基于FPGA的电容式编码器数据采集系统设计与实现

为了精确地获取电容式编码器输出信号中所携带的位置信息,文章设计了一套基于现场可编程门阵列(FPGA)的电容式编码器数据采集系统;文中介绍了带通滤波器、同步正交解调、低通滤波器和Cordic等系统模块,并详细分析了系统的稳定性和误差;实验结果表明,在转速度为800 rpm时,角度分辨率可达到0.192度,在一个周期内最大误差0.002 8度,平均误差0.000 8度,静止抖动0.007 26度,统能够实时的获取转子的位置信息,同时具有较好的精度和稳定性。     

一种永磁同步电机转子初始位置检测方法

电梯曳引机控制需要实时获取转子的机械角度,而常用的增量式编码器在首次清零信号到来前不能提供准确的转子位置信息,从而可能导致闭环控制失败;因此,转子的初始位置检测成为曳引机控制中必须解决的问题,传统的检测方法计算复杂,且定位过程中易造成转子堵转或摄动,不利于电梯系统的舒适性;为此,提出了一种利用正弦波增量式编码器的换向信号计算转子初始位置的方法,设计并实现了编码器换向信号的调理电路,研究了利用两路换向信号解算转子的初始位置信息的算法,并研发了相应的软件模块;实现了当转子保持静止时初始位置的高精度检测,满足电梯平稳启动的需求;实验结果表明,该方法不依赖电机的数学模型,运算量小,且具有较高的检测精度和通用性。     

单圈绝对式光电轴角编码器的研究

在对传统绝对式光电轴角编码器编码方法原理研究的基础上,设计了一种单圈绝对式光电轴角编码器.详细地介绍了该编码器的位置定位算法,具体给出了信号拾取装置和信号采集系统的硬件设计方法,并分析了影响编码器准确度的主要因素.检测结果表明该编码器的原理和设计是正确的,为实现光电轴角编码器的小型化、智能化提供了理论依据和试验基础.     

采用单读码器件的串行编码绝对式光学编码器

传统绝对式光学编码器具有多个读码器件和多条沿码盘径向分布的编码码道,结构比较复杂,限制了绝对式编码器的应用范围和进一步的发展。提出了一种采用单读码器件的串行编码绝对式光学编码器,介绍了其工作原理和基本结构。该编码器采用单个读码器件逐个的按顺序读取位置编码,在不同阅读位置上读到的二值化信息在移位存储器中所构成的编码值具有唯一性,极大限度地简化了绝对式光学编码器的结构,为其小型化开辟了一条新的途径。     

绝对式光学编码器串行编码方法的研究

针对传统绝对式光学编码器各编码码道沿径向分布、结构复杂的缺点,提出了一种绝对式光学编码器的串行编码方法。在码盘上仅刻划一圈存储多位二值信息的编码码道,沿码盘圆周方向按一定位置布置的光敏元件并行读取的二进制数具有唯一性,对此二进制数查表译码,就可以实现绝对位置测量。与传统绝对式光学编码器相比,码盘直径小、光学图案简单,有利于绝对式编码器实现小型化和提高精度。     

BESⅢ-CsI(Tl)晶体量能器时间信息的研究

BESⅢ-CsI(Tl)晶体量能器采用FADC的DAQ电子学读出系统. 通过扫描信号幅度的分布寻找信号峰位. 为了降低扫描时间窗内(3μs)的低能本底计数、提高能量分辨和降低无效计数率, 除了传统的输出信号峰位(表征沉积能量)之外, 我们引出另一个较粗的时间信息, 即对应信号峰位的扫描步长数, 其步长精度为50ns. 本文将通过电子束流实验研究对这一时间信息的特点及如何利用时间信息进行详细的分析和讨论.     

基于光纤Sagnac传感技术的结构冲击定位

冲击定位可为结构冲击损伤提供准确的位置信息。基于光纤布拉格光栅(FBG)传感器存在解调频率低、需要训练样本等缺点,提出了一种利用光纤Sagnac传感技术实现结构冲击定位的方法。基于此方法的传感系统主要由宽带光源、光纤Sagnac干涉仪、光探测器以及数据采集与处理单元构成。当粘贴在结构表面的传感探头受到冲击应力波作用时,Sagnac干涉仪相位受到调制,从而导致输出的光强发生变化,通过光探测器将光信号转换为电压信号输出。首先,对传感系统采样的时域信号进行小波降噪和去直流干扰处理,再利用Db4小波包进行能量特征提取与信号重构,并获取应力波到达2端的传感器的时间,最后利用时差法进行冲击定位。为了验证该冲击载荷定位系统的有效性,对长度为100cm的钢管结构进行了35次低速冲击实验。结果表明,该方法可以有效地识别冲击位置,最大定位误差和最大均方根误差分别为0.65cm和0.36cm。研究结果可为结构冲击定位提供另外一种可靠的方法。     

一种基于相干检测的双向输出信号频率可选的光纤无线系统

提出了一种单光源、双向输出信号频率可选的光纤无线系统,该系统在单光源条件下,利用相干检测技术、数字信号处理技术,结合并行相位调制器以及波长选择开关结构,在上下行链路实现基带信号、多个毫米波信号输出.仿真验证表明,针对20Gbit/s 16-QAM调制信号,经30km光纤传输,系统下行输出信号频率实现0~60GHz可选,其传输最小矢量误差为6.53%(0GHz)~7.61%(60GHz);上行输出信号频率实现0~120GHz可选,其传输最小矢量误差为6.89%(0GHz)~8.30%(120GHz).理论分析和仿真结果表明,该系统双向链路均可实现频率可选的信号输出,且双向传输具有较好的性能表现.     

