CN108759649A - 模拟式谐波激励源及实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了模拟式谐波激励源及实现方法，属于谐波信号激励源领域，包括：低频信号发生模块、高频信号发生模块、低频信号调节模块、高频信号调节模块、谐波信号发生模块、谐波信号优化模块、信号连接跳线、可调功率放大模块和负载。前级谐波发生模块包括：低频信号发生模块、高频信号发生模块、低频信号调节模块、高频信号调节模块、谐波信号发生模块、谐波信号优化模块；后级功率放大模块包括：可调功率放大模块及负载。前级谐波发生模块与后级功率放大模块通过信号连接跳线连接。本发明谐波信号发生器，能够实现谐波信号源频率和幅值的模拟量调节输出；作为谐波激励源，可对负载施加功率可调的谐波激励信号。

Description

模拟式谐波激励源及实现方法
技术领域
本发明涉及特殊信号激励源技术领域，具体涉及一种模拟式谐波激励源及实现方法，能够实现对电感性负载、电容性负载和纯电阻型负载端施加稳定、精确的谐波激励信号，并具有谐波频率和功率调节方便，输出谐波信号稳定的优点，可应用于铁磁类被测件(钢质管道、铁轨、储罐等)无损检测领域，谐波通信领域及医学成像检查等相关应用领域。
背景技术
油气管道是国民经济和社会发展的重要“生命线”，在国民经济中占有极为重要的战略地位，保障其平稳运行具有重要而深远的意义。国内外在油气管道检测方面做了大量的工作，提出了多种检测方法：电磁超声检测法、漏磁检测法、金属磁记忆检测法等，虽然部分技术在管道检测方面已取得了良好的效果，但是上述检测技术在实际应用中仍存在设备体积大、成本高、检测精度低以及无法实现管道全壁厚损伤检测等问题。作为常规五大无损检测技术之一的涡流检测技术，具有非接触式，无需耦合剂，检测灵敏度高，检测速度快等优点，现已广泛应用于金属材料的损伤检测领域。
目前，涡流无损检测技术往往采用高频正弦信号作为激励源，由于高频信号存在趋肤效应，导致检测深度低，无法实现管道的全壁厚检测，限制了其在检测领域的进一步推广和应用；同时，工程用涡流激励源存在电源体积大，工作稳定性差，频率及功率调整步骤繁琐甚至无法调整的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种模拟式谐波激励源及实现方法，目的在于实现以低频载波高频的谐波信号激励源；该谐波信号激励源中低频和高频成分的频率和幅值可通过模拟量调节，且谐波信号功率在一定范围内方便地调节。
为实现上述目的，本发明提供一种模拟式谐波激励源，包括：前级谐波信号发生模块(10)和后级功率放大模块(11)；
所述前级谐波信号发生模块(10)包括低频信号发生模块(1)、高频信号发生模块(2)、低频信号调节模块(3)、高频信号调节模块(4)、谐波信号发生模块(5)和谐波信号优化模块(6)；
所述低频信号调节模块(3)与所述低频信号发生模块(1)相连，用于调节低频正弦信号的频率和幅值；所述高频信号调节模块(4)与所述高频信号发生模块(2)相连，用于调节高频正弦信号的频率和幅值；
所述谐波信号发生模块(5)的低频输入端与所述低频信号发生模块(1)的输出端相连、高频输入端与所述高频信号发生模块(2)的输出端相连，用于通过运算放大器构成的加法求和电路对低频正弦信号和高频正弦信号进行谐波处理，并输出谐波信号源；
所述谐波信号优化模块(6)包括由运算放大器构成的前级电压跟随器模块(16)和由两节RC低通滤波器构成的后级低通滤波器模块(17)，用于实现谐波信号源的优化输出；所述前级电压跟随器模块(16)的输入端所述谐波信号发生模块(5)的输出端相连、输出端与所述后级低通滤波器模块(17)的输入端相连；
所述后级功率放大模块(11)包括由功率放大芯片及其外围电路构成的可调功率放大模块(8)和负载(9)，所述可调功率放大模块(8)的输入端通过信号连接跳线(7)与所述后级低通滤波器模块(17)相连、输出端与所述负载(9)相连。
