低品质因数谐振筒的谐振频率测量系统

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1、２０１４年１月控制工程Ｊａｎ．２０１４第２１卷第１期ＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＣｈｉｎａＶｏｌ．２１，Ｎｏ．１文章编号：１６７１７８４８（２０１４）０１０１２５０４低品质因数谐振筒的谐振频率测量系统裘祖荣，罗金星（天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津３０００７２）摘要：谐振筒式密度计的测量原理为谐振筒的谐振频率会随筒内液体密度的变化而变化，从而通过测量其谐振频率来达到测量其密度的目的。但由于低品质因数谐振筒在谐振频率附近的幅度与其他频率的幅度区分度太小，导致谐振难以实现。因此如何使低品质因数谐振筒达到谐振状态并测得其谐振频率，是谐振筒式燃油密度传感器激

2、励系统的关键问题。激励系统以ＤＳＰ为主控芯片，运用椭圆拟合的方法解决了低品质因数谐振筒式密度计激励系统的关键技术问题－增益测量和相位测量，运用原位计算节省了ＤＳＰ大量的内存空间，同时运算量又较小。仿真结果表明，增益测量精度优于００５％，相位测量精度优于００５％，高于实际需要。系统在测量并记录了增益、相位差之后，利用相关算法实现了自动增益调节和自动相位调节，并实现了谐振筒的谐振，测得了其谐振频率。关键词：谐振筒；增益控制；相位控制；椭圆拟合中图分类号：ＴＰ２７文献标志码：ＡＲｅｓｏｎａｎｔＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍｆｏｒＬｏｗＱｕａｌｉｔｙＦａｃｔｏｒＲ

3、ｅｓｏｎａｎｔＣｙｌｉｎｄｅｒＱＩＵＺｕｒｏｎｇ，ＬＵＯＪｉｎｘｉｎｇ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭｅａｓｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｌｉｑｕｉｄｄｅｎｓｉｔｙｉｎｒｅｓｏｎａｔｏｒｔｕｂｅｗｉｌｌｃａｕｓｅｉｔｓｒｅｓｏｎａｎｃｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｈａｎｇｅｓ．Ｉｔｉｓｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｄｉｇｉｔａｌｒｅｓｏｎａｎｔｃｙｌｉｎｄｅｒｌｉｑｕｉｄｄｅｎｓｉｔｙｍｅｔｅｒ．Ｄｅｎｓｉｔｙｉｓｍｅａ

4、ｓｕｒｅｄｂｙｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｄｕｅｔｏｔｈｅｌｏｗａｍｐｌｉｔｕｄｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｌｏｗｑｕａｌｉｔｙｆａｃｔｏｒｒｅｓｏｎａｎｔｃｙｌｉｎｄｅｒｂｅｔｗｅｅｎｒｅｓｏｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｏｔｈｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｉｔｓｒｅｓｏｎａｎｃｅｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｒｅａｌｉｚｅ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｈｏｗｔｏｍａｋｅｌｏｗｑｕａｌｉｔｙｆａｃｔｏｒｒｅｓｏｎａｎｃｅｔｕｂｅｔｏｒｅａｃｈｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｔｓｔａｔｅａｎｄｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｓｔｈｅｋｅｙ

5、ｉｓｓｕｅｏｆｒｅｓｏｎａｎｔｃｙｌｉｎｄｅｒｆｕｅｌｄｅｎｓｉｔｙｓｅｎｓｏｒｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ．ＴｈｉｓｉｎｃｅｎｔｉｖｅｓｙｓｔｅｍｍａｓｔｅｒｃｈｉｐＤＳＰｓｏｌｖｅｄｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｒｏｂｌｅｍｏｆｉｎｃｅｎｔｉｖｅｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｄｉｇｉｔａｌｒｅｓｏｎａｎｔｃｙｌｉｎｄｅｒｄｅｎｓｉｔｙｍｅｔｅｒｇａｉｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓａｎｄｐｈａｓｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｕｓｉｎｇｅｌｌｉｐｓｅｆｉｔｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄ．Ｗｉｔｈｔｈｅｍｅｔｈｏｄ，ＤＳＰｍｅｍｏｒｙｓｐａｃｅｉｓｓａｖｅｄｂｙｓｉｔｕｃａｌｃｕ

6、ｌａｔｉｏｎ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｉｓｌｉｇｈｔ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙｏｆｇａｉｎｂｅｔｔｅｒｔｈａｎ００５％，ｏｆｐｈａｓｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙｂｅｔｔｅｒｔｈａｎ００５％，ｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈｅａｃｔｕａｌｎｅｅｄ．Ａｆｔｅｒｍｅａｓｕｒｉｎｇａｎｄｒｅｃｏｒｄｉｎｇｔｈｅｇａｉｎ，ｔｈｅｐｈａｓｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｕｓｉｎｇｔｈｅｒｅｌｅｖａｎｔａｌｇｏｒｉｔｈｍｒｅａｌｉ

7、ｚｅｄａｕｔｏｍａｔｉｃｇａｉｎａｄｊｕｓｔｍｅｎｔａｎｄａｕｔｏｍａｔｉｃｐｈａｓｅａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ，ａｎｄｉｔｒｅａｌｉｚｅｄｒｅｓｏｎａｎｃｅｏｆｔｈｅｃｙｌｉｎｄｅｒａｎｄｍｅａｓｕｒｅｄｉｔｓｒｅｓｏｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｌｇｏｒｉｔｈｍｒｅｓｏｎａｎｔｃｙｌｉｎｄｅｒ；ｇａｉｎｃｏｎｔｒｏｌ；ｐｈａｓｅｃｏｎｔｒｏｌ；ｅｌｌｉｐｓｅｆｉｔｔｉｎｇ度响应。而对于低品质因数的谐振传感器，谐振频１引言率处的输出幅度与其他频率信号相