一种简单高精度超声液位计系统的设计与实现

介绍了超声时延法测距的基本原理,设计并实现了一种基于DSP的超声液位计系统,改进国内同类产品精度和稳定度偏低的问题。利用选用的AD、DSP芯片特点,给出了一种简单高效率的超声换能器驱动电路和回波采集放大电路的实现方案;使用通用16位定点DSP芯片TMS320VC5502,实现测距算法,增强了后端数字信号处理能力;使用收发一体窄带超声换能器发射和接收超声信号,其中心频率20kHz,3dB带宽1kHz。实验结果表明,本系统测量范围为0.5～18m,测量精度可达到测量距离的0.5%。     

一种校正相位测量轮廓术量化误差的算法

为了减小相位测量轮廓术中因数字化设备内部结构的量化处理过程引起的相位量化误差,提高相位测量精度。针对相位测量精度要求较高且表面凹凸变化不大的被扫描物体提出了一种能够有效校正相位测量轮廓术量化误差的算法,测量相位中的每一个像素点利用其相邻像素点进行校正。实验结果显示,校正之后,相位量化误差标准差减小了41.38%,相位测量的精度得到了提高。     

HIRFL数字化高频低电平控制系统研究

在HIRFL加速器系统中, 需要对射频加速电压的幅度和相位进行精确控制,以实现对重离子的精确俘获、 加速和引出。传统的幅度、相位稳定控制系统采用幅度和相位两个反馈闭合环路来分别稳定腔体电压的幅度和相位。 数字化高频低电平控制系统(LLRF) 基于可编程逻辑门阵列（FPGA）和数字信号处理（DSP）, 采用直接数字频率合成（DDS）与数字正交调制解调（I/Q）技术来实现对高频功率源的控制。 相位控制精度更高, 系统更加稳定。 目前控制系统在假负载上通过了长期稳定性的实验和高功率实验, 幅度偏差小于或等于±1％, 相位偏差小于或等于±0.5°。 In order to ensure that the beam quality is well enough, we need to precisely control the frequency, amplitude and phase of cavity electric field. Traditional control system consists of amplitude loop and phase loop. And these two loops control amplitude and phase stability respectively. The digital low level radio frequency (LLRF) system, which uses advanced digital control technology, needs only one feed back loop to control amplitude and phase stability. The phase control precision and stability of the system are higher than the traditional control system. The LLRF system is based on field programmable gate array (FPGA) and digital signal processing (DSP), and implemented by direct digital frequency synthesis (DDS) and digital orthogonal modulation and demodulation (I/Q) technology. The digital LLRF system has been tested in a long term stability and high power experiments. The amplitude deviation is lower than ±1%, and phase control accuracy is within ±1°.      

数字相位测距仪信号源的研究与设计

在相位激光测距仪中,信号初始相位的相对稳定性对测距仪的测量精度非常重要.对于如何得到全同步的主振信号、本振信号、差频参考信号以及填充脉冲,给出了采用单片机控制频率合成器(DDS)直接数字频率合成芯片,直接滤波以及FPGA软件模拟DDS原理三种不同的方案,最后对这三种方案进行了比较.直接滤波法实现起来简单且成本较低,适合测量精度不是很高的系统.另外两种方案可用于测量精度较高的系统,但是成本较高.     

Direct Digital Frequency Control Based on the Phase Step Change Characteristic between Signals

We present a new digital phase lock technology to achieve the frequency control and transformation through high precision multi-cycle group synchronization between signals without the frequency transformation circuit.In the case of digital sampling, the passing zero point of the phase of the controlled signal has the phase step characteristic, the phase step of the passing zero point is monotonic continuous with high resolution in the phase lock process, and using the border effect of digital fuzzy area, the gate can synchronize with the two signals,the quantization error is reduced. This technique is quite different from the existing methods of frequency transformation and frequency synthesis, the phase change characteristic between the periodic signals with different nominal is used. The phase change has the periodic phenomenon, and it has the high resolution step value. With the application of the physical law, the noise is reduced because of simplifying frequency transformation circuits,and the phase is locked with high precision. The regular phase change between frequency signals is only used for frequency measurement, and the change has evident randomness, but this randomness is greatly reduced in frequency control, and the certainty of the process result is clear. The experiment shows that the short term frequency stability can reach 10~(-12)/s orders of magnitude.     

一种带温度补偿的数字倾斜角测量系统

提出了一种带温度补偿的数字倾斜角测量系统,阐述了系统组成、温度补偿原理和软件设计,采用电子倾角器、A/D转换器、单片机、温度传感器实现了在宽工作温度范围内的倾斜角测量,消除了环境温度变化引起的偏差.系统通过实验验证,达到了较高的测量准确度,并在某项目的水平倾斜角测量系统中得到应用.     