作为本发明的进一步改进，所述低频信号发生模块(1)和高频信号发生模块(2)均由模拟量调节的信号发生芯片及其外围电路构成，用于分别产生低频正弦信号和高频正弦信号。
作为本发明的进一步改进，所述谐波信号发生模块(5)包括运算放大器IC2和电阻R1～R4，所述谐波信号发生模块(5)的低频输入端连接电阻R1、高频输入端连接电阻R2后，并联输入到运算放大器IC2的反相输入端，运算放大器IC2的输出端经电阻R4与反相输入端相连，运算放大器IC2的同相输入端经电阻R3与GND端相连；
在所述谐波信号发生模块(5)中，电阻R1、R2和R4的阻值关系为：R1＝R2＝R4，电阻R3阻值为：
作为本发明的进一步改进，所述前级电压跟随器模块(16)包括运算放大器IC6A和电阻R12～R15，所述前级电压跟随器模块(16)的输入端经电阻R12后与运算放大器IC6A的同相输入端相连，运算放大器IC6A的同相输入端经电阻R13与GND端相连；运算放大器IC6A的反相输入端经电阻R14与GND端相连，运算放大器IC6A的反相输入端经电阻R15与输出端相连；
所述后级低通滤波器模块(17)包括运算放大器IC6B、电阻R16～R17和电容C12～C13，所述后级低通滤波器模块(17)的输入端经串联的电阻R16、电阻R17后与运算放大器IC6B的同相输入端相连，电容C12一端接在电阻R16与电阻R17之间、另一端与运算放大器IC6B的输出端相连，电容C13一端接在电阻R17与运算放大器IC6B的同相输入端之间、另一端与GND端相连，运算放大器IC6B的反相输入端与输出端相连。
作为本发明的进一步改进，所述低频信号调节模块(3)和高频信号调节模块(4)均是由结构、参数完全相同的COSC端调节模块(12)、IN端调节模块(13)、FADJ端调节模块(14)和幅值调节模块(15)组成，所述COSC端调节模块(12)、IN端调节模块(13)和FADJ端调节模块(14)用于调节所述低频信号发生模块(1)或高频信号发生模块(2)输出的正弦信号的频率，所述幅值调节模块(15)用于调节所述低频信号发生模块(1)或高频信号发生模块(2)输出的正弦信号的幅值。
作为本发明的进一步改进，所述COSC端调节模块(12)包括单刀六档旋转开关S1和电容C1～C7，电容C1～C6的一端接地、另一端作为单刀六档旋转开关S1活动端的闭合触点，电容C7为可调电容，电容C7一端接地、另一端与单刀六档旋转开关S1的固定端相连，所述单刀六档旋转开关S1的固定端连接在所述低频信号发生模块(1)或高频信号发生模块(2)的COSC引脚上；通过单刀六档旋转开关S1接通不同的电容调节COSC引脚外接电容的大小，进而调节所述低频信号发生模块(1)或高频信号发生模块(2)输出的正弦信号的频率；
所述IN端调节模块(13)包括可调电阻RIN、运算放大器IC3和电阻R5，可调电阻RIN两固定端分别与参考电压VREF和GND端相连，可调电阻RIN可调端与运算放大器IC3的同相输入端相连，运算放大器IC3的反相输入端与输出端相连，运算放大器IC3的输出端通过电阻R5连接在所述低频信号发生模块(1)或高频信号发生模块(2)的IN引脚上；通过可调电阻RIN调节IN引脚电流的大小，进而调节所述低频信号发生模块(1)或高频信号发生模块(2)输出的正弦信号的频率；
所述FADJ端调节模块(14)包括可调电阻RF，可调电阻RF两固定端分别与参考电压VREF和GND端相连，可调电阻RF可调端连接在所述低频信号发生模块(1)或高频信号发生模块(2)的FADJ引脚上；通过可调电阻RF调节FADJ引脚电压的大小，进而调节所述低频信号发生模块(1)或高频信号发生模块(2)输出的正弦信号的频率；
