闭环反馈控制系统（精选5篇）
闭环反馈控制系统 第1篇
在逆变电源设计中,多台逆变器并联运行是提高电源容量和增加系统可靠性的有效方法。逆变器并联运行的关键在于负载电流的分配,要使负载电流在每台逆变器之间均匀分配,就需要保证每台逆变器输出电压的幅值、相位及频率保持一致,否则将产生环流。负载电流分配不均将有可能造成个别逆变器过载,此外环流的存在将降低整个并联系统的效率及可靠性[1,2,3]。
目前,常用的逆变器并联控制策略主要有主从控制[4,5]、无互联线控制[6,7,8]及分散逻辑控制[9,10,11,12]3种,其中以采用环流功率进行均流控制的分散逻辑控制应用最为广泛。该控制思想是由建立在并机阻抗为感性基础上的电力系统同步电机并网理论演化而来,认为输出有功功率取决于相位差,输出无功功率取决于幅值差[13]。但是,为了减小装置的体积和提高系统的输出特性,一般采取减小甚至去除并机电感的并联方式,此时,逆变器的并机阻抗特性受逆变器反馈控制参数的影响较大,并联系统的均流性能不理想[14]。
本文分析了电压电流双闭环反馈控制单相逆变器并联系统中环流与逆变器基准信号幅值和相位的关系,提出了一种对逆变器输出电流进行有功、无功分解,然后对基准信号的幅值和相位进行解耦控制的并联控制策略,实验结果验证了该控制策略的可行性和有效性。
1 逆变器并联控制原理
单相逆变器由逆变桥和LC输出滤波器组成,通常采用输出电容电压瞬时值和滤波电感电流瞬时值双闭环反馈控制结构。电压外环采用比例积分(PI)调节器,控制输出电压uo跟踪基准正弦波电压uref的变化,kPu和kIu分别是PI调节器的比例和积分系数,PI调节器的输出作为电流给定iref;电感电流内环采用比例(P)调节器,kPi为比例调节系数,控制电感电流iL跟踪电流给定iref的变化,提高系统的动态响应能力。双闭环反馈控制的单相逆变器结构框图如图1所示。
双闭环反馈控制单相逆变器可以看作是理想电压源和其等效输出阻抗的串联,理想电压源的电压值为逆变器的空载输出电压。
其中,G(s)是增益系数,Z(s)为等效输出阻抗,它们都与逆变器输出滤波器参数L、C和双闭环反馈控制参数kPu、kIu、kPi有密切的关系,如式(2)和式(3)所示。
由于等效输出阻抗为复阻抗,可看作是纯电阻和纯电感串联构成,因此,可以把2台双闭环反馈控制单相逆变器构成的并联系统等效为如图2所示电路。
图2中
2台逆变器间的环流定义为[15]
在并联逆变器系统设计中,每个逆变器模块的参数都相同,因此有
其中,uref1、uref2分别为2台逆变器模块的基准正弦波信号。
环流可以分解为有功环流和无功环流,当2台逆变器基准信号相位相同而幅值变化时,基准信号电压幅值大的逆变器发出有功环流和无功环流,而基准信号电压幅值小的逆变器则吸收有功环流和无功环流。当基准信号电压幅值相同而相位变化时,基准信号相位超前的逆变器发出有功环流,吸收无功环流,而基准信号相位滞后的逆变器则吸收有功环流,发出无功环流。
2 有功电流和无功电流分解
