CN119865166B - 用于机械谐振的模拟锁相控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机械谐振的模拟锁相控制系统，包括：依次连接的激振元件、谐振子和拾振元件；拾振元件依次经由第一模拟开关、闭环自激环路、第二模拟开关、第一交流分配器、波形转换电路与控制单元相连；拾振元件依次经由第三模拟开关、锁相环路、第四模拟开关、第二交流分配器、波形转换电路与控制单元相连；第一交流分配器与激振元件相连，第二交流分配器分别与锁相环路和激振元件相连；控制单元还分别与第一模拟开关、第二模拟开关、第三模拟开关、第四模拟开关和锁相环路连接以对其进行控制。本发明完美地规避单闭环自激系统下谐振子真实谐振频率定位不准确和单锁相环系统下初始频率定位困难、系统难以起振等缺陷，保留了两者的优点。

Description

用于机械谐振的模拟锁相控制系统

技术领域

本发明涉及基于谐振原理的密度测量技术领域，尤其涉及一种用于机械谐振的模拟锁相控制系统。

背景技术

目前石油化工、航空、造纸、酿酒等领域具备大量液体密度测量需求，例如油品的贸易交接，由于我国采用质量为最终结算单位，所量取的液体容量还需要再乘以油品实时密度才能得到最终用于交易的数值，再例如航空领域需要实时精准地测量燃油密度以获取燃油质量进而评估飞行器续航时间。绝大部分密度测量场景对密度测量实时性、精度、与稳定性有很高的要求。

目前密度测量方法主要有基于阿基米德原理的密度计和基于谐振原理的密度计两类，基于阿基米德原理的密度计主要有密度瓶、玻璃浮计等，它们的主要特点是实时性差、用液量大、安全性差、自动化程度低，需要现场采样再送实验室测量，因此很难满足上述应用场景对密度测量的需求。基于谐振原理的密度计有谐振管式密度计、短筒式密度计、音叉式密度计等，它们的特点是可以在线测量，因此实时性能够得到很好的保障，此外，它们还具备安全性好，易于实现自动化测量等优势，因此近年来谐振式密度计逐渐取代密度瓶、玻璃浮计等，成为主流的密度测量设备。

谐振式密度计尽管因为谐振子形状的不同有各种分类，但实际上所有的谐振式密度计原理都是相通的。谐振式密度计主要包括谐振子、激振元件、拾振元件、控制系统四部分组成。其中谐振子是主体频率元件，用于产生能够反映所容纳液体密度值的固有频率值，根据形状的不同可以分为长直管、短筒、音叉等；激振元件主要用于提供激振力，激励谐振子产生受迫振动，常见的有压电陶瓷、电磁线圈等；拾振元件主要用于拾取谐振子振动信号，可以是振动位移、速度和加速度，常见的有压电陶瓷、电磁线圈、激光测振器等；控制系统的主要作用是处理激励信号与拾振信号之间的相位关系，根据谐振子自身的频率特性，将相位关系维持在谐振频率点，使谐振子保持谐振状态，除此以外，还需要将谐振频率换算成对应的液体密度值。根据机械振动原理可以推算出被测液体密度值关于谐振子固有周期存在一元二次函数曲线特性，该函数的系数可通过2~3种已知密度的液体标定得出。常见的控制系统主要是闭环自激振荡，其原理主要是在谐振频率点调节环路增益积大于1，环路相位和等于0，进而使谐振子自动维持在谐振状态，实现密度测量。

然而目前各类大型储油基地、石油化学品工厂、航空飞机、船舶上所配备的谐振式密度计存在谐振子自身性能参数较差，品质因数与密度测量灵敏度较低，并且测量电路仅采用简单的闭环自激振荡系统，抗扰动能力差，极易产生谐振子固有频率漂移现象，因此密度计精度低、稳定性差等问题。

闭环自激振荡电路的核心组成部分包括放大器、模拟滤波器、移相器和可变增益放大器。当拾振元件拾取到振动信号后，通常是极微弱的小信号，需要放大器进行放大，放大倍数在10²~10⁹不等；之后需要滤波器滤除噪声信号的干扰，滤波器的中心频率与带宽通常需要依据密度测量范围设定，具体来说，若密度计密度测量范围为0~3000kg/m³，对应的谐振子固有频率为5000~3000Hz，则滤波器中心频率应设置为4000Hz，带宽应设置为2000Hz；由于滤波器会产生相位滞后，因而需要移相器对滞后的相位进行补偿，通常采用全通滤波器，可以产生0~180°相移，具体相位补偿值则需要根据滤波器在谐振子谐振频率点的相位滞后量确定，例如若滤波器在谐振子谐振频率点相位滞后30°，则移相器需要设置30°相位超前量进行补偿；可变增益放大器的主要作用是增益调节，实现当环路增益积大于1时减小放大倍数，当环路增益积小于1时增大放大倍数，通常可以采用围绕运放搭建的可变增益放大电路或LMH6503等专用压控增益芯片实现。

