電磁場(chǎng)無(wú)損檢測(cè)中的信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)

1、眾所周知，電磁場(chǎng)是力場(chǎng)中最常見的一種。將基于電磁場(chǎng)的傳感器與用于信號(hào)分析處理的模擬/數(shù)字電路以及計(jì)算機(jī)有機(jī)的組合起來(lái)，這便是基于電磁場(chǎng)的無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)。雖然人們?cè)陔姶艌?chǎng)的無(wú)損檢測(cè)方面已取得了許多進(jìn)展，但基于電磁場(chǎng)的無(wú)損檢測(cè)效果仍有許多不盡人意之處，其中一個(gè)重要的影響因素便是檢測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)經(jīng)不起環(huán)境因素的干擾，從而對(duì)系統(tǒng)的工作產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。信號(hào)發(fā)生電路正是基于這樣的背景下研制的。1電磁場(chǎng)無(wú)損檢測(cè)對(duì)信號(hào)的基本要求在基于電磁場(chǎng)的無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)中，信號(hào)頻率對(duì)檢測(cè)效果的影響很大。因?yàn)樾盘?hào)頻率不穩(wěn)定將給后繼電路對(duì)信號(hào)的處理帶來(lái)極大的困難，甚至使電磁場(chǎng)檢測(cè)難以進(jìn)行。所以，在設(shè)計(jì)電路時(shí)必須采取一系列有效的措施來(lái)

2、消除環(huán)境因素如溫度等的影響，從而保證信號(hào)頻率在檢測(cè)過程中恒定不變。顯然，在信號(hào)分析處理的電路設(shè)計(jì)中，信號(hào)發(fā)生電路部分的設(shè)計(jì)是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。因?yàn)樾盘?hào)發(fā)生電路是整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)源，它的信號(hào)頻率是否穩(wěn)定將對(duì)整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的工作起著十分關(guān)鍵的作用。2一種新的信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)為了達(dá)到電磁場(chǎng)無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的基本要求，下面提出一種新型的信號(hào)發(fā)生電路，其工作原理，如圖1所示。 圖1信號(hào)發(fā)生電路 在圖1所示的電路原理圖中，首先由晶振產(chǎn)生8.192MHz的信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)分頻器分頻后（14分頻）變?yōu)?00Hz （即 8.192×106/214），這一信號(hào)頻率將作為標(biāo)準(zhǔn)頻率。信號(hào)發(fā)生器XR2206將

3、產(chǎn)生兩個(gè)頻率完全相同的信號(hào)，一個(gè)為正弦波，一個(gè)為方波。其中方波信號(hào)被送至分頻電路分頻。為了得到階躍性變化的頻率，分頻電路的分頻系數(shù)Kf有兩個(gè)值，即2和16。當(dāng)來(lái)自鎖存器的信號(hào)FRQA7為低電平時(shí)，分頻系數(shù) Kf=2；而當(dāng)FRQA7為高電平時(shí)，分頻系數(shù)Kf=16。設(shè)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)頻率為f，該信號(hào)經(jīng)分頻電路分頻后將變?yōu)閒/Kf。然后這一信號(hào)被送至同步減法器，與來(lái)自鎖存器的低7位FRQA06（設(shè)該數(shù)據(jù)為Ka）進(jìn)行運(yùn)算后，得到的信號(hào)頻率將為f/KfKa。這一輸出信號(hào)連同由晶振產(chǎn)生并經(jīng)分頻后得到的頻率為500Hz的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)一起送入鎖相環(huán)進(jìn)行比較。如果二者相等（即f/KfKa=500），則由信號(hào)發(fā)生

4、器XR2206產(chǎn)生的信號(hào)頻率f不再變化，這時(shí)頻率f可由下式計(jì)算：f=500KfKa。如果由同步減法器送出的信號(hào)頻率大于500Hz（即f/KfKa>500），則由鎖相環(huán)輸出的電壓Vc將下降，從而促使波形發(fā)生器XR2206產(chǎn)生的信號(hào)頻率f減小。這個(gè)過程一直進(jìn)行到由同步減法器輸出的信號(hào)頻率f/KfKa等于500Hz為止，從而保證f500KfKa；如果由同步減法器送出的信號(hào)頻率小于500Hz（即f/KfKa<500），則由鎖相環(huán)輸出的電壓Vc將上升，從而促使波形發(fā)生器XR2206產(chǎn)生的信號(hào)頻率f增大。這個(gè)過程也將一直進(jìn)行到由同步減法器輸出的信號(hào)頻率f/KfKa等于500Hz為止，從而始終保