逆变器并联控制的关键是控制每个逆变器模块的有功电流和无功电流,只要并联系统中每个逆变器模块的有功电流和无功电流完全相等,逆变器模块之间就没有电流环流,负载电流就能够在并联系统中均匀分配。
传统理论中的有功和无功都是在平均值基础上定义的,而瞬时无功理论是在瞬时值的基础上定义,不仅适用于正弦波,也适用于非正弦波和任何过渡过程。对于单相逆变器而言,要想计算有功电流和无功电流的瞬时值,都需要借助于瞬时无功理论中的方法。
由于瞬时无功理论是基于三相系统来定义的,对于单相逆变器,首先需要根据输出电流io构造三相电流[16],令
将ia延时π/(3ω)并反相得到ic,再用ia和ic构造ib得:
显然,ia、ib、ic为对称的三相电流,然后将其变换到α-β轴上得到瞬时分量iα和iβ:
再运用瞬时无功功率理论对其进行d-q变换,即可得到单相逆变器输出的有功电流和无功电流:
矩阵Cpq中sinωt是与逆变器输出电压同频的正弦波,它是由PLL电路得到的。
利用瞬时无功理论对单相逆变器输出电流进行有功和无功分解的原理框图如图3所示,分解得到的有功电流ip和无功电流iq经过低通滤波器(LPF)滤除高频分量后就得到了有功电流和无功电流的瞬时值和。
3 并联控制策略实现
在并联系统中,第i台逆变器模块输出的有功功率、无功功率与该模块输出电压的幅值和相位的关系满足:
根据式(12)可以得到根据有功环流和无功环流进行逆变器输出电压幅值、相位调节的解耦控制策略,如图4所示。通过对逆变器模块输出电压幅值和相位的调节,使每个逆变器模块输出相同大小的有功电流和无功电流,消除逆变器模块之间的电流环流,从而使各模块输出电流实现完全均流。
在逆变器模块中,对输出电压、输出电流的瞬时采样,计算输出的有功电流和无功电流,以及解耦控制策略的实现,都可以由数字信号处理器完成。
4 实验结果
基于上述分析及设计,本文使用2台2 k V·A的逆变器进行并联实验。逆变电源的输出滤波电感为500μH,输出滤波电容为10μF,逆变电源的输入直流母线电压为200 V,输出交流电压为110 V/50 Hz,双闭环反馈控制参数为kPu=5,kPi=1,kIu=100。闭环控制、解耦算法和SPWM控制信号产生都由TI公司数字信号处理芯片TMS320F2812处理器完成。
图5和图6为稳态时2台逆变器的输出波形,图7和图8分别为突增负载电流(负载电阻从50Ω改变为15Ω)和突减负载电流(负载电阻从15Ω改变为50Ω)时2台逆变器的输出电流波形,从实验波形可以看到,系统中2台逆变器的输出电流一致性非常好,负载电流被均匀的分配到了2台逆变器中。在稳态时,2台逆变器的环流非常小,在突增负载和突减负载时,也能很好地均流。
5 结论
闭环反馈控制系统 第2篇
容错式闭环反馈惯性/卫星组合系统设计
为了实现高动态载体运动参数的实时测量,设计容错式闭环反馈惯性/卫星组合系统,给出了容错式闭环反馈组合系统的结构和组合算法的实现时序.对抗干扰能力较强的H8滤波算法在惯性/卫星组合系统滤波估计中的应用进行了研究,设计了相应的算法.仿真结果表明了所设计的组合结构及其算法能有效地改善载体位置和速度的`测量精度,提高测量系统的可靠性,给后期的工程实现提供了有效的算法和依据.
