CN112162145B - 一种sc切型石英晶片在线研磨测频系统的自动搜索方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SC切型石英晶片在线研磨测频系统的自动搜索方法，自动搜索实现对SC晶片当前频率的搜索，并且根据自动搜索的不同结果进行不同的处理，若指定圈数内未搜索到频率则系统提示搜索异常报警，若搜索到一个频率则进行单频率跟踪测频流程，若搜索到两个频率则进行双频率跟踪测频流程；同时当系统出现测频异常且频率未到达停机阈值时，调用自动搜索功能重新搜索频率；本发明提供了一种处理效率高、数据精度高，双模频率精准区分的一种SC切型石英晶片在线研磨测频系统的自动搜索方法。

Description

一种SC切型石英晶片在线研磨测频系统的自动搜索方法

技术领域

本发明涉及石英晶片领域，更具体的说，它涉及SC切型石英晶片在线研磨测频系统。

背景技术

晶体振荡器(有源晶振、oscillator)和晶体谐振器(无源晶振、crystal)的核心部件是石英晶片，石英晶片的设计优劣在很大程度上决定了振荡器和谐振器的性能。石英晶片的材料是石英棒材(quartz)，由于晶体存在各向异性特征，从石英棒材的不同方向切割下来的石英晶片有着截然不同的效果，石英棒材的切割方法决定了石英晶片的弹性常数、介电常数、膨胀系数、温度特性等，比如频率温度系数，频率厚度系数，应力补偿系数等，这些特性的差异决定了晶体在不同场合的应用。石英棒材的切割能力(如切割精准度、双转角切割技术)往往反映一个晶体生产商的技术能力。

常见的切割方式有单转角的AT、BT、音叉，双转角的SC、IT等。SC切型是比较常见的一种切型，尤其是在恒温晶体振荡器(OCXO)中有着重要的应用。在切角

时，双转角石英晶片的应力系数为零,这种切型的谐振器被称为SC(stressed-应力，compensated-补偿)切型谐振器，即应力并补偿型谐振器。由于SC切型谐振器具有应力补偿和热瞬变补偿的特点,所以对于那些用在测距，高速目标跟踪，外层空间通信系统中的低噪声晶振，以及要求快速启动的晶振和在强辐射、强震动，温度剧烈变化环境中使用的晶振，均以使用SC切谐振器做成的晶振为宜，当然，这时晶振的价格会要高一些。

SC切谐振器的唯一缺点是存在一种不需要的B模振动，它比我们需要的C模振动频率高9.5％左右。因此SC切晶振中必须加B模抑制网络以保证晶振工作于C模而B模不振动。有些SC切晶振由于B模抑制网络设计不妥或网络元件变质失效等原因，仍然会出现B模振荡，此时分为两种情况，一是只有B模在振荡而C模没有振荡。若用户用频率仪测试出来振荡频率大约比需要的频率高10％左右，即可判断是工作于B模振荡。另一种情况是B模，C模同时振荡，两者相互作用而产生一调频输出。

当前在石英晶片的在线研磨过程中，使用的石英晶片在线研磨分析测控仪能稳定的跟踪测频和管控AT切型石英晶片的研磨过程。由于AT切型的石英晶片只有一个谐振频率，因此在该谐振频率附近进行扫频时，只会产生一个谐振波形，而现有的测控仪的设计也只是针对石英晶片只有一个谐振波形的频率测量和管控。

而SC切型双转角石英晶片存在B模和C模两个谐振频率，并且两个频率相差9.5％左右，频率相差不大，因此通过现有的测控仪有可能测到B模谐振频率，也有可能测到C模谐振频率，但是无法确认当前测到的谐振频率是B模的谐振频率还是C模的谐振频。因此使用现有的测控仪进行SC切型石英晶片在线研磨过程测频存在如下问题：

1、通过频率自动搜索得到的谐振频率无法确认是B模的谐振频率还是C模的谐振频率。2、即使当前的测控仪测到正确的C模频率且稳定跟踪停机，但是我们无法得到B模的频率，用户仍然无法确认研磨得到的最终频率是否正确。3、当前使用的测频仪在自动搜索频率过程中，由于只搜索一个频率值，因此无法确认搜索到的是B模频率还是C模频率。同时，当前SC切型石英晶片在完成研磨后要进行频率确认，只能通过网络分析仪或其他频率测量装置进行B模和C模频率确认，而无法在研磨机内时就进行频率确认。

基于上述原因，当前SC切型石英晶片的研磨过程基本还是通过圈数统计进行厚度判断进行停机控制，再通过网络分析仪或者其他频率测量装置进行频率确认，这种方式下会造成停机频率极其不稳定，重复精度低，同时存在频率判断出错的可能。因此在SC切型石英晶片的研磨过程中，如何实现频率的自动搜索判断成为重要难点之一。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种处理效率高、数据精度高，双模频率精准区分的一种SC切型石英晶片在线研磨测频系统的自动搜索方法。

本发明的技术方案如下：

一种SC切型石英晶片在线研磨测频系统的自动搜索方法，自动搜索实现对SC晶片当前频率的搜索，并且根据自动搜索的不同结果进行不同的处理，若指定圈数内未搜索到频率则系统提示搜索异常报警，若搜索到一个频率则进行单频率跟踪测频流程，若搜索到两个频率则进行双频率跟踪测频流程；同时当系统出现测频异常且频率未到达停机阈值时，调用自动搜索功能重新搜索频率；

具体自动搜索功能包括数据初始化、扫频和测频参数设置、单次扫频双谐振频率波形匹配功能、单次扫频数据处理功能、全频段数据处理功能和频段切换功能；

数据初始化进行频率统计相关变量的初始化，需要初始化的变量包括：单次扫频过程中测频相关变量、全频段分段扫频双谐振频率测频相关变量、全频段分段扫频单谐振频率测频相关变量、自动搜索过程相关控制变量和扫频模块控制变量；

扫频和测频参数设置包括设置扫频参数和测频参数；其中扫频参数包括扫频起始频率、扫频截止频率、扫频步进、扫频速度和扫频幅度；在自动搜索扫频过程中采用在指定的圈数内进行周期性扫频的方法，一个周期的扫频为从目标频率开始到起始频率结束进行分段扫频，每段的扫频采用指定时间内重复扫频，每段扫频的扫频范围与频率相关，扫频范围内必须包含高频谐振频率和低频谐振频率；

单次扫频双谐振频率波形匹配功能，当单次采样完成后，进入自动搜索单次扫频双谐振频率波形匹配；开始所有扫频点9点波形匹配算法前先判断当前段测到谐振频率次数是否小于设定阈值，若小于，则进行9点波形匹配，否则认为本段采集到的数据量已经足够，跳过本次9点波形匹配过程；其中，由于自动搜索过程中每段的扫频范围较大，不同频率对应的搜索宽度会有所差别，从而在采用9点波形匹配过程中采用多个搜索宽度进行匹配；

单次扫频数据处理功能包括处理以下三种情况，测到2个以上谐振频率、测到2个谐振频率和测到1个谐振频率3种情况进行分别处理；

频段切换功能，通过设置指定的时间进行单频段的重复扫频和测频，当指定的时间到达后，判断全频段扫频是否完成，全频段扫频完成的判断依据为当前扫频的起始频率是否小于用户设置的晶片研磨起始频率，若小于则全频段扫频完成，进行全频段数据处理功能；若不小于，则进行频率切换；

全频段数据处理功能，若全频段扫频完成，进入全频段数据处理，具体包括如下步骤：

2.1.1)遍历自动搜索过程所有频段测到的高频和低频谐振频率；若当前段测到的高频和低频谐振频率次数大于等于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则对高频和低频谐振频率存储数组内的所有数据进行干扰值剔除后，求出剩余数据的平均值，并返回剩余数据的个数；若剩余的数据个数还是大于等于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则认为高频和低频谐振频率搜索成功，同时判断剩余的数据个数是否大于所有段最大谐振频率次数，若大于，则将所有段最大谐振频率次数设置为本段经数据处理后的剩余数据个数，再进行下一段的数据处理，否则直接进行下一段的数据处理，直到完成所有段的数据处理，找到符合条件的数据个数最大的段；

若当前段测到的高频和低频谐振频率次数小于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则进行下一段的数据处理，直到完成所有段的数据处理；

2.1.2)判断高频和低频谐振频率是否搜索成功，若搜索成功，则判断高频谐振频率和低频谐振频率的比值是否在频率比最大值和频率比最小值范围内，若在范围内，则认为两个谐振频率都搜索到，将跟踪测频过程使用的高频谐振频率和低频谐振频率分别设置为自动搜索测到的高频和低频谐振频率，进入跟踪测频流程；若搜索不成功，则进行全频段单谐振频率数据处理；

2.1.3)单谐振频率数据处理，遍历全频段测到的单谐振频率数据，若当前段测到单谐振频率次数大于等于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则对单谐振频率存储数组内的所有数据进行干扰值剔除后，求出剩余数据的平均值，并返回剩余数据的个数；若剩余的数据个数还是大于等于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则认为单谐振频率搜索成功，同时判断剩余的数据个数是否大于所有段最大谐振频率次数，若大于，则将所有段最大谐振频率次数设置为本段经数据处理后的剩余数据个数，再进行下一段的数据处理，否则进行下一段的数据处理，直到完成所有段的数据处理；

若当前段测到单谐振频率次数小于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则进行下一段的数据处理，直到完成所有段的数据处理；

2.1.4)判断单谐振频率是否搜索成功，若搜索成功，则将跟踪测频过程使用的高频谐振频率设置为自动搜索测到单谐振频率，进入跟踪测频流程；若搜索不成功，判断自动搜索圈数是否达到系统设置的自动搜索异常圈数，若达到，则停止自动搜索，系统进行自动搜索异常报警；若未达到，则继续进行全频段自动搜索流程；

2.1.5)根据自动搜索的结果，将谐振频率数据发送给界面显示；若双谐振频率搜索成功，则对高频和低频谐振频率进行校准后发送给界面显示，若单谐振频率搜索成功，则对单谐振频率进行校准后发送给界面显示。

进一步的，单次扫频过程中测频相关变量的初始化包括：谐振频率个数统计变量清零、谐振频率个数最大值设置、瞬时谐振频率存储数组清零和峰峰值最大瞬时谐振频率清零；

全频段分段扫频双谐振频率测频相关变量的初始化包括：全频段扫频当前段位置清零，全频段从0开始，最多分为36段，各个扫频频段高频和低频测到谐振频率次数存储数组清零，各个扫频频段高频和低频测到谐振频率存储数组清零；

全频段分段扫频单谐振频率测频相关变量的初始化包括：各个扫频频段测到单谐振频率次数存储数组清零、各个扫频频段测到单谐振频率存储数组清零；

自动搜索过程相关控制变量的初始化包括：自动搜索过程开始标志位设置、自动搜索测频结果标志位设置、自动搜索频率切换标志位设置、自动搜索频率切换计时时间清零，自动搜索过程圈数统计清零；

扫频模块控制变量的初始化包括：扫频模块边沿跳变标志位清零、扫频模块扫频上升沿和下降沿采样数据个数统计清零、扫频模块扫频上升沿和下降沿采样完成标志位清零、扫频模块扫频上升沿和下降沿采样处理标志位清零。