由于谐振子、模拟滤波器、移相器三者均存在相频特性，因此闭环自激振荡的原理决定了该系统最终激发产生的谐波频率取决于使环路相位和为0的频率点，而谐振子并非工作在某一固定的谐振频率点上，而是工作在一个频率区间内，该区间取决于密度计实际使用场景的液体密度范围，若期望密度计能够测量0~3000kg/m³范围内的液体，对应的谐振子固有频率为5000~3000Hz，那么若要闭环自激振荡系统在不同液体下都能精准地激发出谐振子真实的固有频率，则需要模拟滤波器在该频率范围内每一个频率点产生的不同的相位滞后量都被移相器精准地补偿掉，也就是要求移相器在3000~5000Hz频率范围的相频特性与模拟滤波器刚好互补，这是极难实现的，至少是目前通常所采用的全通滤波器无法实现的。因此采用闭环自激振荡控制系统的谐振式密度计是无法保证其谐振子始终工作在真实的谐振频率点上的，甚至可以说大部分情况下都工作在非谐振频率点上。当谐振式密度计工作在非谐振频率点上时，该频率就不仅仅与液体密度相关，而是与谐振子弹性模量、阻尼等各种参数相关，就必然导致所换算出的液体密度值精度下降。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于机械谐振的模拟锁相控制系统，包括：依次连接的激振元件、谐振子和拾振元件；所述拾振元件依次经由第一模拟开关、闭环自激环路、第二模拟开关、第一交流分配器、波形转换电路与控制单元相连；所述拾振元件依次经由第三模拟开关、锁相环路、第四模拟开关、第二交流分配器、所述波形转换电路与所述控制单元相连；所述第一交流分配器与所述激振元件相连，所述第二交流分配器分别与所述锁相环路和所述激振元件相连；所述控制单元还分别与所述第一模拟开关、第二模拟开关、第三模拟开关、第四模拟开关和所述锁相环路连接以对其进行控制。

本发明的用于机械谐振的模拟锁相控制系统，可以用于谐振式密度计以及其它谐振式传感器的闭环控制系统搭建。解决了目前谐振式密度计常用的闭环自激振荡系统存在的抗扰动能力差、极易产生频率漂移、难以工作在谐振子真实谐振频率点的技术问题，以及常用的锁相环系统存在的初始频率点定位困难、难以起振的技术问题。也就是说，本发明完美地规避了单闭环自激系统下谐振子真实谐振频率定位不准确和单锁相环系统下初始频率定位困难、系统难以起振等缺陷，保留了两者的优点。

优选地，所述拾振元件还经由初级调理电路分别与所述第一模拟开关和第三模拟开关相连。由此，通过该初级调理电路，可以对前级拾振元件输出的信号进行优化处理。

优选地，所述初级调理电路包括依次相连的阻抗匹配网络和多级放大电路，所述多级放大电路分别连接至所述第一模拟开关和第三模拟开关。根据本发明，采用该阻抗匹配网络可用于匹配前级拾振元件输出阻抗与后级多级放大电路的输入阻抗，保证拾振元件所采集的微弱小信号能够得到有效放大。特别地，若拾振元件为压电陶瓷，则阻抗匹配网络可由电荷放大器代替。所述多级放大电路则可用于初步放大拾振元件所采集的微弱小信号。

优选地，所述闭环自激环路包括依次连接在所述第一模拟开关与所述第二模拟开关之间的第一模拟滤波电路、移相电路和可变增益放大电路。

优选地，所述锁相环路包括依次连接在所述第三模拟开关与所述第四模拟开关之间的第二模拟滤波电路、鉴相器、低通滤波器、PI控制器和压控振荡器，且所述第二交流分配器还经由第三模拟滤波电路与所述鉴相器相连。

优选地，所述第二模拟滤波电路和第三模拟滤波电路为对称模拟滤波电路。

优选地，所述波形转换电路包括依次相连的施密特触发器、电平转换网络和电压跟随器，所述第一交流分配器和第二交流分配器分别与所述施密特触发器相连，所述电压跟随器连接至所述控制单元。

