[发明专利]一种共振式电磁音叉斩光器自动增益控制方法

说明书

本发明提供了一种共振式电磁音叉斩光器自动增益控制方法，由FPGA及DA转换器输出幅值可控、频率为音叉固有共振频率的对称方波信号，经单位增益功率放大后输出至音叉斩光器的驱动端，同时接收音叉斩光器诱导端输出的能够反映音叉实时振幅的反馈信号，并对该信号进行前置放大、带通滤波和峰值检测；由AD转换器和FPGA对峰值电压进行采样，FPGA根据峰值电压与目标电压的差值动态调整输出至DA转换器的码值，控制方波信号幅值，方波信号的频率由FPGA控制产生，可以保证各种音叉的可靠起振并始终工作在固有共振频率下，方波信号的幅值则采用自动增益控制方法，定期检测音叉振幅并根据需要及时调整，可以保证音叉斩光器的高振幅稳定性。

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，具体涉及一种共振式电磁音叉斩光器自动增益控制方法。

背景技术

在光电探测系统中，微弱的待测光信号常常被杂散光、电子噪声等大量的噪声背景所湮没。为了将待测信号从背景噪声中提取出来，广泛采用同步检波、相敏检波等微弱信号检测技术。利用斩光器对被测光信号进行调制、使直流光信号变为带有频率特征的交变信号则是这类微弱信号检测技术的必要手段。共振式电磁音叉斩光器具有体积小、功耗低、稳定性高且抗冲击振动能力强的优点。

在共振式电磁音叉斩光器的使用中，为了保证频率和振幅的稳定性，一般不采用信号发生器或开环自激振荡直接驱动的方法，而是通过模拟电路构建闭环控制系统，不由外界提供驱动信号，而依靠音叉自激振荡起振并维持振动，之后通过电路的闭环控制调节、稳定振幅。但实际应用中由于音叉本身参数难以准确获得，理论计算出的自激条件往往无法使音叉起振，需要对电路参数反复更改和尝试。

对于固有共振频率不同的音叉需要单独计算和调试，甚至固有共振频率相同、批次不同的音叉由于生产工艺无法保证其各项参数完全一致，也很难在同一组电路参数下工作。这使得共振式电磁音叉斩光器的驱动电路结构异常复杂、调试困难、研发成本高。因此，在保证音叉频率和振幅稳定性的同时，发明一种简便高效、适用性强的共振式电磁音叉斩光器控制方法是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种共振式电磁音叉斩光器自动增益控制方法，根据目标幅值动态调节DA转换器输出的固有共振频率信号的幅值，实现音叉的自动增益控制。

本发明提供一种共振式电磁音叉斩光器自动增益控制方法，所述方法包括：

现场可编程门阵列FPGA向DA转换器输出第一码值和第二码值，将所述第一码值和第二码值确定为一组码值，每组码值的更新周期为目标音叉固有共振频率周期，所述第一码值大于第二码值；

所述DA转换器将所述第一码值和所述第二码值转换为电压值，并输出所需类型的方波信号；

对所述方波信号进行单位增益甲乙类互补功率放大，得到与所述音叉斩光器固有共振频率相同的音叉驱动信号，将所述音叉驱动信号输出至音叉斩光器的驱动端；

所述音叉斩光器在所述音叉驱动信号的驱动下起振，所述音叉斩光器的诱导端产生感应信号；

对所述感应信号进行前置放大和带通滤波，调整带通滤波单元的中心频率为音叉固有共振频率，得到只包含音叉固有共振频率成分的正弦波信号；

利用峰值检测单元检测所述正弦波信号的电压峰值，并由所述FPGA控制AD转换器进行电压采样，得到电压峰值，所述电压峰值与音叉振幅正相关；

所述FPGA将采样得到电压峰值和目标幅值进行比较，并根据比较结果对所述DA转换器进行调整，以完成所述音叉斩光器的自动增益控制。

作为一种可选的方案，所述FPGA将采样得到电压峰值和目标幅值进行比较，并根据比较结果对所述DA转换器进行调整，包括：