作 者：屈新芬 李世玲 程永生 苏伟 QU Xin-fen LI Shi-ling CHENG Yong-sheng SU Wei 作者单位：中国工程物理研究院,电子工程研究所,四川,绵阳,621900刊 名：信息与电子工程 ISTIC英文刊名：INFORMATION AND ELECTRONIC ENGINEERING年，卷(期)：6(6)分类号：V249.32+4关键词：H8滤波 容错 惯性/卫星组合系统 闭环反馈
闭环反馈控制系统 第3篇
1 资料与方法
1.1 一般资料
选取2015年7月至2016年4月在我院手术后留置管道患者作为研究对象,根据是否使用闭环负反馈控制原理分为观察组与对照组,排除精神障碍、老年痴呆、肢体活动障碍、术后只留置氧管及浅静脉留置针者。观察组261例,男146例,女115例,年龄10~88岁,管道滑脱11例,其中伤口引流管5例,留置尿管3例,深静脉置管2例,胃管1例。对照组253例,男142例,女111例,年龄12~86岁,管道滑脱31例,其中伤口引流管11例,留置尿管9例,深静脉置管7例,胃管2例,胸腔引流管及腹腔引流管各1例。两组患者在年龄、性别、基础疾病等方面比较,差异无统计学意义(P>0.05),具有可比性。
1.2 方法
1.2.1 团队管理
护理部培养管道专科护士2名;各参与科室按要求选派1名骨干责任护士作为科室闭环负反馈系统联络员;大外科组将各科室护士长、专科护士及联络员组成以护士长为核心,专科护士为主导的闭环负反馈控制系统管理团队。
1.2.2 知识培训
每季度由专科护士对联络护士进行管道维护、并发症处理、评估、防范措施等知识培训及考核,联络护士再组织本科室护士进行学习及考核。
1.2.3 建立管道滑脱风险上报系统
经评估科室有高危风险管道滑脱的患者,联络护士按要求上报专科护士,专科护士要在有效时间内予以现场指导,并将反馈通报联络护士。联络护士应督促科室反馈结果的落实,定期上报专科护士落实情况及效果。
1.2.4 专科巡查
专科护士每月巡查科室1次,检查科室培训、考核情况、管道风险评估准确率、防范措施落实率等。
1.2.5 反馈运行
将联络护士及科室护士每次考核成绩、护士管道风险评估准确率、预防措施落实率作为闭环负反馈控制系统的监控指标,在联络护士的反馈及专科护士巡查中及时发现问题,由闭环负反馈控制系统管理团队做出目标及措施修订。
1.3 评价指标
比较闭环负反馈控制原理应用前后护士管道风险评估正确率、防范措施落实率、护士考核达标情况。
1.4 统计学处理
采用SPSS17.0统计软件进行分析,计数资料以率表示,采用χ2检验,以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 两组管道滑脱率、护士管道风险评估正确率、防范措施落实率比较
观察组管道脱滑率低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);观察组护士管道风险评估正确率及防范措施落实率均高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。
2.2 闭环负反馈控制实施前后各科护士考核达标率比较
实施前70例,护士考核达标率为60.0%(42例);实施后71例,护士考核达标率90.1%(64例)。实施后护士考核达标率高于实施前(P<0.05)。
3 讨论
随着外科手术的发展,术后患者常留置多种管道作为治疗、观察及判断预后的依据,而管道滑脱事件呈逐年上升趋势。本研究将闭环负反馈理论运用到护理人员对管道的管理中,建立以护士长为核心,专科护士为质量监控点,科室联络护士为信息反馈点的闭环负反馈管理系统。
3.1 有效降低管道滑脱率
此管理系统突出过程中抓关键点,使得在管道滑脱管理中更容易发现问题,并通过反馈、监控点反馈的信息,让整改措施高效实施,落实到位,从而较少护理纠纷,提高医院护理质量。
3.2 抓住管道护理中的关键环节,有效发挥专科护士优越性