优选地，所述控制单元与所述压控振荡器连接以对其进行控制。

优选地，所述第二模拟滤波电路和第三模拟滤波电路的参数设置完全相同。

优选地，所述谐振子是用于产生能够反映液体密度值的谐振频率的机械频率元件，所述激振元件是用于产生激振力使所述谐振子受迫振动的元件，所述拾振元件是用于拾取所述谐振子的振动信号的元件。

附图说明

图1是根据本发明一实施形态的用于机械谐振的模拟锁相控制系统的示意性原理框图。

图2是图1所示模拟锁相控制系统的具体信号流图。

图3是图2所示模拟锁相控制系统的控制单元的算法流程图。

具体实施方式

以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图和下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。本领域的技术人员根据本发明的上述内容做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。

具体地，图1是根据本发明一实施形态的用于机械谐振的模拟锁相控制系统的结构示意图。如图1所示，本实施形态的用于机械谐振的模拟锁相控制系统包括：依次连接的激振元件、谐振子和拾振元件。该拾振元件依次经由第一模拟开关A1、闭环自激环路、第二模拟开关A2、第一交流分配器、波形转换电路与控制单元相连。该拾振元件还依次经由第三模拟开关B1、锁相环路、第四模拟开关B2、第二交流分配器、前述波形转换电路与前述控制单元相连。另外，上述第一交流分配器还与上述激振元件相连，上述第二交流分配器还分别与上述锁相环路和激振元件相连。此外，控制单元还分别与上述第一模拟开关、第二模拟开关、第三模拟开关、第四模拟开关和锁相环路连接以对其进行控制。

具体地，在本实施形态中，上述控制单元可以是微控制单元MCU。上述谐振子是机械频率元件，用于产生能够反映液体密度值的谐振频率，通常可以是长直管、短筒、音叉等。上述激振元件是用于产生激振力使谐振子受迫振动的元件，通常可以是电磁线圈、压电陶瓷等。上述拾振元件是用于拾取谐振子振动信号的元件，该振动信号可以是振动位移、速度和加速度等，常见的拾振元件有压电陶瓷、电磁线圈、激光测振器等。

还如图1所示，在该模拟锁相控制系统中，拾振元件还经由初级调理电路分别与第一模拟开关A1和第三模拟开关B1相连。通过该初级调理电路，可以对前级拾振元件输出的信号进行优化处理。

图2是图1所示模拟锁相控制系统的具体信号流图，且图2进一步示出了图1所示模拟锁相控制系统的更具体的结构。如图2所示，上述初级调理电路包括依次相连的阻抗匹配网络和多级放大电路，该多级放大电路分别连接至第一模拟开关A1和第三模拟开关B1。由此，阻抗匹配网络用于匹配前级拾振元件输出阻抗与后级多级放大电路的输入阻抗，保证拾振元件所采集的微弱小信号能够得到有效放大。特别地，若拾振元件为压电陶瓷，则阻抗匹配网络可由电荷放大器代替。而多级放大电路则用于初步放大拾振元件所采集的微弱小信号。

还如图2所示，上述闭环自激环路包括依次连接在第一模拟开关A1与第二模拟开关A2之间的第一模拟滤波电路、移相电路和可变增益放大电路。

关于上述闭环自激环路，进一步详述如下。

第一模拟开关A1可用于控制来自拾振元件的拾振信号在闭环自激环路的导通与关断。第一模拟滤波电路用于滤除经多级放大电路放大后的拾振信号中存在的噪声，该第一模拟滤波电路中心频率和带宽需要依据密度测量范围设定，具体来说，若密度计密度测量范围为0~3000kg/m³，对应的谐振子固有频率为5000~3000Hz，则滤波器中心频率可设置为4000Hz，带宽可设置为2000Hz。

移相电路可用于补偿上述拾振信号经过第一模拟滤波电路后产生的相位滞后，具体相位补偿值则需要根据滤波器在谐振子谐振频率点的相位滞后量确定，例如若滤波器在谐振子谐振频率点相位滞后30°，则移相器需要设置30°相位超前量进行补偿。

可变增益放大电路，例如可以采用可变增益放大器，其可用于增益调节，实现当环路增益积大于1时减小放大倍数，当环路增益积小于1时增大放大倍数，通常可以采用围绕运放搭建的可变增益放大电路或LMH6503等专用压控增益芯片实现。

