一種混沌檢測(cè)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微弱信號(hào)檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及用于檢測(cè)微弱信號(hào)的混沌檢測(cè)電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 混沌理論應(yīng)用于信息檢測(cè)是現(xiàn)階段混沌學(xué)發(fā)展的主要趨勢(shì)之一。混沌檢測(cè)利用混 沌的固有特性一一初值敏感性對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，可在金屬探測(cè)、超聲波液位檢測(cè)、機(jī)械 設(shè)備的齒輪故障檢測(cè)等眾多領(lǐng)域中應(yīng)用。從符號(hào)動(dòng)力學(xué)看，初值與系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)軌跡在一定的 時(shí)間內(nèi)是一一對(duì)應(yīng)的，初始值的細(xì)微變化量可以采用符號(hào)動(dòng)力學(xué)分析方法高精度測(cè)量，從 而可以應(yīng)用于微弱信號(hào)的檢測(cè)。
[0003] 國(guó)內(nèi)外出版物上公開(kāi)發(fā)表過(guò)的混沌檢測(cè)電路實(shí)驗(yàn)，有些只能對(duì)大于某臨界值的微 弱信號(hào)的進(jìn)行探測(cè)，卻不能將其進(jìn)行數(shù)字化測(cè)量。如山東大學(xué)博士生胡文靜在2012年的 博士學(xué)位論文《用于金屬探測(cè)的混沌陣子系列研宄》中提出一種改進(jìn)的L-Y檢測(cè)電路并在 金屬探測(cè)器進(jìn)行了初步的實(shí)驗(yàn)，只有調(diào)整電壓到臨界值，才能探測(cè)到微弱信號(hào)，并不能準(zhǔn)確 測(cè)量其探測(cè)信號(hào)值；有些雖然可用于微弱信號(hào)的直接數(shù)字化測(cè)量，精度也較高，但其代價(jià)是 實(shí)現(xiàn)的檢測(cè)電路更復(fù)雜，對(duì)儀器硬件等要求比較高，因此，制作成本也比較高。如西南理工 大學(xué)碩士生李虎明在2005年的碩士論文《小信號(hào)混沌檢測(cè)研宄》提到的貝努力映射型混沌 AD/轉(zhuǎn)換電路實(shí)驗(yàn)，邏輯控制采用ATLERA公司的CPLD型號(hào)為EPM7128SLC84-15芯片，價(jià)格 偏貴。再如浙江大學(xué)博士生金文光在2003年的博士論文《小信號(hào)混沌動(dòng)力學(xué)測(cè)量研宄》中 提出了混沌電路的耦合消除混沌測(cè)量噪聲的新方法和有源積分式混沌測(cè)量電路抑制噪聲 來(lái)提高測(cè)量精度，電路耦合需要兩個(gè)或兩個(gè)以上測(cè)量的電路進(jìn)行耦合，而有源積分則需要 多個(gè)積分器抑制電路中的噪聲，其缺點(diǎn)是增加電路的復(fù)雜性，同時(shí)也增加了成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種成本低廉、檢測(cè)結(jié)果精確 的混沌檢測(cè)電路。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可以通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0006] -種混沌檢測(cè)電路，包括充電恒流源模塊、放電恒流源模塊、充放電電容、邏輯控 制電路和比較器，所述充電恒流源模塊作為充放電電容的恒流充電電源，所述放電恒流源 模塊作為充放電電容的恒流放電電源，所述邏輯控制電路控制充放電電容充電和放電，所 述比較器將充放電電容的電壓與基準(zhǔn)電壓相比較。
[0007] 進(jìn)一步的，所述充電恒流源模塊包括第一運(yùn)算放大器和第二運(yùn)算放大器，所述第 一運(yùn)算放大器的正輸入端連接第一電阻的一端，所述第一電阻的另一端連接正電源，所述 第一運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端連接第三電阻的一端，所述第三電阻的另一端接地，所述第一 運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端還通過(guò)第四電阻與其輸出端連接，其輸出端還連接第五電阻的一 端，所述第五電阻的另一端與第二運(yùn)算放大器的正輸入端連接，所述第二運(yùn)算放大器的負(fù) 輸入端與其輸出端短接，其輸出端還通過(guò)第二電阻與第一運(yùn)算放大器的正輸入端連接。
[0008] 進(jìn)一步的，所述放電恒流源模塊包括第三運(yùn)算放大器和第四運(yùn)算放大器，所述第 三運(yùn)算放大器的正輸入端連接第六電阻的一端，所述第六電阻的另一端連接負(fù)電源，所述 第三運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端連接第八電阻的一端，所述第八電阻的另一端接地，所述第三 運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端還通過(guò)第九電阻與其輸出端連接，其輸出端還連接第十電阻的一 端，第十電阻的另一端與第四運(yùn)算放大器的正輸入端連接，所述第四運(yùn)算放大器的負(fù)輸入 端與其輸出端短接，其輸出端還通過(guò)第七電阻與第三運(yùn)算放大器的正輸入端連接。