护士是预防管道滑脱工作的最重要一环[8],专科护士在管道护理领域具有较高水准,能指导其他护理人员。参与本研究各科室均建立闭环负反馈信息监控、反馈点,并由专科护士为主导定期开展专科巡查,给予护理人员知识培训。在发挥专科护士优越性的同时,提高护理人员管道滑脱的评估及防范能力,减少管道滑脱的发生率,保障患者安全。
3.3 增强护士管道评估和预防管道滑脱的防范能力
通过定期培训考核、专科护士督导、联络护士的定时反馈,对管道滑脱风险评估、上报、护理措施落实到位,应急处置能力均得到了很好的锻炼与提高。
3.4 提高高危管道滑脱的预警
预报拔管风险是防止患者拔管发生的前提和基础[9],科室根据闭环负反馈控制系统管理团队要求进行培训考核,护士的参与意识和责任感增强,高危风险管道均能做到及时上报,专科护士24 h内对上报做出反馈,反馈信息做到及时、准确,能有效指导科室落实措施,防止了高危管道的非计划拔管。
综上所述,闭环负反馈理论能有效提高管道滑脱风险评估准确率,切实起到防范作用,从而降低手术后患者管道滑脱,提高护理质量。
摘要：目的 探讨闭环负反馈控制在术后管道护理质量控制中的应用。方法 选取2015年7月至2016年4月术后留置管道患者作为研究对象,根据是否使用闭环负反馈控制原理分为观察组与对照组,比较两组管道护理的效果。结果 观察组管道滑脱率为4.2%,低于对照组的12.3%;观察组护士管道风险评估的正确率为96.9%,高于对照组的85.4%;观察组防范措施落实率为91.6%,高于对照组的74.7%;差异均有统计学意义(P<0.05)。结论 闭环负反馈控制法应用于管道管理质量控制中,有利于提高护理人员的管道护理技能,强化护理人员的质量意识和参与意识,降低了管道滑脱的风险率。
关键词：闭环负反馈控制,管道滑脱,应用
参考文献
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闭环反馈控制系统 第4篇
关键词：根因分析,正反馈闭环管理,门诊,护理风险
护理风险被定义为可能发生于护理全过程中的所有不安全事件, 任何护理行为均与一定的护理风险相伴[1,2], 而门诊由于是医院各部门中就诊者流动量最大、病种类型及用药类型最为繁多且护理人员相对较少、护理力度相对较弱的地方, 故而存在着较高的护理风险[3], 极有必要采取科学先进而适宜的护理风险管理方式, 加强就诊者就诊范围内的护理安全保障, 保证就诊者获得安全而优质的护理服务[4]。科学的护理风险管理模式应当具备2个主要特征, 一是对风险事件高危因素的准确认定, 一是对风险管理效能的有效提高。根因分析法是一种系统化的回顾性不良事件分析方法, 在对系统及流程中高危风险因素的确定方面十分有效[5,6], 而正反馈闭环管理则是一种新型的能够有效提高管理效能的管理方式, 其核心方法在于导入并应用新型激励机制, 完成管理系统自开放性向正反馈闭环管理方向的转变, 通过系统自身强大自激力的形成来促进系统整体性良性发展[7]。基于根因分析法及正反馈闭环管理在准确认定风险事件高危因素和有效提高管理效能方面的积极作用, 本研究尝试将基于根因分析的正反馈闭环管理模式应用于我院门诊护理风险管理实践之中, 取得较满意效果。现报告如下。
1 资料与方法
1.1 一般资料我院门诊部现有护理人员55名, 中专、大专、本科、本科以上学历者分别为21 人、19 人、12人、3人, 护士、护师、主管护师、副主任护师分别为23人、17人、13人、2人。基于根因分析的正反馈闭环管理模式应用前后的门诊护理人员变化情况经过统计学处理, 差异无统计学意义 (P>0.05) , 人员变化对本研究结果不产生影响。随机选择基于根因分析的正反馈闭环管理模式应用前 (2014年6月—2014年12月) 与应用后 (2015 年1 月—2015 年6 月) 门诊病人各500例, 应用前后两组门诊病例在病种类型、年龄、性别等比较, 差异无统计学意义 (P>0.0 5) , 具有可比性。
1.2 方法
