同步电机无位置传感器控制

针对传统正交锁相环(QPLL)应用于永磁同步电机无位置传感器控制中存在的反转失效与加、减速工况下出现显著的转子位置直流偏移误差问题,该文提出一种改进的正交锁相环(IQPLL)。其通过重构鉴相器环节,使得鉴相器的输出与永磁同步电机的转向不再相关,从而解决传统QPLL在电机反转时估算转子位置出现180°偏差的问题。此外,在新型鉴相器结构下,设计前馈环路以补偿加、减速工况下的位置直流偏移误差。并建立了IQPLL的小信号模型,根据系统的频率响应特性给出了IQPLL的参数设计方法。实验结果表明,相对于传统的QPLL,所提出的IQPLL可实现永磁同步电机无位置传感器控制正、反转稳定运行,并有效抑制了加、减速工况下的转子位置直流偏移误差。

基于正交锁相的绝缘子泄漏电流在线监测装置

针对传统的绝缘子污闪排查效率低、花费高等问题,设计了一种绝缘子泄漏电流在线监测装置。通过正交锁相放大技术将检测的电流信号从噪声中提取出来,解决了绝缘子泄漏电流监测时因信号微弱、干扰严重难以得到准确信息的问题。装置以STM32为控制核心,通过正交锁相放大技术实现对绝缘子泄漏电流的准确监测;通过GPRS无线通讯将监测信息实时上传至TLink云平台,实现了数据的远程在线查看;通过将数据与阈值对比,可在泄漏电流值超过阈值时向用户发送报警信息。测试结果表明:该装置在0~30 mA监测范围内测量误差在±5%以内,并能及时发送报警信息,记录、存储、查询历史数据。

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。

全数字硬件化正交锁相环建模与分析

针对FPGA/ASIC的全定制特性带来的字长优化问题,提出一种基于FPGA/ASIC的全数字硬件化正交锁相环字长建模方法。首先,利用稳定性判据和卷积分别建立系数和内部变量的整数字长模型;然后,依据系统灵敏度及L2范数理论分别对系数和内部变量的小数字长建模,从而只需设定系数准确度指标ε和变量准确度指标ζ,即可设计出满足要求的全数字硬件化正交锁相环,保证在消耗最少资源的前提下,有效避免溢出错误和抑制有限字长效应;最后通过实验,验证了所提模型的可靠性。

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。

一种自适应同步滤波器和正交锁相环相结合的滑模观测器

为了提高表贴式永磁同步电动机的速度和位置观测性能,提出一种自适应同步滤波器和正交锁相环相结合的滑模观测器。首先,基于电机数学模型,构造滑模电流观测器,得到反电动势;其次,滤波器以锁相环计算的位置信号为参考,自适应调节带通截止频率,滤除反电动势中的大量抖振和谐波,并同步输出基波反电动势;之后,锁相环根据基波反电动势计算出转子速度和位置;最后,搭建Matlab/Simulink仿真模型和基于d SPACE半实物仿真实验平台。仿真和实验结果表明所提出的方法跟踪性能好并且对电机参数摄动具有很强的鲁棒性。

基于直接数字频率合成器及正交锁相技术的交直流微型电场传感器电路

为了实现AC(工频)和DC电场同时检测,该文基于MEMS电场传感器,采用直接数字频率合成器(DDS)激励及正交锁相技术研制出一种高性能微型电场传感器电路。该系统结合低噪声模拟电路和数字控制方式,采用DDS产生精准的传感器激励信号和双路正交参考信号,保证了激励信号及正交参考信号的频率、幅值稳定性以及双路正交参考信号之间准确的相位差。采用相关解调芯片及高速滤波器构建正交锁相放大电路,结合Advanced RISC Machines(ARM)微控制器,解决了单片机数字信号处理响应速度慢、资源不足等问题,成功实现AC(工频)及DC电场加载情况下传感器弱信号高精度提取。

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。

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。

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。

正交锁相振荡器

图1所示振荡器的相位可以锁定于30～1600Hz 频率范围内的参考信号,输出幅度为8V。振荡输出与参考信号之间的相位差可以利用电位器 R_7调整到±85°范围内的某一恒定值,这一恒定相差与频率无关。