所述幅值调节模块(15)包括可调电阻RP、运算放大器IC4和电阻R6，可调电阻RP一固定端与所述低频信号发生模块(1)或高频信号发生模块(2)的OUT引脚相连，可调电阻RP另一固定端与GND端相连，可调电阻RP可调端与运算放大器IC4的同相输入端相连，运算放大器IC4的反相输入端通过电阻R6与输出端相连，运算放大器IC4的输出端输出低频或高频正弦信号至所述谐波信号发生模块(5)；通过可调电阻RP调节所述低频信号发生模块(1)或高频信号发生模块(2)输出的正弦信号的幅值。
作为本发明的进一步改进，所述可调功率放大模块(8)包括功率放大器IC5、电容C10～C11、电阻R7～R9、R11和可调电阻R10，所述可调功率放大模块(8)的输入端经电容C10后与功率放大器IC5的同相输入端相连，电阻R7、电阻R8的一端分别接在电容C10的两端，电阻R7、电阻R8的另一端均与GND端相连；功率放大器IC5的反向输入端经电阻R9、极性电容EC3与GND端相连，功率放大器IC5的反向输入端经可调电阻R10与输出端相连；功率放大器IC5的输出端经串联的电阻R11、电容C11与GND端相连，功率放大器IC5的输出端与所述负载(9)相连。
本发明还提供一种模拟式谐波激励源的实现方法，包括：
步骤1、由谐波信号发生模块(5)的供电电压确定低频信号发生模块(1)和高频信号发生模块(2)的输出电压值，并输出电压幅值相等、低频和高频频率可调的正弦波信号；
步骤2、基于低频信号调节模块(3)和高频信号调节模块(4)模拟式调节低频和高频信号频率，并由谐波信号发生模块(5)实现高频载波到低频的谐波信号源输出；
步骤3、在可调功率放大模块(8)中，通过可调电阻R10的功率调节旋钮实现谐波信号激励源的可调功率输出。
作为本发明的进一步改进，输出信号频率是由注入IN脚电流IIN的大小，COSC引脚外接电容CF的大小及FADJ引脚端电压VFADJ共同决定的，低频信号调节模块(3)和高频信号调节模块(4)的频率调节方法为：
步骤a、当VFADJ＝0V时，基本输出频率Fo由下式(1)确定：
其中，通过可调电阻RIN调节IN引脚电流IIN的大小，注入IN脚电流IIN大小在2μA～750μA范围内；通过单刀六档旋转开关S1接通不同的电容调节COSC引脚外接电容CF的大小，COSC外接电容CF的大小在20pF～100μF范围内；
步骤b、基本输出频率Fo由电流IIN和电容CF确定后，FADJ引脚用于输出频率Fx的精细控制，微调频率Fx由下式(2)确定：
Fx＝Fo×[1-(0.2915×VFADJ)] (2)
其中，通过可调电阻RF调节FADJ引脚电压VFADJ的大小。
作为本发明的进一步改进，低频信号调节模块(3)和高频信号调节模块(4)的幅值调节方法为：
通过幅值调节模块(15)中可调电阻RP的幅值调节旋钮实现低频和高频正弦信号幅值调节。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、模拟式谐波激励源基于模拟信号发生芯片及其外围模拟调节电路，输出低频和高频信号稳定性更高，受工作环境影响更小；
2、模拟式谐波激励源可通过信号调节模块方便地调节低频和高频信号频率，并通过可调功率放大模块调节输出功率大小；
3、模拟式谐波激励源采用前级谐波信号发生模块和后级功率放大模块隔离结构，保证了整机工作的稳定性和安全性；
4、该谐波激励源创新性结合低频信号的低趋肤效应和高频信号的高检测灵敏度，以低频信号为载波，高频信号为检测波形，合成输出谐波激励信号，能够实现钢质管道的全壁厚检测。
附图说明
图1为本发明一种实施例公开的模拟式谐波激励源的结构示意图；
图2为本发明一种实施例公开的谐波信号发生模块的电路原理图；
图3为本发明一种实施例公开的低频信号调节模块或高频信号调节模块的COSC端调节模块和IN端调节模块的电路原理图；
图4为本发明一种实施例公开的低频信号调节模块或高频信号调节模块的FADJ端调节模块和幅值调节模块的电路原理图；
图5为本发明一种实施例公开的谐波信号优化模块的电路原理图；
图6为本发明一种实施例公开的可调功率放大模块的电路原理图。
