频率自动跟踪超声波电源设计

针对超声波电源工作时负载状态改变,换能系统产生谐振漂移的问题,提出了一种基于STM32的频率自动跟踪超声波电源的设计。电源逆变电路采用带辅助网络的全桥结构,阻抗匹配电路选择了一种改进型的T型匹配网络,应用PWM移相调功技术控制电源的输出功率,通过数字鉴相技术得到电压电流的相位差作为电路谐振状态的反馈信号,结合STM32主控制器进行PI控制,调节PWM波的输出频率使电路始终工作于谐振状态,实现了谐振频率的自动跟踪。最后基于该设计方案,实际制作了一款应用于超声波清洗仪的电源,并通过实验验证了该电源具有输出功率稳定,负载适应性强,输出频率自动跟踪等特点。     

HIRFL-CSR六极磁铁数字电源研究与设计

设计了一台用于兰州重离子加速器HIRFL-CSR的六极磁铁数字电源, 该电源以H桥变换器为主拓扑结构电路, 采用Cyclone II FPGA作为核心硬件, 以Verilog语言实现了全数字化的PI调节算法。 电源输出电流达到了340 A, 直流电流稳定度达到了3.14×10-5, 达到了1×10-4的设计指标。One digital power supply was designed for the sextupole magnets of Cooler Storage Ring of the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL CSR). It adopts H Bridge convertor as the main topology circuit and Cyclone II FPGA as the main hardware, and has realized fully digitized PI regulation arithmetic by Verilog language. The peak current of the power supply reaches 340 A and the stability approaches 3.14×10-5. Finally the power supply has achieved the designed specification of 1×10-4.     

用于重离子加速器磁铁电源的数字调节器设计

介绍了兰州重离子加速器冷却储存环上采用高级RISC微处理器(ARM)+现场可编程门阵列(FPGA)+DA/AD技术、状态空间方程方法实现对磁铁电源系统数字调节器的设计,它可以实现5阶及以下各阶的调节控制。运用ARM作为调节控制系统的核心处理器,完成系统的多线程任务处理。电源的精度调节通过FPGA和DA/AD相结合的技术来实现,通过千兆光纤接口实现外接数字信号处理器输入信号的直接传输。同时通过光电隔离器对叠加在输入/输出32 bit数字状态量的干扰脉冲进行抑制。经现场测试该调节器达到了加速器电源系统1×10-4量级的精度要求,并减少了电源系统的故障恢复时间。     

用于重离子加速器磁铁电源的数字调节器设计

 介绍了兰州重离子加速器冷却储存环上采用高级RISC微处理器(ARM)+现场可编程门阵列(FPGA)+DA/AD技术、状态空间方程方法实现对磁铁电源系统数字调节器的设计,它可以实现5阶及以下各阶的调节控制。运用ARM作为调节控制系统的核心处理器,完成系统的多线程任务处理。电源的精度调节通过FPGA和DA/AD相结合的技术来实现,通过千兆光纤接口实现外接数字信号处理器输入信号的直接传输。同时通过光电隔离器对叠加在输入/输出32 bit数字状态量的干扰脉冲进行抑制。经现场测试该调节器达到了加速器电源系统1×10^-4量级的精度要求,并减少了电源系统的故障恢复时间。     

基于坐标旋转数字计算算法的小型光电编码器细分

为在不增加体积的前提下提高小型光电编码器精度,分析了计算法细分误差产生的原因,提出了基于坐标旋转数字计算(CORDIC)算法的光电编码器精码信号新细分法,利用简单的移位和加法操作可实现对采集到的正交码盘精码信号直接细分求相位,避免了查"细分表"引入的细分误差。对细分算法进行了分析与优化,使算法在取得合适精度的同时提高了运算速度。运用研究的细分法对某16位小型光电编码器精码信号进行256份细分时,比利用计算法细分时编码器的均方根误差减小了一半。实验结果表明,研究的新细分法可直接对光电编码器精码信号进行高精度细分,对于研制小型化、高精度光电编码器具有重要意义。     

基于级联9电平技术的大功率超声波电源

为了提高超声波电源的输出功率,该文提出了一种基于级联9电平技术的大功率超声波电源.电源逆变部分由两个H桥单元级联组成,经过一定的控制策略实现输出电压为9电平波形,可以显著提高超声波电源的输出功率,改善输出电压的波形质量.提出一种电压差法跟踪换能器的谐振频率,只需采样3个电压,根据3个电压之间的数值差调节输出频率.通过分...     

