变尺度随机共振方波检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种变尺度随机共振方波检测装置，由传感器、程控频率变距模块、双稳模拟电路、程控频率复距模块、滤波模块以及Ａ／Ｄ转换芯片按所述顺序串接后，以Ａ／Ｄ转换芯片作为输出端并联于系统总线。通用控制和用户交互芯片、存储器模块、电源时钟电路和通用接口控制电路、Ｄ／Ａ转换芯片各自独立并联于系统总线。中央微处理器与ＤＳＰ协处理器串接后亦并联于系统总线。传感器实测到的信号被噪声完全淹没而不可分辨，通过变距、随机共振、滤波等处理，使系统输出随机共振信号的信噪比得到增强。解决了强噪声中弱方波信号的精细检测问题，突破了双稳随机共振系统单频信号检测的局限性，可实现大频率、多成分的信息识别与信号放大等功能。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于检测技术与信号处理，具体涉及一种利用程控变距随机共振技术进行方波信号检测的装置。
技术介绍
双稳系统是指具有两个不同稳定状态的系统，系统处于哪一个稳定状态由其初始条件来决定。双稳系统的随机共振技术起源于上世纪八十年代初，在信号处理的增强放大、检测识别、传输还原等方面有着独特的优势，己普遍应用于多学科中。近年来随机共振技术广泛应用于故障诊断、图象处理、目标跟踪等工程方面。在小参数条件下通过输入信号、噪声和双稳系统三者协调作用可以产生随机共振现象。其原因在于双稳系统改变了均匀分布的白噪声频谱结构，使得大部分噪声能量集中于低频区域，形成罗伦兹(Lorentz)分布的响应谱特征。当输入信号的频率位于噪声能量集中的低频区域，就会使输入信号被适量的噪声选择而产生随机共振现象。 一旦输入信号的频率离开噪声能量集中的低频区域，那么随机共振现象会迅速弱化消失，而增大噪声强度虽然可以扩展低频能量区域，但这种扩展不仅非常有限，而且很难重新选择到信号使之达到随机共振。因此相对而言，随机共振对输入信号的频率更敏感一些。由于随机共振理论研究的是小参数信号，即信号的幅度和频率以及噪声的强度都是小参数，因此当面对大强度的噪声或大频率的信号时，特别是含有多个频率成分的大频率信号，小参数的随机共振理论将失效而无法使用。因此，如何利用随机共振技术不失真地检测出大频率、多成分的弱周期方波(以下简称方波，不是指非周期方波)信号，并能将此信号进行后续分析应用是攻破此项技术的难点所在，也对在强噪声背景下的方波信号检测分析具有很强的实用价值。
技术实现思路
针对上述问题，本技术的目的是提供一种变尺度随机共振方波检测装置，为精细信息分析和信号处理提供一种新的信息检测技术。以下结合附图对本技术的技术方案予以说明。程控变距随机共振方波检测系统，具有传感器1、程控频率变距模块2、双稳模拟电路3、程控频率复距模块4、 24位A/D转换芯片5、中央32位微处理器6、通用控制和用户交互芯片7、存储器模块8、电源时钟电路9、通用接口控制电路IO、 24位D/A转换芯片11、 DSP协处理器12和滤波模块13等。其具体连接方案为由传感器l、程控频率变距模块2、双稳模拟电路3、程控频率复距模块4、滤波模块13以及24位A/D转换芯片5按所述顺序串联连接后，以24位A/D转换芯片5作为输出端并联于系统总线。通用控制和用户交互芯片7、存储器模块8、电源时钟电路9和通用接口控制电路10 、 24位D/A转换芯片11各自独立并联于系统总线。中央32位微处理器6与DSP协处理器12串接后亦并联于系统总线(如图1)。信号检测处理的具体技术方案为由传感器1实测的信号作为原始数据依次送入程控频率变距模块2、双稳模拟电路3、程控频率复距模块4 (程控频率复距模块4将该随机共振信号进行频率与振幅的调整)、滤波模块13和24位A/D转换芯片5。由24位A/D转换芯片5经系统总线将信号输出给中央微处理器6与DSP协处理器12进行处理。中央32位微处理器6与DSP协处理器12的处理信息亦通过系统总线与程控频率变距模块2、程控频率复距模块4、通用控制和用户交互芯片7、存储器模块8、电源时钟电路9、通用接口控制电路IO、 24位D/A转换芯片11进行信息交换。即信号频率经程控频率变距模块2将根据设定的频率判定条件，使频率变距并将频率变距系数保存在存储器模块8中，以满足后续的双稳模拟电路3实现随机共振的要求。双稳模拟电路3由运算放大器所组成的模拟电路来实现(如图2所示)，其中^)是双稳系统的输入，x(O是双稳系统的输出。双稳模拟电路3输出的信号由程控频率复距模块4进行信号恢复。中央32位微处理器6与DSP协处理器12对系统内部所有控制与运算信号的准确处理是由并联于系统总线上的通用控制和用户交互芯片7、存储器模块8、电源时钟电路9和通用接口控制电路10 、 24位D/A转换芯片11的正确运行与协调控制操作所保证的。附图说明图1为本技术系统连接原理图。图2为双稳模拟电路图。