1.2.1 运用根因分析法确定门诊护理风险事件高危因素 ①组建门诊护理风险根因分析小组。由门诊护士长任根因分析小组组长, 两名资深门诊护士任副组长, 门诊全体护理工作者为小组成员。组长及副组长参加由医院护理部组织的根因分析法专项培训, 培训合格后负责对全体小组成员实施相关培训。②查找近端原因并确定根本原因。门诊护理风险根因分析小组成员对基于根因分析的正反馈闭环管理模式应用前发生的38例门诊护理风险事件进行细致深入的调查与分析, 结合门诊护理实际工作, 小组成员集体讨论, 采用“头脑风暴法”, 逐一实施原因分析, 确定我院门诊护理风险事件根本原因为:护理人员自身素质因素 (工作态度不认真、不遵循规章制度、安全意识薄弱、安全护理能力欠缺等) 、护理管理因素 (安全管理制度欠完善、护理流程欠优化合理、安全护理管理制度落实不到位) 。
1.2.2 运用正反馈闭环管理系统理论, 针对运用根因分析法确定的门诊护理风险事件高危因素提出整改策略, 加以落实并实施有效性跟踪评价
1.2.2.1 针对运用根因分析法确定的门诊护理风险事件高危因素召开反馈及整改专项会议, 提出整改具体策略 ①对门诊护理人员开展护理安全教育, 采用多种教育形式如典型护理风险事件案例的图片展示、影像资料播放等, 帮助门诊护理人员通过对生动翔实的护理风险事件案例的学习, 对护理风险事件所导致的护患双方严重伤害性产生深刻认识, 提高护理风险安全意识, 自觉以认真严肃细致的工作态度实施护理活动, 主动遵循规章制度;②强化门诊护理人员护理风险管理知识与技能的学习。将传统教育方式与现代化教育方式进行适宜化组合, 采用基础理论知识集中性课堂讲授、典型护理风险事件预防及紧急处置微剧本展演、疑难护理风险事件讨论、护理风险事件应急处置角色扮演与模拟演练等生动活泼的教育形式, 将门诊护理风险事件的类型、特征、危险因素以及门诊护理风险优化管理与处置程序 (识别、分析、处理、控制) 等知识与技能传播给门诊全体护理工作人员。③由门诊护士长为主导, 全体护理人员共同参与, 经过初稿形成-实施-评价-修订等科学程序形成科学、严谨、全面、优化的门诊护理安全管理制度、安全护理流程, 并加以落实。④强化门诊护理安全管理质量控制工作, 形成门诊护理安全考评体系, 实施全员质量控制, 让门诊护理系统的每一个成员均熟知护理安全质控标准, 并主动地在日常工作中持续地实施护理安全质控。⑤建立每月门诊护理安全工作例会制度, 反馈上月门诊护理安全质控整改结果, 点名表扬获得积极整改效果的护理人员, 并请其现场传授护理安全风险管理经验, 形成激励机制;反馈当月护理安全问题并提出后续整改策略, 注意采用不同的方式处理门诊护理安全中所存在的共性与个性问题, 共性护理安全问题可于例会上进行重点强调和整改讨论, 涉及个别部门与人员的个性问题则避免传统的点名式批评方法, 而是于例会后与个性问题部门负责人或当事人实施面对面单独沟通, 真诚地向沟通对象指出问题所在, 了解沟通对象存在的导致问题出现的现实困难, 共同分析和讨论问题根源与改进策略。
1.2.2.2 持续性递进式跟踪评价门诊护理安全问题整改结果, 构建起具备强大内在自激性的门诊护理安全闭环管理系统运用鱼骨图、甘特图等科学的护理安全管理工具, 对每月门诊护理安全例会信息进行生动直观的再现与表达, 进行纵向比较分析 (护理整体月度间、季度间) 和横向比较分析 (各护理人员之间) , 对于符合常规反馈的项目 (已实现预期整改目标) 转入常规反馈轨道, 对于不符合常规反馈要求的项目 (未实现预期整改目标) , 继续查找和分析未达标的具体原因, 并根据分析结果及时修订整改策略, 加以重点持续落实, 直至预期整改目标的实现。通过持续性递进式跟踪评价门诊护理安全问题整改结果, 形成门诊护理安全管理长效反馈机制, 进而构建起具备强大内在自激性的门诊护理安全闭环管理系统。
1.3 观察指标及评价标准
1.3.1 门诊护理人员风险管理能力的评价指标参考国内研究者的相关研究结果, 自行设计门诊护理人员风险管理能力评价表[8]。该评价表包括护理风险管理态度 (41分) 、护理风险管理技能 (39分) 以及护理风险管理知识 (20分) 三维度合计10个条目。评价分值与护理人员的护理风险管理能力呈正比。
