一種頻率差控制系統的製作方法
2023-04-24 07:02:26 1
專利名稱：一種頻率差控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及自動化控制領域，更具體的說是涉及一種頻率差控制系統。
背景技術：
脈衝雷達物位計和導波雷達物位計均是用於測量物料高度的儀器，通常將其安裝在需要測量物料高度的罐體的頂端，物位計通過導波杆或天線將電磁波脈衝發射出去，當電磁波遇到被測物質後，部分能量則被反射回來，通過計算電磁波發射脈衝和返回脈衝的時間差即可得到物料到物位計基準面的距離，再根據罐體高度等相關參數即可計算出物料的高度。由於電磁波傳播的速度非常快，直接測量發射脈衝和接收脈衝的時間差難以實現，因此脈衝雷達物位計和導波雷達物位計通常採用時域拓展技術實現物料的測量。時域拓展技術的實現方法為，採用兩個晶體振蕩器，其中第一晶體振蕩器產生發射脈衝，該發射脈衝與第二晶體振蕩器產生的脈衝存在頻率差值，所以第一晶體振蕩器和第二晶體振蕩器的周期值也存在一個極小差值，當第一晶體振蕩器產生的發射脈衝由天線或導波杆發射出去後，該發射脈衝在遇到被測物質後由於介電常數發生突變，部分能量則被反射回來，假設在極短時間內液位沒有發生變化，則在第一晶體振蕩器的多個發射周期中，發射脈衝和反射回來的脈衝的時間差也幾乎不發生變化，通過第二晶體振蕩器產生的窄脈衝對第一晶體振蕩器的一個發射周期進行採樣，且只採樣一個點，由於第一晶體振蕩器和第二晶體振蕩器存在周期 差值，當通過第二晶體振蕩器產生的窄脈衝對第一晶體振蕩器的多個發射周期分別進行一個點的採樣時，則可以重建一個波形，通過重建波形的周期則可準確的計算出第一晶體振蕩器發射脈衝和返回脈衝的時間差，最終完成物料高度的測量。由此可見，兩個晶體振蕩器的頻率差值的精度和穩定度決定了測量物料高度的準確度，由於兩個晶體振蕩器的頻率會隨著溫度漂移發生變化，因此，通常利用控制電路控制第二晶體振蕩器的頻率，使得第一晶體振蕩器的頻率和第二晶體振蕩器的頻率差保持在固定值。現有技術是直接通過微處理器控制電容的充放電來實現對第二晶體振蕩器的頻率調節，但由於工業現場存在複雜的電磁環境，採用電容充放電的方式去控制第二晶體振蕩器的頻率極易受到幹擾脈衝的影響，使得在對第二晶體振蕩器的頻率進行調節時容易出現偏差，導致兩個晶體振蕩器的頻率差值穩定性差，精度不高，從而會給測量結果帶來較大誤差，甚至錯誤。
實用新型內容有鑑於此，本實用新型提供一種頻率差控制系統，用於解決現有技術中兩個晶體振蕩器頻率差值的精度不高和穩定性差的問題。為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案:[0009]一種頻率差控制系統，其特徵在於，包括:產生第一時鐘源的第一晶體振蕩器；產生第二時鐘源的第二晶體振蕩器；與所述第一晶體振蕩器和第二晶體振蕩器相連，分別根據所述第一時鐘源產生第一窄脈衝，並根據所述第二時鐘源產生第二窄脈衝，並輸出所述第一窄脈衝與所述第二窄脈衝的頻率差信號的觸發器；與所述觸發器相連，獲取所述頻率差信號的特徵參數並與目標特徵參數進行比較，根據比較結果輸出對應的控制信號的微處理器；與所述微處理器相連的數模轉換器，以及與所述數模轉換器相連的、為所述模數轉換器提供基準電壓的基準電壓源，所述數模轉換器依據所述控制信號及所述基準電壓生成目標驅動電壓； 與所述數模轉換器相連 ，接收所述目標驅動電壓，並生成相應的輸出電壓的的驅動電路；負極分別與所述驅動電路和所述第二晶體振蕩器相連、接收所述輸出電壓，並根據所述驅動電路的輸出電壓改變電容，以改變所述第二晶體振蕩器的頻率的變容二極體，所述變容二極體的正極接地。