李坤钰 1,2,3李克武 2,3刘坤 1,2,3王志斌 1,2,3,*
作者单位
摘要
1 中北大学仪器与电子学院,山西 太原 030051
2 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心,山西 太原 030051
3 中北大学前沿交叉科学研究院,山西 太原 030051
Overview: Overview: Photoelastic modulator, a high-quality thermo-mechanical coupling device composed of isotropic elastic optical crystal and piezoelectric crystal, is widely used in polarization measurement, spectral measurement, and many other fields. A high-voltage resonant circuit is adopted to generate the periodically changing high voltage amplitude, which is applied to both ends of the piezoelectric crystal to drive the photoelastic modulator to perform forced telescopic vibration, thus generating periodic birefringence. Although the quality factor of the photoelastic modulator is as high as 103, the photoelastic crystal in the photoelastic modulator will vibrate in length under the action of the piezoelectric crystal when driven by the high voltage. In addition, there will be thermal dissipation caused by dielectric loss and mechanical loss, some of which exchange heat with the environment, and the rest will raise the temperature of the photoelastic modulator itself. When the heat exchange between the photoelastic modulator and the external environment is happened before the heat balance, the resonant frequency will be changed, which will lead to the reduction of the modulator driving efficiency and the instability of the modulation amplitude. Standing from the perspective of mechanical point, the system can be equivalent to the vibration model of a damped spring-mass system. The system is an underdamped second-order system, and the modulator can also be equivalent to a RLC series resonant circuit from the electrical perspective. Therefore, when the temperature of the modulator changes, its electrical parameters and resonat will also vary. Therefore, this paper first analyzes the resonant frequency characteristics of the photoelastic modulator from the perspective of electricity, and establishes the equivalent circuit model of the photoelastic modulator and the composite resonant network model with the high-voltage resonant drive circuit. Meanwhile, the resonant network is analyzed, and the results show that when the phoyoelastic is in the resonant state, the modulator impedance and the inductance voltage amplitude of the high-voltage resonant circuit are both the smallest. Therefore, this paper designs a control and test system based on field programmable gate array (FPGA) by combining the above mentioned characteristic and applying the amplitude and frequency characteristics of the resonant network. FPGA completes the measurement of the inductance voltage amplitude and the