1.3.2 护理风险管理质量的评价指标采用门诊护理风险事件发生率和门诊护理相关投诉率做为门诊护理风险管理质量的评价指标, 分别统计基于根因分析的正反馈闭环管理模式应用前后发生于两门诊病例组中的护理风险事件例次和护理相关投诉例次, 护理风险事件发生率=护理风险事件发生例次/总入选门诊病例数, 护理相关投诉率=护理相关投诉例次/总入选门诊病例数。
1.4 统计学方法采用SPSS 13.0统计学软件对数据进行分析和处理, 计量资料用均数±标准差 (±s) 表示, 基于根因分析的正反馈闭环管理模式应用前后门诊护士风险管理能力的比较采用t检验, 应用前后门诊护理风险事件发生率和门诊护理相关投诉率的比较采用χ2检验, 以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
分
3 讨论
与医院其他部门及科室相比, 门诊部的主要特点是就诊者数量众多且流动性大, 疾病种类及用药种类数量庞大, 而护理供给量与护理人员应急处置能力却处于相对薄弱的状态, 导致门诊护理在分诊挂号、导医服务、用药治疗、检查配合、应急抢救等各护理环节中均存在着程度不等的护理风险[9]。成功识别门诊护理风险高危因素并通过持续改进来规避护理风险, 是保障门诊就诊者护理安全与质量的基础。本研究在门诊护理中实施基于根因分析的正反馈闭环管理, 研究结果显示, 门诊护理人员的风险管理能力显著高于应用前, 门诊护理风险事件发生率、门诊护理相关投诉率则显著低于应用前, 提示有效应用根因分析法在护理风险因素确定方面的优势及正反馈闭环管理在风险管理效能方面的优势, 有利于改变传统护理风险管理存在的治标不治本、风险管理效能缺乏持续性的缺点[10]。
运用根因分析法有利于对门诊护理风险因素的准确认定, 以便为进一步的持续改进提供有的放矢的策略制定依据。根因分析法是一种经过实践证实的行之有效的原因分析和认定方式, 本研究将根因分析法应用于门诊护理风险事件高危因素的认定过程, 可借助于该方法在原因分析方面的科学分析工具和深入的原因分析步骤, 使导致门诊护理风险事件出现的原因得以全面充分的暴露和剖析, 有效避免了传统护理风险管理整改方向的偏移, 落实了“做对的事比做对事更重要”的管理理念, 使后续护理风险管理整改策略能够紧密围绕门诊护理风险高危因素展开, 保证了整改策略的针对性与实效性。
运用正反馈闭环管理系统有利于实现对门诊护理风险的高效能管理。正反馈闭环管理系统做为一种科学而先进的管理模式, 为门诊护理风险管理提供了科学性与实践性兼备的管理指导原则与方法, 实现了门诊护理风险管理由传统开放式向闭环式这一科学系统管理方向的成功转变[11]。本研究在运用根因分析法对门诊护理风险因素实施准确认定的基础上, 对护理人员自身风险管理缺陷及护理风险管理缺陷等实施了多种形式的针对性整改, 并通过对反馈结果的定期总结和有效性跟踪评价, 以及激励机制所形成的系统内部强大自激性, 促使门诊护理风险管理在循环积累的过程中实现了对前期整改工作的不断超越, 进而获得了护理风险管理工作的阶梯式上升。
闭环反馈控制系统 第5篇
光纤磁场传感器具有灵敏度高、动态范围大、抗干扰能力强等优点,有非常大的发展潜力和应用前景,是当今磁场传感技术中的研究热点。其常用的光纤干涉仪主要是Mach-Zehnder和Michelson干涉仪。单独使用Mach-Zehnder光纤干涉仪和Michelson光纤干涉仪存在光学偏振态抖动引起信号衰落问题,如在Michelson光纤干涉仪的两反射端使用45°法拉第旋转器和反射镜构成的法拉第旋转镜代替传统Michelson干涉仪末端的普通反射镜,可较好地解决偏振感生信号衰落(PID)问题[1]。我们以及国内外相关研究的结果表明,该方法简单有效,无需任何其它附加的光信号处理,具有很强的实用性[2,3]。