優選地，所述數模轉換器為16位數模轉換器。優選地，所述觸發器為高速D型觸發器。經由上述的技術方案可知，與現有技術相比，本實用新型公開提供了一種頻率差控制系統，在該控制系統中，數模轉換器可以根據所述微處理器發送的控制信號和所述基準電壓生成目標驅動電壓，根據目標驅動電路的輸出電壓改變變容二極體的電容，從而實現對第二晶體振蕩器頻率的改變，由於基準電壓源的抗幹擾性很強，在環境複雜的工業現場不易受到幹擾，數模轉換器通過基準電壓源生成的驅動電壓的精度很高，使得驅動電路能夠根據輸出電壓準確的實現對變容二極體的電容的調節，從而能夠準確的改變第二晶體振蕩器的頻率，進而使得兩個晶體振蕩器的頻率差值能保持在固定值，保證了頻率差的穩定性，解決了現有技術中，由於採用電容充放電的方式去控制第二晶體振蕩器容易受到幹擾，使得兩個晶體振蕩器的頻率差值穩定性差，精度不高的問題。
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。圖1示出了本實用新型一種頻率差控制系統的結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。本實用新型實施例公開了一種頻率差控制系統，在該系統中，第一晶體振蕩器產生第一時鐘源，第二晶體振蕩器產生第二時鐘源，觸發器分別與第一晶體振蕩器和第二晶體振蕩器相連，用於根據第一時鐘源生成第一窄脈衝、根據第二時鐘源生成第二窄脈衝，並輸出第一窄脈衝和第二窄脈衝的頻率差信號，微處理器與觸發器相連，用於獲取所述頻率差信號的特徵參數與目標特徵參數的比較結果，並根據比較結果生成對應的控制信號，數模轉換器分別與微處理器和能為數模轉換器提供基準電壓的基準電壓源相連，數模轉換器可以根據所述微處理器發送的控制信號和所述基準電壓生成目標驅動電壓，變容二極體分別與驅動電路和第二晶體振蕩器相連，所述驅動電路根據所述目標驅動電壓生成相應的輸出電壓，該輸出電壓使得變容二極體的電容發生改變，從而實現對第二晶體振蕩器頻率的改變。參見圖1，示出了本實用新型一種頻率差控制系統的結構示意圖。結合圖1，該頻率差控制系統可以包括:第一晶體振蕩器101、第二晶體振蕩器102、觸發器103、微處理器104、數模轉換器105、基準電壓源106、驅動電路107和變容二極體108，其中:所述第一晶體振蕩器101產生第一時鐘源，並發送給觸發器103 ；所述第二晶體振蕩器102產生第二時鐘源，並發送給觸發器103 ；所述觸發器103分別與所述第一晶體振蕩器101和所述第二晶體振蕩器102相連，接收所述第一晶體振蕩器101產生的第一時鐘源並生成第一窄脈衝，接收所述第二晶體振蕩器102產生的第二時鐘源並生成第二窄脈衝，所述觸發器可以生成第一窄脈衝和第二窄脈衝的頻率差信號，並將所述頻率差信號發送給微處理器；
