在非接觸測量旋轉物體內部溫度時,所獲取的反饋信號相當微弱,有可能會受到瞬間低電平信號的干擾。本文介紹一種利用相位檢測,來判斷所獲取的反饋信號是真是假,從而鎖定真信號并正確顯示被測對象溫度的方法。
關鍵詞:反饋信號;RC網絡;自然頻率
2.1V′i和V′o是信號ω?n——自然頻率的載體。
采用文氏電橋的RC無源網絡見圖2。該網絡具有選頻特性,取R1=R2=RT(鉑熱電阻),其自然頻率ωn為溫度T℃的函數,顯然,溫度T和自然頻率ωn呈一一對應的關系。取Fn=ωn/2π,表1描述了溫度T和頻率Fn對應的關系(部分數據)。而T與V′I和V′o的大小無關。在整個網絡的信息傳遞中,ωn是我們需要的信息,而V′i和V′o只是信息的載體。
2.2的定量關系以及制約
是正弦激勵信號,ω為其角頻率,令=Vimsinωt,則反饋信號。設被測對象某一時刻溫度為T,對應鉑熱電阻的電阻值為RT,RC網絡的自然頻率ωn=1RTC。取Vim=8V,當激勵信號角頻率ω<ωn或ω>ωn時,測得反饋信號Vom為600mV左右;當激勵信號角頻率時,Vom理論值為0,實際值為30mV左右。參見圖3。
因為我們事先并不知道被測溫度T,但RC網絡的ωn是客觀存在的,并隨T的變化而變化。圖1中顯示控制儀的功能就是要獲得在這一時刻網絡的ωn,從而根據表1顯示該時刻的被測溫度T。
3.2V′i是一個從小到大變化的掃頻信號
V′i作為激勵信號,經RC網絡選頻獲得反饋信號經整流,AD轉換,轉變?yōu)閿底至縑(n)。激勵信號的ω加大一個步長便可獲得V(n+1),ω繼續(xù)加大便可獲得V(n+2)。單片機系統不斷進行判斷,如V(n)、V(n+1)和V(n+2)的大小相仿,表示激勵信號的ω并非ωn。顯示控制儀發(fā)出的激勵信號其ω繼續(xù)加大,系統繼續(xù)判斷新的V(n)、V(n+1)和V(n+2),如一旦某一時刻V(n+1)遠比V(n)和V(n+2)小,那么,在n+1時刻的激勵信號的頻率ω就要儲存起來,因為該頻率ω就有可能是RC無源網絡的自然頻率ωn,它包含被測對象的溫度信息。
3.3利用相位檢測鎖定ωn
因為測量控制系統處在工廠現場中,時刻受到各種各樣的干擾。這些干擾的存在,會經常產生瞬間最小值V(n+1),且滿足V(n)V(n+1)以及V(n+2)V(n+1)的條件(見圖3),這個最小值V(n+1)是虛假的,它對應的ω不是我們要的ωn,所以必須剔除。如何辨別最小值V(n+1)是真是假呢?
對文氏電橋的RC無源網絡進一步分析,其相頻特性(理論值)如圖4。在ω=ωn處,反饋信號V′o的相位發(fā)生跳變。對本檢測系統進行實際測量,發(fā)現其的跳變比理論值還要大許多。我們完全可以借助于相位的跳變特性來判斷最小值V(n+1)的真假。
激勵信號ω每加大一個步長,只要這個步長恰當
判斷φn+2減φn+1的值,如→0,則V(n+1)和V(n+2)的相位沒有發(fā)生跳變,V(n+1)的值雖然很小,但是是虛假的,應剔除。如很大,則V(n)、V(n+1)和V(n+2)的相位發(fā)生了跳變,V(n+1)才是真正的最小值。此時刻V(n+1)的ω就是我們要鎖定的。參見圖4.
3.4小結
一旦單片機系統檢測到V(n)V(n+1)且V(n+2)V(n+1);同時它們對應的相位不滿足:φn≈φn+1≈φn+2,則鎖定此時刻V(n+1)的ω,并存儲起來,通過查表顯示相應的溫度。