微型石英敏感平板玻璃零件参数的激光视觉测量研究

高精度、快速非接触的平板玻璃零件的几何参数测量,已成为相关生产领域的主要问题,也是激光光谱学的一个重要应用方向。平板玻璃零件几何参数的准确检测不仅有助于加工工艺的改进和产品装配精度的提高,还可以实现按参数分档管理。为实现微型石英敏感平板玻璃零件参数的精密测量,提出了一种基于激光与视觉图像处理技术的多参数测量方法,设计了由自适应同轴视觉检测单元和激光视觉厚度测量单元构成的测试系统。为了保证其中的半导体激光器LD(laser diode)能提供稳定的光源,设计了一种恒功率驱动控制系统。在亚像素图像处理中给出了改进的亚像素边缘定位算法,实现了二次曲线特征边缘亚像素精确定位。利用检测出的曲线边缘点数据,通过定义一个新的误差函数并最小化,可以计算出微型石英敏感平板玻璃零件参数,从而实现图像特征参数的精确提取。在实验室条件下进行微型石英敏感平板玻璃零件几何参数的检测试验,测量结果的平均偏差优于2 μm。该方法稳定性好,测量精度高,满足微型石英敏感平板玻璃零件参数检测的精度要求。     

基于Rydberg原子天线的太赫兹测量

Rydberg原子在微波和太赫兹频段具有极大的电偶极矩,利用量子干涉效应可实现对该频段电磁波场强的高灵敏探测,理论上灵敏度可达到远高于现有探测技术的水平.基于Rydberg原子量子效应的电磁场探测及精密测量技术在太赫兹的场强和功率计量、太赫兹通信和太赫兹成像等方面有着巨大的应用前景.本文回顾了基于Rydberg原子量子干涉效应实现电磁波电场自校准和可溯源测量的基本理论和实验技术,详细介绍了基于Rydberg原子的高灵敏太赫兹场强测量、太赫兹近场高速成像和太赫兹数字通信的基本原理和技术方案.最后简单介绍了本研究团队正在开展的基于Rydberg原子的太赫兹探测工作.     

高精度数字式相位差测量系统设计

在测量各种双口网络电路的频率特性时,需要对它们的输入与输出信号之间的相位差进行准确测量,针对采用示波器测量相位差误差较大的问题,提出一种能对信号相位差进行高精度测量的设计方案;系统采用过零鉴相和填充计数的测量原理,利用可编程逻辑器件的高速运算能力对高速脉冲计数,由单片机对工作电路进行协调控制和数据处理显示;同时设计高精度相位差可调的直接数字频率合成信号源对系统进行测试,实际测试结果显示,系统对相位差的测量精度高,最小测量精度可达0.1o,并实现宽频率范围的相位差测量。系统在实际应用中测量结果准确、稳定、可靠。     

图像比色法在炉膛火焰温度场实时监测的研究

提出了一种基于比色测温原理 ,运用数字图像采集、处理技术和面阵CCD成像技术测量锅炉炉膛火焰温度场分布的监测系统。论述了该测温系统的测量原理和系统结构。通过实验给出了利用该系统测量所得的结果。实验结果表明 ,利用比色测量法可以计算出火焰温度场的瞬时分布 ,以此为依据可以判断锅炉燃烧的稳定性 ,并在异常情况下发出报警信号 ;采用双色信号对比的办法可以较好地消除环境及发射率的影响 ,有效地提高了测温精度     

固液悬浮体系下超声波浓度测量技术进展

在工业生产和科学实验中,固液悬浮体系是一种非常重要的流体类型,其浓度与均匀性变化直接决定了最终制品的物理化学性能及服役稳定性,对其进行实时、原位、高精度测量具有重要意义。因为超声波技术其具有非接触、精度高、响应速度快等优点,所以本文重点介绍了基于该技术实现固液悬浮体系浓度测量的方法,回顾了其国内外发展状况,特别是对该技术在浆液混合过程监控方向的应用做出了介绍和总结。最后,对该领域的发展趋势进行了展望     

基于DSP+FPGA的新型弹载计算机设计与实现

以某型号导弹飞行试验为研制背景,设计出一款精度高、通用性强的新型弹载计算机。该弹载计算机以高性能DSP和FPGA为系统框架,通过其丰富的外围接口和强大的处理能力,结合AD5764转换模块、MAX3490通信模块、ADUM1401四通道数字隔离器和ULN2801达林顿管驱动器组成的离散量输出等模块,解决了弹载计算机与弹上飞控部件之间复杂的并行数据处理以及多种控制算法实时解算问题,具有体积小、重量轻、精度高、实时性好等特点。经过多次飞行试验表明,该弹载计算机具有较高的可靠性和稳定性,应用前景非常广泛。     

环境风洞浓度场测量系统的检验试验

为了检验环境风洞浓度场测量系统的可行性和可靠性,以及对所设计的环境风洞浓度场测量系统的误差进行分析和研究,本文发展了一种通过定量加浓的方法来检验该测量系统。检验试验是在水中加入标准粒子,利用加入粒子的浓度不同来进行测量。试验结果表明对于所提出的基于数字图像的相对浓度场测量方法正确,设计的浓度场测量系统可行、合理.     