其中，所述觸發器可以選用高速D型觸發器，但需要說明的是，在本實用新型中並不僅限於D型觸發器，還可以選擇其他觸發器。所述微處理器104與所述觸發器103相連，獲取所述觸發器發送的頻率差信號，並根據所述頻率差信號生成頻率差信號的特徵參數，將所述頻率差信號的特徵參數與目標特徵參數進行比較，並根據比較結果生成對應的控制信號，發送給數模轉換器；其中，所述微處理器可以周期性的獲取所述觸發器的頻率差信號，並可以根據當前接收的頻率差信號產生對應的頻率差信號的特徵參數，將所述頻率差信號的特徵參數與目標特徵參數進行比較，根據比較結果生成對應的控制信號。其中，微處理器周期性獲取所述頻率差信號的時間間隔並沒有具體限定，可以為20ms^l00ms中的任意值，當然也可以根據實際情況設置滿足不同需求的時間間隔。所述數模轉換器105分別與所述微處理器104和所述基準電壓源106相連；所述基準電壓源可以為所述數模轉換器提供基準電壓；其中，所述基準電壓源的溫漂非常低，抗幹擾性很強，在工業現場複雜的電磁波環境下不易受到幹擾。所述數模轉換器105依據所述控制信號以及所述基準電壓生成目標驅動電壓，並將所述目標驅動電壓發送給所述驅動電路107 ;其中，所述數模轉換器可以選擇16位的數模轉換器，但在本實用新型中並不僅限定於16位的數模轉換器，還可以選擇其他數模轉換器。[0037]所述驅動電路107與所述數模轉換器105相連，接收所述目標驅動電壓，並根據所述目標驅動電壓生成相應的輸出電壓；所述變容二極體108的陰極分別與所述驅動電路107和所述第二晶體振蕩器102相連，陽極接地；所述驅動電路根據所述輸出電壓改變變容二極體108的電容，通過變容二極體電容的改變，從而改變第二晶體振蕩器的頻率；其中，所述數模轉換器可以接收數字量的控制信號，並根據基準電壓可可生成能夠與控制信號相對應的目標驅動電壓，使得驅動電路可以根據該目標驅動電壓生成相對應的輸出電壓，通過該輸出電壓改變變容二極體的電容，從而實現將第二晶體振蕩器頻率的調整，使得兩個晶體振蕩器的頻率穩定在目標特徵參數上。在實際應用中，該頻率差控制系統可以設置在脈衝雷達物位計和導波雷達物位計上，在該頻率差控制系統，兩個晶體振蕩器的頻率可能會隨著溫度漂移發生變化，觸發器輸出的頻率差差信號可能是不斷發生變化的，微處理器可以獲取觸發器的頻率差信號，並產生與其對應的頻率差信號的特徵參數，由於微處理器可以周期性的獲取觸發器的頻率差信號，因此微處理器每次產生的頻率差信號的特徵參數可能不同的，從而使得數模轉換器生成的目標驅動電壓也可能隨著頻率差信號的不同發生變化，目標驅動電壓經由驅動電路產生相對應的輸出電壓，來改變變容二極體的電容，最終實現了可以周期性的改變第二晶體振蕩器的頻率，使得第二晶體振蕩器的頻率和第一晶體振蕩器的頻率總是保持在某一固定值上。其中，所述第一晶體振蕩器和所述第二晶體振蕩器的頻率非常接近，以使得物料高度發生很小的變化，都可以精確的測量出來。 在本實施例的控制系統中，基準電壓源的抗幹擾性很強，在環境複雜的工業現場不易受到幹擾，數模轉換器 的轉換精度很高，由於數模轉換器通過基準電壓源生成的驅動電壓的精度很高，使得驅動電路能夠根據驅動電壓準確的實現對變容二極體的電容的調節，進而能夠準確的改變第二晶體振蕩器的頻率，進而保證了兩個晶體振蕩器的頻率差值能夠保持在固定值，保證了頻率差的穩定性，解決了現有技術中，由於採用電容充放電的方式去控制第二晶體振蕩器容易受到幹擾，使得兩個晶體振蕩器的頻率差值穩定性差，精度不高的問題。