第二模拟开关A2可用于控制激振元件的激励源在闭环自激环路的导通与关断。

第一交流分配器可用于分配可变增益放大电路产生的交流信号，一路分配给激振元件进而产生激振力，另一路分配给波形转换电路用于后续输入MCU计算信号频率。

还如图2所示，上述锁相环路包括依次连接在第三模拟开关B1与第四模拟开关B2之间的第二模拟滤波电路、鉴相器、低通滤波器、PI控制器和压控振荡器，且上述第二交流分配器还经由第三模拟滤波电路与所述鉴相器相连。此外，控制单元还与该压控振荡器连接以对其进行控制。具体地，上述第二模拟滤波电路和第三模拟滤波电路为对称模拟滤波电路。优选地，该第二模拟滤波电路和第三模拟滤波电路的参数设置完全相同。

关于上述锁相环路，进一步详述如下。

第三模拟开关B1可用于控制来自拾振元件的拾振信号在锁相环路的导通与关断。

第二模拟滤波电路可用于滤除经多级放大电路放大后的拾振信号中存在的噪声，该第二模拟滤波电路中心频率和带宽需要依据密度测量范围设定。

第三模拟滤波电路可用于匹配第二模拟滤波电路产生的相位滞后，两者为对称模拟滤波电路，其参数设置应完全相同，使拾振信号与激振信号产生相同的相位滞后量，进而保证两信号之间相对的相位差不会因为滤波电路相频特性的存在而发生变化。

鉴相器可用于比较经过多级放大和滤波后的拾振信号与同样经过滤波后的激振信号之间的相位差，若相位差不为0，则输出直流电压控制信号，直流电压控制信号的幅值与两者相位差的大小有关，相位差越大，则鉴相器输出的直流电压越大，反之则越小。

低通滤波器可用于滤除鉴相器所输出的直流电压控制信号中所存在的高频分量。

PI控制器可用于调节鉴相器所输出的直流电压控制信号，若鉴相器不断输出电压控制信号，则PI控制器会产生积分效应，增大后续压控振荡器的频率调节力度，使相位偏差快速缩小。

压控振荡器可用于产生激振元件所需要的激励信号，其初始输出频率由MCU设定，后续输出频率由鉴相器、PI控制器调节，当经过多级放大和滤波后的拾振信号与同样经过滤波后的激振信号之间的相位差为0时，鉴相器输出为0，PI控制器不再进行调节，压控振荡器输出频率保持不变。

第四模拟开关B2可用于控制激振元件的激励源在锁相环路的导通与关断。

第二交流分配器可用于分配压控振荡器产生的交流信号，一路分配给激振元件进而产生激振力，另一路分配给波形转换电路用于后续输入MCU计算信号频率，还有一路分配给第三模拟滤波电路用于与经过多级放大和滤波后的拾振信号进行相位比较。

还如图2所示，上述波形转换电路包括依次相连的施密特触发器、电平转换网络和电压跟随器，上述第一交流分配器和第二交流分配器分别与该施密特触发器相连，该电压跟随器则连接至控制单元。

关于上述波形转换电路，进一步详述如下。

施密特触发器可用于将第一和第二交流分配器输入的正弦交流信号转化为方波交流信号，上下限阈值电压可根据实际情况进行调节。

电平转换网络可用于将施密特触发器输出的方波交流信号转化为MCU的IO端所支持的电平范围。

电压跟随器可用于匹配电平转换网络的输出阻抗和MCU的IO端的输入阻抗。

另外，关于MCU，其作用可包括：一是通过控制第一至第四模拟开关A1、A2、B1、B2的导通与关断；二是捕获电压跟随器输出的方波信号，计算信号频率；三是根据计算得到的信号频率平均值结合已知的标定系数换算得到液体密度值；四是将测量结果输出到LCD等屏幕进行显示。

进一步参考图3，图3示出了图2所示模拟锁相控制系统的MCU算法流程图。如图3所示，首先在步骤S1，系统上电；随后，在步骤S2，MCU进行初始化：接下来，在步骤S3，MCU控制第一模拟开关A1、第二模拟开关A2导通，第三模拟开关B1、第四模拟开关B2关断；随之，在步骤S4，闭环自激环路导通、锁相环路关断、谐振子起振；随后，在步骤S5，MCU捕获电压跟随器的PWM输出信号，即MCU捕获来自闭环自激环路的PWM输出信号；接着，在步骤S6，计算信号频率f₁；接下来，在步骤S7，判断所计算的频率f₁是否为有效谐振频率，若该频率f₁为有效谐振频率，即在步骤S7判断为是“Y”，则视为谐振子已起振，进而进入到步骤S8，若该频率f₁非有效谐振频率，即在步骤S7判断为否“N”，则进入到步骤9，在步骤S9，MCU报错，即MCU显示“ERROR”。

