专利名称：一种基于频率测量的弱低频瞬时抖动信号检测电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及弱低频瞬时抖动信号检测电路，更具体地说它是一 种基于频率测量的弱低频瞬时抖动信号检测电路。
背景技术：
信号抖动是一种常见的现象，主要分为随机性抖动和确定性抖动。 分析抖动通常采用平均值、标准方差、直方图及抖动频谱等方法，可以 在时域、频域和调制域上分析和观察抖动。典型的时域测量工具是示波 器，但普通示波器不能将抖动分解为独立的频率分量，采集的时钟周期 数目不够多时，数字示波器会出现测量结果不能反映真实的周期抖动状
况。频域测量工具主要有动态信号分析仪(也称为FFT分析仪)及扫频 式频谱分析仪，动态信号分析仪分析频率带宽受采样速率限制，对于时 变信号或单次信号，扫频式频谱分析仪的扫描与被测信号无法同步。因 此，这些时域和频域测量工具无法实现从未知强变频信号背景下检测弱 低频的瞬时抖动信号。
另一方面，通常的频率测量是测量某个单一信号或某类信号的频 率，用于从未知信号中检测信号的频率成分，对于强变频信号中的弱低 频扰动，由于强变频信号的频率比弱低频扰动的频率高得多，这种常用 的频率测量方法无法从未知强变频信号中检测到弱低频的抖动信号。
频率测量在对被测信号进行处理时，第一步是对信号进行数字化， 根据奈奎斯特准则，为了准确还原信号，采样时通常需要几倍于被测信 号频率的采样率。若被测信号频率较高，高采样率必将增加数据传输、 存储和处理的难度，不但降低实时性，有时甚至不可实现。同时生活中，在进行大功率高压输电线路漏电检査过程中，鉴于操 作的危险性，检查人员和设备通常不能靠近线路，而采取间接感应的方 式从线路上耦合信号到检测设备中，此时感应的信号幅度和频率都是抖 动的。当发生轻度漏电时，只会引起感应信号极其微弱的变化，也说就 是说只会产生弱低频的抖动信号，这种检测是非常困难的。
发明内容
本实用新型目的在于克服上述现有背景技术的不足之处，而提供一 种基于频率测量的弱低频瞬时抖动信号检测电路，该电路不但减少了对 背景信号特征先验知识的依赖，而且降低了数据采样率，提高了数据处 理的实时性，能够很好实现从未知强变频信号背景下检测弱低频的瞬时 抖动信号。
本实用新型的目的是通过如下措施来达到的 一种基于频率测量的 弱低频瞬时抖动信号检测电路，它包括跟踪信号产生电路和频率测量电 路两部分，其特征在于跟踪信号产生电路由电源单元、射极跟随单元、 放大单元及跟踪信号产生单元组成，其中射极跟随单元、放大单元及跟 踪信号产生单元依次连接成顺序电路，电源单元的输出端分别与射极跟 随单元、放大单元和跟踪信号产生单元电源输入端相连；跟踪信号产生 单元的输出端与频率测量电路输入端相连，所述频率测量电路由电源模 块、逻辑控制�？�、计时器、计数器、存储器、控制及数据处理�？橐� 及显示单元组成，其中逻辑控制�？槭涑龆朔直鹩爰剖逼骱图剖飨� 连，计时器、存储器、控制及数据处理模块以及显示单元依次连接成顺 序电路，控制及数据处理模块的控制信号输出端与计数器复位接口相 连，计数器的溢出信号端口分别与计时器和逻辑控制模块上相连，电源 �？榉直鹩肼呒刂颇？�、计时器、计数器、存储器、控制及数据处理�？榈牡缭词淙攵讼嗔�。
在上述技术方案中，所述跟踪信号产生单元与射极跟随单元的信号 同歩变化，跟踪信号产生单元为计数器U1。
在上述技术方案中，频率测量电路为采用了统计平均的测量方法的电路。
本实用新型一种基于频率测量的弱低频瞬时抖动信号检测电路具 有如下优点①、本实用新型根据未知强变频信号的特点构造一种跟踪 信号来分析强变频信号，跟踪信号与被测未知强变频信号同步变化，由 此将检测未知强变频信号中弱低频的瞬时抖动信号即转化为从跟踪信 号中检测弱低频的瞬时抖动信号，降低了检测弱低频瞬时抖动信号所需 的数据采样率。②、电路设计简单，体积�。杀镜�。电路采用�？榛� 设计，电源电路可以采用通用�？椤＂�、存储和处理的数据量�。凳� 性强。本实用新型由于分析处理的是跟踪信号，在未降低采用精度的前 提下，降低了检测弱低频瞬时抖动信号所需的数据采样率，从而减少了 数据存储和处理开销，增强了实时性。④、程序设计灵活，通用性强。 本实用新型为了保证测量的灵敏度，根据检测信号的低频特性，设计计 时器的每次计时时间在AT^O皿左右，通过设计修改A2"的值，可满足不 同频率信号检测的需求，通用性强。◎、使用寿命长，可靠性强。本实 用新型信号处理及频率测量电路都集成在一起，整个电路工作在小信号 状态下，功耗低，稳定可靠。
图1为跟踪信号产生电路的电路原理图。 图2为频率测量电路的原理框图。
图3为具体实施方式
中信号处理板输出的跟踪信号波形。
图4为具体实施方式
中无弱低频瞬时扰动信号干扰时的处理结果。图5为具体实施方式
中有弱低频瞬时扰动信号干扰时的处理结果。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型的实施情况，但它们并不构成对 本实用新型的限定，仅作举例而已。同时通过说明本实用新型的优点将 变得更加清楚和容易理解。.