图中：
1、低频信号发生模块；2、高频信号发生模块；3、低频信号调节模块；4、高频信号调节模块；5、谐波信号发生模块；6、谐波信号优化模块；7、信号连接跳线；8、可调功率放大模块；9、负载；10、前级谐波发生模块；11、后级功率放大模块；12、COSC端调节模块；13、IN端调节模块；14、FADJ端调节模块；15、幅值调节模块；16、前级电压跟随器模块；17、后级低通滤波器模块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
本发明设计一种模拟式谐波信号激励源及实现方法，该激励源能够输出以低频信号为载波，高频信号为检测波形的谐波合成信号；同时，具有谐波信号工程应用稳定，频率及功率调节方便，整体体积较小的优点。
如图1、5所示，本发明提供一种模拟式谐波激励源，包括：前级谐波信号发生模块10和后级功率放大模块11，前级谐波发生模块10置于后级功率放大模块11之前，为两组分立模块，并通过信号连接跳线7连接；其中：
前级谐波信号发生模块10包括低频信号发生模块1、高频信号发生模块2、低频信号调节模块3、高频信号调节模块4、谐波信号发生模块5和谐波信号优化模块6；低频信号调节模块3与低频信号发生模块1相连，用于调节低频正弦信号的频率和幅值；高频信号调节模块4与高频信号发生模块2相连，用于调节高频正弦信号的频率和幅值；谐波信号发生模块5的低频输入端与低频信号发生模块1的输出端相连、高频输入端与高频信号发生模块2的输出端相连，用于通过运算放大器构成的加法求和电路对低频正弦信号和高频正弦信号进行谐波处理，并输出谐波信号源；谐波信号优化模块6包括由运算放大器构成的前级电压跟随器模块16和由两节RC低通滤波器构成的后级低通滤波器模块17，用于实现谐波信号源的优化输出；前级电压跟随器模块16的输入端与谐波信号发生模块5的输出端相连、输出端与后级低通滤波器模块17的输入端相连；
后级功率放大模块11包括由功率放大芯片及其外围电路构成的可调功率放大模块8和负载9，可调功率放大模块8的输入端通过信号连接跳线7与后级低通滤波器模块17相连、输出端与负载9相连。
如图2所示，本发明的谐波信号发生模块5包括运算放大器IC2和电阻R1～R4，其由运算放大器IC2构成加法求和电路，用于产生谐波信号源。具体的连接方式为：谐波信号发生模块5的低频输入端连接电阻R1、高频输入端连接电阻R2后，并联输入到运算放大器IC2的反相输入端，运算放大器IC2的输出端经电阻R4与反相输入端相连，运算放大器IC2的同相输入端经电阻R3与GND端相连，运算放大器IC2的输出端(谐波信号发生模块5的输出端)与谐波信号优化模块6中前级电压跟随器模块16的输入端相连；在谐波信号发生模块5中，电阻R1、R2和R4的阻值关系为：R1＝R2＝R4，电阻R3阻值为：
如图3、4所示，本发明的低频信号发生模块1和高频信号发生模块2均由模拟量调节的信号发生芯片及其外围电路构成，低频信号发生模块1和高频信号发生模块2为图3、4所示的正弦信号发生器IC1；用于分别产生低频正弦信号和高频正弦信号。其中，低频信号发生模块1和高频信号发生模块2的电路结构、参数、芯片型号完全相同，以函数信号发生芯片MAX038为波形发生芯片，并结合外部精简地低频信号调节模块3、高频信号调节模块4实现输出信号的频率和幅值调节。低频信号调节模块3和高频信号调节模块4均是由结构、参数完全相同的COSC端调节模块12、IN端调节模块13、FADJ端调节模块14和幅值调节模块15组成，COSC端调节模块12、IN端调节模块13和FADJ端调节模块14用于调节低频信号发生模块1或高频信号发生模块2输出的正弦信号的频率，幅值调节模块15用于调节低频信号发生模块1或高频信号发生模块2输出的正弦信号的幅值。具体的：