进一步的，自动搜索扫频开始时，先在主界面设置的目标频率附近进行扫频参数设置；

扫频起始频率和扫频截止频率的设置过程如下：

2.1.1)低频谐振频率FL＝主界面设置的目标频率；

2.1.2)根据低频谐振频率计算低频搜索宽度：SSL＝，其为n阶多项式，其中SSLRatio为低频搜索线宽系数，FL为低频谐振频率；

2.1.3)当前系统设置有效波形范围为9SS，扫频范围为36SS，采取以谐振频率为中心分别加18SS和减18SS处理；低频扫频起始频率FLstart＝FL-18*SSL，低频扫频截止频率FLend＝FL+18*SSL；

2.1.4)根据频率比获得高频频率FH＝FL*FRatio，其中FRatio为SC晶片高频频率和低频频率的频率比；

2.1.5)根据步骤2.1.2)、2.1.3)的方法获得高频扫频起始频率和高频扫频截止频率；根据高低频扫频起始频率和截止频率计算扫频范围：FRange＝Fmax-Fmin，其中Fmax为高低频扫频起始频率和截止频率的最大值，Fmin为高低频扫频起始频率和截止频率的最小值；

2.1.6)以FRange为中心将扫频范围扩大n倍，设置相应的扫频起始频率和扫频截止频率，n为正整数，数值越大完成全频段扫频的时间越短，但是扫频测到谐振频率的成功率和精度会相应降低；

2.1.7)将本段扫频的低频频率值设置为下一段扫频的高频频率值，并可得到扫频起始频率和扫频截止频率；

根据扫频范围设置扫频步进，若扫频范围大于8MHz，则设置扫频步进为4kHz，若扫频范围为6～8MHz，则设置扫频步进为3kHz，若扫频范围为4～6MHz，则设置扫频步进为2kHz，若扫频范围为3～4MHz，则设置扫频步进为1.5kHz，若扫频范围小于3MHz，则设置扫频步进为1kHz；

根据扫频起始频率设置峰值约束，扫频起始频率小于8MHz，设置峰值约束为低频峰值约束，扫频起始频率大于等于8MHz，设置峰值约束为高频峰值约束；

根据扫频中心频率求扫频幅度：扫频幅度＝，为n阶多项式，其中SRRatio为扫频幅度系数，Fmiddle为扫频中心频率；

对本段扫频范围进行N等分细分获取细分后的频率，根据细分后的频率分别计算高频和低频对应的搜索宽度；

设置本段的高频频率平均值为本段扫频的截止频率，设置本段的低频频率平均值为本段扫频的起始频率；

根据上述获取的扫频参数设置扫频模块，开始扫频。

进一步的，频率切换流程进行如下操作：

①判断当前扫频段数是否大于系统设置的最大扫频频段数，若大于，则直接退出频率切换流程，进入全频段数据处理流程；若不大于，则当前扫频段数加1；

②使用上次扫频参数计算时得到的下一段扫频的高频谐振频率，通过上述的自动搜索扫频参数和测频参数设置方法得到新的扫频参数和测频参数；

③根据新得到的扫频参数设置扫频模块进行扫频；同时设置扫频模块控制变量：扫频模块边沿跳变标志位清零，扫频模块扫频上升沿和下降沿采样数据个数统计清零，扫频模块扫频上升沿和下降沿采样完成标志位清零，扫频模块扫频上升沿和下降沿采样处理标志位清零。

本发明相比现有技术优点在于：

1、本发明研磨过程中能自动搜索到石英晶片的B模频率和C模频率，并根据比例关系确认搜索到的频率是B模频率还是C模频率。

2、本发明若自动搜索过程中只搜索到一个频率，系统能实时跟踪该频率，同时在跟踪过程中实时搜索另一个频率，直到搜索到两个谐振频率并根据比例关系确认是B模频率还是C模频率。在测到两个符合条件的频率之后进行实时双频率跟踪测频。

3、本发明由于搜索过程中可能只测到一个频率，而在研磨过程中可能会出现两个谐振频率，因此必须提供一种从单频率跟踪测频切换为双频率跟踪测频的方法，使SC切型石英晶片的研磨过程更加智能。

附图说明

图1为本发明的SC切型石英晶片谐振波形图；

图2为本发明的测频测试功能总流程图；

图3为本发明的测频测试界面；

图4为本发明的测频测试单次扫频双谐振频率波形匹配流程图；

图5为本发明的数据采集和处理过程示意图；

图6为本发明的测频测试单次扫频谐振频率数据处理流程图；

图7为本发明的在线测频流程图；

图8为本发明的自动搜索流程图；

图9为本发明的自动搜索单次扫频数据处理流程；

图10为本发明的自动搜索全频段数据处理流程图；

图11为本发明的两个频率跟踪流程单次扫频的测频谐振波形分布示意图；

图12为本发明的扫频范围和搜索线宽关系图；

图13为本发明的两个频率跟踪流程单次扫频的测频方案选择示意图；

图14为本发明的单频率跟踪测频流程扫频范围示意图；

图15为本发明的双频率跟踪测频流程：单次扫频波形匹配流程图；

图16为本发明的单频率跟踪测频流程、单次扫频双谐振频率匹配流程图；

图17为本发明的跟踪测频频率切换流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。

实施例1：

如图8至10所示，一种SC切型石英晶片在线研磨测频系统的自动搜索方法，自动搜索功能实现对SC晶片当前频率的搜索，并且根据自动搜索的不同结果进行不同的处理，若指定圈数内未搜索到频率则系统提示搜索异常报警，若搜索到一个频率则进行单频率跟踪测频流程，若搜索到两个频率则进行双频率跟踪测频流程；同时当系统出现测频异常且频率未到达停机阈值时，调用自动搜索功能重新搜索频率。

自动搜索功能具体包括数据初始化、扫频和测频参数设置、单次扫频双谐振频率波形匹配功能、单次扫频数据处理功能、全频段数据处理功能和频段切换功能；

数据初始化进行频率统计相关变量的初始化，需要初始化的变量包括：单次扫频过程中测频相关变量、全频段分段扫频双谐振频率测频相关变量、全频段分段扫频单谐振频率测频相关变量、自动搜索过程相关控制变量和扫频模块控制变量；

单次扫频过程中测频相关变量的初始化包括：谐振频率个数统计变量清零、谐振频率个数最大值设置、瞬时谐振频率存储数组清零和峰峰值最大瞬时谐振频率清零；

全频段分段扫频双谐振频率测频相关变量的初始化包括：全频段扫频当前段位置清零，全频段从0开始，最多分为36段，各个扫频频段高频和低频测到谐振频率次数存储数组清零，各个扫频频段高频和低频测到谐振频率存储数组清零；

全频段分段扫频单谐振频率测频相关变量的初始化包括：各个扫频频段测到单谐振频率次数存储数组清零、各个扫频频段测到单谐振频率存储数组清零；

自动搜索过程相关控制变量的初始化包括：自动搜索过程开始标志位设置、自动搜索测频结果标志位设置、自动搜索频率切换标志位设置、自动搜索频率切换计时时间清零，自动搜索过程圈数统计清零；

扫频模块控制变量的初始化包括：扫频模块边沿跳变标志位清零、扫频模块扫频上升沿和下降沿采样数据个数统计清零、扫频模块扫频上升沿和下降沿采样完成标志位清零、扫频模块扫频上升沿和下降沿采样处理标志位清零。

扫频和测频参数设置包括设置扫频参数和测频参数；

扫频参数包括扫频起始频率、扫频截止频率、扫频步进、扫频速度和扫频幅度；在自动搜索扫频过程中采用在指定的圈数内进行周期性扫频的方法，一个周期的扫频为从目标频率开始到起始频率结束进行分段扫频，每段的扫频采用指定时间内重复扫频，每段扫频的扫频范围与频率相关，扫频范围内必须包含高频谐振频率和低频谐振频率。

自动搜索扫频开始时，先在主界面设置的目标频率附近进行扫频参数设置；

扫频起始频率和扫频截止频率的设置过程如下：

2.1.1)低频谐振频率FL＝主界面设置的目标频率；

2.1.2)根据低频谐振频率计算低频搜索宽度：

其为n阶多项式，其中SSLRatio为低频搜索线宽系数，FL为低频谐振频率；

2.1.3)当前系统设置有效波形范围为9SS，扫频范围为36SS，采取以谐振频率为中心分别加18SS和减18SS处理；低频扫频起始频率FLstart＝FL-18*SSL，低频扫频截止频率FLend＝FL+18*SSL；

2.1.4)根据频率比获得高频频率FH＝FL*FRatio，其中FRatio为SC晶片高频频率和低频频率的频率比；

2.1.5)根据步骤2.1.2)、2.1.3)的方法获得高频扫频起始频率和高频扫频截止频率；根据高低频扫频起始频率和截止频率计算扫频范围：FRange＝Fmax-Fmin，其中Fmax为高低频扫频起始频率和截止频率的最大值，Fmin为高低频扫频起始频率和截止频率的最小值；

2.1.6)以FRange为中心将扫频范围扩大n倍，设置相应的扫频起始频率和扫频截止频率，n为正整数，数值越大完成全频段扫频的时间越短，但是扫频测到谐振频率的成功率和精度会相应降低；

2.1.7)将本段扫频的低频频率值设置为下一段扫频的高频频率值，并可得到扫频起始频率和扫频截止频率；

根据扫频范围设置扫频步进，若扫频范围大于8MHz，则设置扫频步进为4kHz，若扫频范围为6～8MHz，则设置扫频步进为3kHz，若扫频范围为4～6MHz，则设置扫频步进为2kHz，若扫频范围为3～4MHz，则设置扫频步进为1.5kHz，若扫频范围小于3MHz，则设置扫频步进为1kHz；

根据扫频起始频率设置峰值约束，扫频起始频率小于8MHz，设置峰值约束为低频峰值约束，扫频起始频率大于等于8MHz，设置峰值约束为高频峰值约束；

根据扫频中心频率求扫频幅度：

为n阶多项式，其中SRRatio为扫频幅度系数，Fmiddle为扫频中心频率；

对本段扫频范围进行N等分细分获取细分后的频率，根据细分后的频率分别计算高频和低频对应的搜索宽度；

设置本段的高频频率平均值为本段扫频的截止频率，设置本段的低频频率平均值为本段扫频的起始频率；

根据上述获取的扫频参数设置扫频模块，开始扫频。

单次测频谐振频率波形匹配功能，当单次采样完成后，进入自动搜索单次扫频双谐振频率波形匹配；自动搜索单次测频双谐振频率波形匹配功能与测频测试功能的单次扫频双谐振频率波形匹配功能基本相同，不同的地方在于：开始所有扫频点9点波形匹配算法前先判断当前段测到谐振频率次数是否小于设定阈值，若小于，则进行9点波形匹配，否则认为本段采集到的数据量已经足够，跳过本次9点波形匹配过程；

由于自动搜索过程中每段的扫频范围较大，不同频率对应的搜索宽度会有所差别，从而采用在9点波形匹配过程中采用多个搜索宽度进行匹配。

自动搜索的单次扫频数据处理流程与测频测试的单次扫频数据处理流程采取不同的数据处理策略，因为自动搜索过程的准确性会直接影响到跟踪测频的性能，因此对自动搜索过程的要求比较高，要求自动搜索得到的谐振频率比较准确。

自动搜索的单次扫频数据处理流程与测频测试单次扫频数据处理流程基本相同，单次扫频数据处理功能包括处理以下三种情况，测到2个以上谐振频率、测到2个谐振频率和测到1个谐振频率3种情况；