具体地，上述判断频率f₁是否为有效谐振频率的步骤，可用于防止闭环自激环路产生频率乱值，以致锁相环路初始频率设置错误，通常可通过人为设定一个频率设定值与该计算出的频率f₁进行比较，若频率f₁大于该频率设定值则判断频率f₁为有效谐振频率。

如前所述，在信号频率f₁判断为有效谐振频率后，进入到步骤S8，MCU设置锁相环路初始激励频率为f₁；随后，在步骤S10，MCU控制第一模拟开关A1、第二模拟开关A2关断，第三模拟开关B1、第四模拟开关B2导通；进而，在步骤S11，闭环自激环路关断、锁相环路导通，即切换到锁相环路；随后，在步骤S12，MCU捕获电压跟随器的PWM输出信号，即MCU捕获来自锁相环路的PWM输出信号；接着，在步骤S13，计算信号频率f₂；随后，在步骤S14，根据计算出的频率f₂，换算密度值𝜌；最后，在步骤S15，在MCU显示结果。此外，还如图3所示，在本实施形态中，重复循环上述步骤S12至S15，以进行多次计算，例如，在一具体实施例中，可重复高达10000次，进而根据多次信号频率的平均值结合已知的标定系数换算得到液体密度值。

本发明的关键点在于：

（1）先运用闭环自激环路使谐振子快速起振，定位出谐振子在当前液体介质填充下的谐振频率点，然后MCU通过波形转换电路将当前谐振信号采集进来并计算频率，若判断为有效频率值则视为谐振子已起振，接着MCU控制第一模拟开关A1、第二模拟开关A2关断，第三模拟开关B1、第四模拟开关B2导通，切换到锁相环路，再由锁相环路对谐振频率进行微调。

（2）锁相环路采用作为对称模拟滤波电路的第二模拟滤波电路和第三模拟滤波电路，同时对经过多级放大的拾振信号与激振信号进行噪声滤除，第二模拟滤波电路和第三模拟滤波电路采用完全相同的参数。

（3）鉴相器与压控振荡器之间增加PI控制器，对鉴相器所输出偏差信号进行PI调节。

具体而言，在单闭环自激振荡系统下，由于谐振子、模拟滤波器、移相器三者均存在相频特性，因此闭环自激振荡的原理决定了该系统最终激发产生的谐波频率取决于使环路相位和为0的频率点，而谐振子并非工作在某一固定的谐振频率点上，而是工作在一个频率区间内，该区间取决于密度计实际使用场景的液体密度范围，由于移相器无法在整个频率区间内的每一个频率都实现精准补偿，因此单闭环自激振荡系统必然会导致谐振式密度计工作在非谐振频率点，进而导致密度测量精度下降，下降的程度由谐振子品质因数决定。

而在单锁相环系统下，系统起振完全依赖于鉴相器输出的控制电压，若压控振荡器的初始频率偏离谐振子真实谐振频率太远，则拾振元件拾取的振动信号会因为谐振子自身在远离谐振点的高衰减变得极为微弱，鉴相器输出的控制电压就会是0，压控振荡器的输出频率就不会变化，系统最终就会不起振，因此单锁相环系统对初始频率的设置要求很高。即便精确地将初始频率设置在了谐振子真实谐振频率点附件，单锁相环系统也无法应用在具有高品质因数和高密度测量灵敏度的性能优秀的谐振子上，因为高密度测量灵敏度意味着谐振子在密度相差较大的两种介质填充下的真实谐振频率值相差也会比较大，举例来说，某谐振子品质因数为2000，密度测量灵敏度为-3Hz/kg∙m³，当填充空气时真实谐振频率为7000Hz，那么当填充水时真实谐振频率便为约4006Hz，若采用单锁相环系统，初始频率设置为7000Hz，那么系统可以在空气介质下起振，但是当通入水介质后，谐振子真实谐振频率立刻漂移到4006Hz，而此时压控振荡器仍然输出7000Hz的激励信号，那么在2000品质因数下，谐振子带宽仅为2Hz，意味着谐振子在[4005, 4007]Hz范围以外的频率激励下会极大衰减，拾振元件也就拾取不到振动信号，鉴相器输出为0，压控振荡器输出频率会始终保持在7000Hz，系统也就无法起振。