本发明的COSC端调节模块12包括单刀六档旋转开关S1和电容C1～C7，正弦信号发生器IC1的COSC引脚通过单刀六档旋转开关S1与电容C1～C7连接；即：电容C1～C6的一端接地、另一端作为单刀六档旋转开关S1活动端的闭合触点，电容C7为可调电容，用于对外接电容进行微调；电容C7一端接地、另一端与单刀六档旋转开关S1的固定端相连，单刀六档旋转开关S1的固定端连接在低频信号发生模块1或高频信号发生模块2的COSC引脚上；通过单刀六档旋转开关S1接通不同的电容调节COSC引脚外接电容的大小，进而调节低频信号发生模块1或高频信号发生模块2输出的正弦信号的频率；其中，电容C1～C6分别对应电容C1值，频率在4Hz～10Hz范围；电容C2值，频率在10Hz～100Hz范围；电容C3值，频率在100Hz～1KHz范围；电容C4值，频率在1KHz～10KHz范围；电容C5值，频率在10KHz～100KHz范围；电容C6值，频率在1MHz以上频率范围。
本发明的IN端调节模块13包括可调电阻RIN、运算放大器IC3和电阻R5，可调电阻RIN两固定端分别与参考电压VREF和GND端相连，可调电阻RIN可调端与运算放大器IC3的同相输入端相连，运算放大器IC3的反相输入端与输出端相连，运算放大器IC3的输出端通过电阻R5连接在低频信号发生模块1或高频信号发生模块2的IN引脚上；通过可调电阻RIN调节IN引脚电流的大小，进而调节低频信号发生模块1或高频信号发生模块2输出的正弦信号的频率；其中，运算放大器IC3供电电压为±5V，IN引脚电流IIN为：
本发明的FADJ端调节模块14包括可调电阻RF，可调电阻RF两固定端分别与参考电压VREF和GND端相连，可调电阻RF可调端连接在低频信号发生模块1或高频信号发生模块2的FADJ引脚上；通过可调电阻RF调节FADJ引脚电压的大小，进而调节低频信号发生模块1或高频信号发生模块2输出的正弦信号的频率。
本发明的幅值调节模块15包括可调电阻RP、运算放大器IC4和电阻R6，可调电阻RP一固定端与低频信号发生模块1或高频信号发生模块2的OUT引脚相连，可调电阻RP另一固定端与GND端相连，可调电阻RP可调端与运算放大器IC4的同相输入端相连，运算放大器IC4的反相输入端通过电阻R6与输出端相连，运算放大器IC4的输出端输出低频或高频正弦信号至谐波信号发生模块5；通过可调电阻RP调节低频信号发生模块1或高频信号发生模块2输出的正弦信号的幅值。其中，运算放大器IC4供电电压为±5V。
如图5所示，本发明的谐波信号优化模块6的整体结构分为前级电压跟随器模块16和后级低通滤波器模块17；前级电压跟随器模块16输入端为谐波输入端，提高谐波信号的输入阻抗，降低谐波信号的输出阻抗；后级低通滤波器模块17由两节RC低通滤波器电阻R16、C12和电阻R17、C13组成，前级电压跟随器模块16输出端经串联电阻R16、R17与运算放大器IC6B的同相输入端连接，电容C12与IC6B的反相输入端和输出端连接，电容C13与GND端连接，运算放大器IC6B输出优化后的谐波信号。具体为：
前级电压跟随器模块16包括运算放大器IC6A和电阻R12～R15，前级电压跟随器模块16的输入端经电阻R12后与运算放大器IC6A的同相输入端相连，运算放大器IC6A的同相输入端经电阻R13与GND端相连；运算放大器IC6A的反相输入端经电阻R14与GND端相连，运算放大器IC6A的反相输入端经电阻R15与输出端相连，运算放大器IC6A供电电压为±5V。后级低通滤波器模块17包括运算放大器IC6B、电阻R16～R17和电容C12～C13，后级低通滤波器模块17的输入端经串联的电阻R16、电阻R17后与运算放大器IC6B的同相输入端相连，电容C12一端接在电阻R16与电阻R17之间、另一端与运算放大器IC6B的输出端相连，电容C13一端接在电阻R17与运算放大器IC6B的同相输入端之间、另一端与GND端相连，运算放大器IC6B的反相输入端与输出端相连。