在實際應用中，第一晶體振蕩器產生的發射脈衝可以通過脈衝雷達物位計和導波雷達物位計的天線或者導波杆發射出去，當該發射脈衝遇到被測物質後由於介電常數發生突變，部分能量則被發射回來，假設在極短時間內液位沒有發生變化，因此在第一晶體振蕩器的多個發射周期中，發射脈衝和反射回來的脈衝的時間差也幾乎不發生變化，由於第一晶體振蕩器和第二晶體振蕩器的頻率存在差值，所以第一晶體振蕩器和第二晶體振蕩器的周期值也存在一個極小差值，通過第二晶體振蕩器產生的脈衝對第一晶體振蕩器一個發射周期進行採樣，且只採樣一個點，由於第一晶體振蕩器和第二晶體振蕩器存在周期差值，當通過第二晶體振蕩器產生的窄脈衝對第一晶體振蕩器的多個脈衝周期分別進行一個點的採樣時，則可以重建一個波形，通過重建波形的周期則可以準確的計算出第一晶體振蕩器發射脈衝和返回脈衝的時間差，最終完成物料高度的測量；而在工業現場複雜的電磁環境下，晶體振蕩器的頻率很容易受到幹擾，從而發生變化，使得頻率差信號不穩定，在頻率差信號不穩定的情況下，會給測量物料的高度帶來誤差，而在本實用新型中，通過周期性的改變第二晶體振蕩器的頻率，使得兩個晶體振蕩器的頻率差總是保持在預定的某一固定頻率差值上，在頻率差值可以穩定在預定的固定值的情況下，物料高度的準確度也得到了保證。所述頻率差信號的特徵參數可以為頻率或者周期，所述目標特徵參數也可以為目標頻率或周期；其中，所述目標頻率為在系統預定情況下的第一晶體振蕩器和第二晶體振蕩器固定頻率差值；所述目標周期為系統在預定情況下的第一晶體振蕩器和第二晶體振蕩器固定周期差值，使得兩個晶體振蕩器的頻率差保持在目標頻率下或者兩個晶體振蕩器的周期差保持目標周期下，會保證測量物料高度的準確性。其中，所述目標頻率和目標周期可以根據實際系統的需求進行設定。其中，當所述頻率差信號的特徵參數為頻率，所述目標特徵參數為目標頻率時，微處理器根據所述觸發器輸出的頻率差信號產生對應的頻率差信號的頻率，並與目標頻率做比較，並確定所述頻率差信號的頻率與所述目標頻率的比較結果為頻率差信號的特徵參數與目標特徵參數的比較結果；其中，當所述頻率差信號的頻率與所述目標頻率相等時，則不需要改變第二晶體振蕩器的頻率，微處理器向數模轉換器發送的控制信號為保持頻率差不發生變化的信號，數模轉換器接收到該控制信號後，不會調整其輸出的目標驅動電壓，因此，作用到變容二極體上的輸出電壓也不會發生變化，最終不會使得第二晶體振蕩器頻率發生變化；當所述頻率差信號的頻率大於所述目標頻率時，則微處理器向數模轉換器發送的控制信號為使得第二晶體振蕩器的頻率增大的信號，數模轉化器接收到該控制信號會根據基準電壓調整其輸出的目標驅動電壓增大，因此，作用到變容二極體上的輸出電壓也會隨之增大，最終使得第二晶體振蕩器的頻率增大一定的值，使得第一晶體振蕩器和第二晶體振蕩器的頻率差減小，從而保證兩個晶體振蕩器的頻率差與目標頻率相等；當所述頻 率差信號的頻率小於所述目標頻率時，則微處理器向數模轉換器發送的控制信號為使得第二晶體振蕩器的頻率減小的信號，數模轉化器接收到該控制信號會根據基準電壓調整其輸出的目標驅動電壓減小，因此，作用到變容二極體上的輸出電壓也會隨之減小，最終使得第二晶體振蕩器的頻率減小一定的值，使得第一晶體振蕩器和第二晶體振蕩器的頻率差增大，從而保證兩個晶體振蕩器的頻率差與目標頻率相等。作為另外一種實現形式，當所述頻率差信號的特徵參數為周期，所述目標特徵參數為目標周期時，微處理器根據所述觸發器輸出的頻率差信號可以直接獲取頻率差信號的周期，並與目標周期做比較，並確定所述頻率差信號的周期與所述目標周期的比較結果為頻率差信號的特徵參數與目標特徵參數的比較結果；其中，當所述頻率差信號的周期與所述目標周期相等時，則不需要改變第二晶體振蕩器的頻率，微處理器向數模轉換器發送的控制信號為保持頻率差不發生變化的信號，數模轉換器接收到該控制信號後，不會調整其輸出的目標驅動電壓，因此，作用到變容二極體上的輸出電壓也不會發生變化，