相对于此，本发明先启用闭环自激环路，使系统快速起振，定位到谐振子在当前介质填充下的谐振频率点，然后MCU通过波形转化电路将当前谐振信号采集进来并计算频率，若判断为有效频率值则视为谐振子已起振，接着MCU控制第一模拟开关A1、第二模拟开关A2关断，第三模拟开关B1、第四模拟开关B2导通，切换到锁相环路，压控振荡器初始频率由MCU根据闭环自激环路激发的信号频率精确设定，再由锁相环路对谐振频率进行微调。通过这种设计，完美地规避了单闭环自激系统下谐振子真实谐振频率定位不准确和单锁相环系统下初始频率定位困难、系统难以起振等缺陷，保留了两者的优点。

此外，锁相环路采用形成为对称模拟滤波电路的第二模拟滤波电路和第三模拟滤波电路，同时对经过多级放大的拾振信号与激振信号进行噪声滤除，第二模拟滤波电路和第三模拟滤波电路采用完全相同的参数；由于第二模拟滤波电路和第三模拟滤波电路参数完全相同，因此因滤波而产生的相位滞后也相同，规避了单闭环自激系统和单锁相环系统中单模拟滤波电路存在的需要进行相位补偿的问题，这样的电路结构下，既能达到滤波效果，又不会引入相位误差，能够极大地提高谐振子真实谐振频率的定位精度。

综上所述，本发明的用于机械谐振的模拟锁相控制系统，可以用于谐振式密度计以及其它谐振式传感器的闭环控制系统搭建。解决了目前谐振式密度计常用的闭环自激振荡系统存在的抗扰动能力差、极易产生频率漂移、难以工作在谐振子真实谐振频率点的技术问题，以及常用的锁相环系统存在的初始频率点定位困难、难以起振的技术问题。

在不脱离本发明的基本特征的宗旨下，本发明可体现为多种形式，因此本发明中的实施形态是用于说明而非限制，由于本发明的范围由权利要求限定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在权利要求书中。

Claims (7)

1.一种用于机械谐振的模拟锁相控制系统，其特征在于，包括：

依次连接的激振元件、谐振子和拾振元件；

所述拾振元件依次经由第一模拟开关、闭环自激环路、第二模拟开关、第一交流分配器、波形转换电路与控制单元相连；

所述拾振元件依次经由第三模拟开关、锁相环路、第四模拟开关、第二交流分配器、所述波形转换电路与所述控制单元相连；

所述第一交流分配器与所述激振元件相连，所述第二交流分配器分别与所述锁相环路和所述激振元件相连；

所述控制单元还分别与所述第一模拟开关、第二模拟开关、第三模拟开关、第四模拟开关和所述锁相环路连接以对其进行控制；

所述闭环自激环路包括依次连接在所述第一模拟开关与所述第二模拟开关之间的第一模拟滤波电路、移相电路和可变增益放大电路；

所述锁相环路包括依次连接在所述第三模拟开关与所述第四模拟开关之间的第二模拟滤波电路、鉴相器、低通滤波器、PI控制器和压控振荡器，且所述第二交流分配器还经由第三模拟滤波电路与所述鉴相器相连；

所述控制单元与所述压控振荡器连接以对其进行控制；

所述波形转换电路包括施密特触发器，施密特触发器用于将第一交流分配器和第二交流分配器输入的正弦交流信号转化为方波交流信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述拾振元件还经由初级调理电路分别与所述第一模拟开关和第三模拟开关相连。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述初级调理电路包括依次相连的阻抗匹配网络和多级放大电路，所述多级放大电路分别连接至所述第一模拟开关和第三模拟开关。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二模拟滤波电路和第三模拟滤波电路为对称模拟滤波电路。

5.根据权利要求1 所述的系统，其特征在于，所述波形转换电路包括依次相连的施密特触发器、电平转换网络和电压跟随器，所述第一交流分配器和第二交流分配器分别与所述施密特触发器相连，所述电压跟随器连接至所述控制单元。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第二模拟滤波电路和第三模拟滤波电路的参数设置完全相同。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其特征在于，所述谐振子是用于产生能够反映液体密度值的谐振频率的机械频率元件，所述激振元件是用于产生激振力使所述谐振子受迫振动的元件，所述拾振元件是用于拾取所述谐振子的振动信号的元件。