[发明专利]基于DDS技术的涡流检测激励信号源

权利要求书

1.一种基于DDS技术的涡流检测激励信号源，包括波形存储器、D/A转换器、低通滤波器、功率放大电路，其特征在于，还包括单片机、CPLD模块、液晶触摸屏、上位PC机，所述单片机与时钟电路、复位电路组成单片机最小系统，所述液晶触摸屏与单片机连接，所述上位PC机与单片机相连并串行通信，所述CPLD模块与单片机相连，所述CPLD模块包括接口模块、相位累加器、控制模块，所述接口模块将控制字送相位累加器，所述相位累加器进行相位累加，所述控制模块进行地址译码、分频及逻辑控制，所述波形存储器与单片机、CPLD模块相连，所述D/A转换器与单片机、CPLD模块相连，所述D/A转换器与低通滤波器相连，所述低通滤波器与功率放大器相连；所述液晶触摸屏完成波形选择，设定频率、幅值和占空比参数并传送给单片机，单片机根据参数生成相应的波形控制字、频率控制字及幅值控制字，所述上位PC机模拟产生激励信号，并获得离散化波形采样数据，通过串行通信方式将波形采样数据送给单片机，单片机将波形数据实时下载至波形存储器中，波形存储器完成待产生信号相位序列到幅度序列的转化，波形数据输出后回送给单片机，经过与幅值因子的乘积运算后再通过D/A转换器、低通滤波器以及功率放大器环节生成参数可调的模拟电压信号。

2.如权利要求1所述的基于DDS技术的涡流检测激励信号源，其特征在于，所述相位累加器的图元形式为：clk为输入时钟，fcw[11..0]为输入的12位频率控制字，wcw[3..0]为4位波形控制字，reset为复位信号，addr[12..0]为输出的13位地址；相位累加器为24位，结构采用流水线形式，将24位相位累加器分成6级4位的累加器，每个4位累加器均由一个4位加法器与4位寄存器级联构成，每接收一个有效时钟脉冲，相位累加器将频率控制字与相位寄存器上次产生的累加相位值进行线性相加，然后将累加结果送至相位寄存器保存，根据各累加器之间存在级联进位关系，将高位累加器相比低位累加器延时一个时钟周期做累加，相位累加器的addr[12..0]输出的13位地址完成波形存储器寻址，将相位累加结果送波形存储器，完成相位序列到幅值序列的转换，当相位累加器加满时，就会产生一次溢出，其溢出频率即为DDS输出信号频率。

3.如权利要求1所述的基于DDS技术的涡流检测激励信号源，其特征在于，所述低通滤波器包括椭圆低通滤波器(A)和贝塞尔低通滤波器(B)，单片机控制其状态切换，椭圆低通滤波器(A)对多频正弦激励信号进行滤波，贝塞尔低通滤波器(B)对含有一系列不同频率正弦分量的周期性激励信号进行滤波。

4.如权利要求3所述的基于DDS技术的涡流检测激励信号源的椭圆低通滤波器(1)的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）分析椭圆滤波器的幅度传输函数

|H(jω)|2=11+ϵ2En2(ω)]]>

其中，ε为波纹参数；E_n(ω)为n阶椭圆特征函数，用零极点形式表示为：

式中，E_n(ω)的零点±ω_k和极点由Jacobi椭圆函数积分导出；

2）确定椭圆低通滤波器设计指标为：通带截止频率f_c＝55KHz，阻带起始频率f_s＝65KHz，通带波纹ε≤0.2dB，阻带最小衰减A_min＝50dB；

3）计算滤波器通带边界反射系数ρ，滤波器陡度系数为

根据反射系数ρ与波纹系数ε之间的关系取反射系数ρ=20%；

4）根据陡度系数A_S、最小衰减A_min和反射系数ρ，参考椭圆滤波器阶数曲线，确定所设计椭圆滤波器的阶数n=7；

5）查椭圆低通滤波器LC元件值表，得到各电容、电感元件归一化值；并对各元件进行去归一化处理，获得对应标称值；其中，去归一化公式为L’＝L×Z/f_FS，C’＝C/(f_FS×Z)；式中，f_FS为频率标度系数（f_FS＝2πf_c），Z为阻抗标度系数（Z＝100）；

6）将椭圆滤波器在Multisim环境下进行幅频特性曲线仿真，验证并确保其过渡带狭窄陡峭，能够满足涡流激励信号源对低通滤波器的要求。