测到2个以上谐振频率时，通过两个循环依次取出瞬时谐振频率存储数组中两个数据进行除法运算；若其商在频率比最大值和频率比最小值范围内，则取出这两个数据分别存入本段高频和低频对应的谐振频率存储数组，同时本段高频和低频测到的谐振频率次数进行加1，然后退出遍历循环，认为得到本次扫频的高频频率和低频频率，本次数据处理完成，否则继续遍历瞬时谐振频率存储数组；

若遍历存储数组中的所有频率都未得到符合条件的数据，则将本次扫频的峰峰值最大值对应的谐振频率存入本段谐振频率存储数组，同时本段测到的谐振频率次数加1；

本段谐振频率存储数组对自动搜索过程中出现只搜索到一个谐振频率、搜索到符合条件的两个谐振频率的数据进行分开存储，并在自动搜索结束后的数据处理过程中也分开处理；即本段谐振频率存储数组与上述的高频频率和低频频率对应的谐振频率存储数组不是同一个存储空间，为不同的存储数组，因为自动搜索过程对搜索到的谐振频率的准确性要求高，同时自动搜索过程也存在可能只搜索到一个谐振频率的可能，因此将搜到符合条件的两个谐振频率和只搜索到一个谐振频率的数据分开存储，并在自动搜索结束后的数据处理过程中也分开处理，这样能保证数据的准确性。

测到2个谐振频率时，将测到的两个数据进行除法运行，若其商在频率比最大值和频率比最小值范围内，则将这两个数据分别存入本段高频和低频对应的谐振频率存储数组，同时本段高频和低频测到的谐振频率次数进行加1；若其商不在频率比最大值和频率比最小值范围内，则将本次扫频的峰峰值最大值对应的谐振频率存入本段谐振频率存储数组即可，同时本段测到的谐振频率次数加1；

测到1个谐振频率时，将本次扫频的峰峰值最大值对应的谐振频率存入本段谐振频率存储数组即可，同时本段测到的谐振频率次数加1；

频段切换功能，通过设置指定的时间进行单频段的重复扫频和测频，当指定的时间到达后，判断全频段扫频是否完成，全频段扫频完成的判断依据为当前扫频的起始频率是否小于用户设置的晶片研磨起始频率，若小于则全频段扫频完成，进行全频段数据处理功能；若不小于，则进行频率切换；

频率切换流程进行如下操作：

①判断当前扫频段数是否大于系统设置的最大扫频频段数，若大于，则直接退出频率切换流程，进入全频段数据处理流程；若不大于，则当前扫频段数加1；

②使用上次扫频参数计算时得到的下一段扫频的高频谐振频率，通过上述的自动搜索扫频参数和测频参数设置方法得到新的扫频参数和测频参数；

③根据新得到的扫频参数设置扫频模块进行扫频；同时设置扫频模块控制变量：扫频模块边沿跳变标志位清零，扫频模块扫频上升沿和下降沿采样数据个数统计清零，扫频模块扫频上升沿和下降沿采样完成标志位清零，扫频模块扫频上升沿和下降沿采样处理标志位清零。

全频段数据处理功能，若全频段扫频完成，进入全频段数据处理，具体包括如下步骤：

2.1.1)遍历自动搜索过程所有频段测到的高频和低频谐振频率；若当前段测到的高频和低频谐振频率次数大于等于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则对高频和低频谐振频率存储数组内的所有数据进行干扰值剔除后，求出剩余数据的平均值，并返回剩余数据的个数；若剩余的数据个数还是大于等于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则认为高频和低频谐振频率搜索成功，同时判断剩余的数据个数是否大于所有段最大谐振频率次数，若大于，则将所有段最大谐振频率次数设置为本段经数据处理后的剩余数据个数，再进行下一段的数据处理，否则进行下一段的数据处理，直到完成所有段的数据处理；

若当前段测到的高频和低频谐振频率次数小于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则进行下一段的数据处理，直到完成所有段的数据处理；

2.1.2)判断高频和低频谐振频率是否搜索成功，若搜索成功，则判断高频谐振频率和低频谐振频率的比值是否在频率比最大值和频率比最小值范围内，若在范围内，则认为两个谐振频率都搜索到，将跟踪测频过程使用的高频谐振频率和低频谐振频率分别设置为自动搜索测到的高频和低频谐振频率，进入跟踪测频流程；若搜索不成功，则进行全频段单谐振频率数据处理；

2.1.3)单谐振频率数据处理，遍历全频段测到的单谐振频率数据，若当前段测到单谐振频率次数大于等于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则对单谐振频率存储数组内的所有数据进行干扰值剔除后，求出剩余数据的平均值，并返回剩余数据的个数；若剩余的数据个数还是大于等于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则认为单谐振频率搜索成功，同时判断剩余的数据个数是否大于所有段最大谐振频率次数，若大于，则将所有段最大谐振频率次数设置为本段经数据处理后的剩余数据个数，再进行下一段的数据处理，否则进行下一段的数据处理，直到完成所有段的数据处理；

若当前段测到单谐振频率次数小于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则进行下一段的数据处理，直到完成所有段的数据处理；

2.1.4)判断单谐振频率是否搜索成功，若搜索成功，则将跟踪测频过程使用的高频谐振频率设置为自动搜索测到单谐振频率，进入跟踪测频流程；若搜索不成功，判断自动搜索圈数是否达到系统设置的自动搜索异常圈数，若达到，则停止自动搜索，系统进行自动搜索异常报警；若未达到，则继续进行全频段自动搜索流程；

2.1.5)根据自动搜索的结果，将谐振频率数据发送给界面显示；若双谐振频率搜索成功，则对高频和低频谐振频率进行校准后发送给界面显示，若单谐振频率搜索成功，则对单谐振频率进行校准后发送给界面显示。

实施例2：

如图1至图17所示，SC切型石英晶片在线研磨测频系统，具有如下功能：

1、研磨过程中能自动搜索到石英晶片的B模频率和C模频率，并根据比例关系确认搜索到的频率是B模频率还是C模频率。

2、跟踪测频过程中，能实时跟踪B模频率和C模频率，并实时提供相应的统计量，如一圈测到的石英晶片片数、单片散差、整盘散差、研磨速率等信息，同时显示研磨过程中晶片谐振频率的变化曲线和散差变化曲线，用户可根据这些信息判断晶片的来料情况和研磨过程中的研磨机盘面、载具、砂液情况。

3、若自动搜索过程中只搜索到一个频率，系统能实时跟踪该频率，同时在跟踪过程中实时搜索另一个频率，直到搜索到两个谐振频率并根据比例关系确认是B模频率还是C模频率。在测到两个符合条件的频率之后进行实时双频率跟踪测频。

4、由于搜索过程中可能只测到一个频率，而在研磨过程中可能会出现两个谐振频率，因此必须提供一种从单频率跟踪测频切换为双频率跟踪测频的方法，使SC切型石英晶片的研磨过程更加智能。

5、提供一种在研磨机内的测频测试方法。当石英晶片在研磨机内时，用户可通过手动设置扫频参数和测频参数，通过测频测试功能实现石英晶片在研磨机内的双谐振频率的测量，统计单位时间内谐振频率测到的次数，统计B模和C模的谐振线宽和扫频幅度、标准差等情况。用户可通过这些信息判断谐振波形是否正常，同时可对测频测试过程得到的全频段搜索宽度和扫频幅度进行多项式拟合获取在线测频过程使用的搜索宽度和扫频幅度多项式系数。

由于SC切型石英晶片存在两个谐振频率，分别为B模频率和C模频率，B模频率值大概比C模频率值高9.5％，因此扫频范围必须覆盖这两个频率值。

如图1所示SC切型石英晶片的B模和C模的谐振波形图，其中FB为B模的谐振频率值，FC为C模的谐振频率值。

SC切型石英晶片在线研磨测频系统包括测频测试功能和在线测频功能。

测频测试功能提供上述第5点的功能，通过用户设置的扫频参数和测频参数，能实时测量SC石英晶片的B模谐振频率和C模谐振频率，并算出频率比、B模频率和C模频率对应波形的谐振线宽、单位时间内测到的频率数和单位时间内的标准差等统计量信息，用户可通过这些信息判断石英晶片的频率、性能，同时可指导用户设置在线测频参数。

具体的，测频测试功能，用户通过界面设置扫频参数：起始频率、截止频率、扫频步进、扫频速度、扫频幅度，设置测频参数：高频搜索宽度、低频搜索宽度、峰值约束后，按下“开始”按钮开始测频。测频过程系统调用双谐振频率波形匹配算法，若测到两个符合条件的谐振频率，则显示这两个谐振频率及对应的谐振宽度和实时峰高，同时统计指定时间谐振频率的标准差和有效次数；若只测到一个谐振频率，则显示该谐振频率对应的信息。

通过上述功能的设计，本系统的测频测试功能不仅能测SC切型石英晶片的B模和C模频率，同时也能测AT等单谐振频率石英晶片的频率，实现两个功能兼容。

如图2所示，测频测试功能包括单次扫频双谐振频率波形匹配功能、单次扫频谐振频率数据处理功能、单位时间内数据处理功能；具体过程如下：

1.1)参数设置步骤：读取系统中掉电存储模块内测频测试参数和SC晶片设置参数；

测频测试参数，通过掉电存储模块读取，其包括扫频参数和测频参数；其中扫频参数包括扫频起始频率和扫频截止频率、扫频步进、扫频速度、扫频幅度，测频参数包括高频搜索宽度、低频搜索宽度和峰值约束；SC晶片设置参数，通过掉电存储模块读取，其包括SC频率比、频率比上限、频率比下限；

对上述参数进行约束条件判断，若上述参数存在不满足约束条件的情况，则将其根据新设置的值写入到掉电存储模块内，若掉电存储模块中不存在上述参数，则将上述参数设置为默认值，并将其写入掉电存储模块；

如图3所示，将上述测频测试参数和SC晶片参数分别发送给显示模块显示，显示的参数只要有与当前MCU中存储的值不同，则将MCU中的值更新为显示的新参数值。

具体的上述参数，判断是否符合约束条件如下：

扫频截止频率和扫频起始频率的差值为扫频范围，扫频起始频率和扫频截止频率的取值范围为1MHz～120MHz，同时扫频截止频率至扫频起始频率必须满足大于0MHz小于20MHz，若不满足则将起始频率和截止频率设置为默认值，起始频率默认值为9MHz，截止频率默认值为11MHz。

扫频步进的取值范围为100Hz～8000Hz，若不满足条件，则根据扫频范围设置扫频步进，当扫频范围小于2MHz时，设置扫频步进为1000Hz，当扫频范围为2MHz～4MHz，设置扫频步进为2000Hz，当扫频范围为4MHz～6MHz，设置扫频步进为3000Hz，当扫频范围大于6MHz，设置扫频步进为4000Hz。

扫频速度的取值范围为2us～100uS，若不满足条件，则设置为默认值50uS。

扫频范围、扫频步进和扫频速度三者之间需满足的约束条件为：(扫频范围/扫频步进*扫频速度)>4mS，若不满足，需将这几个参数设置为默认值。

扫频幅度的取值范围为5～4000mm/min，若不满足该条件，则将其设置为默认值1000mm/min。

低频搜索宽度和高频搜索宽度的取值范围为1～400kHz，若不满足该条件，则将其都设置为默认值33kHz。

峰值约束的取值范围为1～2000，若不满足条件，则将其设置为默认值500；

SC频率比为SC切型石英晶片高频频率和低频频率的比值，为浮点型数据，占4个字节，根据SC切型石英晶片特性，其取值范围为1.05～1.25，若不满足该条件，则将其设为默认值1.095。

