汽輪機蒸汽濕度測量系統的頻率跟蹤設計

圖2中，當f1f0時(shí)，諧振腔的輸出包絡(luò )與輸人調制信號頻率相同、相位相反；當f1>f0時(shí)，諧振腔的輸出包絡(luò )與輸入調制信號頻率相同、相位相同；當f1=f0時(shí)，諧振腔的輸出為幅度很小的絕對值信號。由上分析可知，對諧振腔輸出信號進(jìn)行幅度和相位鑒別，即可得f0與f1的關(guān)系。因此確定頻率跟蹤系統分別由鑒幅和鑒相兩部分組成。首先，對諧振腔的輸出信號進(jìn)行幅度鑒別，由于諧振腔諧振時(shí)，輸出信號為幅度很小的絕對值信號?？山茷?；諧振腔不發(fā)生諧振時(shí)，輸出信號的幅度很大，所以先對諧振腔的輸出進(jìn)行幅度鑒別，再根據鑒幅結果進(jìn)行相位檢測。

4 頻率跟蹤的實(shí)現
4．1 頻率跟蹤硬件設計
幅度鑒別可通過(guò)檢波器、直流放大器及比較器實(shí)現；相位鑒別則通過(guò)乘法器、低通濾波器、直流放大器以及比較器實(shí)現。圖3給出頻率跟蹤系統框圖。圖中兩個(gè)比較器的輸出信號用于控制單片機的DACl2模塊，將這兩個(gè)輸出信號讀入單片機，使其輸出準確調節VCO，從而保證VCO的輸出與諧振腔的諧振頻率保持一致。單片機可以實(shí)現頻率跟蹤的智能化。

在硬件設計中，兩個(gè)比較器的參考電壓非常重要。系統中．當諧振腔諧振時(shí)反射的微波信號功率約為一9 dBm，反射信號經(jīng)環(huán)形器進(jìn)入檢波器的功率約為一9．5 dBm，此時(shí)檢波器的輸出電壓信號約為150 mV，該信號太小，需對其放大，再進(jìn)入比較器1。該硬件設計中，直流放大器的倍數設定為10．因此比較器l的參考電壓設置為1．2 V。用PROTEL軟件對鑒幅部分仿真，當峰值檢波電路的輸入電壓小于1．2 V時(shí)，仿真取l V，鑒幅部分的輸出電壓約為200 mV，輸入單片機為0：當峰值檢波電路的輸入電壓大于1．2 V時(shí)，仿真取2 V，鑒幅部分的輸出電壓約為5 V，該輸出電壓值取決于與門(mén)的直流工作電壓。圖4給出鑒幅仿真結果。

在正常工作下，乘法器需要對同相和反相兩種情況作出判斷，所以乘法器有兩種有效輸出。即：

當諧振腔的輸出信號與VCO的輸出信號同相時(shí)，乘法器的輸出為正直流電壓和VCO輸出信號的二次諧波；當諧振腔的輸出信號與VCO的輸出信號反相時(shí)，乘法器的輸出為負直流電壓和VCO輸出信號的二次諧波，經(jīng)低通濾波后，只剩下正或負直流電壓，因此比較器2的參考電壓可設為0 V。圖5為乘法器輸出仿真。