一種混沌檢測電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微弱信號檢測領(lǐng)域，尤其涉及用于檢測微弱信號的混沌檢測電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 混沌理論應(yīng)用于信息檢測是現(xiàn)階段混沌學(xué)發(fā)展的主要趨勢之一。混沌檢測利用混 沌的固有特性一一初值敏感性對微弱信號進行檢測，可在金屬探測、超聲波液位檢測、機械 設(shè)備的齒輪故障檢測等眾多領(lǐng)域中應(yīng)用。從符號動力學(xué)看，初值與系統(tǒng)運動軌跡在一定的 時間內(nèi)是一一對應(yīng)的，初始值的細微變化量可以采用符號動力學(xué)分析方法高精度測量，從 而可以應(yīng)用于微弱信號的檢測。
[0003] 國內(nèi)外出版物上公開發(fā)表過的混沌檢測電路實驗，有些只能對大于某臨界值的微 弱信號的進行探測，卻不能將其進行數(shù)字化測量。如山東大學(xué)博士生胡文靜在2012年的 博士學(xué)位論文《用于金屬探測的混沌陣子系列研宄》中提出一種改進的L-Y檢測電路并在 金屬探測器進行了初步的實驗，只有調(diào)整電壓到臨界值，才能探測到微弱信號，并不能準確 測量其探測信號值；有些雖然可用于微弱信號的直接數(shù)字化測量，精度也較高，但其代價是 實現(xiàn)的檢測電路更復(fù)雜，對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《小信號混沌檢測研宄》提到的貝努力映射型混沌 AD/轉(zhuǎn)換電路實驗，邏輯控制采用ATLERA公司的CPLD型號為EPM7128SLC84-15芯片，價格 偏貴。再如浙江大學(xué)博士生金文光在2003年的博士論文《小信號混沌動力學(xué)測量研宄》中 提出了混沌電路的耦合消除混沌測量噪聲的新方法和有源積分式混沌測量電路抑制噪聲 來提高測量精度，電路耦合需要兩個或兩個以上測量的電路進行耦合，而有源積分則需要 多個積分器抑制電路中的噪聲，其缺點是增加電路的復(fù)雜性，同時也增加了成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(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、檢測結(jié)果精確 的混沌檢測電路。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可以通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：
[0006] -種混沌檢測電路，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電壓相比較。
[0007] 進一步的，所述充電恒流源模塊包括第一運算放大器和第二運算放大器，所述第 一運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 第一運算放大器的負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 運算放大器的負輸入端還通過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算放大器的正輸入端連接，所述第二運算放大器的負 輸入端與其輸出端短接，其輸出端還通過第二電阻與第一運算放大器的正輸入端連接。
[0008] 進一步的，所述放電恒流源模塊包括第三運算放大器和第四運算放大器，所述第 三運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電源，所述 第三運算放大器的負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 運算放大器的負輸入端還通過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算放大器的正輸入端連接，所述第四運算放大器的負輸入 端與其輸出端短接，其輸出端還通過第七電阻與第三運算放大器的正輸入端連接。
[0009] 進一步的，所述邏輯控制電路包括模擬開關(guān)和單片機，待測信號、所述第五電阻與 第二運算放大器正輸入端之間的節(jié)點、以及所述第十電阻與第四運算放大器正輸入端之間 的節(jié)點分別連接模擬開關(guān)的三個常開端，所述模擬開關(guān)其中三個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極接地，所述模擬開關(guān)其中三個控制端分別與單片機的 三個輸入/輸出端連接，所述單片機的復(fù)位端連接復(fù)位電路，所述復(fù)位電路連接第一電阻， 所述單片機的晶振輸入端和晶振輸出端連接外部晶振電路。
[0010] 進一步的，所述比較器的正輸入端連接充放電電容的正極，所述比較器的負輸入 端連接基準電壓，所述比較器的輸出端連接單片機其中一個輸入/輸出端。
[0011] 進一步的，所述基準電壓為0-10mV。
[0012] 進一步的，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)點連接單片機的復(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)點連接單片機的 晶振輸入端，所述第一電容與晶體振蕩器之間的節(jié)點連接單片機的晶振輸出端。
[0014] 進一步的，所述比較器為電壓比較器。
[0015] 進一步的，所述模擬開關(guān)的型號為MAX333CPP，所述單片機的型號為STC89C52。
[0016] 本發(fā)明不需要AD轉(zhuǎn)換就能測出微弱信號，測量分辨率比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的，成本低廉，適合推廣，且測量結(jié)果精度能達 到5%，滿足一般的檢測微弱信號的要求。
【附圖說明】
[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是不同待測信號值相同位數(shù)符號序列的混沌軌道；
[0020] 圖7-8是相同待測信號值不同位數(shù)符號序列的混沌軌道；
[0021] 圖9是待測信號以及加上噪聲后信號的模型仿真軌跡。
【具體實施方式】
[0022] 下面將結(jié)合附圖以及【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的說明：
[0023] 如圖1所示，混沌檢測電路以倒鋸齒映射為模型，對輸入的待測信號初始值 進行迭代，得到一條軌道。具體迭代過程為：輸入待測信號初值Us，給電容C充電到電 容電壓Uc等于待測信號初值Us，斷開待測信號開關(guān)K3。當(dāng)一個時鐘周期脈沖CLK到 達邏輯電路G時，G輸出信號接通放電恒流源12,讓電容C放電。電容電壓Uc等于0V 時，斷開放電恒流源12,接通充電恒流源I1，給電容C充電，因為電容充放電的過程為
，，若i(U為恒流源，即i(U為常數(shù)，則電 容充放電過程是線性的，控制充電速率I1是放電12的2倍。當(dāng)下一個時鐘周期脈沖過來 時，斷開充電恒流源I1，接通放電恒流源12,給電容C放電。如此重復(fù)，形成一個充放電的 過程，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。從第一個放電周 期開始，記錄電容C從充電翻轉(zhuǎn)到放電時刻的電壓，得到的一系列軌道點，可得到的符號序 列計算出待測電壓Us，對應(yīng)的計算公式為：
[0025] 如圖2所示，本發(fā)明所述的混沌檢測電路，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的電壓與基準電壓相比較。
[0026] 優(yōu)選的，充電恒流源模塊包括第一運算放大器U2A和第二運算放大器U2B，其中第 二運算放大器U2B作為電壓跟隨器，第一運算放大器U2A作為放大器。第一運算放大器U2A 的正輸入端連接第一電阻R1的一端，第一電阻R