频率比上限为比例值，其取值范围为1～99，若不满足条件，则将其设为默认值10；通过SC频率比和频率比上限，确定(高频频率/低频频率)的最大值，其公式为：(高频频率/低频频率)的最大值＝SC频率比+(SC频率比-1)*频率比上限/100。

频率比下限为比例值，其取值范围为1～99，若不满足条件，则将其设为默认值10；通过SC频率比和频率比下限，确定(高频频率/低频频率)的最小值，其公式为：(高频频率/低频频率)的最小值＝SC频率比-(SC频率比-1)*频率比下限/100。

上述参数存在不满足约束条件的情况，则将其根据新设置的值写入到掉电存储模块内。若掉电存储模块中不存在上述参数，则将上述参数设置为默认值，并将其写入掉电存储模块。

1.2)扫频准备步骤：对测频测试功能的相关变量进行初始化，变量包括界面显示的变量、统计变量和测频变量；在扫频模块开始扫频前，先将上升沿和下降沿的信号采样次数清零，将上升沿和下降沿扫频信号采样完成标志位清零；根据测频测试的界面中设置的扫频参数设置扫频模块的参数、控制扫频模块进行扫频。

界面显示的变量包括高频频率相关显示变量和低频频率相关显示变量，其初始化包括：单位时间内谐振频率平均值清零和单位时间内谐振频率次数清零、单位时间内谐振频率标准差清零、1秒内测到的谐振频率次数清零；

统计变量也包括高频频率相关的统计变量和低频频率相关的统计变量，其初始化包括：测频测试过程谐振频率平均值设置，其中高频谐振频率平均值初始化设置为扫频截止频率，低频谐振频率平均值设置为扫频起始频率；单次扫频瞬时频率存储数组清零；单次扫频瞬时峰高存储数组清零；单次扫频瞬时谐振宽度存储数组清零；单次扫频测到谐振频率次数清零；单次扫频频率峰峰值最大时的瞬时频率、峰高和谐振宽度变量清零；单位时间内测频测试每次扫频谐振频率存储数组清零；单位时间内测频测试每次扫频实时峰高存储数组清零；单位时间内测频测试每次扫频谐振宽度存储数组清零；单位时间内谐振频率次数清零；通过SC晶片参数设置高低频频率比的最大值和最小值；

测频变量为波形匹配中使用的搜索宽度，分别设置高频谐振频率和低频谐振频率的波形搜索宽度，其公式为：波形搜索宽度＝界面设置搜索宽度/扫频步进，其中，界面设置搜索宽度通过测频测试界面分别设置高频的搜索宽度和低频的搜索宽度。

在扫频模块开始扫频前，先将上升沿和下降沿的信号采样次数清零，将上升沿和下降沿扫频信号采样完成标志位清零。根据测频测试界面设置的扫频参数设置扫频模块的参数，控制扫频模块进行扫频。

1.3)波形匹配步骤：如图4、图5所示，步骤1.2)中若上升沿或者下降沿采样完成，则进入单次扫频双谐振频率波形匹配功能。当前系统采用数据采集和处理同时进行的方式工作，不管是测频测试过程，还是自动搜索和跟踪测频过程，都采用这种方式进行处理。扫频模块在起始频率和截止频率之间来回重复扫频，在扫频模块从起始频率扫向截止频率过程中(该过程定义为扫频上升沿)，处理上一个周期截止频率扫向起始频率过程中的采样数据；在扫频模块从截止频率扫向起始频率的过程中(该过程定义为扫频下降沿)，处理本周期起始频率扫向截止频率过程中的采样数据。这种处理方式能提高测频的效率，相较于数据采集和处理分开处理，当前的方式能将测频的效率提高一倍，使系统更加符合动态测频的需求。

单次扫频双谐振频率波形匹配后进行单次扫频谐振频率数据处理，获得单位时间内高频谐振频率和低频谐振频率的平均值，用于下次数据处理比较使用，同时将单次扫频相关变量清零，从而进行单位时间内数据处理；单位时间内数据处理中设定的单位时间到达后，进行相关的数据处理，对单位时间内测到的所有高频和低频谐振频率求平均值和标准差，求实时峰高和谐振宽度的平均值，求高频频率和低频频率的比值，同时设置界面测频结果指示灯，并将相关数据处理完成后，将这些数据发送给显示模块进行显示，完成本轮单位时间内的测频过程后，将高频谐振频率平均值的初始值设置为扫频截止频率，低频谐振频率平均值的初始值设置为扫频起始频率，同时将高频和低频对应的频率、峰高、线宽等统计变量清零，进行下一轮的测频过程。

其中，单次扫频双谐振频率波形匹配功能的具体步骤如下：

1.3.1.1)对所有采样点从起始点开始，到截止点-9SSmin结束，进行波形匹配；其中，SSmin为低频搜索宽度和高频搜索宽度中的较小值；

1.3.1.2)分别使用低频搜索宽度和高频搜索宽度作为参数进行9点波形匹配，若匹配成功，则获取匹配成功波形的峰峰值，峰峰值为波形中的幅度最大值与最小值的差值；其中，扫频上升沿过程中处理下降沿采集数据，波形峰峰值为波形中的第6点的幅值与波形中第4点的幅值的差值；扫频下降沿过程中处理上升沿采集数据，波形峰峰值为波形中的第4点的幅值与波形中第6点的幅值的差值；

1.3.1.3)波形匹配成功后，比较波形峰峰值与界面设置的峰值约束，若波形峰峰值大于界面设置的峰值约束，则认为搜索成功，记录搜索成功时的搜索宽度SS；

1.3.1.4)对搜索成功的波形进行截取中心6SS的长度，去掉开始2SS和结尾SS的长度后进行数据平滑处理，其中SS为搜索宽度；经平滑处理后再求6SS波形中的幅值最大值和幅值最小值在整个波形中的位置；

1.3.1.5)根据扫频起始频率、扫频截止频率、6SS波形中的幅值最大值和最小值在整个波形中的位置求得当前的瞬时谐振频率、实时峰高和谐振宽度；其中，扫频上升沿和扫频下降沿处理过程不同，扫频上升沿过程处理下降沿数据，具体数据处理公式如下：

瞬时谐振频率＝Fend-(6SS波形中的幅值最大值所在的位置)*扫频步进

其中，Fend为扫频截止频率；

实时峰高＝6SS波形幅值最大值-6SS波形幅值最小值；

谐振线宽＝(6SS波形幅值最大值所在位置-6SS波形幅值最小值所在的位置)*扫频步进/3；

扫频下降沿过程处理上升沿数据，具体数据处理公式如下：

瞬时谐振频率＝Fstart+(6SS波形中的幅值最大值所在的位置)*扫频步进

其中，Fstart为扫频起始频率；

实时峰高＝6SS波形幅值最大值-6SS波形幅值最小值；

谐振线宽＝(6SS波形幅值最小值所在位置-6SS波形幅值最大值所在的位置)*扫频步进/3；

1.3.1.6)判断本次测到谐振频率的峰峰值是否大于之前测到谐振频率的峰峰值最大值，若大于，则将本次测到的谐振频率设置为峰峰值最大谐振频率，将本次测到的谐振频率的峰高设置为峰峰值最大谐振频率的峰高，及本次测到的谐振宽度设置为峰峰值最大谐振频率的谐振宽度；

1.3.1.7)判断本次单次扫频波形匹配过程测到的谐振频率次数是否大于设定阈值；若大于，则直接退出本次测频过程，进入单次扫频数据处理流程；若小于且测到谐振频率，则采样点向前推进6SS，进行下一次的波形匹配；若小于且未测到谐振频率，则采样点向前推进1点，进行下一次的波形匹配；

1.3.1.8)如果本次单次扫频波形匹配过程至少测到一个谐振频率则进入单次扫频谐振频率数据处理流程，否则直接退出本次测频，等待下一次采样完成。

如图6所示，单次扫频谐振频率数据处理功能包括3种情况，测到2个以上谐振频率、测到2个谐振频率和测到1个谐振频率；

测到2个以上谐振频率，先遍历存储数组中的所有谐振频率，通过两轮循环从数组中依次取出两个数据进行除法运算，若其商在频率比最大值和频率比最小值范围内，则取出这两个数据分别存入高频频率和低频频率对应的单位时间内谐振频率存储数组，并将对应的实时峰高和谐振线宽分别存入高频频率和低频频率对应的单位时间内，每次扫频实时峰高存储数组和谐振宽度存储数组；同时高频频率和低频频率的单位时间内谐振频率次数进行加1处理，在存入对应存储数组时，若存入的数据个数大于数组大小时，需进行堆栈处理，将先存入的数据剔除，再将后存入的数据存入数组；若数据个数小于数组大小，则直接存入；

若得到符合条件的两个数据，则退出遍历循环，认为本次数据处理完成，得到本次扫频的高频频率和低频频率；

若遍历存储数组中的所有频率都未得到符合条件的数据，则提取单次测频过程中的最大峰峰值对应的频率、实时峰高和谐振宽度；具体提取包括如下四种情况：

第一种当前单位时间内低频谐振频率次数为0而高频谐振频率次数非0，此时判断高频谐振频率平均值与单次测频最大峰峰值对应的频率的比值是否大于频率比最小值，若大于则认为最大峰峰值对应的频率为低频谐振频率，否则认为是高频谐振频率；

第二种当前单位时间内低频谐振频率次数非0而高频谐振频率次数为0，此时判读单次测频最大峰峰值对应的频率与低频谐振频率平均值的比值是否大于频率比最小值，若大于则认为最大峰峰值的频率为高频谐振频率，否则认为是低频谐振频率；

第三种当前单位时间内低频谐振频率次数和当前单位时间内高频谐振频率次数都为0，最大峰峰值对应的频率与单位时间内高频谐振频率平均值和单位时间内低频谐振频率平均值比较，看与其中的哪个频率比较接近，若比较接近低频谐振频率平均值，则将其存入低频单位时间内每次扫频谐振频率存储数组，否则将其存入高频单位时间内每次扫频谐振频率存储数组，同时分别将对应的实时峰高和谐振宽度分别存入高频和低频对应的单位时间内每次扫频实时峰高存储数组和谐振宽度存储数组；

第四种当前单位时间内低频谐振频率次数和当前单位时间内高频谐振频率次数都非0，此时处理方式与第三种相同；

测到2个谐振频率，将测到的两个数据进行除法运行，若其商在频率比最大值和频率比最小值范围内，则将这两个数据分别存入高频和低频对应的单位时间内每次扫频谐振频率存储数组，将对应的实时峰高和谐振宽度分别存入高频和低频对应的单位时间内每次扫频实时峰高存储数组和谐振宽度存储数组；同时高频和低频的单位时间内谐振频率次数进行加1处理；