半三维空间立体声重发系统

文中应用三维(立体)声场中,声像位置φ_I、θ_I与各扬声器位置φ_n~ψ、θ_n~ψ及其发出声音振幅An之间的关系,分析计算了一种六输出通路、一种四输出通路和普遍的多输出通路半三维空间立体声系统。从其分析的结果得知,声像在水平平面内没有位置畸变现象发生,而在竖直方向上却有位置不定或模糊的感觉。但是,各种声场的畸变情况却是等效的,并不因为系统不同而有本质上的区别。 文中也确定了,任何一个无声像位置畸变的立体声系统所须的独立信号m等于其声音的重发维数k加1,即 m=k+1     

电容式液氢密度计冷冲击性能试验研究

建立了一套电容式液氢密度计冷冲击试验系统,对新研制的密度计传感器和变送器进行液氢工况下的联合调试,研究其在液氢冲击下的数据采集传输转换性能。从理论分析、系统设计、试验验证、数据分析四方面详细阐述了该试验过程。试验结果表明:密度计在液氢下的信号采集传输特性与理论分析特性基本吻合,输出信号正常,实现了该试验预期效果。     

基于导频技术的数字束流位置测量系统的研制

为改善传统的束流位置测量电子学系统受电子学通道非线性、温度漂移和系统噪声等因素对位置测量精度带来的影响,介绍了一种新型的基于导频技术的数字束流位置测量电子学系统。该系统硬件包括模拟信号采集电子学、数字信号处理电子学和PTC(导频信号耦合)模块;软件包括顶层应用软件和底层驱动,束流信号与导频信号在耦合电路中耦合后,经电子学处理,在FPGA中计算得到归一化后的束流位置信息。实验室测试结果分析,经导频信号归一化处理后能够有效改善各通道随温度变化的现象,束流位置漂移从4.5 μm改善至0.5 μm,分辨率从57.25 nm提升到13.37 nm,并且进行导频信号开关实验更加直观观测导频信号对束流位置测量的在线校正效果。设计的基于导频信号的数字束流位置测量（DBPM）电子学可以高效、实时地实现对加速器束流位置的在线校正,提升电子学系统的实时分辨率性能。     

码盘偏心对叠栅条纹信号相位影响的理论分析

增量式光学编码器根据径向辐射光栅产生的叠栅条纹进行角度测量，两光栅码盘轴之间及其与系统转动轴之间的偏心和晃动，影响着编码器读头输出的叠栅条纹信号的相位，这给角度测量带来了一定的系统误差。根据光栅码盘产生叠栅条纹的基本理论，在改进计量光栅码盘理论模型的基础上，推导出码盘偏心情况下码盘读头输出的叠栅条纹信号相位的理论公式，对码盘偏心给叠栅条纹信号相位带来的偏差、增量式光学编码器光学设计原理及消除此由此带来的系统误差的技术原理进行了分析与讨论。     

基于FPGA的储存环束流轨道联锁系统设计

上海光源储存环束流轨道联锁系统是加速器机器联锁保护系统(MPS)的重要组成部分,针对日常供光和机器研究的需求,需要对束流位置测量系统前各Libera电子学输出的联锁信号进行标记,以区分联锁信号的先后顺序和误报的联锁信号,同时触发所有Libera电子学前锁存逐圈(TBT)数据。新的联锁系统将所有联锁信号通过光纤传输汇总至FPGA数据采集板卡进行甄别,并将该系统集成储存环EPICS控制系统中。实验室测试显示该系统能够能够分辨数十ns范围内模拟的联锁信号,同时输出特定的触发信号至对应的Libera电子学,表明该系统达到设计要求。     

高功率激光脉冲光纤取样的实验研究

光纤取样可以降低高功率激光脉冲时间波形测量成本，并提高测量系统抗干扰能力。光纤耦合效率、信号保真度、信号获取率是采用光纤取样测量高功率激光脉冲时间波形的难点。针对大型高功率激光脉冲宽度窄、光束口径大以及输出光束远场漂移量大等特点，设计了一套激光脉冲光纤取样系统，在全口径取样和不降低信号保真度的条件下有效解决了测量系统信号获取率低下的问题，充分保证了测量系统的可靠性。     

准绝对式光学编码器

准绝对式编码器继承了绝对式和增量式光学编码器的优点,根据串行位置编码的基本原理,借助计算机辅助设计,获得了全周100个位置的编码方案,设计了相应的准绝对式编码器;通过与两种传统编码器特点的比较,突出了准绝对式光学编码器的显著特点,指明了其未来良好的应用和发展前景.     