本实用新型一种基于频率测量的弱低频瞬时抖动信号检测电路，它 包括跟踪信号产生电路和频率测量电路两部分，跟踪信号产生电路由电 源单元、射极跟随单元、放大单元及跟踪信号产生单元组成，其中射极 跟随单元、放大单元及跟踪信号产生单元依次连接成顺序电路，电源单 元的输出端分别与射极跟随单元、放大单元和跟踪信号产生单元电源输 入端相连，为它们提供直流电压，如图1所示。跟踪信号产生单元的输 出端与频率测量电路输入端相连，频率测量电路由电源�？�、逻辑控制 �？椤⒓剖逼�、计数器、存储器、控制及数据处理�？橐约跋允镜ピ� 成。电源模块分别与逻辑控制�？�、计时器、计数器、存储器、控制及
数据处理�？榈牡缭词淙攵讼嗔翘峁┕ぷ鞯缪梗缤�2所示。 其中逻辑控制�？槭涑龆朔直鹩爰剖逼骱图剖飨嗔糜诳刂萍剖� 的启动、停止和计时器的启动。在跟踪信号上升并到达时启动计数器计 数和计时器计时。计时器、存储器、控制及数据处理�？橐约跋允镜ピ� 依次连接成顺序电路，控制及数据处理模块的控制信号输出端与计数器 复位接口相连，计数器的溢出信号端口分别与计时器和逻辑控制�？� (某端口)相连，控制及数据处理模块通过不断的査询存储器的内容获 得时间，同时负责向计数器发出复位指令，保证计数器的正常工作，并 在显示单元显示处理结果。
本实用新型主要信号处理流程为未知强变频信号经过射级跟随单元、放大单元送至跟踪信号产生单元，输出频率为强变频信号频率整数 倍分之一的跟踪信号。跟踪信号的产生方式有多种，本实用新型的跟踪 信号是通过计数器Ul产生的。强变频信号经射极跟随单元、放大单元 后输入计数器U1，计数器每计满一定数值时即触发产生跟踪信号，该电 路既保证了跟踪信号跟随未知强变信号同歩变化，又保证了跟踪信号的 频率是该强变信号频率的整数倍分之一，该跟踪信号进入频率测量电路 后，逻辑控制�？樵诟偕仙氐酱锸逼舳剖骷剖图剖逼骷剖保� 计数器溢出时，向计时器发出计时停止指令，计时器在停止计时后将记 录的时间送至存储器存储，控制及数据处理�？橥ü欢系牟檠娲⑵� 的内容获取测量的时间值，同时负责向计数器发出复位指令，保证计数 器的正常工作，数据处理结束后在显示单元显示处理结果。该频率测量 电路是利用计数器和计时器来实现频率的测量。计数器根据所检测弱低 频瞬时信号的特征设定计数值，计时器用于记录计数器每次时间开始到 结束的时间，通过固定计数值检测每次计时时间的方法实现每次计数开 始到结束时间上的平均频率测量。对于不同的频率信号检测需求，可根
据实际修改计数器的计数值，电路的应用领域宽，适用性强。 其具体频率测量途径如下
由于计数器计数值的选择不当会降低频率测量的灵敏度，为了保证 频率测量灵敏度，根据被检测信号的低频特性(几十赫兹到几百赫兹)， 计时器的每次计时时间应选择在AT = 10皿左右，根据输入跟踪信号的频
率可设计适当的计数值，假设此计数值为w。
假设在工作时间内，控制及数据处理�？榻邮盏剿聘隼醋约剖逼鞯� 计时输出，即一共接收到^V个周期的跟踪信号，设计时器输出的时间 序列为Rl^"Ml ，则每次计时输出时测量得到的跟踪信号平均频率为
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(1)
整个工作时间内跟踪信号的平均频率为: 層
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(2)
所以，相对整体工作时间内跟踪信号的平均频率，各测量时间段跟
踪信号的平均频率的相对偏差为<formula>formula see original document page 8</formula> (3)