如图6所示，本发明的可调功率放大模块8的输入端与谐波信号优化模块6的输出端连接，输出端为功率谐波信号，并与负载9两端连接其具体结构连接方式为：可调功率放大模块8包括功率放大器IC5、电容C8～C11、电阻R7～R9、R11、可调电阻R10、极性电容EC1～EC3；可调功率放大模块8的输入端经电容C10后与功率放大器IC5的同相输入端相连，电阻R7、电阻R8的一端分别接在电容C10的两端，电阻R7、电阻R8的另一端均与GND端相连；功率放大器IC5的反向输入端经串联的电阻R9、极性电容EC3与GND端相连，功率放大器IC5的反向输入端经可调电阻R10与输出端相连；功率放大器IC5的输出端经串联的电阻R11、电容C11与GND端相连，功率放大器IC5的输出端与负载9相连，通过可调电阻R10的功率调节旋钮实现谐波信号激励源的可调功率输出；功率放大器IC5的供电电压为±15V，电容C8一端与+15V相连、另一端与GND端相连，极性电容EC1一端与+15V相连、另一端与GND端相连，电容C9一端与-15V相连、另一端与GND端相连，极性电容EC2一端与-15V相连、另一端与GND端相连。
本发明还提供一种模拟式谐波激励源的实现方法，包括：
步骤1、由谐波信号发生模块5的供电电压确定低频信号发生模块1和高频信号发生模块2的输出电压值，并输出电压幅值相等、低频和高频频率可调的正弦波信号；其中：
低频信号调节模块3和高频信号调节模块4的幅值调节方法为：
通过幅值调节模块15中可调电阻RP的幅值调节旋钮实现低频和高频正弦信号幅值调节。
步骤2、基于低频信号调节模块3和高频信号调节模块4模拟式调节低频和高频信号频率，并由谐波信号发生模块5实现高频载波到低频的谐波信号源输出；其中：
输出信号频率是由注入IN脚电流IIN的大小，COSC引脚外接电容CF的大小及FADJ引脚端电压VFADJ共同决定的，低频信号调节模块3和高频信号调节模块4的频率调节方法为：
步骤a、当VFADJ＝0V时，基本输出频率Fo由下式1确定：
式中，通过可调电阻RIN调节IN引脚电流IIN的大小，注入IN脚电流IIN大小在2μA～750μA范围内；通过单刀六档旋转开关S1接通不同的电容调节COSC引脚外接电容CF的大小，COSC外接电容CF的大小在20pF～100μF范围内；
步骤b、基本输出频率Fo由电流IIN和电容CF确定后，FADJ引脚用于输出频率Fx的精细控制，微调频率Fx由下式2确定：
Fx＝Fo×[1-(0.2915×VFADJ)] 2
式中，通过可调电阻RF调节FADJ引脚电压VFADJ的大小。
步骤3、在可调功率放大模块8中，通过可调电阻R10的功率调节旋钮实现谐波信号激励源的可调功率输出。
本发明的模拟式谐波激励源基于模拟信号发生芯片及其外围模拟调节电路，输出低频和高频信号稳定性更高，受工作环境影响更小；模拟式谐波激励源可通过信号调节模块方便地调节低频和高频信号频率，并通过可调功率放大模块调节输出功率大小；模拟式谐波激励源采用前级谐波信号发生模块和后级功率放大模块隔离结构，保证了整机工作的稳定性和安全性；该谐波激励源创新性结合低频信号的低趋肤效应和高频信号的高检测灵敏度，以低频信号为载波，高频信号为检测波形，合成输出谐波激励信号，能够实现钢质管道的全壁厚检测。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模拟式谐波激励源，其特征在于，包括：前级谐波信号发生模块(10)和后级功率放大模块(11)；
所述前级谐波信号发生模块(10)包括低频信号发生模块(1)、高频信号发生模块(2)、低频信号调节模块(3)、高频信号调节模块(4)、谐波信号发生模块(5)和谐波信号优化模块(6)；
所述低频信号调节模块(3)与所述低频信号发生模块(1)相连，用于调节低频正弦信号的频率和幅值；所述高频信号调节模块(4)与所述高频信号发生模块(2)相连，用于调节高频正弦信号的频率和幅值；
