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摘 要： 正確認識現(xiàn)在聲表面波傳感器的新探索研究，對于現(xiàn)在新科技的應(yīng)用模式有哪些呢，本文是一篇計算機職稱論文。文章對頻率的測量在科學(xué)研究工業(yè)生產(chǎn)的各個方面都具有很重要的作用，能否得到一個準確的頻率值往往決定了一個檢測系統(tǒng)的優(yōu)劣。例如：現(xiàn)代很多傳感器
正確認識現(xiàn)在聲表面波傳感器的新探索研究，對于現(xiàn)在新科技的應(yīng)用模式有哪些呢，本文是一篇計算機職稱論文。文章對頻率的測量在科學(xué)研究工業(yè)生產(chǎn)的各個方面都具有很重要的作用，能否得到一個準確的頻率值往往決定了一個檢測系統(tǒng)的優(yōu)劣。例如：現(xiàn)代很多傳感器輸出的信號具有準數(shù)字化特征，這個特征就是信號不用進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換就可以直接輸入測量系統(tǒng)進行測量，電路的結(jié)構(gòu)得以簡化，但是這個頻率信號的測量誤差是個難以解決的問題，傳統(tǒng)的測頻法無法解決在頻率的上、下限處測量時產(chǎn)生的較大誤差。
摘 要： 傳統(tǒng)的頻率測量方法不足之處較多，即使用單一測頻法在頻率的上下限處測量的誤差較大。在此設(shè)計了一種新型測頻法及其測量電路。即利用聲表面波帶通濾波器對被測頻率進行預(yù)選，高于中界頻率的信號用測頻法，低于中界頻率的信號用側(cè)周法，試驗結(jié)果表明新型測頻法的硬件電路在輔以高速數(shù)字器件后，系統(tǒng)測量精度比傳統(tǒng)測頻法有相對提高，具有在各個行業(yè)推廣應(yīng)用的價值。
關(guān)鍵詞： 頻率測量; 聲表面波; 傳感器; 中界頻率,計算機職稱論文投稿
傳統(tǒng)的頻率測量是利用頻率計數(shù)電路[1]，在規(guī)定的時間內(nèi)對頻率信號進行計數(shù)，這個規(guī)定的時間就是閘門時間，閘門時間是由雙穩(wěn)態(tài)電路提供的。測得的頻率數(shù)值[fx]，是在閘門時間[Tg]內(nèi)對脈沖的計數(shù)值[Nx]與閘門時間[Tg]的比值，即[fx=NxTg]。當(dāng)頻率計正常運轉(zhuǎn)時，被計數(shù)的信號脈沖首先通過閘門然后輸入計數(shù)器，一般狀況下，閘門的打開與閉合與計數(shù)脈沖在端口輸入的時間是不同的。
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因此在相同的閘門時間里，頻率計數(shù)器對相同的脈沖信號計數(shù)時，最終的顯示值是不一樣的，即有可能產(chǎn)生[±1]個脈沖誤差值[2]。[Nx]會產(chǎn)生誤差，[Tg]也會產(chǎn)生誤差，這些誤差的疊加就構(gòu)成了實際的測頻誤差。利用晶振來產(chǎn)生基準時間信號[Tg]，方法是晶振的輸出信號[fb]通過[n]級10分頻電路，即[Tg=10n×1fb]。所以，[fx=Nx/Tg=Nx×][fb10n]。最終測頻法的相對誤差[dfxfx]為：
[dfxfx=dNxNx+dfbfb] (1)
[δf=δN+δ0] (2)
式中：[δN=dNxNx=±1Nx]是示值的相對誤差，也叫量化誤差;[δf=dfxfx]是被測頻率信號的相對誤差;[δ0=df0f0]是晶體振蕩器的頻率準確度，可以用來表示頻率信號的穩(wěn)定程度。
