输出锁相放大器的进一步限定，本实施方式中，所述的FPGA1中 嵌有一号数字比例积分反馈环路滤波器2和二号数字比例积分反馈环路滤波器3;
[0025] 二阶模拟信号低通滤波器4将反馈信号Ucos( cot)的振幅U、频率f和相位发送至 FPGA1；
[0026] 一号数字比例积分反馈环路滤波器2用于读取反馈信号Ucos( cot)的振幅U，并使 其恢复至化；
[0027] 二号数字比例积分反馈环路滤波器3用于读取反馈信号Ucos( cot)的频率f，并使 其恢复至ω/231。
【具体实施方式】 [0028] 结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式二所述的一 种相位差连续可调的双信号输出锁相放大器的进一步限定，本实施方式中，所述的二阶模 拟信号低通滤波器4包括一号运算放大器5和二号运算放大器6;
[0029] -号运算放大器5和二号运算放大器6用于提取反馈信号Ucos( cot)的振幅U和相 位，然后将反馈信号化0S ( ω t)的振幅U和相位发送至FPGA1。
[0030] 如图2所示，在石英音叉力学传感器11上加载模拟禪合外力。
[0031] 一、石英音叉力学传感器11的锁相控制：
[0032] 首先，由所述现场可编程口阵列(FPGA)控制所述直接数字频率合成器(DDS)产生 一组交流信号化sin( ω t)和化cos( ω t)，其中，信号化sin( ω t)作为第一路输出信号，输入 到石英音叉力学传感器的激发电极12。
[0033] 然后，石英音叉力学传感器的信号检测电极13将反馈信号Ucos( cot)输入到所述 二阶模拟信号低通滤波器4,再由一号运算放大器5和二号运算放大器6提取信号化os( ω t) 的振幅U和相位，并送入一号数字比例积分反馈环路滤波器2和二号数字比例积分反馈环路 滤波器3。
[0034] 所述二号数字比例积分反馈环路滤波器3读取反馈信号频率f，并使其恢复;所述 一号数字比例积分反馈环路滤波器2读取反馈信号振幅U，并使其恢复。
[0035] 二、模拟禪合外力的加载：
[0036] 用激光器14产生的激光15照射石英音叉力学传感器11的叉脚18,由于热效应将产 生加载到石英音叉力学传感器11上的外力，具体过程为：
[0037] 由现场可编程口阵列1产生两个直流信号化cos9和化sin9,将所述信号化cos9和信 号化sin( ω t)输入到二号四象限乘法器9,得到信号化cos目sin( ω t);将所述信号化sin目和 化cos( ω t)输入到一号四象限乘法器8,得到信号化sin目cos( ω t)。
[003引将所述信号化cos目sin( cot)和化sin目cos( cot)输入所述加法器10,得到信号化sin (c0t+白）。
[0039] 将所述信号化sin(wt+0)作为第二路输出信号输入到激光器14,所述激光器14输 出激光的功率将按照化Sin( ω t+θ)变化，激光器14的接地电极17接地，所述激光器14发射 的激光15照射到石英音叉力学传感器11的叉脚18,由于热效应将对石英音叉力学传感器11 产生一个外力，该力的表达式为：
[0040] F=Fosin( ω t+白）
[0041] Fo为所加载禪合外力的幅值，与所述第二路输出信号的幅值化成正相关。上述公式 可进一步分解为：
[0042] F=Fosin目cos( ω t)+Focos目sin( ω t)
[0043] Fosin0cos( cot)为弹性力，与石英音叉力学传感器11振动位移的频率、相位相同 的外力;Focos0sin( cot)为耗散力，与石英音叉力学传感器11振动速率的频率、相位相同的 外力。运两个外力的幅值分别为Fos i η目和Foco S目，幅值比为化η目。
