[发明专利]一种悬臂梁谐振器的谐振频率检测系统及方法

权利要求书

1.一种悬臂梁谐振器的谐振频率检测系统，其特征在于，包括调理电路、中央处理器和人机交互模块；所述中央处理器控制调理电路产生直流偏置的正弦波信号，激励悬臂梁谐振器，调理电路拾取悬臂梁谐振器的谐振信号，并传输给中央处理器分析处理，得到悬臂梁谐振器的谐振频率，在人机交互模块上显示。

2.根据权利要求1所述的悬臂梁谐振器的谐振频率检测系统，其特征在于，所述调理电路包括电源电路、高速ADC采样电路、信号放大电路、峰值检波电路和高速DAC电路。

3.根据权利要求2所述的悬臂梁谐振器的谐振频率检测系统，其特征在于，所述电源电路包括锂电池充电电路和电源自动切换电路，所述锂电池充电电路给锂电池进行充电，所述电源自动切换电路为：当外部交流电源接入时，外部电源给整个电源电路供电，5V电源给锂电池充电；当外部交流电源断开时，锂电池升压成5V，给3.3V电源、2V电源和1V电源供电。

4.根据权利要求1所述的悬臂梁谐振器的谐振频率检测系统，其特征在于，所述中央处理器分析处理的具体过程为：中央处理器对信号进行快速傅里叶变换，得到悬臂梁谐振器响应信号的振幅，对接收到的128次振幅进行最小二乘法拟合，对拟合函数进行求导，得到悬臂梁谐振器的谐振频率。

5.一种悬臂梁谐振器的谐振频率检测方法，其特征在于，中央处理器扫描按键是否按下：若精度优化按键按下，则采用有限点精度优化方法进行优化；若采样按键按下，则对悬臂梁谐振器的谐振频率进行快速扫描；若联网更新按键按下，中央处理器控制GPRS模块进行联网更新；若开关机按键按下，则保存数据，并进行关机。

6.根据权利要求5所述的悬臂梁谐振器的谐振频率检测方法，其特征在于，所述有限点精度优化方法，具体为：

步骤(1)，计算采样时间

步骤(2)，采样频率为f＝20MHz的标准正弦波信号；

步骤(3)，将采样时间T₀代入快速傅里叶变换；

步骤(4)，快速傅里叶变换计算当前频率f₀；

步骤(5)，计算频率差值f_error＝f₀-f；

步骤(6)，判断差值f_error是否小于±5‰，小于则跳转步骤(8)，否则跳转步骤(7)；

步骤(7)，进行比例反馈调节，f₀＝f₀+P×f_error，跳转到步骤(1)；

步骤(8)，输出最终的T₀。

7.根据权利要求5所述的悬臂梁谐振器的谐振频率检测方法，其特征在于，所述悬臂梁谐振器的谐振频率进行快速扫描的具体过程为：

步骤(1)，设定扫描频率区间[f_start，f_end]；

步骤(2)，设定扫描频率间隔

步骤(3)，高速DAC电路产生频率为f₁的正弦信号激励，经过椭圆滤波器后，传输给悬臂梁谐振器的激励电阻；

步骤(4)，惠斯通电桥拾取谐振器的振动信号，经过电压跟随器电路、高通滤波电路、信号放大电路、高速ADC采样电路，得到采样响应信号，并传输给FIFO；

步骤(5)，CPU读取FIFO中的采样响应信号；

步骤(6)，进行快速傅里叶变换计算本次采样幅值，并保存；

步骤(7)，当前频率f₁自增间隔频率f₀′，公式：f₁＝f+f₀′，更新当前频率；

步骤(8)，判断当前频率是否超过f_end，没有超过则跳转步骤(3)，否则执行步骤(9)；

步骤(9)，最小二乘法拟合以上128个频率对应的幅值生成函数y＝f(x)；

步骤(10)，计算出超过幅值阈值最多的两个点；

步骤(11)，更新扫描频率区间及扫描频率间隔；

步骤(12)，查询扫描频率间隔是否小于设定的10Hz间隔，没有则跳转到步骤(1)；

步骤(13)，通过对函数f(x)求导，令f′(x)＝0，得到谐振频率值。