若两个数据的比值不符合频率比约束，则提取单次扫频波形匹配过程中的最大峰峰值对应的频率、实时峰高和谐振宽度，且具体提取方法与测到2个以上谐振频率的相同；

测到1个谐振频率，提取单次扫频波形匹配过程中的最大峰峰值对应的频率、实时峰高和谐振线宽，具体提取方法与测到2个以上谐振频率的相同。

如图7所示，在线测频功能包括自动搜索功能和跟踪测频功能。自动搜索功能实现对SC晶片当前频率的搜索，并且根据自动搜索的不同结果进行不同的处理，若指定圈数内未搜索到频率则系统提示搜索异常报警，若搜索到一个频率则进行单频率跟踪测频流程，若搜索到两个频率则进行双频率跟踪测频流程；同时当系统出现测频异常且频率未到达停机阈值时，调用自动搜索功能重新搜索频率。

自动搜索功能具体包括数据初始化、扫频和测频参数设置、单次扫频双谐振频率波形匹配功能、单次扫频数据处理功能、全频段数据处理功能和频段切换功能；

数据初始化进行频率统计相关变量的初始化，需要初始化的变量包括：单次扫频过程中测频相关变量、全频段分段扫频双谐振频率测频相关变量、全频段分段扫频单谐振频率测频相关变量、自动搜索过程相关控制变量和扫频模块控制变量；

单次扫频过程中测频相关变量的初始化包括：谐振频率个数统计变量清零、谐振频率个数最大值设置、瞬时谐振频率存储数组清零和峰峰值最大瞬时谐振频率清零；

全频段分段扫频双谐振频率测频相关变量的初始化包括：全频段扫频当前段位置清零，全频段从0开始，最多分为36段，各个扫频频段高频和低频测到谐振频率次数存储数组清零，各个扫频频段高频和低频测到谐振频率存储数组清零；

全频段分段扫频单谐振频率测频相关变量的初始化包括：各个扫频频段测到单谐振频率次数存储数组清零、各个扫频频段测到单谐振频率存储数组清零；

自动搜索过程相关控制变量的初始化包括：自动搜索过程开始标志位设置、自动搜索测频结果标志位设置、自动搜索频率切换标志位设置、自动搜索频率切换计时时间清零，自动搜索过程圈数统计清零；

扫频模块控制变量的初始化包括：扫频模块边沿跳变标志位清零、扫频模块扫频上升沿和下降沿采样数据个数统计清零、扫频模块扫频上升沿和下降沿采样完成标志位清零、扫频模块扫频上升沿和下降沿采样处理标志位清零。

扫频和测频参数设置包括设置扫频参数和测频参数；

扫频参数包括扫频起始频率、扫频截止频率、扫频步进、扫频速度和扫频幅度；在自动搜索扫频过程中采用在指定的圈数内进行周期性扫频的方法，一个周期的扫频为从目标频率开始到起始频率结束进行分段扫频，每段的扫频采用指定时间内重复扫频，每段扫频的扫频范围与频率相关，扫频范围内必须包含高频谐振频率和低频谐振频率。

自动搜索扫频开始时，先在主界面设置的目标频率附近进行扫频参数设置；

扫频起始频率和扫频截止频率的设置过程如下：

2.1.1)低频谐振频率FL＝主界面设置的目标频率；

2.1.2)根据低频谐振频率计算低频搜索宽度：

其为n阶多项式，其中SSLRatio为低频搜索线宽系数，FL为低频谐振频率；

2.1.3)当前系统设置有效波形范围为9SS，扫频范围为36SS，采取以谐振频率为中心分别加18SS和减18SS处理；低频扫频起始频率FLstart＝FL-18*SSL，低频扫频截止频率FLend＝FL+18*SSL；

2.1.4)根据频率比获得高频频率FH＝FL*FRatio，其中FRatio为SC晶片高频频率和低频频率的频率比；

2.1.5)根据步骤2.1.2)、2.1.3)的方法获得高频扫频起始频率和高频扫频截止频率；根据高低频扫频起始频率和截止频率计算扫频范围：FRange＝Fmax-Fmin，其中Fmax为高低频扫频起始频率和截止频率的最大值，Fmin为高低频扫频起始频率和截止频率的最小值；

2.1.6)以FRange为中心将扫频范围扩大n倍，设置相应的扫频起始频率和扫频截止频率，n为正整数，数值越大完成全频段扫频的时间越短，但是扫频测到谐振频率的成功率和精度会相应降低；

2.1.7)将本段扫频的低频频率值设置为下一段扫频的高频频率值，并可得到扫频起始频率和扫频截止频率；

根据扫频范围设置扫频步进，若扫频范围大于8MHz，则设置扫频步进为4kHz，若扫频范围为6～8MHz，则设置扫频步进为3kHz，若扫频范围为4～6MHz，则设置扫频步进为2kHz，若扫频范围为3～4MHz，则设置扫频步进为1.5kHz，若扫频范围小于3MHz，则设置扫频步进为1kHz；

根据扫频起始频率设置峰值约束，扫频起始频率小于8MHz，设置峰值约束为低频峰值约束，扫频起始频率大于等于8MHz，设置峰值约束为高频峰值约束；

根据扫频中心频率求扫频幅度：

为n阶多项式，其中SRRatio为扫频幅度系数，Fmiddle为扫频中心频率；

对本段扫频范围进行N等分细分获取细分后的频率，根据细分后的频率分别计算高频和低频对应的搜索宽度；

设置本段的高频频率平均值为本段扫频的截止频率，设置本段的低频频率平均值为本段扫频的起始频率；

根据上述获取的扫频参数设置扫频模块，开始扫频。

单次测频谐振频率波形匹配功能，当单次采样完成后，进入自动搜索单次扫频双谐振频率波形匹配；自动搜索单次测频双谐振频率波形匹配功能与测频测试功能的单次扫频双谐振频率波形匹配功能基本相同，不同的地方在于：开始所有扫频点9点波形匹配算法前先判断当前段测到谐振频率次数是否小于设定阈值，若小于，则进行9点波形匹配，否则认为本段采集到的数据量已经足够，跳过本次9点波形匹配过程；

由于自动搜索过程中每段的扫频范围较大，不同频率对应的搜索宽度会有所差别，从而采用在9点波形匹配过程中采用多个搜索宽度进行匹配。

自动搜索的单次扫频数据处理流程与测频测试的单次扫频数据处理流程采取不同的数据处理策略，因为自动搜索过程的准确性会直接影响到跟踪测频的性能，因此对自动搜索过程的要求比较高，要求自动搜索得到的谐振频率比较准确。

自动搜索的单次扫频数据处理流程与测频测试单次扫频数据处理流程基本相同，单次扫频数据处理功能包括处理以下三种情况，测到2个以上谐振频率、测到2个谐振频率和测到1个谐振频率3种情况；

测到2个以上谐振频率时，通过两个循环依次取出瞬时谐振频率存储数组中两个数据进行除法运算；若其商在频率比最大值和频率比最小值范围内，则取出这两个数据分别存入本段高频和低频对应的谐振频率存储数组，同时本段高频和低频测到的谐振频率次数进行加1，然后退出遍历循环，认为得到本次扫频的高频频率和低频频率，本次数据处理完成，否则继续遍历瞬时谐振频率存储数组；

若遍历存储数组中的所有频率都未得到符合条件的数据，则将本次扫频的峰峰值最大值对应的谐振频率存入本段谐振频率存储数组，同时本段测到的谐振频率次数加1；

本段谐振频率存储数组对自动搜索过程中出现只搜索到一个谐振频率、搜索到符合条件的两个谐振频率的数据进行分开存储，并在自动搜索结束后的数据处理过程中也分开处理；即本段谐振频率存储数组与上述的高频频率和低频频率对应的谐振频率存储数组不是同一个存储空间，为不同的存储数组，因为自动搜索过程对搜索到的谐振频率的准确性要求高，同时自动搜索过程也存在可能只搜索到一个谐振频率的可能，因此将搜到符合条件的两个谐振频率和只搜索到一个谐振频率的数据分开存储，并在自动搜索结束后的数据处理过程中也分开处理，这样能保证数据的准确性。

测到2个谐振频率时，将测到的两个数据进行除法运行，若其商在频率比最大值和频率比最小值范围内，则将这两个数据分别存入本段高频和低频对应的谐振频率存储数组，同时本段高频和低频测到的谐振频率次数进行加1；若其商不在频率比最大值和频率比最小值范围内，则将本次扫频的峰峰值最大值对应的谐振频率存入本段谐振频率存储数组即可，同时本段测到的谐振频率次数加1；

测到1个谐振频率时，将本次扫频的峰峰值最大值对应的谐振频率存入本段谐振频率存储数组即可，同时本段测到的谐振频率次数加1；

频段切换功能，通过设置指定的时间进行单频段的重复扫频和测频，当指定的时间到达后，判断全频段扫频是否完成，全频段扫频完成的判断依据为当前扫频的起始频率是否小于用户设置的晶片研磨起始频率，若小于则全频段扫频完成，进行全频段数据处理功能；若不小于，则进行频率切换；

频率切换流程进行如下操作：

①判断当前扫频段数是否大于系统设置的最大扫频频段数，若大于，则直接退出频率切换流程，进入全频段数据处理流程；若不大于，则当前扫频段数加1；

②使用上次扫频参数计算时得到的下一段扫频的高频谐振频率，通过上述的自动搜索扫频参数和测频参数设置方法得到新的扫频参数和测频参数；

③根据新得到的扫频参数设置扫频模块进行扫频；同时设置扫频模块控制变量：扫频模块边沿跳变标志位清零，扫频模块扫频上升沿和下降沿采样数据个数统计清零，扫频模块扫频上升沿和下降沿采样完成标志位清零，扫频模块扫频上升沿和下降沿采样处理标志位清零。

全频段数据处理功能，若全频段扫频完成，进入全频段数据处理，具体包括如下步骤：

2.1.1)遍历自动搜索过程所有频段测到的高频和低频谐振频率；若当前段测到的高频和低频谐振频率次数大于等于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则对高频和低频谐振频率存储数组内的所有数据进行干扰值剔除后，求出剩余数据的平均值，并返回剩余数据的个数；若剩余的数据个数还是大于等于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则认为高频和低频谐振频率搜索成功，同时判断剩余的数据个数是否大于所有段最大谐振频率次数，若大于，则将所有段最大谐振频率次数设置为本段经数据处理后的剩余数据个数，再进行下一段的数据处理，否则进行下一段的数据处理，直到完成所有段的数据处理；

若当前段测到的高频和低频谐振频率次数小于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则进行下一段的数据处理，直到完成所有段的数据处理；

2.1.2)判断高频和低频谐振频率是否搜索成功，若搜索成功，则判断高频谐振频率和低频谐振频率的比值是否在频率比最大值和频率比最小值范围内，若在范围内，则认为两个谐振频率都搜索到，将跟踪测频过程使用的高频谐振频率和低频谐振频率分别设置为自动搜索测到的高频和低频谐振频率，进入跟踪测频流程；若搜索不成功，则进行全频段单谐振频率数据处理；

2.1.3)单谐振频率数据处理，遍历全频段测到的单谐振频率数据，若当前段测到单谐振频率次数大于等于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则对单谐振频率存储数组内的所有数据进行干扰值剔除后，求出剩余数据的平均值，并返回剩余数据的个数；若剩余的数据个数还是大于等于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则认为单谐振频率搜索成功，同时判断剩余的数据个数是否大于所有段最大谐振频率次数，若大于，则将所有段最大谐振频率次数设置为本段经数据处理后的剩余数据个数，再进行下一段的数据处理，否则进行下一段的数据处理，直到完成所有段的数据处理；