所述谐波信号发生模块(5)的低频输入端与所述低频信号发生模块(1)的输出端相连、高频输入端与所述高频信号发生模块(2)的输出端相连，用于通过运算放大器构成的加法求和电路对低频正弦信号和高频正弦信号进行谐波处理，并输出谐波信号源；
所述谐波信号优化模块(6)包括由运算放大器构成的前级电压跟随器模块(16)和由两节RC低通滤波器构成的后级低通滤波器模块(17)，用于实现谐波信号源的优化输出；所述前级电压跟随器模块(16)的输入端所述谐波信号发生模块(5)的输出端相连、输出端与所述后级低通滤波器模块(17)的输入端相连；
所述后级功率放大模块(11)包括由功率放大芯片及其外围电路构成的可调功率放大模块(8)和负载(9)，所述可调功率放大模块(8)的输入端通过信号连接跳线(7)与所述后级低通滤波器模块(17)相连、输出端与所述负载(9)相连。
2.如权利要求1所述的模拟式谐波激励源，其特征在于，所述低频信号发生模块(1)和高频信号发生模块(2)均由模拟量调节的信号发生芯片及其外围电路构成，用于分别产生低频正弦信号和高频正弦信号。
3.如权利要求1所述的模拟式谐波激励源，其特征在于，所述谐波信号发生模块(5)包括运算放大器IC2和电阻R1～R4，所述谐波信号发生模块(5)的低频输入端连接电阻R1、高频输入端连接电阻R2后，并联输入到运算放大器IC2的反相输入端，运算放大器IC2的输出端经电阻R4与反相输入端相连，运算放大器IC2的同相输入端经电阻R3与GND端相连；
在所述谐波信号发生模块(5)中，电阻R1、R2和R4的阻值关系为：R1＝R2＝R4，电阻R3阻值为：
4.如权利要求1所述的模拟式谐波激励源，其特征在于，所述前级电压跟随器模块(16)包括运算放大器IC6A和电阻R12～R15，所述前级电压跟随器模块(16)的输入端经电阻R12后与运算放大器IC6A的同相输入端相连，运算放大器IC6A的同相输入端经电阻R13与GND端相连；运算放大器IC6A的反相输入端经电阻R14与GND端相连，运算放大器IC6A的反相输入端经电阻R15与输出端相连；
所述后级低通滤波器模块(17)包括运算放大器IC6B、电阻R16～R17和电容C12～C13，所述后级低通滤波器模块(17)的输入端经串联的电阻R16、电阻R17后与运算放大器IC6B的同相输入端相连，电容C12一端接在电阻R16与电阻R17之间、另一端与运算放大器IC6B的输出端相连，电容C13一端接在电阻R17与运算放大器IC6B的同相输入端之间、另一端与GND端相连，运算放大器IC6B的反相输入端与输出端相连。
5.如权利要求1所述的模拟式谐波激励源，其特征在于，所述低频信号调节模块(3)和高频信号调节模块(4)均是由结构、参数完全相同的COSC端调节模块(12)、IN端调节模块(13)、FADJ端调节模块(14)和幅值调节模块(15)组成，所述COSC端调节模块(12)、IN端调节模块(13)和FADJ端调节模块(14)用于调节所述低频信号发生模块(1)或高频信号发生模块(2)输出的正弦信号的频率，所述幅值调节模块(15)用于调节所述低频信号发生模块(1)或高频信号发生模块(2)输出的正弦信号的幅值。
6.如权利要求5所述的模拟式谐波激励源，其特征在于，所述COSC端调节模块(12)包括单刀六档旋转开关S1和电容C1～C7，电容C1～C6的一端接地、另一端作为单刀六档旋转开关S1活动端的闭合触点，电容C7为可调电容，电容C7一端接地、另一端与单刀六档旋转开关S1的固定端相连，所述单刀六档旋转开关S1的固定端连接在所述低频信号发生模块(1)或高频信号发生模块(2)的COSC引脚上；通过单刀六档旋转开关S1接通不同的电容调节COSC引脚外接电容的大小，进而调节所述低频信号发生模块(1)或高频信号发生模块(2)输出的正弦信号的频率；