干涉型磁场传感系统的不稳定主要有两方面:a.光纤干涉仪的光学偏振态漂移,我们采用了偏振无关Michelson光纤干涉仪来解决此问题;b.光纤干涉仪的偏置相位变化,即干涉仪的工作点漂移,为了使得干涉仪的工作点稳定在正交相位点处,一般采用正交反馈环路。由于干涉型光纤磁场传感器具有极高的灵敏性,因此对驱动、控制以及信号检测系统的稳定性和响应能力提出了很高的要求。电路系统必须能抑制环境温度、噪声等的干扰,从大噪声背景(包括地磁场)中提取出微弱信号。我们在以前工作的基础上,对相关问题开展研究,设计制作了闭合反馈电路系统,对其稳定性、灵敏度、噪声性能进行了测试,并对实验结果进行了分析。
1 磁场传感器系统的结构
我们设计的Michelson干涉型光纤磁场传感器的实验系统如图1所示,它由探头、零差正交反馈工作点稳定电路、差分信号检测电路以及交流磁激励电路组成[3,4]。信号通过差分后,一路通过低通滤波来控制PZT,使系统工作在正交相位工作点,即工作在相位检测最灵敏处;另一路通过锁定放大器等处理后输出信号,并形成反馈直流信号来控制最佳偏置磁场工作点。
以前虽然提出并做了一些闭环反馈工作,但效果并不理想。理论上系统中光纤信号臂的相位变化反映了待测信号的大小,但实际上它包含需要的待测信号和地磁场等干扰磁场信号。如何有效地抑制干扰磁场信号,提取待测的信号,就成了电路处理部分研究的重点。为了稳定系统的输出,减小噪声的影响,可采用负反馈,但负反馈的偏置有可能影响系统的灵敏度,因此必须首先加以解决。我们使用的稀土金属磁致伸缩材料对磁场的响应是非线性的,系统输出电压和外界合成磁场的关系如图2所示。在不同的磁场下(现实中有地磁场、环境噪声磁场等),单位磁场变化引起的系统输出电压变化是不同的。斜率越大,单位磁场变化所引起的输出电压变化量也越大;反之亦然。如图3所示,斜率最大点对应的磁场就是系统的最佳偏置磁场,这时,系统的灵敏度最佳。由于闭环反馈回去的是缓变甚至是直流信号,它通过线圈时产生磁场,我们可以通过控制
该直流信号获得所需要的最佳偏置磁场[5]。
由于反馈回去的直流信号是和载波信号相加后一起加载在激励线圈上。我们发现,当系统偏置在最灵敏状态时,由于系统待测模拟信号很小,通常为几十mV量级,因此即使载波信号有mV量级的微小变化,也会对系统输出有较大的影响,所以必须稳定载波信号,使其对系统响应的影响降到最小。以往的设计一般是把反馈信号从锁定放大器取出,并加到可调偏置积分器,但它容易与外围电路一起发生自激振荡,在调节偏置磁场时,会使载波信号在某一段偏置磁场下不能正常工作。为此,我们把积分电路改为了反相放大器,很好地解决了这一问题。
2 实验结果
实际电路中要注意电阻值的选取,使偏置电压能在一定范围内调节,从而使电路能对不同的探头提供相应的最佳偏置磁场,加上反馈后,可大大提高系统的灵敏度,系统输出只有mV量级以下的噪声变化,满足了实验所需的要求。闭环反馈电路对系统开机后一段时间内响应稳定性的影响如图4所示。在不加反馈时,系统开机后往往要经过一段较长的时间才能进入稳定状态,且输出响应存在较大PID现象;加上闭环反馈后,消除了PID现象,整个系统具有良好的灵敏度和稳定性。
在普通的实验室条件下,即没有对外界干扰磁场进行屏蔽时,对系统有无闭环反馈电路时对微弱磁场的响应进行了测试,测试结果如图5所示。可见,加上闭环反馈时的系统输出比无闭环反馈时略小,说明闭环反馈虽然对系统的稳定性有利,但是在一定程度上减小了信号的输出。所以是否用闭环反馈,应视具体情况而定。但两者的线性度都非常好,具有很好的可重复性。
通过频谱分析仪测得的系统噪声随时间的变化情况如图6所示。噪声频谱分布如图7所示。可见,在没有磁屏蔽的情况下,系统输出只有mV量级以下的噪声变化,说明此系统非常稳定。在1 Hz时噪声只有
3 总 结
我们主要对干涉型光纤弱磁场传感器闭合反馈电路稳定性进行研究,在原有基础上,对电路系统进行了改进,有效地提高了系统稳定性及对噪声的抑制能力。系统能够测试nT量级的磁场。在无磁屏蔽的情况下,系统在1 Hz时具有
参考文献
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