使用光电传感器自制计数计时仪

本设计采用光电传感器作为计数装置,解决了传统仪器中激光发射器和接收器的调整问题,简化了仪器的操作步骤。同时选用51单片机作为控制核心,接收计数信号,处理按键信息,利用定时器计时,输出计数和计时结果到数码管进行显示。通过自制实验仪器,可提高教师业务能力,并减轻了实验仪器更新换代的压力。     

物理演示实验用可控温湿度实验箱

以单片机为控制核心,配合外围温度及湿度传感器对实验箱内温湿度进行自主化的测量并用显示芯片实时显示.利用串口通过上位机向单片机发送温湿度范围指令,控制实验箱的温湿度:若当时的温度和湿度在规定的范围内,则系统正常运行;若不是,按照约定进行升温、降温、加湿、散湿,使系统保持正常工作状态;如果系统持续处于非正常工作状态且不能调节,此时启动报警系统.     

使用硅压力敏传感器自制物体密度测量仪

使用硅压力敏传感器自制了物体密度测量仪,分别对304不锈钢、石蜡和医药酒精的密度进行了测量,取得了较好的结果.力敏传感器的数显特点使学生能方便快捷地进行操作,减少了天平测量的繁琐过程,剔除了由于砝码长期使用磨损和污染带来的误差.硅压力敏传感器的引进改变了传统实验的思路,把一个简单的密度测量实验变成了一个力、电的综合实验,使传统的实验更具有新鲜感和吸引力,为物理实验的教学改革提供了一种新思路.     

电容式液氢密度传感器校准技术研究北大核心

介绍了电容式液氢密度传感器(capacitive density sensor for liquid hydrogen,简称"CDSLH")的特点及测量原理,建立了一套电容式液氢密度传感器校准试验系统,通过试验系统分别将实验容器内液氢调节出低密度状态(约50kg/m^3)、常温常压状态(约71kg/m^3)和高密度状态(约80kg/m^3),测量各工况点液氢的温度和压力,查NASA的氢热物理性能手册(NASA SP-3089)来得到对应的密度,以此作为密度的标准值,同时通过电容式密度传感器测量传感器在各工况点液氢中的电容,再利用电容与液氢的密度之间的函数关系计算得到对应的密度,视为密度的测量值,将其与标准值进行比较,完成密度校准。结果满足电容式液氢密度传感器的校准使用要求。     

硅基光波导化学传感器研究

研究了基于硅基集成光波导的马赫-曾德干涉仪(MZI)型化学传感芯片的设计、制备及相关敏感特性的模拟和分析.传感芯片采用硅基二氧化硅光波导材料,利用与传统互补型金属氧化物半导体(CMOS)兼容的工艺技术制作.通过波导的单模设计以及对MZI结构的优化,获得了有效折射率分辨率达到10-7量级的高灵敏度传感芯片.作为化学传感器,把MZI的其中一臂设计成传感臂.并进行适当的表面修饰,可制作出高灵敏度的干涉型光波导化学传感器.最后,对该传感器的折射率分辨率、敏感特性等进行了分析、模拟,同时,对面临的关键问题进行了分析和讨论.     

电容式液氢密度传感器校准技术研究

介绍了电容式液氢密度传感器(capacitive density sensor for liquid hydrogen,简称"CDSLH")的特点及测量原理,建立了一套电容式液氢密度传感器校准试验系统,通过试验系统分别将实验容器内液氢调节出低密度状态(约50kg/m~3)、常温常压状态(约71kg/m~3)和高密度状态(约80kg/m~3),测量各工况点液氢的温度和压力,查NASA的氢热物理性能手册(NASA SP-3089)来得到对应的密度,以此作为密度的标准值,同时通过电容式密度传感器测量传感器在各工况点液氢中的电容,再利用电容与液氢的密度之间的函数关系计算得到对应的密度,视为密度的测量值,将其与标准值进行比较,完成密度校准。结果满足电容式液氢密度传感器的校准使用要求。     

基于芯片级控温技术的玻尔兹曼常量测定仪

为解决测量玻尔兹曼常量时获取PN结真实温度及温度连续变化的问题,设计了基于芯片级控温技术的玻尔兹曼常量测定仪.该仪器采用以AVR单片机为核心控制系统,集成电路CA3046为控温芯片,24064图形点阵液晶显示器作为显示单元.将加热电阻和测温传感器与PN结集成在同一芯片内组成PN组件.单片机对PN组件进行温度控制,可以实现对PN组件中PN结温度调整、恒温控制、温度测量并用液晶屏24064显示.实际应用表明,该测定仪具有升降温快、控温稳定,测量结果与国际公认值相对偏差小于2％.     