[0009] 進(jìn)一步的，所述邏輯控制電路包括模擬開(kāi)關(guān)和單片機(jī)，待測(cè)信號(hào)、所述第五電阻與 第二運(yùn)算放大器正輸入端之間的節(jié)點(diǎn)、以及所述第十電阻與第四運(yùn)算放大器正輸入端之間 的節(jié)點(diǎn)分別連接模擬開(kāi)關(guān)的三個(gè)常開(kāi)端，所述模擬開(kāi)關(guān)其中三個(gè)公共端分別與充放電電容 的正極連接，所述充放電電容的負(fù)極接地，所述模擬開(kāi)關(guān)其中三個(gè)控制端分別與單片機(jī)的 三個(gè)輸入/輸出端連接，所述單片機(jī)的復(fù)位端連接復(fù)位電路，所述復(fù)位電路連接第一電阻， 所述單片機(jī)的晶振輸入端和晶振輸出端連接外部晶振電路。
[0010] 進(jìn)一步的，所述比較器的正輸入端連接充放電電容的正極，所述比較器的負(fù)輸入 端連接基準(zhǔn)電壓，所述比較器的輸出端連接單片機(jī)其中一個(gè)輸入/輸出端。
[0011] 進(jìn)一步的，所述基準(zhǔn)電壓為0-10mV。
[0012] 進(jìn)一步的，所述復(fù)位電路包括相互串聯(lián)的第十一電阻和第三電容，所述第十一電 阻與第三電容之間的節(jié)點(diǎn)連接單片機(jī)的復(fù)位端連接，所述第三電容的另一端連接第一電 阻，所述第十一電阻的另一端接地。
[0013] 進(jìn)一步的，所述外部晶振電路包括第一電容、第二電容和晶體振蕩器，所述晶體振 蕩器的一端連接第一電容的一端，所述晶體振蕩器的另一端連接第二電容的一端，所述第 一電容和第二電容的另一端均接地，所述第二電容與晶體振蕩器之間的節(jié)點(diǎn)連接單片機(jī)的 晶振輸入端，所述第一電容與晶體振蕩器之間的節(jié)點(diǎn)連接單片機(jī)的晶振輸出端。
[0014] 進(jìn)一步的，所述比較器為電壓比較器。
[0015] 進(jìn)一步的，所述模擬開(kāi)關(guān)的型號(hào)為MAX333CPP，所述單片機(jī)的型號(hào)為STC89C52。
[0016] 本發(fā)明不需要AD轉(zhuǎn)換就能測(cè)出微弱信號(hào)，測(cè)量分辨率比AD轉(zhuǎn)換高。而所采用到 的處理芯片、比較器等電路元件都是很低價(jià)的，成本低廉，適合推廣，且測(cè)量結(jié)果精度能達(dá) 到5%，滿(mǎn)足一般的檢測(cè)微弱信號(hào)的要求。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是本發(fā)明的原理圖；
[0018] 圖2是本發(fā)明的電路圖；
[0019] 圖3-6是不同待測(cè)信號(hào)值相同位數(shù)符號(hào)序列的混沌軌道；
[0020] 圖7-8是相同待測(cè)信號(hào)值不同位數(shù)符號(hào)序列的混沌軌道；
[0021] 圖9是待測(cè)信號(hào)以及加上噪聲后信號(hào)的模型仿真軌跡。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面將結(jié)合附圖以及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明：
[0023] 如圖1所示，混沌檢測(cè)電路以倒鋸齒映射為模型，對(duì)輸入的待測(cè)信號(hào)初始值 進(jìn)行迭代，得到一條軌道。具體迭代過(guò)程為：輸入待測(cè)信號(hào)初值Us，給電容C充電到電 容電壓Uc等于待測(cè)信號(hào)初值Us，斷開(kāi)待測(cè)信號(hào)開(kāi)關(guān)K3。當(dāng)一個(gè)時(shí)鐘周期脈沖CLK到 達(dá)邏輯電路G時(shí)，G輸出信號(hào)接通放電恒流源12,讓電容C放電。電容電壓Uc等于0V 時(shí)，斷開(kāi)放電恒流源12,接通充電恒流源I1，給電容C充電，因?yàn)殡娙莩浞烹姷倪^(guò)程為
，，若i(U為恒流源，即i(U為常數(shù)，則電 容充放電過(guò)程是線(xiàn)性的，控制充電速率I1是放電12的2倍。當(dāng)下一個(gè)時(shí)鐘周期脈沖過(guò)來(lái) 時(shí)，斷開(kāi)充電恒流源I1，接通放電恒流源12,給電容C放電。如此重復(fù)，形成一個(gè)充放電的 過(guò)程，邏輯電路G控制充電恒流源11和放電恒流源12給電容C充放電。從第一個(gè)放電周 期開(kāi)始，記錄電容C從充電翻轉(zhuǎn)到放電時(shí)刻的電壓，得到的一系列軌道點(diǎn)，可得到的符號(hào)序 列計(jì)算出待測(cè)電壓Us，對(duì)應(yīng)的計(jì)算公式為：
[0025] 如圖2所示，本發(fā)明所述的混沌檢測(cè)電路，主要包括充電恒流源模塊、放電恒流源 模塊、充放電電容C、邏輯控制電路和比較器U3A。其中，充電恒流源模塊作為充放電電容C 的恒流充電電源，放電恒流源模塊作為充放電電容C的恒流放電電源，邏輯控制電路控制 充放電電容C充電和放電，比較器U3A將充放電電容C的電壓與基準(zhǔn)電壓相比較。
[0026] 優(yōu)選的，充電恒流源模塊包括第一運(yùn)算放大器U2A和第二運(yùn)算放大器U2B，其中第 二運(yùn)算放大器U2B作為電壓跟隨器，第一運(yùn)算放大器U2A作為放大器。第一運(yùn)算放大器U2A 的正輸入端連接第一電阻R1的一端，第一電阻R