5、證 f500KfKa。由此可見，上述電路形成了一個(gè)閉環(huán)控制。無(wú)論環(huán)境因素（如溫度等）如何變化，都不會(huì)影響信號(hào)發(fā)生器XR2206產(chǎn)生的信號(hào)頻率f，這樣信號(hào)發(fā)生器 XR2206產(chǎn)生的信號(hào)頻率f將始終恒定（即f500KfKa，而Ka是一由計(jì)算機(jī)發(fā)送到鎖存器并由鎖存器鎖存的數(shù)據(jù)），這正是該信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)的精髓所在。由于信號(hào)發(fā)生器XR2206所產(chǎn)生的正弦波的頻率同方波的頻率是完全相同的，這樣正弦波的頻率也將始終恒定于f，這正是測(cè)試系統(tǒng)所需要的。圖1中將有3路頻率均為f的輸出信號(hào)：（1）正弦信號(hào)Asin2ft，該信號(hào)將加在電感傳感器上，從而使電感傳感器產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)；（2） 超前上述正弦信號(hào)90°

6、;的方波信號(hào)A90；（3） 與上述正弦信號(hào)同步的方波信號(hào)A0。當(dāng)電感傳感器用于檢測(cè)時(shí)，正弦信號(hào)產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)將發(fā)生變化，電感傳感器的阻抗也將發(fā)生變化，從而使電感傳感器輸出信號(hào)的幅度和相位發(fā)生改變。為了計(jì)算這時(shí)電感傳感器輸出信號(hào)的幅度尤其是相位，需由后面兩路方波信號(hào)來(lái)對(duì)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，即將輸出正弦信號(hào)分為實(shí)部和虛部?jī)身?xiàng)。后面具體的處理電路和分析計(jì)算，這里不在贅述。波形發(fā)生器XR2206是一種較新的信號(hào)發(fā)生器，其管腳的連接如圖2所示，其中Q5是一場(chǎng)效應(yīng)管，各元件的具體參數(shù)，如表1和2示圖2波形發(fā)生器表1電阻參數(shù)值，kR1 R2 R4 R13 R14 R15 R16 R17 VR1 VR2

7、 VR3 5.10 5.10 5.10 10.00 10.00 1.00 10.00 1.00 0.50 5.00 100.00表2電容參數(shù)值，F(xiàn)C1 C2 C3 C4 C6 C7 C8 10.0 1.0×10-3 1.0 10.0 1.0 1.0 3.3×10-33工程應(yīng)用該信號(hào)發(fā)生電路可應(yīng)用于各種基于電磁場(chǎng)的無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)中。圖3所示的渦流式傳感器檢測(cè)，便是最常用的利用感應(yīng)磁場(chǎng)的檢測(cè)系統(tǒng)。這類檢測(cè)系統(tǒng)常用來(lái)檢測(cè)導(dǎo)體零件，顯然信號(hào)頻率的穩(wěn)定與否對(duì)其檢測(cè)效果影響很大。 圖3電渦流式傳感器檢測(cè)此外，各種電子儀器儀表，對(duì)信號(hào)頻率的穩(wěn)定性都有較高的要求。尤其是各種工業(yè)控制和測(cè)試中的電子儀器儀表，由于工作環(huán)境惡劣，更要求信號(hào)頻率具有很強(qiáng)的抗干擾能力?？梢姡盘?hào)發(fā)生電路的研制為改善這類儀器儀表的性能提供了一個(gè)重要途徑。4結(jié)論在許多工程應(yīng)用中，都有保證信號(hào)頻率穩(wěn)定不變的要求，本文提出的信號(hào)發(fā)生電路正是