demodulation of the photoelastic modulation signal through the digital phase-locked amplifier. After obtaining the inductance voltage amplitude, the real-time tracking of the minimum value of the inductance voltage amplitude can be obtained by FPGA, so that the tracking of the resonant frequency of the photoelastic modulator can be realized. By demodulating the modulated signal, the calibration optical path system of the photoelastic modulator is also capable of measuring the modulation amplitude of the modulator. Finally, this paper successfully builds the test system, and conducts the frequency sweep test to verify the feasibility of the resonance tracking system. The resonance tracking tests on the modulator are implemented at room temperature - 20℃ & 80℃ respectively. The results show that the test meets the requirements, and the maximum standard deviation of modulation amplitude is lower than 0.83% rad.
弹光调制器 频率跟踪 相位调制幅度 幅频特性 photoelastic modulator frequency tracking phase modulation amplitude amplitude-frequency characteristics 
光电工程
2023, 50(4): 220249
作者单位
摘要
上海交通大学 电子信息与电气工程学院 微纳电子学系微纳米加工技术国家级重点实验室, 上海 200240
为使微机电系统(MEMS)压电谐振器工作在谐振频率点并使其输出信号幅值稳定, 该文采用基于现场可编程门阵列(FPGA)数字化的双闭环控制算法来实现共振频率跟踪和稳幅激励, 数字化双闭环控制算法包含锁相闭环算法和稳幅闭环算法; 采用模数转换器(ADC)对压电谐振器输出信号采样, 使用两路正交信号对被采样信号的相位和幅值解调; 采用数字锁相环技术实现了压电谐振器谐振频率的跟踪激励。为减小压电谐振器在谐振处输出信号幅值的波动, 采用数字稳幅技术实现了压电谐振器输出信号幅值的稳定控制。实验结果表明, 电路能将驱动信号和输出信号相位差锁定在93.89°~95.95°, 输出信号的幅值稳定在496~504 mV, 达到了很好的谐振频率跟踪和稳幅效果。
压电谐振器 现场可编程门阵列(FPGA) 谐振频率跟踪 稳幅 矢量分析 piezoelectric resonator field-programmable gate array(FPGA) resonant frequency tracking amplitude stabilization vector analysis 
压电与声光
2021, 43(3): 374
作者单位
摘要
重庆邮电大学 光电信息感测与传输技术重庆市重点实验室, 重庆 400065
针对家用超声治疗仪存在谐振频率易漂移及精度低等问题, 该文提出了一种将模糊控制器、比例、积分、微分(PID)控制器和锁相环技术结合的复合跟踪策略。通过直接数字式频率合成(DDS)技术结合STM32L151产生超声信号, 利用T型网络进行阻抗匹配, 对超声治疗仪性能进行测试。实验结果表明, 该治疗仪声-电转换效率高, 输出的超声波具有精度高, 不易失谐等优点。
超声电源 直接数字式频率合成 阻抗匹配 锁相环 频率跟踪 模糊控制 ultrasonic power supply direct digital frequency synthesis impedance matching phase-locked loop frequency tracking fuzzy control 
压电与声光
2021, 43(2): 170
作者单位
摘要
核工业西南物理研究院 聚变科学所,成都 610225
HL-2A装置使用脉冲发电机组为装置极向场晶闸管电源供电以驱动线圈负载,晶闸管电源采用相控控制,因此同步信号的质量将直接影响电源的控制精度。HL-2A装置晶闸管电源同步信号取自同步变压器,脉冲发电机组带整流负载的供电方式使得同步信号不仅存在严重的波形畸变,同时还存在同步信号频率在大范围快速变化的特点。根据HL-2A装置晶闸管电源同步信号的特点,采用逐点巴特沃斯滤波器消除波形畸变,并通过实时频率计算和相位重建获得高质量同步信号。基于NI CompactRIO平台设计了晶闸管相控电源同步信号实时处理系统,实验结果表明该系统可有效解决同步信号畸变严重和频率宽范围快速变化的问题。
晶闸管电源 同步信号 巴特沃斯滤波器 频率追踪 NI CompactRIO thyristor power supply synchronization signal Butterworth filter frequency tracking NI CompactRIO 
强激光与粒子束
2021, 33(3): 036003
作者单位
摘要
1 南昌理工学院 电子与信息学院, 江西 南昌 330044
2 华东交通大学 机电与车辆工程学院, 江西 南昌 330013