由式(2)可得，，被測頻率的相對誤差由兩方面內(nèi)容構(gòu)成。即系統(tǒng)石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度和量化誤差組成。量化誤差與兩個因素相關(guān)：被測信號的頻率值得上下限和雙穩(wěn)態(tài)電路的輸出閘門時間。在某一頻率[fx]的值不變的情況下，閘門時間[Tg]越大，誤差值越小，閘門時間[Tg]越短，誤差值越大。如果取閘門時間[Tg]為某一定值時，測量值[fx]越大，誤差越小，測量值[fx]越小，誤差就越大。在檢測過程中就會出現(xiàn)頻率值較低的信號測量精度較低，頻率值較高的信號測量值較高的情況。系統(tǒng)的測頻結(jié)果與頻率信號的高低有直接關(guān)系。為了避免出現(xiàn)以上的情況，本文設(shè)計了一種利用表面聲波器件的新式測頻法。
1 新型測頻法原理
外界的物理量可以影響聲表面波(Surface Acoustic Wave，SAW)[3]傳感器輸出頻率的數(shù)值。表面聲波傳感器的固有頻率達到了百兆Hz量級，這個頻率太高，因此很難被頻率計精準測量，只有通過成比例的降低頻率才能精準測量。本文的被測量是表面聲波傳感器在進行了差動結(jié)構(gòu)的改進之后輸出的頻率。這個頻率在經(jīng)過混頻電路之后就處于0～1 MHz之間。這個頻率范圍是可以精準測量的。為了在頻率的兩端都有較高的測量精度和較低的測量誤差，本文設(shè)計了利用表面聲波帶通濾波器的新式頻率測量方法。帶通濾波器對于通過的信號有較強的選擇能力，只有信號的頻率在通頻帶內(nèi)的信號才能無失真的通過。在此可以按照頻率的高低來設(shè)計兩個聲表面帶通濾波器，設(shè)計方式主要是在插指換能器的密度上按事先計算的結(jié)果來排成不同的密度，聲波在諧振腔內(nèi)的振動頻率由于換能器的密度不同而不同。這樣最終輸出的頻率就根據(jù)插指的密度不同而不同，整個系統(tǒng)只要2個帶通濾波器就可以了。將來如果想要實現(xiàn)精度更高的系統(tǒng)，可以考慮多個帶通濾波器的情況，這樣帶通濾波器的設(shè)計難度會增加。
頻率信號的測量方式有兩類，高頻段可以測頻以及低頻段可以測周期。至于何時測頻以及何時測周期則要看測量儀器的中界頻率[2][f0]。高于中界頻率的頻率應(yīng)該選用測頻法，低于中界頻率的頻率應(yīng)該選用測周期的方法。其中，中界頻率[f0=fcT];[fc]為測周期時儀器計數(shù)脈沖的頻率;[T]為直接測量頻率時規(guī)定的閘門開啟時間。利用兩個帶寬分別是[f0，fmax]和[fmin，f0]的聲表面波帶通濾波器[SAWF1]與[SAWF2]就可以判斷頻率信號的數(shù)值[4]，實現(xiàn)原理如圖1所示。其中，[fmax]與[fmin]分別是表面聲波傳感器里的敏感元件[SAWR1]輸出信號的頻率[f1]的上限值與下限值。[f1]信號是前端傳感器懸臂梁上表面敏感元件的輸出信號。因為[f1]頻率較高，直接對信號[f1]測量誤差較大，于是選擇傳感器[SAWR1]與[SAWR2]輸出信號的差頻結(jié)果[Δf]進行測量，通過對[Δf]的測量可以知道外界加速度的具體數(shù)值，通過對[SAWR1]輸出的信號[f1]的測量，通過測量值可以判斷頻率的高低并確定適合的測頻法。由圖1可見，帶通濾波器[SAWF1]可以讓高于中界頻率的頻率信號通過[5]，而[SAWF2]可以讓低于中界頻率的頻率信號通過。當(dāng)[f1>f0]時，[SAWF1]輸出高電平并同時觸發(fā)三態(tài)與門1。被測信號[Δf]經(jīng)過放大整形后變成了一系列的窄脈沖并輸入到三態(tài)與門1。晶體振蕩器輸出的正弦信號(頻率為[fc]，周期為[Tc])，經(jīng)k次分頻、整形后得到周期為[T1=kTc]的窄脈沖，以此脈沖觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)電路1，從雙穩(wěn)態(tài)電路的輸出端即得到所需要的寬度為基準時間[T1]的脈沖信號即閘門時間脈沖，該信號一路輸入到三態(tài)與門1，一路輸入到與門1。