基于虚拟仪器技术的远程实验教学资源建设

<正>1主要内容基于虚拟仪器技术的远程实验是一种"虚(拟仪器面板)——(硬件设备)实(体)——真(实)实验场景"的网络实验教学模式.华南师范大学远程物理实验室创建于2001年,自主研制了基于双客户机/服务器模式和采用TCP/IP的远程实验教学平台,自行开发数字信号平均实验、连续波核磁共振、辉光放电等离子体参量诊断等远程实验项目.通过虚拟仪器软件LabVIEW编程,实现学生通过互联网实时地操作实验室的仪器设备,获取信号波形和实验数据,获得由摄像机捕获的     

基于光反馈自混合干涉效应波形转折点的智能识别

对光反馈自混合干涉信号波形转折点的智能识别进行了理论分析和实验研究。首先经对光反馈自混合干涉信号特点的分析，发现其波形转折点可以作为外部物体运动位移实时测量的依据。通过对信号波形的逐步处理可以获得波形转折点的位置，以此为基准点可以实现位移的精测。实验测试结果同理论分析吻合较好。若系统进入较复杂状态，识别出的位置与其实际位置出现偏差，不再是单一值，可以对转折点位置的所有值取平均，从而得到其对应的精确位置。     

基于LabVIEW的电流信号采集系统的设计和实现

在机电设备、精密器件等研发工作和电路校准、传感器应用等日常实验中,数字多用表常被用于微弱信号的测量,但数字多用表只能实时显示采集到的信号,不能存储信号,在实验和应用中无法将检测到的波形、数据和实验状态实时对应,只能通过人工肉眼估计读取,给实验和应用带来了一定的困扰。为了解决该问题,开发了一个基于LabVIEW的电流信号采集系统,该系统可以将采集到的波形实时显示在面板上,同时将检测到的准确电流数据和读取时间存储到PC机。实验结果表明,该系统可以更好地显示电流信号,同时可以进行信号的存储,避免了肉眼读取数字多用表的误差,增强了读取数据的准确性。     

无人机系统强电磁环境效应检测技术

对电子系统强电磁环境实验效应检测技术研究现状进行了系统的研究分析,提出通过对内部电路节点电压信号实时监测实现无人机电子系统强电磁环境效应检测判断的方法。设计了以阻抗变换和电光转换电路为核心的光纤输出型电压探头,实现1 M高输入阻抗、DC 450 MHz带宽、数百m传输距离等技术要求。在无人机系统强电磁脉冲环境实验中利用所设计的电压探头实现了无人机舵机、飞控、链路等电路节点工作电压信号波形的远程监测,获取了无人机电路节点耦合的电压脉冲波形。     

激光时序信号实时在线监测系统

激光时序信号实时在线监测系统用于氧碘化学激光器的总控系统中，全过程地实时监测强光系统及相关分系统的所有时序信号，在线提供信号脉冲时间、幅度、宽度等特性，动态显示关键信号的波形，并以文件形式记录保存。一旦发生故障，指挥员通过查看信号状态，能够在分系统电子线路繁杂、涉及环节和信号众多的总控系统内迅速判断故障原因，找到故障部位。本系统采用基于Compact PCI技术的工业级板卡，具有如下的功能和特性：（1）实时采集信号：采样时间可根据脉冲的宽度可调，信号脉宽最小为200ms；（2）在线提供信号的特性：信号发生时刻，脉冲宽度，脉冲幅度；（3）实时显示关键信号的波形，并记录保存；（4）所有信号的状态和特性以文件的形式保存记录；（5）对保存的信号可方便地进行后台的数据处理，如：绘制信号波形，计算脉冲宽度等；（6）作为第3方独立的试验测试系统，和各个分系统之间的信号连接相互隔离，避免彼此之间的干扰；（7）系统稳定可靠，易于维护，扩展方便。     

光谱吸收型光纤气体传感器解调系统的研究

提出了一种基于计算机的光纤气体传感器谐波检测的实验室解调方案。系统采用分布反馈式半导体激光器和数据采集卡,并利用所设计的解调软件进行信号解调,实现了气体浓度的谐波检测,并能实时显示采集波形及分析波形。     