基于运动控制技术的编码器自动检测系统

为了改进编码器误差检测方法,提高检测效率,基于对光电轴角编码器误差检测现状的分析,设计了一种编码器误差自动检测系统。介绍了自动检测系统的工作原理,系统的硬件设计和软件设计。利用运动和全闭环控制技术,以24位高精度增量式光电轴角编码器为反馈元件,该自动检测系统可自动完成对编码器测试点的定位、数据获取和误差数据分析,定位精度为2″,可以检测18位以下各类光电轴角编码器的误差,检测效率是标准检测装置的6倍。该实验结果验证了方案的可行性。     

半三维空间立体声系统中声像位置畸变的矫正

从过去的研究结果可知:在半三维空间立体声重发系统中,由于其摈弃了上、下方向的方向信息并取消了下方的扬声器,这就使重发声像在竖直方向上产生了位置畸变。本文就在原有的左、右方向信号S,前、后方向信号D以及“和”信号M导出一个与上、下方向信息有关的辅助信号C_H,并与原来的M、S及D三个信号共同组成一组三维空间立体声的重发信号,在重发中可以产一个无声像位置畸变的重发声场。但是,辅助信号C_H并不是一个完全的方向信号,所以重发声场中的声像位置分布也只限于排列在重发声场的上(或下)方;而不是遍布于整个空间。 这种重发方式如果用于半三维空间立体声系统中时,就可用以矫正声像位置畸变现象。     

基于偏振旋转耦合1550nm垂直腔面发射激光器环形系统产生多路高质量混沌信号

提出了一种基于三个单向偏振旋转耦合1550 nm垂直腔面发射激光器(1550 nm-VCSELs)构成的环形系统获取多路高质量混沌信号的方案.利用自旋反转模型,数值研究了该环形系统中三个VCSELs的偏振分辨非线性动力学特性;利用自相关和互信息方法讨论了注入强度和频率失谐对三个VCSELs中各偏振分量输出时间序列的时延特征(TDS)的影响.研究结果表明:通过选择合适的注入强度和频率失谐,三个VCSELs均可同时输出X-偏振分量(X-PC)和Y-偏振分量(Y-PC)的平均功率可比拟的混沌信号,而且这些混沌信号的TDS通过进一步优化耦合参数可得到较好的抑制.在此基础上,进一步对三个VCSELs输出的六路混沌信号之间的相关性进行了分析,给出了除同一VCSEL输出的X-PC与Y-PC之间存在较强的相关性外其他信号之前关联性较弱的参数范围.     

基于相位/强度调制的伪毫米波超宽带信号的光学辅助探测（英文）

针对伪毫米波超宽带信号脉冲宽度窄且信号强度低而不易探测的特点,本文提出了两种光学辅助包络探测方案.将伪毫米波超宽带信号调制到光载波上,利用光纤布喇格光栅带通滤波器滤出调制器输出的第一边带信号,通过光电探测器和低通滤波器便可以得到用于判决的伪毫米波超宽带信号的包络信息.数学推导和仿真分析了分别采用相位调制器和强度调制器对输出包络信号振幅的影响.研究结果表明:强度调制器需要偏置控制电路来稳定偏置点的位置,当强度调制器工作在最小传输点时,得到的包络信号幅值最大;相位调制器无需偏置控制电路,其输出信号包络的幅值等于使用强度调制器的系统可得到的最大值;使用相位调制器的系统较使用强制调制器的系统具有结构更简单和插入损耗更低的特点.     

人血清血卟啉荧光光谱的双正交样条小波识别

人血清中血卟啉含量很低,其荧光光谱强度很弱,往往呈肩峰形态,难以识别其位置和荧光强度。双正交样条小波可实现对其弱信号的分辨。在血清背景荧光光谱上叠加血卟啉荧光信号,并改变其荧光强度,得到一系列强度改变的 血清血卟啉荧光光谱。用双正交样条小波bior5.5对获取的荧光光谱通过7次小波分解,将背景与卟啉荧光信号分离,得到了离散逼近信号(a₁～a₇)和离散细节信号(d₁～d₇)。结果 表明,信号频率随着分解次数的增加逐步降低。当分解到第7次时,出现了血卟啉荧光特征峰。信号峰的位置随着信号强度的下降蓝移约2.5 nm,而通过小波滤波器提取的信号峰的位置不变。随着信号的强度降低,信号峰的位置逐渐消失 ,因而其荧光强度与荧光峰的位置无法确定,而通过小波滤波器提取的信号则不受影响,且灵敏度高,从而实现了用双正交样条小波对人血清血卟啉荧光光谱的识别。由于小波变换是线性变换,离散细节信号保持信号原有的线性关系,可 以用来对血清中所含血卟啉的准确成份和定量信息,从而进行定性和定量分析,为血清荧光光谱用于肿瘤的早期诊断提供了一种方法。