一种基于调制双稳态随机共振原理的微弱信号检测电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于调制双稳态随机共振原理的微弱信号检测电路。本实用新型专利技术中整个电路采用+15V、-15V以及+5V的直流电压；控制模块主要控制调制信号发生模块产生控制信号并选择调制随机共振检测电路模块参数；显示模块显示调制随机共振检测电路模块内调制信号的频率、强度以及系统检测频率扫描范围、步进值、通道选择；输入模块调整系统扫频范围、步进值大小选择、通道选择；信号发生模块发生所需要的调制信号，然后与待测信号合并后送入调制随机共振检测电路模块。本实用新型专利技术只需要输入扫频范围、扫频步进值、选择通道就可通过观察输出相图来识别微弱信号。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于微弱信号检测与处理领域，涉及一种基于调制双稳态随机共振原理的微弱信号检测电路。
技术介绍
基于随机共振原理的检测方法利用了噪声，非线性系统和信号之间的协同效应，实现了背景噪声能量向检测信号能量的转移，提高了输出信噪比，对输入信号起到了放大作用。但以绝热近似理论为代表的各种近似理论研究表明，只有在小参数(信号的频率、幅值、噪声的强度都远小于I)条件下，利用随机共振理论检测微弱信号才有明显的优势。然而在工程实际如机械故障中，更常见的是一些中低频信号，因而如何将随机共振原理应用于中低频信号的检测成为工程应用中的关键。利用信号调制原理将待测的周期信号和DDS芯片产生的扫频信号混频后加到非线性双稳态系统中实现随机共振，实质上是一种频率上的迁移过程——使原本不符合绝热近似理论为代表的各种近似理论的待检测信号转化为符合条件的待检测信号。并设计了基于这种方法的混频随机共振电路系统。通过实验，验证了该电路系统可用于较高频率微弱信号的检测。所用朗之万(Langevin)方程可以描述为:X (t)=ax (t)-bx (t).5 +Ac ο s wt+Γ (t)(I)式I中a汕均大于零，是决定势阱的形状参数，AfiOKdt是外加周期调制信号，其中A为信号幅值，ω是调制信号频率，rft)代表高斯分布白噪声，且满足统计均值和自相关函数分别为: 「<r(t)>=04(2) 1<Γ( )Γ( +τ)>=2Βδ(τ)式中:D为噪声强度， 是延迟时间δ是冲击函数，则此非线性双稳态系统所对应的势函数为:!!⑷=-—χ2+ —S4(3).2 4式3代表一个由两势讲和一势鱼组成的双稳态系统。这时，经典的随机共振原理就可以描述成一个过阻尼粒子在两稳态势阱中运动的模型。在静态条件下:A=D=0时，系统具有两个相同势阱和一个势垒，阱底位于土，势鱼高度为MJ=I2Mb。当a=b=l时，阱底位于±^/^ = ±1，势鱼高度为AU=a2/4b=i/4。在无信号和噪声输入时，该系统的初始状态决定了质点处于两个势阱中的其中一个势阱。当有幅值A>0的信号输入该系统时，系统将不再处于平衡状态，势阱在信号的驱动下，按照频率发生周期倾斜运动。如果A〈 Ac (Ac=-s/4a3/27b ),质点仍只能以相同的频率在某个势阱内进行小范围的周期运动。但是如果引入噪声后，即使A〈 Ar，质点也会出现从原来的势阱跃迁到另一个势阱的现象，此时的系统输出频率等同于信号的频率2irf ,以此频率来回在两势阱中切换。如果A>0时，信号就可以给系统两势阱之间的切换引入周期变化量，从而可以使对噪声引起的切换同步进行，也就加强了系统输出x(t)中的小周期分量。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于调制双稳态随机共振原理的微弱周期信号检测电路。本技术解决技术问题所采取的技术方案为:基于调制双稳态随机共振原理的微弱信号检测电路，包括控制模块、显示模块、输入模块、信号发生模块、参数通道选择模块和随机共振双稳态检测模块。整个电路采用+15V、-15V以及+5V的直流电压；控制模块控制信号发生模块产生控制信号并控制随机共振系统参数选择；显示模块显示随机共振双稳态检测模块内调制信号的频率、强度、系统检测频率扫描范围、步进值及选择通道；信号产生模块产生调制信号，然后与待测信号混合后送入随机共振双稳态检测模块；随机共振双稳态检测模块包括四个子模块，分别是积分运算模块、反向输出模块、乘法运算模块和双通道参数调节模块。其中乘法运算模块对输入电压Vl和调制信号电压V2进行一次乘法运算后输出Vca信号，比例放大模块对输入的Vca信号进行10倍放大后送入积分运算模块，在经过反向比例放大后输出信号，此时分为两路引出，一路经过两个乘法运算模块并比例放大，将\2信号进行三次相乘得到Ve3信号，一路将Vc2信号经过双通道参数调整模块得到将Ve4信号，最后由积分运算模块后的反向比例放大模块得到输出信号\2。