可调控磁场发生器的研制

装置通过STM32系列单片机作为控制芯片,对电流大小进行控制。同时利用电路简单、精度高的传统恒流源电路,反馈电路和控制电路设计出可以通过蓝牙控制的磁场发生器。     

一种简易风洞模拟控制系统设计

介绍了简易风洞模拟系统的设计及制作。本设计以XS128单片机为主控芯片,利用涡轮式轴流风机来为小球的运动提供动能。通过在风洞表面安装的CCD传感器来检测小球位置,而后通过PID算法对轴流风机的抽风量进行进一步调校。从而形成一个完整的闭环控制系统,实现对风动系统的模拟。     

基于光纤光栅传感器的过热水蒸气密度测量方法研究

密度是过热水蒸气的一个重要参数,其测量方法多种多样。针对其传统的测量方法精确度偏低、稳定性较差的问题,提出一种基于光纤光栅传感器测量过热水蒸气密度的方法。在分析光纤光栅传感器测量原理与过热水蒸气参数测量对传感器需求的基础上,对光纤光栅传感器、信号解调仪进行选型,并进行测量系统设计。通过比较多种过热水蒸气密度计算方法,选择IFC密度模型计算过热水蒸气密度。误差分析结果表明:当只考虑压力或温度影响时,光纤光栅传感系统测量误差可以分别仅为传统方法测量误差的1/6或1/3。该方法对于高精度过热水蒸气密度测量以及其他过热蒸汽密度测量具有一定的理论指导作用和推广意义。     

实现FTIR光谱仪动镜扫描的全数字控制研究

动镜扫描是导致FTIR光谱仪动态测量误差的主要因素,其运动的平稳性直接制约着测量光谱的信噪比,并影响到后续光谱定性定量分析的精度,对FTIR光谱仪整体性能优劣有举足轻重的作用。针对传统基于模/数混合设计的动镜运动控制系统的复杂性,研究了一种简洁实效的全数字控制方法,将动镜运动产生的正交编码信号A和B送入数字逻辑芯片CPLD,在该芯片内编写相应的位置和速度控制算法,生成两路PWM信号,再通过数字功率芯片驱动挂载动镜的音圈电机完成扫描。实验表明,该控制方法使动镜在匀速阶段的速度平均稳定性优于97.2%,可显著提高测量光谱信噪比,为FTIR光谱仪高精度定量分析提供保障。     

Analog vision chip for motion detection of an approaching object against a moving background based on the insect visual system

A network for motion detection of an approaching object without influence of the moving background was proposed based on the insect visual system. The two-dimensional array of the analog complementary metal oxide semiconductor (CMOS) circuits for extracting the edge signals of the approaching object without outputting those of the moving background was inserted at the first stage of the network. At the next stage, analog CMOS circuits for detection of approaching velocity and direction, which accept the extracted edge signals, were inserted based on the locust vision system. A chip of the proposed network was fabricated with the 1.2 mm CMOS process. It was clarified from the measured results and the simulation results with the simulation program with integrated circuit emphasis (SPICE) that the two-dimensional circuits of the first stage can only generate the signals of target edges. The measured results showed that the chip can detect the approaching velocity and direction of the target in the image which contains the moving background.     

绿色植物靶标的光谱探测研究

利用植物和背景(枯枝、土壤等)的光谱特性"红边"两侧反射率的差异,研究了探测绿色植物靶标的光谱探测技术。定义850与650nm处反射率的比值为植物判别指数(GPDI)。用FieldSpec Handheld2500型野外便携式光谱仪测量了绿色植物和背景的光谱数据,对其进行数据处理,计算各被测物质的植物判别指数GPDI。利用决策树模式识别方法建立植物与背景的分类模型,得到了GPDI阈值(GPDITH),选择此阈值为5.54。当GPDIGPDITH时,判别探测对象为植物;反之亦然。设计开发了基于AT89S51单片机和光电二极管OPT101的绿色植物光谱探测器。试验结果表明,此探测器的探测率受杂草的种类、大小和密度的影响;阔叶草比窄叶草更易探测到;植株越大、密度越高,探测率越高。     

数字全息形貌测量的基本特性分析

 在对数字全息技术进行严格理论分析的基础上，本文指出随单个CCD像元的尺寸的减小可能被记录物体的横向尺寸将变大，所允许的纵向尺寸却变小；另一方面其系统误差和被测量值本身的大小成正比，和横向分辨率成反比。     

光栅莫尔条纹信号的细分与辩向新技术

本文提出了一种新的莫尔条纹数字化细分技术 ,即采用新的数字信号处理方法 ,利用 CPU的信号处理能力 ,将读数头输出的两路正弦信号经过硬件辩向电路形成每四分之一周期的正反转中断信号 ,并在中断服务程序中进行角度的加减运算 ,实现莫尔条纹的四细分。同时对这两路信号进行新的构建 ,通过 CPU及 A/ D转换器 ,采用软件编程的方法形成一三角波线性函数 ,并采用新颖的细分算法进行二十细分 ,最终实现莫尔条纹的八十细分 ,角度测量的分辨力可达 1     

