[实用新型]变尺度随机共振方波检测装置

说明书

技术领域

本实用新型属于检测技术与信号处理，具体涉及一种利用程控变距随机共振技术进行方波信号检测的装置。

技术背景

双稳系统是指具有两个不同稳定状态的系统，系统处于哪一个稳定状态由其初始条件来决定。双稳系统的随机共振技术起源于上世纪八十年代初，在信号处理的增强放大、检测识别、传输还原等方面有着独特的优势，已普遍应用于多学科中。近年来随机共振技术广泛应用于故障诊断、图象处理、目标跟踪等工程方面。

在小参数条件下通过输入信号、噪声和双稳系统三者协调作用可以产生随机共振现象。其原因在于双稳系统改变了均匀分布的白噪声频谱结构，使得大部分噪声能量集中于低频区域，形成罗伦兹(Lorentz)分布的响应谱特征。当输入信号的频率位于噪声能量集中的低频区域，就会使输入信号被适量的噪声选择而产生随机共振现象。一旦输入信号的频率离开噪声能量集中的低频区域，那么随机共振现象会迅速弱化消失，而增大噪声强度虽然可以扩展低频能量区域，但这种扩展不仅非常有限，而且很难重新选择到信号使之达到随机共振。因此相对而言，随机共振对输入信号的频率更敏感一些。由于随机共振理论研究的是小参数信号，即信号的幅度和频率以及噪声的强度都是小参数，因此当面对大强度的噪声或大频率的信号时，特别是含有多个频率成分的大频率信号，小参数的随机共振理论将失效而无法使用。因此，如何利用随机共振技术不失真地检测出大频率、多成分的弱周期方波(以下简称方波，不是指非周期方波)信号，并能将此信号进行后续分析应用是攻破此项技术的难点所在，也对在强噪声背景下的方波信号检测分析具有很强的实用价值。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种变尺度随机共振方波检测装置，为精细信息分析和信号处理提供一种新的信息检测技术。

以下结合附图对本实用新型的技术方案予以说明。程控变距随机共振方波检测系统，具有传感器1、程控频率变距模块2、双稳模拟电路3、程控频率复距模块4、24位A/D转换芯片5、中央32位微处理器6、通用控制和用户交互芯片7、存储器模块8、电源时钟电路9、通用接口控制电路10、24位D/A转换芯片11、DSP协处理器12和滤波模块13等。其具体连接方案为：由传感器1、程控频率变距模块2、双稳模拟电路3、程控频率复距模块4、滤波模块13以及24位A/D转换芯片5按所述顺序串联连接后，以24位A/D转换芯片5作为输出端并联于系统总线。通用控制和用户交互芯片7、存储器模块8、电源时钟电路9和通用接口控制电路10、24位D/A转换芯片11各自独立并联于系统总线。中央32位微处理器6与DSP协处理器12串接后亦并联于系统总线(如图1)。信号检测处理的具体技术方案为：由传感器1实测的信号作为原始数据依次送入程控频率变距模块2、双稳模拟电路3、程控频率复距模块4(程控频率复距模块4将该随机共振信号进行频率与振幅的调整)、滤波模块13和24位A/D转换芯片5。由24位A/D转换芯片5经系统总线将信号输出给中央微处理器6与DSP协处理器12进行处理。中央32位微处理器6与DSP协处理器12的处理信息亦通过系统总线与程控频率变距模块2、程控频率复距模块4、通用控制和用户交互芯片7、存储器模块8、电源时钟电路9、通用接口控制电路10、24位D/A转换芯片11进行信息交换。即信号频率经程控频率变距模块2将根据设定的频率判定条件，使频率变距并将频率变距系数保存在存储器模块8中，以满足后续的双稳模拟电路3实现随机共振的要求。双稳模拟电路3由运算放大器所组成的模拟电路来实现(如图2所示)，其中s(t)是双稳系统的输入，x(t)是双稳系统的输出。双稳模拟电路3输出的信号由程控频率复距模块4进行信号恢复。中央32位微处理器6与DSP协处理器12对系统内部所有控制与运算信号的准确处理是由并联于系统总线上的通用控制和用户交互芯片7、存储器模块8、电源时钟电路9和通用接口控制电路10、24位D/A转换芯片11的正确运行与协调控制操作所保证的。

附图说明

图1为本实用新型系统连接原理图。

图2为双稳模拟电路图。

图3为程控频率变距模块组成示意框图。

图4为程控频率复距模块组成示意框图。

图5为程控频率变距模块控制流程图。

图6为程控频率复距模块控制流程图。

图7为原始周期方波曲线图。图中：横坐标为时间轴，其刻度为2ms；纵坐标为电压值，其刻度为100mV。幅值为0.2V