基于光谱技术的植物叶绿素浓度无损检测仪器的研制

开发了一种便携式植物叶绿素无损检测仪器,该仪器可实现对叶绿素浓度的实时、快速、无损检测。仪器主要包括4个部分：叶片夹具,光源驱动电路,光电检测及信号调理电路和微控制系统。提出了一种电流可调节的光源恒流驱动电路方案,在实现恒流驱动的同时还可以对驱动电流进行程控。同时提出了一种一体化叶片夹具设计方案,不仅简化了仪器的光学结构,而且提高了仪器稳定性。在仪器的标定实验中,用SPAD-502叶绿素测量仪测定的叶片叶绿素含量SPAD值作为标准值,建立了多元线性标定模型,对仪器的性能进行了评价,叶绿素预测值与标准值的相关系数为0.97,预测均方根误差为1.3 SPAD,仪器重复性的均方根误差为0.1 SPAD。标定实验结果表明,该仪器测量精度高、性能稳定。     

数字散斑技术在混凝土单轴压缩试验中的应用

数字散斑技术作为一种新兴的测量方法,它具有非接触、全场量测、精度高、操作简单等特点,随着计算机技术的迅猛发展,数字散斑技术得到了广泛的应用与研究。针对混凝土在外荷载作用下具有明显的非均匀变化的特征,借助传统的测量方法很难得到混凝土表面的全场变形结果的问题,结合数字散斑相关方法测量技术,开展了混凝土单轴压缩试验,拍摄了混凝土表面在单轴压缩过程中的位移与应变矢量场,为分析混凝土试件的损伤区域奠定了基础;与电测法测量结果进行了对比,其测量结果表明,这两种测量方法误差相对较小,且数字散斑技术能更早的发现混凝土表面的破坏,验证了数字散斑相关方法的准确性和可靠性。借助数字散斑技术可以更加方便准确的得到材料表面的变形场,这也将在一定程度上促进土木工程领域的发展,具有广阔的应用前景。     

第二代高温超导带材的大电流V-I测量与热效应消除

介绍了0～400 A零外场下高温超导带材大电流V-I测试系统。实验利用计算机自动实现电流/电压扫描、采集并处理数据,测量温度为液氮温区。利用导热分析,优化仪器设计,最大程度地消除V-I测量的爬坡效应和大电流的热效应,提高试样的耐大电流冲击能力、测量精度和稳定性。     

五维自由度衍射光栅精密测量系统（英文）

为了在保证结构简单的前提下,实现衍射光栅精密测量系统的大量程、高精度、多维度测量,设计了能够同时测量位移和角度的五维自由度衍射光栅精密测量系统。基于利特罗对称式光路结构,采用高刻线密度的一维衍射光栅以及外差干涉原理实现了沿光栅矢量方向和光栅法线方向的二维位移测量;通过引入高精度的位置灵敏探测器,结合±1级衍射光与光栅之间的角度变化关系实现了对光栅俯仰、偏摆和滚转三个维度的角度误差测量。实验结果表明:该衍射光栅精密测量系统能够实现分辨力优于4 nm的二维位移测量以及分辨力优于1″的三维角度测量,其位移测量范围只受限于光栅的尺寸,量程大大增加。该衍射光栅精密测量系统在精密测量领域有重要意义。     

次谐波聚束系统固态放大器相位特性

 为研究BEPCⅡ直线加速器次谐波聚束系统使用的两台固态放大器（20 kW/142.8 MHz,10 kW/571.2 MHz）的相位特性,利用基于现场可编程门阵列(FPGA)的数字测量方法对两台固态放大器的脉内相移和相位稳定度进行了测量。测量系统硬件包括频率综合器、FPGA数字信号处理板和PC;软件部分包括FPGA内部算法、通信及PC端界面程序。该测量系统能真实地反映两台固态放大器的相位特性,为次谐波聚束器的相位补偿提供了参考。     

数字图像处理自动图像聚焦算法的分析和比较

图像聚焦判别函数的选择是自动图像测量中获取高质量图像的依据,对几种用于自动图像聚焦判别的数字图像处理算法进行了较全面的性能比较,定量分析了不同算法的计算速度、唯一性、准确性和灵敏度等。分析结果表明:梯度向量平方函数、拉普拉斯算法和二级梯度平方算法在单值性和灵敏度方面都较好;罗伯特(Robert)梯度算法和梯度向量模方算法函数的稳定性比较好。以上的图像聚焦判别函数特性分析结果对于图像自动测量所需要的自动调焦控制具有指导意义。     

数字化声学测量技术──Ⅰ.概论

数字化是当今世界上声学测量技术的发展趋势，它采用微计算机和数字信号处理系统．数字化声学测量的主要优点是：1．精确度高，动态范围大2．性能稳定，可靠3．可实现许多模拟仪器设备不能完成的复杂功能4．使用灵活方便5．优异的性能价格比．本文综合介绍了数字化声学测量技术的这些优越性，同时还介绍了一种实际使用的数字化声学测量系统的组成和工作原理，以及它的主要测量分析功能．本文可为涉及声学测量的部门和单位在选择仪器设备时提供参考．