最終不會使得第二晶體振蕩器頻率發生變化；當所述頻率差信號的周期大於所述目標周期時，則微處理器向數模轉換器發送的控制信號為使得第二晶體振蕩器的頻率減小的信號，數模轉化器接收到該控制信號會根據基準電壓調整其輸出的目標驅動電壓減小，因此，作用到變容二極體上的輸出電壓也會隨之減小，最終使得第二晶體振蕩器的頻率減小一定的值，進而保證第一晶體振蕩器和第二晶體振蕩器的頻率差與目標頻率相等；當所述頻率差信號的周期小於所述目標周期時，則微處理器向數模轉換器發送的控制信號為使得第二晶體振蕩器的頻率增大的信號，數模轉化器接收到該控制信號會根據基準電壓調整其輸出的目標驅動電壓增大，因此，作用到變容二極體上的輸出電壓也會隨之增大，最終使得第二晶體振蕩器的頻率增加一定的值，進而保證了第一晶體振蕩器和第~■晶體振蕩器的頻率差與目標頻率相等。在本實用新型中，通過周期性的改變第二晶體振蕩器的頻率，保證了第一晶體振蕩器的頻率和第二晶體振蕩器的頻率差能夠一直保持某一固定的值，使得在通過脈衝雷達物位計或者導波雷達物位計測量物料的高度時，保證了測量的準確性。本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬 的範圍。
權利要求1.一種頻率差控制系統，其特徵在於，包括: 產生第一時鐘源的第一晶體振蕩器； 產生第二時鐘源的第二晶體振蕩器； 與所述第一晶體振蕩器和第二晶體振蕩器相連，分別根據所述第一時鐘源產生第一窄脈衝，並根據所述第二時鐘源產生第二窄脈衝，並輸出所述第一窄脈衝與所述第二窄脈衝的頻率差信號的觸發器； 與所述觸發器相連，獲取所述頻率差信號的特徵參數並與目標特徵參數進行比較，根據比較結果輸出對應的控制信號的微處理器； 與所述微處理器相連的數模轉換器，以及與所述數模轉換器相連的、為所述數模轉換器提供基準電壓的基準電壓源，所述數模轉換器依據所述控制信號及所述基準電壓生成目標驅動電壓； 與所述數模轉換器相連，接收所述目標驅動電壓，並生成相應的輸出電壓的的驅動電路； 負極分別與所述驅動電路和所述第二晶體振蕩器相連、接收所述輸出電壓，並根據所述驅動電路的輸出電壓改變電容，以改變所述第二晶體振蕩器的頻率的變容二極體，所述變容二極體的正極接地。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述數模轉換器為16位數模轉換器。
3.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述觸發器為高速D型觸發器。
專利摘要本實用新型公開了一種頻率差控制系統，該控制系統中，數模轉換器分別與微處理器和基準電壓源相連，驅動電路與數模轉換器相連，數模轉換器可以根據所述微處理器發送的控制信號和所述基準電壓生成驅動電壓，根據驅動電路的輸出電壓改變變容二極體的電容，從而實現對第二晶體振蕩器頻率的改變，本實用新型實現了準確的改變第二晶體振蕩器的頻率，使得兩個晶體振蕩器的頻率差值能保持在固定值，保證了頻率差的穩定性，解決了現有技術中，採用電容充放電的方式去控制第二晶體振蕩器的頻率極易受幹擾脈衝的影響，使得兩個晶體振蕩器的頻率差值穩定性差、精度不高的問題。
文檔編號H03L7/00GK203135849SQ20122072842
公開日2013年8月14日 申請日期2012年12月26日 優先權日2012年12月26日
發明者陳俊, 趙俊傑, 劉君, 夏濤, 範耀鋒 申請人:重慶川儀自動化股份有限公司