若当前段测到单谐振频率次数小于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则进行下一段的数据处理，直到完成所有段的数据处理；

2.1.4)判断单谐振频率是否搜索成功，若搜索成功，则将跟踪测频过程使用的高频谐振频率设置为自动搜索测到单谐振频率，进入跟踪测频流程；若搜索不成功，判断自动搜索圈数是否达到系统设置的自动搜索异常圈数，若达到，则停止自动搜索，系统进行自动搜索异常报警；若未达到，则继续进行全频段自动搜索流程；

2.1.5)根据自动搜索的结果，将谐振频率数据发送给界面显示；若双谐振频率搜索成功，则对高频和低频谐振频率进行校准后发送给界面显示，若单谐振频率搜索成功，则对单谐振频率进行校准后发送给界面显示。

跟踪测频功能包括双频率跟踪功能、单频率跟踪功能、测频参数初始化、扫频参数设置和两个功能之间的切换功能；

如图11所示，双频率跟踪功能对两个频率跟踪测频的单次扫频测到谐振波形情况进行分析，两个频率跟踪测频的扫频范围能保证覆盖两个谐振频率，分析扫频过程中波形情况如图11所示：

扫频得到的两个谐振频率F1和F2之间的波形包括测不到波形、测到1个波形、测到2个及2个以上波形；因此两个扫频范围内的波形情况组合后存在3*3＝9种情况。F1和F2的扫频范围与搜索宽度有关，在一定的搜索宽度下，F1的扫频范围和F2的扫频范围会存在一定的重叠区域；其中高频和低频的扫频范围和搜索宽度的关系图如图12所示。重叠区域具体先判断F1和F2的扫频范围是否存在重叠区域，若存在重叠区域，则F1+24SSL>F2-12SSH，需判断F1扫频范围内测到的频率是否为F2；若不存在重叠区域，则F2-12SSH>F1+24SSL，F1内测到频率不是F2；

具体当存在重叠区域时，即F1+24SSL>F2-12SSH，因此这种情况下存在F1的扫频范围内有可能测到F2的频率。

因此在测频过程中，需先判断F1和F2的扫频范围是否存在重叠区域，若存在重叠区域，则需判断F1扫频范围内测到的频率是否为F2。

若不存在重叠区域，即F2-12SSH>F1+24SSL，则F1内测到频率肯定不会是F2。

其中图中F1为SC双谐振频率中的低频谐振频率，F2为SC双谐振频率中的高频谐振频率，F1s为低频扫频范围的起始频率，F1e为低频扫频范围的截止频率，F2s为高频扫频范围的起始频率，F2e为高频扫频范围的截止频率。

两个频率跟踪过程中单次扫频的测频包括第一方案和第二方案。

第一方案对单次扫频低频扫频范围内的波形采用9点波形匹配算法，当匹配到一个波形后，根据比例系数，对1.095附近的N*SSH范围进行高频谐振频率9点波形匹配，N为系统设置参数，SSH为高频搜索宽度；当N设为0时，相当于18点波形匹配算法；若匹配到波形，且得到的高频谐振频率和低频谐振频率的比值在频率比最大值和频率比最小值范围内，则认为获取到了符合条件的高频谐振频率和低频谐振频率，本次测频完成，存入晶片区分数组；若指定范围的高频波形未匹配到，则继续进行低频谐振频率的9点波形匹配，直到找到满足条件的高频谐振频率和低频谐振频率；若遍历低频扫频范围内所有点仍未匹配到满足条件的高频谐振频率和低频谐振频率，则结束本次测频；

第二方案对扫频范围内对单个谐振波形采用9点匹配算法进行全范围测频，将测到的谐振频率统一存到数组内，当完成全范围测频后，对数组内的数据统一处理；通过两轮循环，依次取出数组内两个不同的数据进行除法运算，若其商在频率比最大值和频率比最小值范围内，则认为本次测频测到了符合条件的低频谐振频率和高频谐振频率，若不在范围内，则本次测频未测到符合条件的低频谐振频率和高频谐振频率；

跟踪测频功能的双频率跟踪功能中未测到波形时，这种情况，有可能是此次扫频时探头下面没有晶片，也有可能是此次扫频未测到谐振频率。此时，晶片区分算法连续未测到频率次数会进行加1处理，同时可判断是否该片晶片测频结束。

此时，采用对频率1和频率2所在扫频范围内分别进行全频段测频，频率1和频率2都未测到，结束本次测频。而测频采用第二方案进行；

测到前一个波形时，这种情况下，可以采用两种方法处理。

方法1是：可先对频率1所在扫频范围内进行全频段测频，测到频率1后，对1.095附近的N*SS范围进行9点匹配，结果为匹配不到频率，结束本次测频。

方法2是：对频率1和频率2所在扫频范围内分别进行全频段测频，测频结果为只测到频率1，将其存入频率1所在的数组。

两个方法比较方法1对频率2的匹配次数相对于方法2少，因此方法1更优。其中测频采用第一方案进行；

频率1扫频范围内测到2个及2个以上波形时，这种情况下，可以采用两种方法处理。

方法1：对频率1所在的扫频范围内进行全频段测频，测频结果为测到频率1所在频段的2个频率或2个以上频率值，此时取其中频率最大的值作为频率1并存入频率1所在的数组。对1.095附近的N*SS范围进行9点匹配，结果为匹配不到频率，结束本次测频。

方法2：对频率1和频率2所在扫频范围内分别进行全频段测频，测频结果为测到频率1所在频段的2个频率或2个以上频率值，此时取其中频率最大的值作为频率1并存入频率1所在的数组。

两个方法比较方法1对频率2的测频次数相对于方法2少，因此方法1更优。但是在实际测频中，频率2扫频范围内未测到波形的情况并不能事先知道，因此需要对频率2进行全频段测频。其中测频采用第二方案进行；

测到后一个波形时，这种情况，由于频率1扫频范围内测不到频率，而在实际情况下并知道，因此最佳的方案是：对频率1和频率2所在扫频范围内分别进行全频段测频，测频结果为只测到频率2，将其存入频率2所在的数组。其中测频采用第二方案进行；

频率2扫频范围内测到2个及2个以上波形时，这种情况，由于频率1扫频范围内测不到频率，而在实际情况下并知道，因此最佳的方案是：对频率1和频率2所在扫频范围内分别进行全频段测频，测频结果为只测到频率2所在频段的2个频率或2个以上频率值，此时取其中频率最大的值作为频率1并存入频率1所在的数组。其中测频采用第二方案进行；

测到2个波形，分别在2个频率扫频范围内时，这种情况，由于2个波形分别在2个频率扫频范围内，若这两个波形为符合条件的两个波形，则这两个波形必然存在1.095左右的比例关系；若在这个比例下只存在一个波形，我们认为频率1为正确的波形。

通过上面的思路，我们处理这种情况最佳的方案是先对频率1所在的频段进行全频段测频，测到频率1后，将其存入频率1所在的数组，对频率1对应的N*1.095范围内进行频率波形匹配，若匹配到频率2，则存储到频率2所在的数组，若匹配不到，则结束此次测频。其中测频采用第一方案进行；

频率1扫频范围内测到1个波形，频率2扫频范围内测到2个及2个以上波形时，对频率1所在的频段进行全频段测频，测到频率1后，将其存入频率1所在的数组，若频率2处测到的频率与频率1处测到频率比例关系不是在±N*1.095内，则认为频率1为有效信号，存入频率1所在的数组，频率2处测到的信号为无效信号；因此处理方法和测到2个波形，分别在2个频率扫频范围内相同。其中测频采用第一方案进行；

频率1扫频范围内测到2个及2个以上波形，频率2扫频范围内测到1个波形时，此时最佳的处理方案跟测到2个波形，分别在2个频率扫频范围内和频率1扫频范围内测到1个波形，频率2扫频范围内测到2个及2个以上波形情况类似，先对频率2扫频范围内进行全频段测频，测到频率2，此时对±N*1.095处的频率1频段进行波形匹配，若匹配到测存储该频率，若匹配不到则结束本次测频。

但是由于事先不知道波形情况，按照上述的处理思路只有在频率1处测到2个及2个以上波形时才先对频率2进行全频段扫频，实际情况中并不知道频率1处能测到几个波形，因此此种情况分别对频率1和频率2所在的频段进行全频段匹配，得到频率1处2个及以上频率值，频率2处1个频率值，此时将频率2作为基数，将其除以1.095后查找±N处是否有频率1的频率，若有则存储。其中测频采用第二方案进行；

频率1和频率2扫频范围内分别测到2个及2个以上波形时，对频率1和频率2所在频段分别进行全频段测频，然后对相应的数据进行处理；其中测频采用第二方案进行。

每种情况的方案分析结果如图13所示，通过上述九种情况的分析，能得到如下结论：

每种情况的方案中，都需要先对频率1所在的频段进行全频段测频。频段2的处理会根据频段1的测频结果而不同。

若频率扫频范围内测到1个波形，则都采用方案1，即对频率2采用±N*1.095处波形匹配的方式，其他情况都采用方案2处理。

整体的处理方案应该是方案1和方案2组合使用，根据不同的情况采用不同的方案处理。

如图14所示，单频率跟踪功能的扫频范围应覆盖将当前频率视为高频频率对应的低频频率扫频范围，以及将当前频率视为低频频率对应的高频谐振频率扫频范围；当前频率作为单个频率跟踪的依据和SC晶片双谐振频率中另一个频率的判断依据；在单次扫频测频过程中，必须先保证测到当前频率，若当前频率未测到，则不作另外两个扫频范围的判断，若测到当前频率再进行前向频率波形和后向频率波形的判断；

单次扫频的测频谐振波形分析和具体处理过程如下：

2.2.1)当前频率扫频范围内未匹配到谐振波形，则不管前向频率扫频范围和后向频率扫频范围是否存在谐振波形，都不进行波形匹配；

2.2.2)当前频率扫频范围内匹配到1个符合条件的谐振波形，则对前向频率扫频范围在±N*(1/1.095)处进行波形匹配，对后向频率扫频范围在±N*1.095进行波形匹配，根据匹配结果分别判断是否在频率比范围内，若在则分别存入相关数组；

2.2.3)当前频率扫频范围内匹配到2个及以上谐振波形，则分别对三个扫频范围进行整个频率范围内的测频，根据测频结果进行数据判断。

测频参数初始化和扫频参数设置，测频参数包括双频率跟踪测频流程中的相关测频参数和单频率跟踪测频流程中相关测频参数。测频参数初始化的具体设置步骤如下：

2.3.1)双频率跟踪测频中单次扫频测频时，低频频率和高频频率分别测到的谐振频率次数清零，瞬时谐振频率数组清零，峰峰值最大值谐振频率清零；单频率跟踪测频流程中单次扫频测频时，当前频率、前向频率和后向频率分别测到的谐振频率次数清零，瞬时谐振频率数组清零，峰峰值最大值谐振频率清零；