所述IN端调节模块(13)包括可调电阻RIN、运算放大器IC3和电阻R5，可调电阻RIN两固定端分别与参考电压VREF和GND端相连，可调电阻RIN可调端与运算放大器IC3的同相输入端相连，运算放大器IC3的反相输入端与输出端相连，运算放大器IC3的输出端通过电阻R5连接在所述低频信号发生模块(1)或高频信号发生模块(2)的IN引脚上；通过可调电阻RIN调节IN引脚电流的大小，进而调节所述低频信号发生模块(1)或高频信号发生模块(2)输出的正弦信号的频率；
所述FADJ端调节模块(14)包括可调电阻RF，可调电阻RF两固定端分别与参考电压VREF和GND端相连，可调电阻RF可调端连接在所述低频信号发生模块(1)或高频信号发生模块(2)的FADJ引脚上；通过可调电阻RF调节FADJ引脚电压的大小，进而调节所述低频信号发生模块(1)或高频信号发生模块(2)输出的正弦信号的频率；
所述幅值调节模块(15)包括可调电阻RP、运算放大器IC4和电阻R6，可调电阻RP一固定端与所述低频信号发生模块(1)或高频信号发生模块(2)的OUT引脚相连，可调电阻RP另一固定端与GND端相连，可调电阻RP可调端与运算放大器IC4的同相输入端相连，运算放大器IC4的反相输入端通过电阻R6与输出端相连，运算放大器IC4的输出端输出低频或高频正弦信号至所述谐波信号发生模块(5)；通过可调电阻RP调节所述低频信号发生模块(1)或高频信号发生模块(2)输出的正弦信号的幅值。
7.如权利要求6所述的模拟式谐波激励源，其特征在于，所述可调功率放大模块(8)包括功率放大器IC5、电容C10～C11、电阻R7～R9、R11和可调电阻R10，所述可调功率放大模块(8)的输入端经电容C10后与功率放大器IC5的同相输入端相连，电阻R7、电阻R8的一端分别接在电容C10的两端，电阻R7、电阻R8的另一端均与GND端相连；功率放大器IC5的反向输入端经电阻R9、极性电容EC3与GND端相连，功率放大器IC5的反向输入端经可调电阻R10与输出端相连；功率放大器IC5的输出端经串联的电阻R11、电容C11与GND端相连，功率放大器IC5的输出端与所述负载(9)相连。
8.一种如权利要求7所述的模拟式谐波激励源的实现方法，其特征在于，包括：
步骤1、由谐波信号发生模块(5)的供电电压确定低频信号发生模块(1)和高频信号发生模块(2)的输出电压值，并输出电压幅值相等、低频和高频频率可调的正弦波信号；
步骤2、基于低频信号调节模块(3)和高频信号调节模块(4)模拟式调节低频和高频信号频率，并由谐波信号发生模块(5)实现高频载波到低频的谐波信号源输出；
步骤3、在可调功率放大模块(8)中，通过可调电阻R10的功率调节旋钮实现谐波信号激励源的可调功率输出。
9.如权利要求8所述的模拟式谐波激励源的实现方法，其特征在于，输出信号频率是由注入IN脚电流IIN的大小，COSC引脚外接电容CF的大小及FADJ引脚端电压VFADJ共同决定的，低频信号调节模块(3)和高频信号调节模块(4)的频率调节方法为：
步骤a、当VFADJ＝0V时，基本输出频率Fo由下式(1)确定：
其中，通过可调电阻RIN调节IN引脚电流IIN的大小，注入IN脚电流IIN大小在2μA～750μA范围内；通过单刀六档旋转开关S1接通不同的电容调节COSC引脚外接电容CF的大小，COSC外接电容CF的大小在20pF～100μF范围内；
步骤b、基本输出频率Fo由电流IIN和电容CF确定后，FADJ引脚用于输出频率Fx的精细控制，微调频率Fx由下式(2)确定：
Fx＝Fo×[1-(0.2915×VFADJ)] (2)
其中，通过可调电阻RF调节FADJ引脚电压VFADJ的大小。
10.如权利要求8所述的模拟式谐波激励源的实现方法，其特征在于，低频信号调节模块(3)和高频信号调节模块(4)的幅值调节方法为：
通过幅值调节模块(15)中可调电阻RP的幅值调节旋钮实现低频和高频正弦信号幅值调节。
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