[0044] 最后，调节化和Θ，得到任意幅值和幅值比的禪合外力。
【主权项】
1. 一种相位差连续可调的双信号输出锁相放大器，其特征在于，它包括FPGA(l)、二阶 模拟信号低通滤波器(4)、DDS(7)、一号四象限乘法器(8)、二号四象限乘法器(9)和加法器 (10); FPGA(l)产生的两个直流信号U〇sin0和UQC〇S0和分别发送至一号四象限乘法器(8)和二 号四象限乘法器(9); FPGA(l)控制DDS(7)产生两个交流信号1]1(：〇8(〇〇和1]以11((^)，其中1]1(^(〇〇发送 至一号四象限乘法器(8)，U1Sin( cot)分成两路，其中一路发送至二号四象限乘法器(9)，另 一路作为所述的锁相放大器的第一路输出信号，发送至传感器的激发电极； 一号四象限乘法器(8)用于对接收到的两个信号进行相乘，得到U2sin0cos( cot)，并将 信号U2sin0cos( ω t)发送至加法器（10); 二号四象限乘法器(9)用于对接收到的两个信号进行相乘，得到U2C〇S0sin( cot)，并将 信号U2C〇s0sin( ω t)发送至加法器（10); 加法器（10)用于对接收到的两个信号进行相加，并将相加后的信号U2sin(c〇t+0)作为 所述的锁相放大器的第二路输出信号，相位差Θ在0~360°范围内连续可调； 二阶模拟信号低通滤波器(4)用于接收传感器的反馈信号Ucos( cot)，并提取反馈信号 Ucos( ω t)的振幅U、频率f和相位，然后将反馈信号Ucos( ω t)的振幅U、频率f和相位发送至 FPGA( 1)，FPGA( 1)将振幅U和频率f分别恢复至山和ω /231。2. 根据权利要求1所述的一种相位差连续可调的双信号输出锁相放大器，其特征在于， 所述的FPGA(l)中嵌有一号数字比例积分反馈环路滤波器(2)和二号数字比例积分反馈环 路滤波器(3); 二阶模拟信号低通滤波器(4)将反馈信号Uc〇s(c〇t)的振幅U、频率f和相位发送至FPGA ⑴； 一号数字比例积分反馈环路滤波器(2)用于读取反馈信号Ucos( cot)的振幅U，并使其 恢复至Ui; 二号数字比例积分反馈环路滤波器(3)用于读取反馈信号Ucos( cot)的频率f，并使其 恢复至ω/2π。3. 根据权利要求2所述的一种相位差连续可调的双信号输出锁相放大器，其特征在于， 所述的二阶模拟信号低通滤波器(4)包括一号运算放大器(5)和二号运算放大器(6); 一号运算放大器（5)和二号运算放大器(6)用于提取反馈信号Ucos( cot)的振幅U和相 位，然后将反馈信号Ucos ( ω t)的振幅U和相位发送至FPGA( 1)。
【专利摘要】一种相位差连续可调的双信号输出锁相放大器，涉及锁相放大技术。解决了传统锁相放大器所控制的传感器难以精确校准的问题。FPGA产生的两个直流信号分别发送至一号四象限乘法器和二号四象限乘法器，并控制DDS产生两个交流信号，一个发送至一号四象限乘法器，另一个分成两路，一路发送至二号四象限乘法器，另一路作为第一路输出信号；两个四象限乘法器将计算结果发送至加法器；加法器的计算结果作为第二路输出信号；二阶模拟信号低通滤波器提取传感器反馈信号的振幅、频率和相位，然后发送至FPGA，FPGA将振幅和频率进行恢复。本发明输出的两路交流信号频率相同，相位差可调，能够模拟任意耦合形式的被测物理量，可用于传感器的校准。
【IPC分类】H03L7/16, G01D18/00, G01L25/00, H03F7/00
【公开号】CN105656440
【申请号】
【发明人】郝立峰, 王 琦, 彭平, 王荣国, 赫晓东
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2015年12月28日