由式(3)可见，当没有频率扰动时，由于强变频信号本身只是小范 围内的波动，测量频率,将与整体平均频率(十分接近，因此相对偏差 《只是在非常小的范围内变化，但出现瞬时频率扰动时，z相对L将出 现较大频偏，《将出现较剧烈变化。因此，通过相对偏差《的变化将能 够实现从未知强变频信号背景下检测出该弱低频的瞬时抖动信号
本实用新型一种基于频率测量的弱低频瞬时抖动信号检测电路还 可以应用于运动目标的探测。在运动目标探测中，接收�？槭涑龅奈粗� 强变频信号送至跟踪信号产生电路(如图i所示)，处理后输出跟踪信 号送至频率测量电路。为了保证测量的灵敏度，根据计时器的每次计时
时间在Ar二10慰左右的要求，设计计数器的计数值为A^150，以l腿z
的频率采样跟踪信号以及频率测量电路的输出，并将测量电路的输出乘
以1000%以放大显示。采样得到的跟踪信号如附图3所示，无运动目标经过产生弱低频瞬时扰动时的数据处理结果如附图4所示。由图4可见， 无弱低频瞬时扰动时，频率测量电路的输出比较稳定，相对偏差绝对值
小于0.06%，即未知强变频信号本身是在小范围内波动的，聚集性好。 当有运动目标经过，存在弱低频瞬时扰动时，频率测量电路的输出数据 的处理结果如附图5所示。由图5可见，由于目标的扰动，在扰动时间 段(图中180-210对应的点，对应的时间段为7-9s)，跟踪信号频率发 生了急剧的抖动，最大相对偏差绝对值超过了 4%，约是无弱低频瞬时扰 动时抖动的70倍。由此可见，本实用新型所设计的电路能够有效地实 现从未知强变频信号背景下检测弱低频的瞬时抖动
权利要求1、一种基于频率测量的弱低频瞬时抖动信号检测电路，它包括跟踪信号产生电路和频率测量电路两部分，其特征在于跟踪信号产生电路由电源单元、射极跟随单元、放大单元及跟踪信号产生单元组成，其中射极跟随单元、放大单元及跟踪信号产生单元依次连接成顺序电路，电源单元的输出端分别与射极跟随单元、放大单元和跟踪信号产生单元电源输入端相连；跟踪信号产生单元的输出端与频率测量电路输入端相连，所述频率测量电路由电源模块、逻辑控制�？�、计时器、计数器、存储器、控制及数据处理�？橐约跋允镜ピ槌桑渲新呒刂颇？槭涑龆朔直鹩爰剖逼骱图剖飨嗔剖逼�、存储器、控制及数据处理�？橐约跋允镜ピ来瘟映伤承虻缏罚刂萍笆荽砟？榈目刂菩藕攀涑龆擞爰剖鞲次唤涌谙嗔剖鞯囊绯鲂藕哦丝诜直鹩爰剖逼骱吐呒刂颇？樯舷嗔缭茨？榉直鹩肼呒刂颇？�、计时器、计数器、存储器、控制及数据处理�？榈牡缭词淙攵讼嗔�。
2、 根据权利要求1所述的一种基于频率测量的弱低频瞬时抖动 信号检测电路，其特征在于所述跟踪信号产生单元与射极跟随单元的 信号同歩变化，跟踪信号产生单元为计数器U1。
3、 根据权利要求1所述的一种基于频率测量的弱低频瞬时抖动 信号检测电路，其特征在于频率测量电路为采用了统计平均的测量方 法的电路。
专利摘要一种基于频率测量的弱低频瞬时抖动信号检测电路，通过跟踪变换输入的未知强变频信号，测量变换后得到的跟踪信号的频率扰动，实现从未知强变频信号中检测弱低频的瞬间扰动信号。它包括跟踪信号产生电路和频率测量电路两部分，跟踪信号产生电路由电源单元、射极跟随单元、放大单元及跟踪信号产生单元组成，频率测量电路由电源�？椤⒙呒刂颇？�、计时器、计数器、存储器、控制及数据处理�？橐约跋允镜ピ槌�。本实用新型采用�？榛杓疲哂械缏方峁辜虻ィ绦蛲ㄓ眯郧浚寤。杀镜停涤眯郧浚煽啃愿叩扔诺�。
文档编号G01R23/02GK201251601SQ20082006876
公开日2009年6月3日 申请日期2008年7月25日 优先权日2008年7月25日
发明者崔国恒, 曹可劲, 朱银兵, 罗斌凤, 胡东亮, 恒 马 申请人:中国人民解放军海军工程大学
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