2.3.2)在晶片区分算法中使用的变量，双频率跟踪测频流程中的高频频率和低频频率对应的变量和单频率跟踪测频流程中的当前频率、前向频率和后向频率对应的变量分别初始化；连续未测到谐振频率次数、连续测到谐振频率次数和连续测到谐振频率后连续未测到谐振频率次数都清零，单片散差值清零，指定时间内统计的单片散差片数计数清零，指定时间内所有单片散差值存储数组清零，单片瞬时谐振频率值存储数组清零，一圈内单片瞬时谐振频率存储数组清零，单圈瞬时谐振频率次数统计变量清零，本圈测到的晶片总数清零，上一圈测到的晶片总数清零，谐振频率单片平均值数据个数变量清零，在线测频一圈单片谐振频率平均值存储数组清零，在线测频每圈定时分段晶片数存储数组清零，在线测频每圈定时分段上一圈每段晶片数存储数组清零；

2.3.3)将圈数和转速判断相关变量初始化，包括：计圈异常监控时间计时清零，连续圈转速稳定标志位清零，在线测频单圈定时区段划分当前值清零，谐振频率平均值存储堆栈初次存储标志位；

2.3.4)跟踪测频统计量变量初始化。由于跟踪测频的统计量主要用于整盘实时频率、研磨速率、研磨圈数等界面显示变量统计，而双频率跟踪流程中显示SC晶片的低频谐振频率和高频谐振频率相关统计量，而单谐振频率跟踪测频流程中显示SC晶片的低频谐振频率和高频谐振频率中其中一个的统计量，因此双频率跟踪测频流程和单频率跟踪测频流程可共用一组参数，为低频谐振频率和高频谐振频率相关统计量；

2.3.5)扫频模块控制变量初始化；

扫频参数根据自动搜索的结果设置扫频参数，自动搜索若搜到两个谐振频率，则设置双频率跟踪流程的扫频参数，自动搜索若搜到一个频率，则设置单频率跟踪流程的扫频参数；

扫频参数的具体设置步骤如下：

2.4.1)双频率跟踪测频时，根据低频谐振频率设置波形峰值约束值；单频率跟踪测频时，根据当前谐振频率设置波形峰值约束值；

2.4.2)根据波形搜索宽度系数设置搜索宽度；其中双频率跟踪测频时，根据自动搜索得到的高频谐振频率和低频谐振频率设置对应的搜索宽度，搜索宽度获取的公式为频率的N阶多多项式；单频率跟踪测频时，根据自动搜索得到的当前谐振频率计算得到前向频率和后向频率，前向频率为当前频率除以频率比，后向频率为当前频率*频率比，再根据当前频率、前向频率和后向频率设置对应的搜索宽度，其中前向频率搜索宽度的计算使用低频搜索宽度系数，当前频率和后向频率搜索宽度的计算使用高频搜索宽度系数；

2.4.3)根据搜索宽度和当前频率获取相应的扫频范围；双频率跟踪测频时，

高频频率的扫频范围为：(高频谐振频率-12SS)～(高频谐振频率+24SS)；

低频频率的扫频范围为：(低频谐振频率-12SS)～(低频谐振频率+24SS)

单频率跟踪测频时，

当前频率的扫频范围为：(当前谐振频率-12SS)～(当前谐振频率+24SS)；

前向频率的扫频范围为：(前向谐振频率-12SS)～(前向谐振频率+24SS)；

后向频率的扫频范围为：(后向谐振频率-12SS)～(后向谐振频率+24SS)

其中SS为对应频率的搜索宽度；

2.4.4)根据谐振频率和扫频幅度系数获取扫频幅度，其中双频率跟踪测频中使用高频谐振频率计算，单频率跟踪测频中使用当前谐振频率计算；

2.4.5)根据低频频率的搜索宽度和前向频率的搜索宽度计算扫频步进；

2.4.6)根据各个频率对应的扫频范围设置当前扫频模块的扫频起始频率和扫频截止频率，计算各个频率段对应的扫频点数，各个频段对应总的扫频范围内的扫频起始位置；

2.4.7)根据上述得到的扫频参数设置扫频模块参数，开始扫频。

双频率跟踪的单次扫频双谐振频率波形匹配过程，先对低频扫频范围做全频段波形匹配，根据低频频率的谐振频率匹配结果，再进行相应第一方案、第二方案的选择。

低频扫频范围内全频段波形匹配的结果分别进行高频扫频范围内的波形处理，具体步骤如下：

2.5.1)通过9点波形匹配算法在低频扫频范围内进行全频段波形匹配，搜索宽度采用低频搜索宽度，若匹配到符合波形特征的波形，则判断该波形是否满足峰值约束条件，若满足峰值约束条件，则获取当前匹配成功的波形位置，对该段波形进行平滑处理后获取峰值最大处作为谐振频率值，判断该谐振频率是否在频宽约束范围内，则将该频率存入低频单次扫频瞬时谐振频率数组，同时判断该频率对应的峰峰值是否大于本次扫频低频频率范围内测到的频率的峰峰值，若大于则将低频频率范围内测到的最大峰峰值频率设置为本次测到的谐振频率，将低频扫频范围的波形匹配点向前推进6SSL继续进行波形匹配，直到匹配点推进到低频扫频采样总点数-9SSL；若不满足峰值约束条件或者不在频宽约束范围内，则将低频扫频范围的波形匹配点向前推进1点继续进行波形匹配，直到匹配点推进到低频扫频采样总点数-9SSL；

2.5.2)根据低频扫频范围内的测频结果进行高频扫频范围内的测频；

若低频扫频范围内未测到谐振频率，则采用相同的方法对高频扫频范围进行全频段波形匹配；若高频扫频范围内也未测到符合条件的谐振频率，则结束本次测频；若高频扫频范围内测到1个符合条件的谐振频率，则将该谐振频率设置为本次测频测到的高频谐振频率，同时将设置高频谐振频率搜索成功标志位；若高频扫频范围内测到2个或两个以上符合条件的谐振频率，则将其中峰峰值最大的谐振频率设置为本次测频测到的高频谐振频率，同时将设置高频谐振频率搜索成功标志位；

若低频扫频范围内测到1个谐振频率，则将该谐振频率设置为本次测频测到的低频谐振频率，通过低频谐振频率设置高频频率的波形匹配范围；高频频率＝低频频率*频率比，再根据高频频率计算出高频频率在扫频范围内的位置；扫频模块上升沿时其满足

其中F_S为扫频的起始频率，

为前向频率在扫频范围内的位置，F_f为前向频率值；扫频模块下降沿时其满足

得到前向频率在扫频范围内的位置后，根据系统设置参数，在其

范围内进行逐点波形匹配；在该频率范围内采用上述相同的方法进行波形匹配；若未匹配到波形，则结束本次测频；若匹配到一个符合条件的波形，则判断其谐振频率与低频谐振频率的比值是否在频率比范围内，若满足，则认为该高频扫频范围内匹配到的频率为高频谐振频率，同时将设置低频和高频谐振频率搜索成功标志位，本次测频结束，退出单次扫频双谐振频率匹配流程；若匹配到2个或者2个以上符合条件的波形，则将对应的谐振频率值分别与低频谐振频率值进行除法运算，判断其比值是否在频率比范围内，若在频率比范围内的谐振频率个数还是存在2个或者2个以上，则取其中峰峰值最大的频率作为高频谐振频率；

若低频扫频范围内测到2个或者2个以上谐振频率，则对高频扫频范围进行全频段波形匹配；若高频扫频范围内未测到谐振频率，则取低频扫频范围内测到的峰峰值最大的频率作为低频谐振频率，本次测频结束；若高频扫频范围内测到的谐振频率至少有1个，则通过两轮循环分别取出低频频率和高频频率做除法运算，判断其商是否在频率比范围内，若在认为这两个频率分别为低频谐振频率和高频谐振频率，结束循环，本次测频结束；

在低频扫频范围内和高频扫频范围内同时测到谐振频率，但是其比值不在频率比范围内时，系统认为低频扫频范围内测到的谐振频率是有效的，因为SC晶片需要的频率为低频频率。

单频率跟踪的单次扫频在当前频率、前向频率和后向频率三个频率对应的频率范围内扫频，因此分析三个频段的测频情况；系统认为当前频率为当前研磨过程测到的真实频率，必须保证测到符合条件的当前频率的情况下才进行前向频率段和后向频率段的波形匹配，否则直接结束本次测频；

单频率跟踪测频以当前频率进行频率跟踪，因此在获取对应的前向频率或者后向频率时，都以当前频率为依据进行分析；具体步骤如下：

2.6.1)在当前频率对应的扫频范围内进行全频段波形匹配，若匹配到满足特征条件的波形，则分别做峰值约束判断、频宽约束判断后，得到符合条件的谐振频率；

2.6.2)若未测到符合条件的当前频率，则结束本次测频；若测到1个符合条件的当前频率，则在当前频率对应的前向频率附近指定范围进行波形匹配；前向频率＝当前频率/频率比，再根据前向频率计算出前向频率在扫频范围内的位置；扫频模块上升沿时其满足

其中F_S为扫频的起始频率，

为前向频率在扫频范围内的位置，F_f为前向频率值；扫频模块下降沿时其满足

得到前向频率在扫频范围内的位置后，根据系统设置参数，在其

范围内进行逐点波形匹配；

2.6.3)测到1个符合条件的当前频率时，在前向频率扫频范围内的指定范围进行逐点匹配，若匹配到符合特征的波形，则获取其频率值，对当前频率和获取的频率值进行除法运算，若其比值在频率比最大值和频率比最小值范围内，则认为得到满足条件的前向频率，结束本次测频，若比值不在频率比范围内，则继续进行匹配，直到完成所有点的匹配；

2.6.4)测到1个符合条件的当前频率，若前向频率扫频范围内的指定范围未匹配到满足条件的前向频率，则采用相同的方法，对后向频率扫频范围内的指定范围进行逐点波形匹配，若得到满足条件的后向频率，则结束本次测频，若未得到，则继续进行匹配，直到完成所有点的匹配；

2.6.5)测到2个或者2个以上的当前频率时，先对前向频率扫频范围进行全频段波形匹配；若未匹配到波形，则对后向频率扫频范围进行全频段波形匹配；若匹配到波形，则通过2轮循环分别取出当前频率和前向频率进行除法运算，判断比值是否在频率比最大值和频率比最小值范围内，若在范围内，则分别存储该当前频率和前向频率，结束循环，同时结束本次测频，若不存在在范围内的当前频率和前向频率，则对后向频率扫频范围进行全频段波形匹配；

2.6.6)后向频率扫频范围全频段匹配完成后，判断匹配到的波形个数；若未匹配到波形，则存储当前频率数组内峰峰值最大的频率作为当前频率，结束本次测频；若匹配到波形，则通过2轮循环分别取出后向频率和当前频率进行除法运算，判断比值是否在频率比最大值和频率比最小值范围内，若在范围内，则分别存储该当前频率和后向频率，结束循环，同时结束本次测频。

两个功能之间的切换功能，单次扫频测频数据处理完成后，将其通过晶片区分算法，若系统当前为单频率跟踪测频流程则获取当前频率、前向频率和后向频率对应测到晶片数，若系统当前为双频率跟踪测频流程，则获取低频频率和高频频率对应测到的晶片数；据测到的晶片数频率切换判断。