在三態(tài)與門1導(dǎo)通期間[6]，被測頻率[Δf]與閘門時間[T1]為與的關(guān)系，即[Δf]只有在[T1]時間內(nèi)能通過三態(tài)與門1，并輸入到計數(shù)器計數(shù)。雙穩(wěn)態(tài)電路的輸出信號一路輸入到了與門1，與門1的另一個輸入信號是SAWF1的輸出信號[f1]，當(dāng)[f1>f0]時，[f1]、[T1]為與的關(guān)系，與門1輸出高電平信號并觸發(fā)計數(shù)器開始工作，計數(shù)器在[T1]時間內(nèi)對[Δf]進行計數(shù)，假設(shè)計數(shù)值為[N1]，則[Δf=N1T1]。根據(jù)[Δf]的值可以推算出外界加速度的大小。同理，當(dāng)[f1 2 分頻、計數(shù)以及顯示模塊的設(shè)計
被測信號的頻率介于0～1 MHz，相對數(shù)字電路器件來說信號的頻率稍高。電路各個元器件都有傳輸延遲的現(xiàn)象，高頻信號在測量中就會產(chǎn)生一些誤差，這些誤差體現(xiàn)在計數(shù)環(huán)節(jié)，譯碼環(huán)節(jié)及數(shù)碼顯示環(huán)節(jié)上。利用D觸發(fā)器具有分頻的特性，在正式測量前對信號進行降頻，這樣可以得到一個頻率相對較低的信號。這樣的信號在后續(xù)的測量過程中不會帶有太大的誤差。
圖2是后續(xù)電路，包括顯示、分頻和計數(shù)3個環(huán)節(jié)。頻率降低的原理是通過D觸發(fā)器對輸入被測信號首先進行兩分頻，這樣可以得到輸入信號頻率一半的被測信號。電路的結(jié)構(gòu)是把D觸發(fā)器的端口[Q]與D觸發(fā)器的置位端口D直接連接從而構(gòu)成兩分頻電路。觸發(fā)器輸出端的輸出信號再送到10進制計數(shù)器74LS192D的UP端口，這個信號的頻率很高達到了1 MHz，所以必須用6個數(shù)碼管來顯示被測結(jié)果。低位計數(shù)器的C0端口和高一位的UP端口連接，這樣就可以顯示6位10進制數(shù)字。電路圖里J1的功能是對數(shù)碼管進行清零操作，以保證測量開始時數(shù)碼管都顯示0。整體電路如圖2所示。3 試驗結(jié)果及精度分析
利用Multisim 10軟件對測頻電路進行分析。分析過程為選取1 MHz的標準信號，首先進行2分頻，整體電路里的頻率計XFC1對上述信號進行測量，顯示示值為500 kHz。使用軟件自帶的示波器對兩路信號進行觀測， 由圖3、圖4可得2分頻后的信號頻率約為被測信號頻率的一半。測試數(shù)據(jù)證明所設(shè)計的兩分頻電路滿足測量的要求。從表1可以看出，系統(tǒng)在測量時在低頻段的誤差幾乎為0，只有在高頻段才出現(xiàn)了誤差。信號源輸出的頻率為500 kHz時，系統(tǒng)的測量頻率為499 kHz，絕對誤差是1 Hz。信號源輸出的頻率為1 000 kHz時，系統(tǒng)的測量頻率為997 kHz，絕對誤差是3 Hz。
4 結(jié) 語
本文提出的基于頻率選擇的測頻法在誤差控制上得到了提高，但是還有一些問題尚需解決，例如下一步可以考慮測量理論的具體實現(xiàn)。利用智能系統(tǒng)實現(xiàn)新型頻率測量方法，首先要考慮選用哪種芯片，在電路中還要選取具體的雙穩(wěn)態(tài)電路和相應(yīng)的觸發(fā)器。電路中的濾波與放大電路也要設(shè)計合理，只有所有的因素滿足系統(tǒng)的需要，整個系統(tǒng)才能體現(xiàn)出設(shè)計目標。