本技术的有益效果:目前随机共振的研究基本都处于仿真分析的阶段，还没有应用于工程实际中，本技术给出了对淹没在强噪声背景下微弱信号的检测电路，并在电路上实现了自跟踪扫频检测，可根据经验值输入扫频范围、扫频步长等相关参数就可通过观察示波器或频谱仪的输出相图来识别微弱信号。这为机械故障中淹没在强噪声背景中的有用周期信号检测提供了一种切实可行的方法。附图说明图1为本技术电路的系统调制随机共振检测原理图；图2为本技术调制随机共振检测模块结构示意图；图3为本技术调制电路运算模块示意图；图4为本技术积分运算模块示意图；图5为本技术反向比例运算模块示意图；图6为本技术乘法器运算模块示意图；图7为参数通道选择模块示意图；图8为本技术MCU控制模块示意图；图9为本技术调制信号产生模块示意图；图10为本技术按键控制和液晶显不|旲块不意图；图11为本技术系统检测结构图。具体实施方式以下结合附图对本技术作进一步说明。如图1给出了调制随机共振检测原理图。图2是图1的电路框架实施例，其中共有MCU控制信号模块、调制信号产生模块、调制随机共振检测三大主要模块构成，其中调制随机共振检测模块包括积分运算模块、乘法器运算模块和参数通道选择模块。将各模块接所需+15V、-15V以及+5V的工作电压，保证系统可靠工作。如图3所示为调制电路运算模块，调制电路运算模块包括集成乘法器芯片MPY634(IC3),比例运算放大器0PA4227 (IC1C、IC1D)，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R5、电阻R6、电阻R13、电阻R18、电阻R19、电阻R23、电阻R24、电阻R28、电容Cl、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12。集成乘法器芯片MPY634(IC3)的14脚(+VS)、8脚(-VS)分别接+15V、-15V电源，集成乘法器芯片MPY634(IC3)的3脚(NC)、4脚(SF)、5脚(NC)、9脚(NC)、13脚(NC)均不做电气连接，集成乘法器芯片MPY634(IC3)的2脚(X2)、7脚(Y2)、10脚(Ζ2)均接地，集成乘法器芯片MPY634(IC3)的I脚(Xl)与电阻R28和电容Cll的一端相连，电阻R28的另一端接地，电容Cll另一端与电阻R3、R23相连，电阻R3的另一端接地，电阻R23的另一端接集成运放芯片0PA4227 (IClC)的8脚输出端相连接，集成乘法器芯片MPY634 (IC3)的6脚(Yl)与电阻R6和电容C12的一端相连，电阻R6的另一端接地，电容C12另一端与调制信号产生模块产生的调制信号SINE相连接，集成乘法器芯片MPY634(IC3)的11脚(Zl)与12脚(OUT)共同连接后与电阻R18 —端相连，电阻R18另一端与集成运放芯片0PA4227 (IClD)的12脚正向输入端相连，集成运放芯片0PA4227 (IClD)的13脚的负向输入端与电阻R19、电阻R13的一端相连，电阻R19的另一端接地，电阻R13的另一端与集成运放芯片的8脚输出端相连，产生10倍放大的Vel信号，即共同与电阻R20、比例运算放大器0PA本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于调制双稳态随机共振原理的微弱信号检测电路，包括控制模块、显示模块、输入模块、信号发生模块、参数通道选择模块和随机共振双稳态检测模块，其特征在于：整个电路采用+15V、?15V以及+5V的直流电压；控制模块控制信号发生模块产生控制信号并控制随机共振系统参数选择；显示模块显示随机共振双稳态检测模块内调制信号的频率、强度、系统检测频率扫描范围、步进值及选择通道；信号发生模块产生调制信号，然后与待测信号混合后送入随机共振双稳态检测模块；随机共振双稳态检测模块包括四个子模块，分别是积分运算模块、反向输出模块、乘法运算模块和双通道参数调节模块；其中乘法运算模块对输入电压V1和调制信号电压V2进行一次乘法运算后输出Vc1信号，比例放大模块对输入的Vc1信号进行10倍放大后送入积分运算模块，在经过反向比例放大后输出信号Vc2，此时分为两路引出，一路经过两个乘法运算模块并比例放大，将Vc2信号进行三次相乘得到Vc3信号，一路将Vc2信号经过双通道参数调节模块得到将Vc4信号，最后由积分运算模块后的反向比例放大模块得到输出信号Vc2。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文礼，方倩，刘进，王林泽，王桥医，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：实用新型
国别省市：