单模光纤陀螺正交锁相检测方法的研究

研究了用于干涉型单模光纤陀螺系统的正交锁相检测方法，采用双参考信号，使输出的信号与噪声分离，不仅提高了光学系统信号的信噪比，同时可以引入移相反馈控制，大大减小了系统的漂移，系统的零点漂移已达到０．２ｄｅｇ．／ｈ。

基于正交锁相放大器与分段快速傅里叶变换的红外乙炔传感器

针对可调谐激光二极管吸收光谱技术,提出用于对气体吸收信号进行分段快速傅里叶变换提取二次谐波信号的方法,将该方法与传统正交锁相放大器的谐波信号处理方法进行对比;利用MATLAB软件模拟产生乙炔气体吸收信号,分别验证正交锁相放大器和分段快速傅里叶变换算法的功能;设计基于LabVIEW软件的正交锁相放大器与快速傅里叶变换传感器信号处理平台,结合近红外1.533μm的分布反馈激光器以及自主研制的Herriot气室,建立近红外乙炔气体传感系统;利用配制的乙炔气体样品开展传感器的标定实验和Allan标准差测试实验。结果表明:两种方法都具有较好的线性拟合优度,并呈现出相似的稳定性。

改进型虚拟锁相放大技术的电阻率测量系统

本文设计研究了针对强噪声环境下电阻率测量的硬件和软件系统,提出了一种基于卡尔曼滤波的改进型正交锁相放大算法结合恒流交流检测技术的电阻率测量方案。以BMn3-12(锰铜)材料为对象,对改进型正交锁相算法进行仿真验证,仿真结果表明:分别对比0,-10dB和-20dB的结果,传统算法的最大波动系数为27.21%,而改进型算法最大波动系数降低到2.86%,最大相对误差由15.20%降低至2.29%。实验结果表明:传统算法与改进型算法测量结果的最大相对误差分别为16.70%和2.90%,方差分别为2.90×10^(-3)和4.11×10^(-5),此方案提高了低信噪比情况下电阻率测量的准确度和精度,增强了系统的抗干扰能力。

一种应用于涡流检测的DDS正交信号源

介绍了采用单片DDS芯片AD9854设计的频率可连续调节的宽带正交信号源,给出了系统的硬件构成、软件流程及软件编程方法等。该正交信号源具有优良的频率准确度,两路输出信号正交性好,且频带范围宽,应用在智能涡流无损检测中较好地解决了激励信号源及正交锁相放大器检测电路中参考源的问题。

强信号全覆盖下反射式强度型传感器信号调制设计

反射式强度型传感器在强信号全覆盖环境下常常受到干扰和影响,导致传感器信号的质量下降甚至失真,给后续的信号处理和数据分析带来了困难。对此,提出强信号全覆盖下反射式强度型传感器信号调制方法。首先,判断强信号全覆盖环境下传感器信号的稀疏性,并根据环境的干扰因素建立信号的观测矩阵,通过优化算法计算出稀疏向量的估计值,使用稀疏向量的估计值对观测信号进行补偿,得到补偿后的信号;然后,应用正交锁相放大技术,将补偿后的信号与严格正交的两路参考信号相乘,提高信噪比,获得增强后的信号;最后,利用连续相位多支路调制方法,对增强后的传感器信号展开比特信息分离、二维信号映射与载波相位调制操作,完成信号调制。实验结果表明,所提方法可扩展性强、稳定性高且抗干扰能力强。

考虑逆变器非线性的内置式永磁同步电机转子位置锁相环观测器

为了提高内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器控制性能,研究一种基于反电动势模型的正交锁相环转子位置观测器。在建立扩展反电动势模型滑模观测器基础上,采用对反电动势归一化的正交锁相环来获得转子位置信息,以降低噪声影响,并降低参数设计复杂性,通过分析观测器动态响应及抗负载扰动能力,采用极点配置方式设计观测器参数。在分析定子电流畸变对位置观测器负面影响基础上,采用一种饱和函数方式对死区效应进行补偿,以减小位置观测误差。对IPMSM无位置传感器矢量控制系统进行了实验,结果验证了该控制策略的有效性。