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一种数字频率特性测试仪的设计-南京信息工程大学学报.PDF

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文章编号:1674⁃7070(2015)02⁃0137⁃05 孟瑞丽  宋安   张宏群   尤天羽  刘恒1 1 1 1 1 一种数字频率特性测试仪的设计 摘要 0  引言 设计了一种基于正交调制原理的数 字频率特性测试仪,系统用稳态响应法     基于硅微机械加工技术制造的,具有力学谐振频率的微谐振式 测量电路的频率特性.单片机作为主控 传感器是一类非常重要的传感器.它通过检测其机械谐振器谐振频率 芯片,完成系统的总体控制及数字信号 处理;使用集成的直接数字频率合成芯 的变化来实现外部物理量的测量,特点是尺寸小、制作成本低廉、功 片输出全频率范围内的正弦波.系统对 耗小,易与数字电路接口,具有广阔的应用前景.同时,微谐振式传感 待测电路的输入信号及其输出响应采 器的重复性、分辨率和稳定性非常优良,它适于测量多种物理量,如 样,经数字信号处理后,获得电路的幅频 [1] 特性和相频特性.设计的测试仪测某 压力、真空度、角速度、加速度、流量、大气电场强度等 .微机械谐振 RLC 网络,中心频率的相对误差小于 式传感器的品质因数和谐振频率的确定可以为后续的测控电路参数 02%,有载品质 因数相对误差小于 [2⁃3] 的选定提供重要依据 ,而微机械谐振式传感器又可以等效为一个 - 125%,最大电压增益大于 1dB.频率特 [4⁃5] 性测试仪输入输出阻抗均为50 Ω,幅频 RLC 串联网络 ,通过扫频测试可以获得品质因数和谐振频率.目 误差绝对值小于05 dB,相频误差绝对 前,谐振频率和品质因数的测试主要采用电学和光学两种测试方法, 值小于3°,测试仪能满足微机械谐振传 光学测试中需要利用显微镜和计算机视觉辅助仪器,电学测试一般 感器特征参数测试需求. 关键词 采用动态信号分析仪器,通过频率扫描来测定幅频和相频曲线,进而 直接数字频率合成(DDS);正交;幅 确定品质因数和谐振频率.由于实验经费的限制,本文介绍了一种基 频曲线;相频曲线 于正交调制原理的数字频率特性测试仪设计,价格低廉、操作简单.设 中图分类号 TN91123 计研制的频率特性分析仪通过测试某RLC 网络,获得了较好的精度, 文献标志码 A 能够应用于微机械谐振传感器品质因数和谐振频率特征参数的测量. 1  基于正交的频率特性仪设计原理 设计的一种数字频率特性测试仪由正交信号源采用直接数字频 率合成(DDS)芯片AD9854、自动增益控制芯片AD603、模拟乘法器 AD835、有源二阶低通滤波器(LPF) 、主控芯片MSP430F149单片机、 收稿日期 2014⁃02⁃15 晶体管显示屏(TFT)矩阵按键等组成. 资助项目 江苏省自然科学基金(BK2013100 1);江苏省高校自然科学研究基金(13KJB510 其中主控芯片MSP430F149控制AD9854产生两路正交正余弦电 017);制造过程测试技术⁃省部共建教育部重 压信号,产生的信号频率和变换方式由单片机写入AD9854储存器的控 点实验室开放基金(14ZXZK02) 作者简介 制字来实现.产生的I、Q两路正交信号经过自动增益放大,其中放大后 孟瑞丽,女,硕士生,主要研究微机械谐振 的I路电压信号一支路通过被测量
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