基于边界扫描的雷达嵌入式测试和诊断技术

为解决因雷达数字化、高速化发展引起的测试和诊断技术难题,提出了基于边界扫描的雷达嵌入式测试和诊断方案,介绍了系统的硬件架构和软件设计。该方法可以在雷达系统正常执行任务期间,实时检测数字集成电路的故障,并将故障定位到芯片引脚。对低速数字信号,可以采集完整的信号波形;对较高速度的数字信号,可以通过多次采集和统计分析的方法提取故障特征。该方法已通过试验验证。     

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。     

HL-2A高压电源测量系统的研制与应用

分析并设计了分压器的参数,采用高频无感釉膜电阻制作分压器,与基于压频转换的光纤隔离技术相结合,组成了HL-2A用高压电源测量系统。同时将数字信号处理芯片用于光纤转换环节,实现压频型A/D转换,简化线路,提高数据传输速度和信号干扰能力。该高压测量系统已运用于HL-2A装置的长脉冲（5 s）放电实验,结果表明:该系统不仅实现了DC 80 kV高压电源的高低电位完全隔离,而且所测量电压波形真实反映了电源的输出,为反馈系统和保护系统提供了实时电压数据信号。     

HL-2M 实验数据分析与实时显示系统的设计与实现

HL-2M 实验数据分析系统提供了强大的远程信号处理计算和信息检索功能,系统采用先进的多层架 构,实现了所获即所需的数据远程传输,具有局域网和广域网的广泛应用。实时显示系统基于负载均衡的任务划 分,将数据处理和显示划分为多个任务、部署在多台计算机上;系统跟炮运行,能够自动、高效实时处理上千道 信号,并在多个大屏幕实时显示几百道关键信号曲线。     

基于RTP/RTCP的塔机远程实时监控系统设计与实现

塔机远程安全监控模型容易受到电缆线或无线电信号的限制,大大降低塔机信号传递距离和质量,导致传统的塔机监控模型信号仅能传递几十米到几百米,无法实现塔机的远程实时监控,设计并实现了一种基于RTP/RTCP的智能塔机远程实时监控系统,采用基于C/S与B/S结合的数据链驱动无缝集成模式,设计了智能塔机远程监控模型,实现了各模块间的网络传递,主要包括嵌入式监控终端、中心服务器以及远程客户端3个模块,对中心服务器和客户端采用RTP/RTCP实现视频传递,设计了基于Ajax的Web交互式人机界面,对大规模网络数据进行实时处理分析,最终完成了塔机远程实时视频传输的过程;实验结果说明,所设计模型能够实现塔机的远程实时智能监控,具有较高的监控效率和精度。     

脉冲功率电源模块时序放电控制系统设计

设计了一套用于控制30个脉冲功率电源模块按时序进行放电的控制系统。该控制系统使用高速数字信号处理器作为主要控制芯片,采用高速光电转换器件及光纤作为触发信号传输系统,利用脉冲隔离变压器作为电源开关触发系统的主要隔离元件,在硬件方面实现了时序放电触发信号的高精度传输和高压隔离。同时,该控制系统使用优化的软件算法对数字信号处理器进行软件编程,实现了放电时序计算的优化控制,而且利用简易的计算机语言对上位机软件进行编写,实现对放电时序进行精确的设置,从而保证了时序放电的精确度。将该控制系统用于实际的30路脉冲功率电源放电装置的实验中,得到了良好的放电电流实验波形。根据时序触发波形及放电波形进行分析,该时序放电控制系统每路电源放电时间最小间隔可达到20 μs,电流波形反映的触发时刻与放电时序设置时刻的延时误差分布在10~15 μs,整个控制系统的性能符合设计的要求。     

高重复频率实时采集的光腔衰荡光谱

建立了一套脉冲激光衰荡光谱实验信号采集与处理系统。它以ＧＰＩＢ为控制和数据传输的界面，采用比国际上同类实验更合理严格的方式采集处理数据，实现了高重复频率、实时的波形信号传输、显示和处理。利用此装置测量了Ｈ２Ｏ从６２０￣６６５ｎｍ的振动泛频光谱，实验结果表明，该装置检测灵敏度达到５&#215;１０＾－８ｃｍ＾－１。     