强流质子RFQ加速器高频数字低电平控制系统

强流质子RFQ加速器加速场的频率为352.2 MHz,加速场幅度和相位的精度分别要求控制在±1%和±1°的范围,为了达到这一要求,设计了一套数字低电平控制系统,该系统包括加速场的幅度和相位控制、腔体的谐振频率控制和高功率射频连锁保护３个部分。腔体采样信号的下变频及反馈激励信号的上变频由模拟器件来完成。幅相实时反馈处理过程采用数字I/Q解调的方法,在1块stratixⅡ的FPGA板上实现,板上另有3块DSP用于通信和协助FPGA进行数据处理。系统完成后与RFQ加速器进行联机调试,测试结果基本满足控制精度的要求。     

强流质子RFQ加速器高频数字低电平控制系统

强流质子RFQ加速器加速场的频率为352.2 MHz,加速场幅度和相位的精度分别要求控制在±1%和±1°的范围,为了达到这一要求,设计了一套数字低电平控制系统,该系统包括加速场的幅度和相位控制、腔体的谐振频率控制和高功率射频连锁保护3个部分。腔体采样信号的下变频及反馈激励信号的上变频由模拟器件来完成。幅相实时反馈处理过程采用数字I/Q解调的方法,在1块stratixⅡ的FPGA板上实现,板上另有3块DSP用于通信和协助FPGA进行数据处理。系统完成后与RFQ加速器进行联机调试,测试结果基本满足控制精度的要求。     

重离子加速器电源数字调节器的实时数据交互

为了解决兰州重离子加速器研究装置(HIRFL-CSR)磁铁电源数字调节器的通讯堵塞问题,采用了新的体系架构,并将P2P技术嵌入到数字调节器的核心控制器ARM中,运用UDP的打洞技术,使调节器之间的数据不再通过中心Oracle数据库转发,而是在调节器间直接建立通讯,这种方式分散了中心Oracle数据库的通讯量,减少了网路堵塞的风险,提高了通讯的效率、有效性和可靠性。     

超声波专题实验的设计与教学

本文介绍了自制超声波实验仪器的基本工作原理以及用该实验仪器开设的超声波专题实验,概述了实验教学效果。     

兰州重离子加速器控制系统DSP组件设计

针对重离子加速器部分电源的控制要求,进行了分析研究,提出并实现了一种实时、高效、多功能的控制系统。该系统基于数字信号处理器（DSP）和两片现场可编程门阵列（FPGA）芯片相结合的核心处理构架,在系统后端利用PXI总线接口配合FPGA来与工控机箱中的系统控制器和其他控制组件进行大批量数据交互;系统前端利用直接数字频率合成器、模数转换器和数模转换器等器件结合DSP和FPGA中的控制算法及相应控制机制来实现对不同电源控制参数的处理和功率的输出;平台中两组光纤模块也与FPGA相配合实现对同步触发事例等实时数据的收发和调试。     

HL-2A脉冲步进阶梯调制高压电源控制系统的研制

介绍了HL-2A 上基于脉冲步进阶梯调制(PSM)技术的高压电源控制系统的研究。控制系统以数字信号处理+现场可编程门阵列(DSP+FPGA)为架构，控制112 个每秒采样(SPS)模块，按照一定的控制方式使电源输出稳定的电压。DSP 负责数据传输、通讯、控制算法等；FPGA 利用其强大的逻辑功能输出所需的脉冲。通过对程序的编写、仿真和调试，实验结果表明该控制系统的特性达到了设计要求。     