图3为程控频率变距模块组成示意框图。图4为程控频率复距模块组成示意框图。图5为程控频率变距模块控制流程图。图6为程控频率复距模块控制流程图。图7为原始周期方波曲线图。图中横坐标为时间轴，其刻度为2ms;纵坐标为电压值，其刻度为100mV。幅值为0.2V5图8为原始强噪声的波形图。图中横坐标为时间轴，其刻度为2ms;纵坐标为电压值，其刻度为500mV。噪声强度有效值0.67V。图9与强噪声叠加后的方波波形图。图中横坐标为时间轴，其刻度为2ms;纵坐标为电压值，其刻度为500mV。图IO程控变距随机共振系统输出状态曲线图。图中横坐标为时间轴，其刻度为2ms;纵坐标为电压值，其刻度为5V。图11经过后续滤波系统输出的方波曲线图。图中横坐标为时间轴，其刻度为2ms;纵坐标为电压值，其刻度为200mV。具体实施方式以下结合附图并通过实施例对本技术的技术方案做进一步的说明。各部件连接关系如图l。其中双稳模拟电路3如图2所示，其参数为R=15KQ， R1=R2=150KQ，C=180pf，乘法器A、 B系数的乘积取为0.001。信号的随机共振状态由分压器K1 、 K2进行调节产生。被检测的原始弱方波特征信号经传感器1输入至程控频率变距模块2及双稳模拟电路3，实现特征信号的随机共振提取，程控频率复距模块4及其后续滤波模块13完成特征信号的复原。传感器l实测信号中的特征方波信号被噪声完全淹没而不可分辨(如图9所示)，此实测信号作为原始采样数据送入程控频率变距模块2。程控频率变距模块2主要由程控变频装置19、程控频率变距模块中的16位A/D转换芯片20-1 、8位高速RISC微处理单元14和程控频率变距模块中的16位D/A转换芯片15-1组成(如图3)，原始采样数据数据经16位A/D转换芯片20-1输入至8位高速RISC微处理单元14进行FFT谱运算，并确定信号最大幅值对应的频率成分，同时保存信号最大幅值以备后续程控频率复距模块4使用。根据预置的频率判断条件(其频率判定条件为由信号幅值最大谱峰对应的频率的3/4为比较的基准值，若大于75Hz，则划定为大频率参数信号，小于或等于75Hz，则划定为小频率参数信号)，判断该信号是否为大频率参数信号，若是则以信号频率参数为依据，设置频率增量(以前面得出的基准值为标准，有5个区间选择项，其值为大于75Hz小于300Hz变距系数为4;其值为大于300Hz小于600Hz变距系数为8;其值为大于600Hz小于900Hz变距系数为12;其值为大于900Hz小于1800Hz变距系数为16; 1800Hz以上信号变距系数为24)对程控变频装置19进行程控变距操作，并将频率变距参数保存在存储器模块8中，并由程控频率变距模块中的16位D/A转换芯片15-1将前面处理后的数字信号转化成模拟信号以供后续程控复距模块4调用，变距后的信号随后输入图5末端所示的双稳模拟电路3。从程控频率变距模块2输出的信号输入给双稳模拟电路3，经双稳模拟电路3产生的随机共振信号输入给程控频率复距模块4。程控频率复距模块4由程控频率复距模块中的16位A/D转换芯片20-2、程控预置7V进制计数器16、锁相环电路17、本文档来自技高网...

【技术保护点】
变尺度随机共振方波检测装置，由传感器、程控频率变距模块、双稳模拟电路、程控频率复距模块、２４位Ａ／Ｄ转换芯片、中央３２位微处理器、通用控制和用户交互芯片、存储器模块、电源时钟电路、通用接口控制电路、２４位Ｄ／Ａ转换芯片、ＤＳＰ协处理器和滤波模块组成，其特征在于由传感器（１）、程控频率变距模块（２）、双稳模拟电路（３）、程控频率复距模块（４）、滤波模块（１３）以及２４位Ａ／Ｄ转换芯片（５）按所述顺序串联连接后，以２４位Ａ／Ｄ转换芯片（５）作为输出端并联于系统总线；通用控制和用户交互芯片（７）、存储器模块（８）、电源时钟电路（９）和通用接口控制电路（１０）、２４位Ｄ／Ａ转换芯片（１１）各自独立并联于系统总线；中央３２位微处理器（６）与ＤＳＰ协处理器（１２）串接后亦并联于系统总线，由传感器（１）实测的信号作为原始数据依次送入程控频率变距模块（２）、双稳模拟电路（３）、程控频率复距模块（４）、滤波模块（１３）和２４位Ａ／Ｄ转换芯片（５），由２４位Ａ／Ｄ转换芯片（５）经系统总线将信号输出给中央３２位微处理器（６）与ＤＳＰ协处理器（１２）进行处理，中央３２位微处理器（６）与ＤＳＰ协处理器（１２）的处理信息亦通过系统总线与程控频率变距模块（２）、程控频率复距模块（４）、通用控制和用户交互芯片（７）、存储器模块（８）、电源时钟电路（９）、通用接口控制电路（１０）、２４位Ｄ／Ａ转换芯片（１１）进行信息交换。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓辉，冷永刚，董靖川，张莹，郭焱，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：实用新型
国别省市：12[中国|天津]