两个功能之间的切换功能的具体步骤如下：

2.7.1)系统采用统计指定圈测到的晶片数来判断测频异常、单频率跟踪和双频率跟踪测频结果；先判断系统当前是处于单频率跟踪还是双频率跟踪；

2.7.2)若系统处于单频率跟踪，则判断指定圈测到的当前频率晶片数是否小于测频异常设置的晶片数阈值，若小于，则判断当前频率是否到达测频异常停机设置的频率阈值，该频率值为用户设置的晶片研磨起始频率和目标频率之间80％的位置，若达到设置的频率阈值，则关停研磨机，系统提示单频率跟踪过程测频异常；若当前频率晶片数大于测频异常设置的晶片数阈值，则取前向频率和后向频率测到晶片数较多的值，判断是否大于测频成功晶片数阈值，若大于，则切换为双频率跟踪测频流程，若小于，则判断当前频率是否到达单频率测频设置的停机阈值，若达到则关停研磨机，系统提示单频率测频达到停机频率阈值，否则继续进行单频率跟踪测频流程；系统处于单频率跟踪测频流程时，由于无法确认当前频率为低频频率还是高频频率，因此设置了单频率测频的停机频率阈值，当前频率达到停机频率阈值时，关停研磨机，防止晶片研磨超频；

2.7.3)若系统处于双频率跟踪，则取低频频率和高频频率测到晶片数较少的值，判断是否小于测频异常阈值，若小于，则根据系统设置判断低频频率或者高频频率是否达到测频异常停机阈值，若达到，则关停研磨机，系统提示双频率跟踪过程测频异常，若未达到，则进入自动搜索流程；若晶片数较少值大于等于测频异常阈值，则继续双频率跟踪测频流程。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (4)

1.一种SC切型石英晶片在线研磨测频系统的自动搜索方法，其特征在于，自动搜索实现对SC切型石英晶片当前频率的搜索，并且根据自动搜索的不同结果进行不同的处理，若指定圈数内未搜索到频率则系统提示搜索异常报警，若搜索到一个频率则进行单频率跟踪测频流程，若搜索到两个频率则进行双频率跟踪测频流程；同时当系统出现测频异常且频率未到达停机阈值时，调用自动搜索功能重新搜索频率；

具体自动搜索功能包括数据初始化、扫频和测频参数设置、单次扫频双谐振频率波形匹配功能、单次扫频数据处理功能、全频段数据处理功能和频段切换功能；

数据初始化进行频率统计相关变量的初始化，需要初始化的变量包括：单次扫频过程中测频相关变量、全频段分段扫频双谐振频率测频相关变量、全频段分段扫频单谐振频率测频相关变量、自动搜索过程相关控制变量和扫频模块控制变量；

扫频和测频参数设置包括设置扫频参数和测频参数；其中扫频参数包括扫频起始频率、扫频截止频率、扫频步进、扫频速度和扫频幅度；在自动搜索扫频过程中采用在指定的圈数内进行周期性扫频的方法，一个周期的扫频为从目标频率开始到起始频率结束进行分段扫频，每段的扫频采用指定时间内重复扫频，每段扫频的扫频范围与频率相关，扫频范围内必须包含高频谐振频率和低频谐振频率；

单次扫频双谐振频率波形匹配功能，当单次采样完成后，进入自动搜索单次扫频双谐振频率波形匹配；开始所有扫频点9点波形匹配算法前先判断当前段测到谐振频率次数是否小于设定阈值，若小于，则进行9点波形匹配，否则认为本段采集到的数据量已经足够，跳过本次9点波形匹配过程；其中，由于自动搜索过程中每段的扫频范围较大，不同频率对应的搜索宽度会有所差别，从而在采用9点波形匹配过程中采用多个搜索宽度进行匹配；

单次扫频数据处理功能包括处理以下三种情况，测到3个以上谐振频率、测到2个谐振频率和测到1个谐振频率3种情况进行分别处理；

频段切换功能，通过设置指定的时间进行单频段的重复扫频和测频，当指定的时间到达后，判断全频段扫频是否完成，全频段扫频完成的判断依据为当前扫频的起始频率是否小于用户设置的晶片研磨起始频率，若小于则全频段扫频完成，进行全频段数据处理功能；若不小于，则进行频率切换；

全频段数据处理功能，若全频段扫频完成，进入全频段数据处理，具体包括如下步骤：

2.1.1)遍历自动搜索过程所有频段测到的高频和低频谐振频率；若当前段测到的高频和低频谐振频率次数大于等于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则对高频和低频谐振频率存储数组内的所有数据进行干扰值剔除后，求出剩余数据的平均值，并返回剩余数据的个数；若剩余的数据个数还是大于等于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则认为高频和低频谐振频率搜索成功，同时判断剩余的数据个数是否大于所有段最大谐振频率次数，若大于，则将所有段最大谐振频率次数设置为本段经数据处理后的剩余数据个数，再进行下一段的数据处理，否则直接进行下一段的数据处理，直到完成所有段的数据处理，找到符合条件的数据个数最大的段；

若当前段测到的高频和低频谐振频率次数小于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则进行下一段的数据处理，直到完成所有段的数据处理；

2.1.2)判断高频和低频谐振频率是否搜索成功，若搜索成功，则判断高频谐振频率和低频谐振频率的比值是否在频率比最大值和频率比最小值范围内，若在范围内，则认为两个谐振频率都搜索到，将跟踪测频过程使用的高频谐振频率和低频谐振频率分别设置为自动搜索测到的高频和低频谐振频率，进入跟踪测频流程；若搜索不成功，则进行全频段单谐振频率数据处理；

2.1.3)单谐振频率数据处理，遍历全频段测到的单谐振频率数据，若当前段测到单谐振频率次数大于等于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则对单谐振频率存储数组内的所有数据进行干扰值剔除后，求出剩余数据的平均值，并返回剩余数据的个数；若剩余的数据个数还是大于等于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则认为单谐振频率搜索成功，同时判断剩余的数据个数是否大于所有段最大谐振频率次数，若大于，则将所有段最大谐振频率次数设置为本段经数据处理后的剩余数据个数，再进行下一段的数据处理，否则进行下一段的数据处理，直到完成所有段的数据处理；

若当前段测到单谐振频率次数小于系统设定的自动搜索成功谐振频率次数，则进行下一段的数据处理，直到完成所有段的数据处理；

2.1.4)判断单谐振频率是否搜索成功，若搜索成功，则将跟踪测频过程使用的高频谐振频率设置为自动搜索测到单谐振频率，进入跟踪测频流程；若搜索不成功，判断自动搜索圈数是否达到系统设置的自动搜索异常圈数，若达到，则停止自动搜索，系统进行自动搜索异常报警；若未达到，则继续进行全频段自动搜索流程；

2.1.5)根据自动搜索的结果，将谐振频率数据发送给界面显示；若双谐振频率搜索成功，则对高频和低频谐振频率进行校准后发送给界面显示，若单谐振频率搜索成功，则对单谐振频率进行校准后发送给界面显示。

2.根据权利要求1所述的一种SC切型石英晶片在线研磨测频系统的自动搜索方法，其特征在于，单次扫频过程中测频相关变量的初始化包括：谐振频率个数统计变量清零、谐振频率个数最大值设置、瞬时谐振频率存储数组清零和峰峰值最大瞬时谐振频率清零；

全频段分段扫频双谐振频率测频相关变量的初始化包括：全频段扫频当前段位置清零，全频段从0开始，最多分为36段，各个扫频频段高频和低频测到谐振频率次数存储数组清零，各个扫频频段高频和低频测到谐振频率存储数组清零；

全频段分段扫频单谐振频率测频相关变量的初始化包括：各个扫频频段测到单谐振频率次数存储数组清零、各个扫频频段测到单谐振频率存储数组清零；

自动搜索过程相关控制变量的初始化包括：自动搜索过程开始标志位设置、自动搜索测频结果标志位设置、自动搜索频率切换标志位设置、自动搜索频率切换计时时间清零，自动搜索过程圈数统计清零；

扫频模块控制变量的初始化包括：扫频模块边沿跳变标志位清零、扫频模块扫频上升沿和下降沿采样数据个数统计清零、扫频模块扫频上升沿和下降沿采样完成标志位清零、扫频模块扫频上升沿和下降沿采样处理标志位清零。

3.根据权利要求1所述的一种SC切型石英晶片在线研磨测频系统的自动搜索方法，其特征在于，自动搜索扫频开始时，先在主界面设置的目标频率附近进行扫频参数设置；

扫频起始频率和扫频截止频率的设置过程如下：

2.1.1)低频谐振频率FL＝主界面设置的目标频率；

2.1.2)根据低频谐振频率计算低频搜索宽度：

其为n阶多项式，其中SSLRatio为低频搜索线宽系数，FL为低频谐振频率；

2.1.3)当前系统设置有效波形范围为9SS，扫频范围为36SS，采取以谐振频率为中心分别加18SS和减18SS处理；低频扫频起始频率FLstart＝FL-18*SSL，低频扫频截止频率FLend＝FL+18*SSL；SS为搜索宽度；

2.1.4)根据频率比获得高频频率FH＝FL*FRatio，其中FRatio为SC切型石英晶片高频频率和低频频率的频率比；

2.1.5)根据步骤2.1.2)、2.1.3)的方法获得高频扫频起始频率和高频扫频截止频率；根据高低频扫频起始频率和截止频率计算扫频范围：FRange＝Fmax-Fmin，其中Fmax为高低频扫频起始频率和截止频率的最大值，Fmin为高低频扫频起始频率和截止频率的最小值；

2.1.6)以FRange为中心将扫频范围扩大n倍，设置相应的扫频起始频率和扫频截止频率，n为正整数，数值越大完成全频段扫频的时间越短，但是扫频测到谐振频率的成功率和精度会相应降低；

2.1.7)将本段扫频的低频频率值设置为下一段扫频的高频频率值，并得到扫频起始频率和扫频截止频率；

根据扫频范围设置扫频步进，若扫频范围大于8MHz，则设置扫频步进为4kHz，若扫频范围为6～8MHz，则设置扫频步进为3kHz，若扫频范围为4～6MHz，则设置扫频步进为2kHz，若扫频范围为3～4MHz，则设置扫频步进为1.5kHz，若扫频范围小于3MHz，则设置扫频步进为1kHz；

根据扫频起始频率设置峰值约束，扫频起始频率小于8MHz，设置峰值约束为低频峰值约束，扫频起始频率大于等于8MHz，设置峰值约束为高频峰值约束；

根据扫频中心频率求扫频幅度：

为n阶多项式，其中SRRatio为扫频幅度系数，Fmiddle为扫频中心频率；

对本段扫频范围进行N等分细分获取细分后的频率，根据细分后的频率分别计算高频和低频对应的搜索宽度；

设置本段的高频频率平均值为本段扫频的截止频率，设置本段的低频频率平均值为本段扫频的起始频率；

根据上述获取的扫频参数设置扫频模块，开始扫频。

4.根据权利要求1所述的一种SC切型石英晶片在线研磨测频系统的自动搜索方法，其特征在于，频率切换流程进行如下操作：

①判断当前扫频段数是否大于系统设置的最大扫频频段数，若大于，则直接退出频率切换流程，进入全频段数据处理流程；若不大于，则当前扫频段数加1；

②使用上次扫频参数计算时得到的下一段扫频的高频谐振频率，通过上述的自动搜索扫频参数和测频参数设置方法得到新的扫频参数和测频参数；

③根据新得到的扫频参数设置扫频模块进行扫频；同时设置扫频模块控制变量：扫频模块边沿跳变标志位清零，扫频模块扫频上升沿和下降沿采样数据个数统计清零，扫频模块扫频上升沿和下降沿采样完成标志位清零，扫频模块扫频上升沿和下降沿采样处理标志位清零。

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