数字式光信号检测和再生电路的理论分析及实验研究

对微型计算机控制的数字信号光纤传输系统中的光信号检测和再生电路的结构，工作原理和信号的再生条件进行了理论分析，并提出了相应的实验研究方法，实验结果与理论分析所得结论十分一致。     

具有图形用户界面的数字信号处理实验教学设计

介绍了具有图形用户界面的数字信号处理实验教学系统的设计。该系统由基本实验和综合实验两部分组成,预留了供学生外部编程的扩展接口,并与数据库相连,可远程在线使用,极大地方便了实验教学。实践证明,该系统能帮助学生加深对理论知识的理解,激发其学习兴趣,有效地提高了课堂的教学质量。     

基于DSP和ARM的便携式脑电信号处理系统的实现

为使脑-机接口技术(brain-computer interface,BCI)面向实用化、产品化,建立便携式的处理平台成为重要研究问题;系统采用现场可编程门阵列(FPGA)控制VGA显示器,设计了多功能视觉诱发刺激器,实时在线产生多种组合模式的刺激信号,诱发稳态视觉诱发电位;信号采集后放入到数字信号处理器(DSP)中,经过FIR滤波和FFT算法的处理后,得到辨识度较高的视觉诱发电位信号,并由无线将数据发送给 STM32处理器,在LCD触屏上实时显示;实验结果表明系统实时采集、处理、显示脑电信号,相对于目前的BCI系统实现了多平台的便携式。     

用于油气管道智能封堵的电磁双向通信技术研究

相对于传统的管内带压开孔封堵技术,高压智能封堵技术具有很大优势,应用前景广阔。而管内外通信技术是研发智能封堵系统的关键技术之一。针对智能封堵现场干扰强、通信速率要求不高,而金属管道对高频信号衰减大的特点,提出了一种基于频率调制和频域解调的管内外超低频电磁双向通信方法,并研发了相应的通信系统。该系统采用两个不同频率的超低频电磁信号分别表示码元0和1;发射线圈在MCU软件控制下发射频率调制的电磁信号,接收线圈将电磁信号转换为电信号;该电信号经过滤波、放大和高精度A/D采集,得到数字信号;将该数字信号送入MCU,通过实时对该数字信号作DFT,并搜索信号DFT幅度谱的最大峰值所对应的频率,来实现信号的解调解码。通过实验室模拟试验,验证了所研制的管内外电磁双向通信系统可完成向管内智能封堵器正确发送指令,同时将管内封堵器的动作状态返回地面控制单元,从而可保证管内智能封堵作业的准确可靠。     

基于LabVIEW的He-Ne激光器综合实验系统

基于LabVIEW软件和数据采集卡设计了激光器综合实验系统,可实现对激光器谐振腔长调谐的自动、远程、精密的控制,并具有对输出光强信号进行实时显示、存储、读取和处理的功能,同时将频率分裂、模竞争和光强调谐实验相结合.     

基于注入锁模激光器的40 Gb/s全光时钟提取

利用注入锁模光纤激光器进行时钟提取实验,成功地从40Gb／s伪随机码信号中提取出了40GHz时钟信号。实验中,在注入信号进入环形腔之前先通过一个马赫-曾德尔（M-z）干涉仪,提高了注入信号中时钟频谱分量的相对大小,从而有利于时钟信号的提取。首先从10Gb／s伪随机码信号中提取出波形很好的10GHz时钟信号,并在此基础上从复用后的40Gb／s伪随机码信号中提取出了40GHz时钟信号。     

磁偏置高温超导限流器监控系统设计

针对磁偏置高温超导限流器并网运行实验要求,设计了具有高压隔离、快速采集及故障录波功能的监控系统。该监控系统采用现场可编程门阵列(FPGA)和数字信号处理器(DSP)双重硬件架构设计模式,其中,FPGA用于快速采集实时数据和快速开关控制;DSP从FPGA获取状态量和模拟量等采集信号,集成超导限流器监控系统核心控制器的快速控制算法,实现超导单元保护指令的输出。给出了超导限流器监控系统的设计原理、核心控制器软硬件设计和上位机软件设计,并进行10 kV并网运行实验验证。监控系统运行结果表明,所设计的磁偏置高温超导限流器监控系统可以很好地实现对电网及限流器运行状态的实时、可靠监测与控制。