制冷机驱动控制器中基于dsPIC的SPWM高效生成方法

文中介绍了制冷机驱动控制器中,基于dsPIC6015实现的SPWM数字化逆变控制信号的高效生成方法。阐述了SPWM逆变的基本概念和原理,及基于dsPIC实现下的发生方法和硬件原理、配置方法,以及软件的编写。利用近似值查表法和C语言与汇编混编的方式,对程序进行了优化设计,大大减少了PWM的实时计算量,极大的提高了程序运行速度。采用此种方法设计的程序拥有极高的运行效率和极低的CPU占用率。采用DSP芯片数字化生成SPWM驱动信号,以代替模拟器件的方法具有空间紧凑、可靠性高、波形精度高、编程调整易等特点,对实现红外、超导制冷应用中高温控精度要求和小型化具有较好的工程实用价值。     

Analog Integrated Circuit for Motion Detection with Simple-Shape Recognition Based on Frog Vision System

We proposed in this research a novel two-dimensional network based on the frog visual system, with a motion detection function and a newly developed simple-shape recognition function, for use in object discrimination by integrated circuits. Specifically, the network mimics the signal processing of the small-field cell in a frog brain, consisting of the tectum and thalamus, which generates signals of the motion and simple shape of an object. The proposed network is constructed from simple analog complementary metal oxide semiconductor (CMOS) circuits; a test chip of the proposed network was fabricated with a 1.2 μm CMOS process. Measurements on the chip clarified that the proposed network can generate signals of the moving direction, velocity, and simple shape, as well as perform information processing of the small-field cell. Results with the simulation program with integrated circuit emphasis (SPICE) showed that the analog circuits used in the network have low power consumption. Applications of the proposed network are expected to realize advanced vision chips with functions such as object discrimination and target tracking.     

基于微流控技术的水的太赫兹吸收特性研究

很多生物大分子的特征振动模式和转动模式都位于太赫兹波段范围内,且太赫兹波的低电子能特性使其在实验过程中不会对待测样品造成破坏,所以可以采用太赫兹技术来鉴别生物样品。在许多研究中,生物样品都是溶液状态,溶液中水和其他分子之间的相互作用涉及很多生物现象,所以研究水的太赫兹特性就显得至关重要。众所周知,水分子是十分常见的极性分子,分子间氢键会与太赫兹波发生强烈的相互作用,从而使得水对太赫兹波有很强的吸收作用,导致利用太赫兹技术研究水溶液中生物样品的动态特性变得相当困难。为了解决这一难题,可以引入微流控技术。微流控技术以能精确操控微尺度流体而著称,其沟道深度可以达到50μm甚至更小。由于微流控技术减小了太赫兹波在流体中的传播距离,从而极大地减小了水对太赫兹波的吸收。本研究采用对太赫兹波具有高透过率的Zeonor 1420R材料制成了夹心式微流控芯片,芯片上微沟道的长度、宽度和深度分别为3 cm, 4 mm和50μm,太赫兹探测区的直径为3 mm。在制作微流控芯片时,利用厚度为50μm的强黏性双面胶代替传统夹心式微流控芯片中的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜,使微流控芯片在加热过程中不再有漏液现象...     

Simulation of jet-noise excitation in an acoustic progressive wave tube facility

Acoustic excitation produced by jet-engine effluxes was simulated in a progressive wave tube (APWT) facility with a computer-based control system. The APWT siren is driven by a signal generated numerically in a PC and then converted into analog form. Characteristics of the acoustic pressure measured by a microphone are analyzed in digital form and compared with those prescribed for simulation. Divergence is compensated by immediate modification of the driving signal and this action is repeated in the form of iterative process until the test specification is attained. Typical power spectral density (PSD) shapes with maxima at low and high frequencies were simulated. A "tailoring" approach has been also achieved when a test specification was determined directly from field measurements for the particular aircraft under consideration. Since acoustic pressure signals of high level differ from the Gaussian random process model, particularly in terms of asymmetric probability density function, a method has been developed to make the driving signal also non-Gaussian by simulating skewness and kurtosis parameters of the APWT acoustic excitation simultaneously with PSD control. Experimental results with Gaussian and non-Gaussian characteristics obtained for various PSD specifications including sharp and narrow peaks are presented in the paper.     

基于FPGA和ADS8638的数据采集系统的设计与实现

为了解决常用数据采集产品体积较大的问题,选用一种体积小,转换速度快的多通道AD转换芯片ADS8638,设计了FPGA与芯片间的接口电路,并采用verilog语言编写了控制程序,以控制ADS8638芯片对各通道输入的模拟量进行AD转换。通过软件仿真验证、静态时序分析,仿真和分析结果表明,该软件功能、性能、时序正确。最后,将软件经过综合、布局布线后下载到ACTEL FPGA芯片中进行硬件系统测试,测试结果表明,本技术方案设计合理,功能可靠,降低了常用数据采集系统的体积和功耗,具有良好的实用价值。