专利名称：基于调制双稳态随机共振原理的微弱信号检测电路的制作方法
技术领域：
本发明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。
背景技术：
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) -’ +Ac ο s wt+Γ (t)(O
式I中a汕均大于零，是决定势阱的形状参数，ACOSIiJt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，rfO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
权利要求
1.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Ncl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;所述的控制模块包括微处理器芯片AT89s52，电阻R29、电阻30、电阻31、电阻32、电阻·33、电阻34、电阻35、电阻36、电阻37、电阻38、电阻38、电阻39、电阻42、电容14、电容C15、电容C16、电容C17、电容C18、电容C19、电容C20、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24、电感L1、电感L2、晶振Yl、模拟开关⑶4051、开关SI ;此模块中微处理器芯片起控制作用，微处理器芯片的第I引脚到第8引脚，第22引脚、第24引脚为显示液晶模块的信号输出接口和信号发生模块的信号输入端，实时显示控制信号的强度、频率以及扫频范围；第33引脚到第39引脚为输入模块的按键接口，读取输入模块的数据；第9引脚为复位电路；第21引脚、第23引脚、第26引脚、第32引脚为模拟开关⑶4051的控制输入端，微处理芯片产生控制信号通过这四个引脚控制模拟开关⑶4051的通道选择⑶IOA或⑶IOB参数通道，使随机共振模块达到合适的系统参数；微处理器芯片的第26引脚到第29引脚实现对信号发生模块的控制；第25引脚、第27引脚、第28引脚实现对信号发生模块频率和幅值的控制；所述的信号发生模块包括信号发生芯片AD9850BRS、晶振H0C-50CN3、电阻31、电阻32、电阻33、电阻34、电阻35、电阻36、电阻37、电阻38、电阻38、电阻39、电容C18、电容C19、电容C20、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24、电感L1、电感L2 ;信号发生芯片AD950BRS的第7、8、22、1、2、3、4、25、26、27、28引脚分别与微处理器芯片的第28、27、25、1、2、3、4、5、·6、7、8引脚相连，微处理器芯片通过这11个引脚控制信号发生芯片AD9850BRS产生需要的正弦信号，经过滤波以后送入随机共振模块；输入模块包括按键S1、按键S2、按键S3、按键S4、按键S5、按键S6、按键S7、按键S8、电阻R29、电阻R30、电阻R42、电容C14、按键SI的一端与电容C14和电源VCC相连接，另一端通过电阻R29接入控制模块中微处理器芯片AT89s52的第9引脚；按键S2、按键S3、按键S4、按键S5、按键S6、按键S7 —端并联，另一端分别接入AT89s52的第33引脚、第34引脚、第35引脚、第36引脚、第37引脚、第38引脚、第39引脚；显示模块包括一个显示屏1602、电阻R40、电阻R41 ;显示屏1602的I脚、5脚、16交接地，2脚接入+5V电源，电阻R40 —端接地，另一端接显示屏1602的3脚；电阻R41 —端接+5V电源，另一端接显示屏1602的15脚；显示屏的4、6、7、8、9、10、11、12、13、14脚分别与微处理器芯片AT89s52的24、22、1、2、3、4、5、6、7、8脚连接；所述的随机共振电路模块可从信号实现角度分为三大模块，信号Vca产生模块、信号\2Vc4产生模块、信号13产生模块；信号Vcl产生模块采用集成运放芯片0PA4227，包括IC1C、IClD ;乘法器采用集成乘法器芯片MPY634，包括IC3 ;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 ;集成运放IClC用来对分别输入的噪声和待检测信号进行加法运算，模拟乘法器IC3用来对集成运放IClC输出的混合信号或者直接从TEST端口接入的实际混合信号Vl与信号产生模块产生的调制正弦信号进行乘法运算，从而输出信号Vcl ;集成运放IClD用来使输出信号Vcl进行幅值10倍比例放大；集成运放IClC的10脚接电阻R1、电阻R2的一端，电阻R1、电阻R2的另一端接信号输入接口，集成运放IClC的9脚接电阻R5、电阻R24的一端，电阻R24的另一端接地，集成运放IClC的8脚与电阻R5另一端共同接电阻R23，电容Cl、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5 —端分别与+15V电源相连接，另一端与接地，电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容ClO —端分别与-15V电源相连接，另一端与接地；所述的随机共振电路模块中信号产生模块；信号、Ve4产生模块采用集成运放芯片0ΡΑ4227,包括IC2A、IC2B、IC2C、IC2D ；电阻R4、电阻R7、电阻R9、电阻R10、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R25、电阻R26、电阻R27、可调电阻RP1、电容C13 ;集成运放IC2A与电阻R7、电阻R20、电容C13构成积分运算电路，对幅值经过10倍比例放大的Vel信号、I3和Vci4信号进行积分运算，再经过集成运放IC2B构成的反比例放大电路可产生信号Vc2 ;集成运放IC2B与电阻R4、电阻R8、电阻R22构成反比例运算电路，产生幅值为正的信号Vc2 ;集成运放IC2D与电阻R21、电阻R9、电阻R10、电阻R27和可调电阻RPl构成比例放大电路，其中电阻R9和可调电阻RPl的一端与模拟开关芯片⑶4051的13脚、14脚分别相连接，构成通道⑶Ι0Α、⑶Ι0Β，电阻R27的一端与模拟开关芯片⑶4051的3脚相连接，构成通道⑶10，形成随机共振模块参数选择通道；集成运放IC2C与电阻R25、电阻R26构成一倍反向电路，使产生信号I4 ；所述的随机共振电路中信号L产生模块；信号Ve3产生模块采用集成运放芯片0ΡΑ4227,包括IC1A、IClB ;乘法器采用集成乘法器芯片ΜΡΥ634，包括IC4、IC5 ;电阻R11、电阻R12、电阻R15、电阻R16、电阻R17 ;集成乘法器IC5与集成运放IClB对反向Ve2信号进行二次乘法运算后再10倍比例放大；集成乘法器IC4与集成运放IClA对二次乘法运算后又10倍比例放大的信号进行第三次乘法运算后再10倍比例放大，得到输出信号Ve3，信号Vc3是信号Ve2的反相三次方；集成运放IClE与集成运放IC2E的第4引脚接+15V电源，集成运放IClE与集成运放IC2E的第11引脚接-15V电源，为运放提供电源；集成乘法器IC3、IC4、IC5的第14脚都与+15V电源相连接，集成乘法器IC3、IC4、IC5的第8脚都与-15V电源相连接，集成乘法器IC3、IC4、IC5的3、4、5、9、13脚均不作电气连接，集成乘法器IC3、IC4、IC5 的 2、7、10 脚接地。
全文摘要
本发明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。本发明中整个电路采用+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。本发明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。
文档编号G01R23/02GK103063914SQ201210592099
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月29日 优先权日2012年12月29日
发明者赵文礼, 方倩, 刘进, 王林泽, 王桥医 申请人:杭州电子科技大学