New demodulation filter in digital phase rotation beamforming

In this paper, we present a new quadrature demodulation filter to reduce hardware complexity in digital phase rotation beamforming. Due to its low sensitivity to phase delay errors, digital quadrature demodulation is commonly used in ultrasound machines. However, since it requires two lowpass filters for each channel to remove harmonics, the direct use of conventional finite impulse response (FIR) filters in ultrasound machines is computationally expensive and burdensome. In our new method, an efficient multi-stage uniform coefficient (MSUC) filter is utilized to remove harmonic components in phase rotation beamforming. In comparison with the directly implemented FIR (DI-FIR) and the previously-proposed signed-power-of-two FIR (SPOT-FIR) lowpass filters, the proposed MSUC filter reduces the necessary hardware resources by 93.9% and 83.9%, respectively. In simulation, the MSUC filter shows a negligible degradation in image quality. The proposed method resulted in comparable spatial and contrast resolution to the DI-FIR approach in the phantom study. These preliminary results indicate that the proposed quadrature demodulation filtering method could significantly reduce the hardware complexity in phase rotation beamforming while maintaining comparable image quality.     

兰州重离子加速器控制系统DSP组件设计

针对重离子加速器部分电源的控制要求,进行了分析研究,提出并实现了一种实时、高效、多功能的控制系统。该系统基于数字信号处理器（DSP）和两片现场可编程门阵列（FPGA）芯片相结合的核心处理构架,在系统后端利用PXI总线接口配合FPGA来与工控机箱中的系统控制器和其他控制组件进行大批量数据交互;系统前端利用直接数字频率合成器、模数转换器和数模转换器等器件结合DSP和FPGA中的控制算法及相应控制机制来实现对不同电源控制参数的处理和功率的输出;平台中两组光纤模块也与FPGA相配合实现对同步触发事例等实时数据的收发和调试。     

红外探测器模拟器中多通道数模转换输出不一致性校正

针对多通道数模转换电路输出不一致性问题,将两点非均匀性校正算法引入到不一致性问题中,提出了一种不一致性两点校正模型。通过分析红外探测器模拟器输出信号的样本数据,获得不一致性校正因子,并在现场可编程门阵列核心处理器中实现了该不一致性校正模型。利用红外探测器模拟器模拟320256中波红外制冷探测器的输出信号,获得不一致性校正前后的图像。通过比较分析表明:校正前图像列平均灰度最大起伏量为15,校正后为5,相对改善了约66.7%。     

红外探测器模拟器中多通道数模转换输出不一致性校正

针对多通道数模转换电路输出不一致性问题,将两点非均匀性校正算法引入到不一致性问题中,提出了一种不一致性两点校正模型。通过分析红外探测器模拟器输出信号的样本数据,获得不一致性校正因子,并在现场可编程门阵列核心处理器中实现了该不一致性校正模型。利用红外探测器模拟器模拟320×256中波红外制冷探测器的输出信号,获得不一致性校正前后的图像。通过比较分析表明:校正前图像列平均灰度最大起伏量为15,校正后为5,相对改善了约66.7%。     

用于回旋管测试台的高压电源及控制系统设计

从一套用于回旋管测试台的基于脉冲阶梯调制(PSM)技术的-60 kV DC/50 A高压电源入手,提出了一套基于单片机和现场可编程门阵列(FPGA)的控制系统设计,不仅满足了电源系统各种运行尤其是1 kHz调制的要求以及各种监控的要求,还满足了回旋管测试台的各种逻辑控制与快速联锁保护的要求。最终测试结果表明：该套电源及控制系统逻辑结构清晰,操作简洁,运行可靠,能够满足测试台系统对高压电源各项逻辑控制、精确定时控制、快速保护等控制要求。     

全息位相光栅在使用探测器列阵的激光外差探测系统中的应用

本文给出了探测器列阵和全息位相光栅在CO_2激光外差探测系统中应用的可行性实验研究结果和分析,为实现实用化提供了重要的依据。