[发明专利]锁相谐振自动捕捉跟踪滤波技术

说明书

本发明涉及一种跟踪滤波技术，特别是涉及一种锁相谐振自动捕捉跟踪滤波技术。

现代测量技术中有许多跟踪滤波和跟踪检波的电路。它们都属于相关技术或相干技术，都是依靠一个基准信号对被测信号进行相关处理和相干处理的。但要取得一个与频率变化的被测信号保持固定关系的基准信号，并非总是方便或可能的。在动平衡机中有这种情况，对高速目标的声振测量更是如此。

本发明的任务是建立一种能不依靠基准信号而自动捕捉，并把测量电路准确地锁定在目标信号的频率和相位上的滤波技术，以便对频率变化的信号进行准确的测量和定位。在低频领域内这是一个新课题。

在动平衡机方面，相关滤波以及相干检波已经把技术指标提高到了现有的先进水平-相位误差≤±6°，一次去重率≥90%。本发明在上述总任务之下的一个特殊目的是在动平衡机中再实现进一步改进：提高指标，简化结构，降低造价和故障率。特别着眼于激光动平衡机直接定位的测量-指令系统。

本发明的基本原理是：采用一个含有压控电阻的均QRC谐振电路，在其入出两端跨接一个鉴相环路，产生一个与失谐相移成正比的电压，对谐振频率进行反馈调节，改变谐振频率，使移近信号频率而完成自动捕捉和锁相谐振。

图1为实施例电路方框图

其中：（1）为均Q压控谐振电路;（2）和（6）是一对增益压控级;（3）和（7）是一对放大级;（4）和（8）是一对结构相同但输入耦合方式不同的滤波器，（4）兼任积分;（5）是模拟乘法器用为鉴相器;（10）是积分放大级;（9）是检波器。

图2为实施例电路图，与图1是按序号对应的。

为了便于理解发明的构成及使用实例，下面结合附图具体说明。

均Q压控谐振电路（1）的放大器包括确定其增益的比例反馈电阻R₃、R₄和提高输入阻抗的场效应管G₁，移相RC节为C₁、R₁，C₂、R₂，R₂中串接着压控管G₂，信号由Ri输入，这是一个具有典型谐振电路特性的“均Q调谐电阻负反馈RC谐振放大器”。R₅和G₃、R₆和G₄组成增益压控（2）和（6）。检波器（9）的检波电压由电位器调节加于G₃和G₄，当信号降低时G₃、G₄电阻增大，它们与R₅、R₆形成的衰减因而变小;当信号增大时则反之，使加于鉴相器（5）（鉴相器由四象限模拟乘法器构成）的两路信号保持其大小基本不变。（4）和（8）是一对参数安全相同的滤波器。（4）由电阻输入，是低通。（8）由电容输入，是带通。可以证明，两种接法的不同使（4）的特性相等于（8）而兼有一级积分的功能，兼任了环路中必须有的积分级。作为一对互补的滤波器来说，它们产生的相移相等，因而鉴相器输出的相位差只是谐振电路（1）的失谐相移。使用（4）的目的不在彻底的滤波，而只求对干扰电平的适当抑制。由于鉴相器的工作不得超出其线性范围，干扰电平抑制多少倍，信号电平就可提高多少倍。信号电平的提高，相对降低了温漂的影响，同时也相对压缩了跟踪余差。而使用（8）的目的仅在补偿（4）所引起的相移。使用增益压控，压缩信号电平的差距，使其电平对上给干扰留有足够的线性范围，对下足可排除温漂的影响，目的是一致的。当增益压控已足够，（4）和（8）也可以不用，这时要设单独的积分级，或者将压控谐振电路改为积分型的。当要求更高时，（4）和（8）也可换用一对低Q参差谐振电路，使构成一对矩形带通。

在此，对自动捕捉和锁相跟踪的物理过程做一个简单的描述。

设输入信号Sinωt，不论其幅值大小，经增益压控、放大、积分：加于X端的信号均为U_xmCosωt。谐振电路原处于ω。设有失谐相移φ，初始输出为Sin（ωt+φ），鉴相器Y端的信号大小与输入大小无关，为U_ymSin（ωt+φ）。经（5）作乘法运算，产生两个成份：倍频交流成分经（10）积分滤波而被消除;差频为直流成份，经（10）放大，加于G₂栅极。这电压为：

U_φ＝KU_xmU_ymSinφ