基于FPGA的高精度频率测量系统设计及应用

来源：计算机测量与控制杂志2024年第9期北京时间：

作者：杨奥,向星岩,王刚,陈伟,赵利强

单位：北京化工大学 信息科学与技术学院

摘要：针对石英晶体微天平(QCM)传感器应用于气体检测需要高精度频率测量,设计了一种基于FPGA的高精度频率测量系统。提出了一种基于锁相环的等精度频率测量方法,降低了频率测量的理论相对误差。设计了频率测量系统整体架构,根据整体架构完成了基于FPGA的高精度频率测量系统硬件电路,设计了一种包括频率测量、通讯、程序固化等模块的嵌入式软件,实现了基于FPGA的高精度频率测量系统的集成,并将其应用于基于QCM的二氧化碳气体浓度检测。实验结果表明,频率系统测量绝对误差不超过0.35Hz,误差平均值为0.268Hz,最大相对误差为3.5×10-8,频率测量分辨率可以达到0.1Hz,该系统测量误差较小,稳定性较好,在基于QCM的二氧化碳气体浓度检测中具有较好的应用前景。

关键词：FPGA;频率测量系统;等精度测量;锁相环;气体检测

基金资助：国家重点研发计划课题(2021YFB3200403)