介绍了一种采用电磁驱动频率检测的振弦式陀螺。为了实现振弦式陀螺稳幅谐振, 分析了振弦式陀螺驱动模态的动力学特性和电学特性。根据其特性设计了基于相位负反馈的闭环驱动系统, 建立其Simulink系统模型, 分析了驱动模态固有频率发生偏差时驱动系统的锁频稳幅性能。对闭环驱动系统进行了器件级电路实现与仿真。结果表明, 陀螺稳幅起振时间约为1.5 s, 稳定后频率抖动小于0.020 6 Hz。最后对闭环驱动电路进行了实物制作与驱动测试, 测试结果与仿真结果一致, 验证了闭环驱动电路能够实现陀螺频率追踪与幅值稳定的控制要求。
振弦式陀螺 相位负反馈 固有频率追踪 稳幅振动 vibrating-string gyro phase negative feedback natural frequency tracking steady amplitude vibration 
压电与声光
2020, 42(4): 533
作者单位
摘要
上海交通大学 微纳电子学系 微米纳米加工技术国家级重点实验室, 上海 200240
压电谐振器是谐振式传感器和执行器的核心部件, 通常工作在共振和稳幅状态。采用一种锁相环(PLL)和自动增益(AGC)相结合的双闭环控制驱动电路, 分别实现了谐振器共振频率的跟踪激励和压电振子输出信号的稳幅控制。优化设计了双闭环电路中各元器件参数, 使得压电振子能稳定工作在谐振频率点。参照压电谐振器开环测试数据和闭环测试数据, 双闭环驱动电路能将谐振器相位锁定在59°(误差3°), 输出信号峰峰值稳定在12.8V(误差0.2V)。实验结果表明, 该电路设计能够达到稳定谐振器输出信号幅值和跟踪谐振器共振频率的目的。
谐振器 驱动电路 频率跟踪 稳幅 锁相环 自动增益 resonator driving circuit frequency tracking stable amplitude PLL AGC 
半导体光电
2020, 41(3): 322
原艺博 1,2,*李琳 1,2刘海龙 1,2
作者单位
摘要
1 西安石油大学电子工程学院,陕西 西安 710065
2 西安石油大学陕西省钻机控制重点实验室,陕西 西安 710065
不同清洗物所需的清洗频段不同,需要接入的超声波换能器也不同。为了提高超声波发生器对不同频段换能器的适应性,设计了一种由上位机进行频率给定、锁相环电路进行频率跟踪的闭环控制系统。 整个系统由STM32主控制器产生脉冲宽度调制(PWM)脉冲信号,控制EXB841优化驱动电路,驱动高频全桥逆变电路;通过阻抗匹配和输出电流的检测,保证作用于换能器输出的功率值最大。同时对于不同频段的超声波 换能器,需要调整给定输入,保持发生器在频率基准值的一定范围内进行频率跟踪。超声波换能器测试样机工作频率点为28.8?kHz,最大功率1?500?W,将本系统接入后谐振频率保持在28.8?kHz左右,输出功率近似为 最大值。经测试,该系统对于工作频率点为20~40?kHz的超声波换能器都具有较好的适应性。
输入给定 驱动优化 最大功率 频率跟踪 input given drive optimization maximum power frequency tracking 
太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(2): 339
作者单位
摘要
四川大学电子信息学院,四川成都 610065
针对近距离高频磁感应能量传输系统中距离改变会使谐振频率发生变化,导致效率降低的问题,提出一种基于 74HC4046AD锁相环的频率跟踪驱动方案,该方案可以实现谐振频率的自动跟踪,在 proteus环境下对中心频率为 100 kHz的逆变电源系统和锁相功能进行仿真。设计并制作基于频率跟踪的逆变电源样机,通过样机对输出情况进行跟踪反馈。仿真实验结果表明,该系统输出性能良好,验证了频率跟踪的有效性,实现了功率管的软开关工作模式。
频率跟踪 锁相 电磁感应 逆变 效率 frequency tracking phase lock magnetic induction inverter effectiveness 
太赫兹科学与电子信息学报
2019, 17(5): 825
作者单位
摘要
上海交通大学 微纳电子学系 微米/纳米加工技术国家级重点实验室 北斗导航与位置服务上海市重点实验室, 上海 200240
压电式微固体模态陀螺振子通过交变电压激振、传感电极感应出电荷。当激励电压频率为某阶振动模态谐振频率时, 感应电荷达到最大值。设计了谐振频率自动跟踪电路, 使陀螺稳定工作在谐振模态。使用现场可编程门阵列(FPGA)控制直接数字频率合成器(DDS)产生频率精确可调的激励电压, 驱动陀螺振子振动。检测谐振点对应的激励电压和感应信号间的相位差, 作为反馈信号调节激励电压频率。实验结果表明, 当相位差锁定区域处在98.48°~100.27°时, 振子感应电极输出信号最大, 振子处于谐振状态, 实现了振子谐振频率的跟踪锁定。该系统可用于以谐振器为核心器件的振子工作模态锁定与跟踪。
压电振子 相位锁定 频率跟踪 现场可编程门阵列 直接数字频率合成器 piezoelectric gyroscope phase locking frequency tracking FPGA DDS 
半导体光电
2019, 40(2): 171
作者单位
摘要
1 贵州大学大数据与信息工程学院, 贵州 贵阳 550025
2 西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 陕西 西安 710048
3 西安现代控制技术研究所, 陕西 西安 710065
基于激光陀螺抖动机构谐振频率随温度等环境因素的变化会导致抖动偏频不稳定的现象, 研究了基于锁相环的激光陀螺抖动机构谐振频率跟踪技术。在对抖动机构和锁相环传递函数分析的基础上, 应用自动控制理论, 给出了锁相环频率跟踪精度、同步范围等性能指标与抖动控制参数的一般关系。结果表明, 增大锁相环开环增益能减小频率跟踪稳态误差, 同时将导致锁相环同步范围减小。采用低开环增益启动陀螺、再采用高开环增益跟踪抖动机构谐振频率, 能保证100 ms内自动跟踪陀螺谐振频率, 在-40 ℃ 到 70 ℃温度范围内抖动机构谐振频率跟踪精度优于0.015 Hz。
激光光学 激光陀螺 抖动偏频 频率跟踪 锁相环 
激光与光电子学进展
2018, 55(10): 101401

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