[发明专利]一种精密测量频率的方法和装置

权利要求书

1.一种精密测量频率的装置，包括振动测量传感器、与传感器连接的电容电压转换电路、与电容电压转换电路连接的放大电路、与放大电路连接的滤波电路和与滤波电路连接的信号处理电路；其特征在于：

所述振动测量传感器是由一装有液体和气体的桶体和作为电容传感器的桶盖组成；桶体中的液体为可以传播振动的水，液体之上为气体段，作为振动振幅放大装置，桶盖的顶部是固定导电的金属极板，该金属极板作为电容传感器的定极板，定极板下方是镀有导电金属的薄膜，该薄膜可以随外界的振动而振动；

所述气体段为锥形结构，下端面积大于上端面积，当振动特性通过介质水传播到放大装置下端时，放大装置下端随液体以一定的频率和幅度振动，振动特性通过气体放大装置传播到放大装置顶部，由于谐振动的振动能量与它的振幅成正相关的关系，根据能量守恒定律，放大装置顶部的振动幅度大于振幅放大装置底部的振动幅度；

所述信号处理电路包括模数转换器（A/D）、现场可编程门列阵（FPGA）和中央处理单元（CPU）；

所述A/D转换器用于把模拟信号转换为数字信号，并输入FPGA；

所述FPGA电路完成电容电压转换电路输出信号的采样，并把数据存在构造于FPGA内部的存储区内；

所述中央处理单元CPU连接现场可编程门阵列FPGA，控制现场可编程门阵列FPGA发出A/D采样控制命令，在采样完成后，中央处理单元CPU负责从FPGA内读取电压信号的A/D采样数据，中央处理单元CPU内置细分插补算法模块，通过细分插补算法模块计算出数据起点和终点所对应的时刻，进而确定每一组数据的时间，然后根据时间和频率的关系精确计算出机械振动的频率。

2.根据权利要求1所述的精密测量频率的装置，其特征在于：所述电容电压转换电路是以集成块CAV424为核心的电路，它把电容的变化转化为电压的变化。

3.根据权利要求1所述的精密测量频率的装置，其特征在于：所述放大电路采用电压串联负反馈放大电路，它以电压形式求和，稳定输出电压。

4.根据权利要求1所述的精密测量频率的装置，其特征在于：所述细分插补算法模块根据FPGA中存储的A/D采样信号来确定过零点前后两个采样点所对应的时刻；然后以过零点前后两个采样点为基准，用拟合的方法对采样点进行细分插补，确定电压信号过零点所对应的时刻。

5.利用权利要求1-4所述的精密测量频率的装置进行振动频率测量的方法，其特征在于：

首先采样，将振动传感器的桶体正放置在振动源上，由中央处理单元CPU控制现场可编程门阵列FPGA发出A/D采样控制信号，放大电路对电容电压转换后的电信号进行放大后，再由滤波电路对电压信号进行滤波，由A/D转换电路对电压信号进行采样，采样数据先存储在构造于FPGA内的存储区内；

采样完成后，由中央处理单元CPU首先从FPGA内读取电压信号的A/D采样数据，采用通过细分插补算法模块精确计算出数据起点和终点所对应的时刻，进而精确确定每一组数据的时间，然后根据时间和频率的关系精确计算出机械振动的频率。

6.根据权利要求5所述的振动频率测量方法，其特征在于：所述细分插补算法模块是根据FPGA中存储的A/D采样信号来确定过零点前后两个采样点所对应的时刻；然后以过零点前后两个采样点为基准，用拟合的方法对采样点进行细分插补，确定电压信号过零点所对应的时刻。