汽轮机蒸汽湿度测量系统的频率跟踪设计

图2中，当f1f0时，谐振腔的输出包络与输人调制信号频率相同、相位相反；当f1>f0时，谐振腔的输出包络与输入调制信号频率相同、相位相同；当f1=f0时，谐振腔的输出为幅度很小的绝对值信号。由上分析可知，对谐振腔输出信号进行幅度和相位鉴别，即可得f0与f1的关系。因此确定频率跟踪系统分别由鉴幅和鉴相两部分组成。首先，对谐振腔的输出信号进行幅度鉴别，由于谐振腔谐振时，输出信号为幅度很小的绝对值信号。可近似为0；谐振腔不发生谐振时，输出信号的幅度很大，所以先对谐振腔的输出进行幅度鉴别，再根据鉴幅结果进行相位检测。

4 频率跟踪的实现
4．1 频率跟踪硬件设计
幅度鉴别可通过检波器、直流放大器及比较器实现；相位鉴别则通过乘法器、低通滤波器、直流放大器以及比较器实现。图3给出频率跟踪系统框图。图中两个比较器的输出信号用于控制单片机的DACl2模块，将这两个输出信号读入单片机，使其输出准确调节VCO，从而保证VCO的输出与谐振腔的谐振频率保持一致。单片机可以实现频率跟踪的智能化。

在硬件设计中，两个比较器的参考电压非常重要。系统中．当谐振腔谐振时反射的微波信号功率约为一9 dBm，反射信号经环形器进入检波器的功率约为一9．5 dBm，此时检波器的输出电压信号约为150 mV，该信号太小，需对其放大，再进入比较器1。该硬件设计中，直流放大器的倍数设定为10．因此比较器l的参考电压设置为1．2 V。用PROTEL软件对鉴幅部分仿真，当峰值检波电路的输入电压小于1．2 V时，仿真取l V，鉴幅部分的输出电压约为200 mV，输入单片机为0：当峰值检波电路的输入电压大于1．2 V时，仿真取2 V，鉴幅部分的输出电压约为5 V，该输出电压值取决于与门的直流工作电压。图4给出鉴幅仿真结果。

在正常工作下，乘法器需要对同相和反相两种情况作出判断，所以乘法器有两种有效输出。即：

当谐振腔的输出信号与VCO的输出信号同相时，乘法器的输出为正直流电压和VCO输出信号的二次谐波；当谐振腔的输出信号与VCO的输出信号反相时，乘法器的输出为负直流电压和VCO输出信号的二次谐波，经低通滤波后，只剩下正或负直流电压，因此比较器2的参考电压可设为0 V。图5为乘法器输出仿真。