基于LabVIEW的特殊复杂信号源研究与设计

围绕导航通信系统的抗干扰测试需求以及对现役无线电导航系统的性能评估任务,研究并设计了一种复杂环境下的信号源并给出了数学模型。该信号源设计要求能够产生包括理想、多径、干扰以及信道噪声在内的、具有天线效应的实际复杂信号。在多径延时的设置上,给出了一种精度更高,延时任意的信号生成方法。最后以PXIe-5672为硬件测试平台,由计算机软件LabVIEW产生波形数据,并通过控制仪器驱动实现信号的存储和发生,完成了整个信号源的设计。仿真结果表明了该设计方案可行有效。     

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。     

便携式X射线荧光光谱仪快速监测重金属土壤环境质量

便携式X射线荧光光谱仪(PXRF)作为一种新型快速测试手段具有突出的应用前景,但也存在检测范围和检测限的局限,为此本文研究PXRF仪器在快速监测土壤环境质量中Cr,Ni,Cu,Zn,Pb,Cd,As和Hg等8种重金属元素的适用性,筛选仪器可检测元素,评价检测结果准确度。具体方法是使用仪器测试重金属污染土壤样品,测试结果与电感耦合等离子体质谱分析方法(ICP-MS)测试值进行对比,评判检测结果精密度,建立PXRF仪器测试值与ICP-MS仪器测试值的线性回归关系。结果表明：(1)在监测重金属土壤环境质量时,PXRF仪器可用于检测土壤中Pb,Zn,Cr和Cu含量,但不适于检测Ni,Cd,As和Hg含量。(2)Pb和Zn测试值稍低于ICP-MS测试值,Cu偏高,而Cr过高;PXRF仪器测试值需要参照标准分析方法进行线性校正。研究结论为：便携式X射线荧光光谱仪适用于Pb,Zn,Cr和Cu等4种重金属的土壤环境质量监测,是一种简单快速、准确可靠的低成本土壤重金属分析手段。该研究的创新之处是合理规避PXRF仪器的缺点,将仪器应用于土壤环境质量监测,提高了测试结果应用价值。     

便携式X射线荧光光谱仪快速监测重金属土壤环境质量（英文）

便携式X射线荧光光谱仪(PXRF)作为一种新型快速测试手段具有突出的应用前景,但也存在检测范围和检测限的局限,为此本文研究PXRF仪器在快速监测土壤环境质量中Cr,Ni,Cu,Zn,Pb,Cd,As和Hg等8种重金属元素的适用性,筛选仪器可检测元素,评价检测结果准确度。具体方法是使用仪器测试重金属污染土壤样品,测试结果与电感耦合等离子体质谱分析方法(ICP-MS)测试值进行对比,评判检测结果精密度,建立PXRF仪器测试值与ICP-MS仪器测试值的线性回归关系。结果表明:(1)在监测重金属土壤环境质量时,PXRF仪器可用于检测土壤中Pb,Zn,Cr和Cu含量,但不适于检测Ni,Cd,As和Hg含量。(2)Pb和Zn测试值稍低于ICP-MS测试值,Cu偏高,而Cr过高;PXRF仪器测试值需要参照标准分析方法进行线性校正。研究结论为:便携式X射线荧光光谱仪适用于Pb,Zn,Cr和Cu等4种重金属的土壤环境质量监测,是一种简单快速、准确可靠的低成本土壤重金属分析手段。该研究的创新之处是合理规避PXRF仪器的缺点,将仪器应用于土壤环境质量监测,提高了测试结果应用价值。     

一种多功能视频信号源设计

针对目前视频信号源功能单一的现状,提出了一种便携式多功能视频信号源系统设计方案。详细阐述了信号源系统的硬件及软件设计,方案基于便携式、多功能、可靠性三方面的考虑,设备采用AMD的APU芯片平台,减少了FPGA资源消耗,简化了硬件电路设计,配套软件采取模块化设计。视频信号源可提供多种制式的测试图像,同时可根据特定要求产生特殊制式或信号,实验结果表明,该多功能信号源系统稳定性好、可靠性高、使用便捷,满足设计需求。     

利用Σ-Δ型模数转换器解决光辐射定标中弱信号测量的设计难题

随着光学遥感仪器的迅速发展,要求光谱辐射定标技术具有前所未有的高精度和长期测量的稳定性。基于探测器的新一代辐射定标技术可以满足这一需求。多波段绝对辐亮度标准探测器是辐射定标技术中的核心仪器,这种光学遥感仪器在野外、机载和星载高精度辐射定标中具有广阔的应用前景。在多波段绝对辐亮度标准探测器的设计中,需要实现对低电平微弱信号的高精度测量,这种测量通常需要采用可编程增益放大器对信号进行放大,但它不仅会引入测量误差,而且还会增加系统的复杂性。通过采用一种低噪声高精度Δ Σ型模数转换器(ADC),解决了多波段绝对辐亮度标准探测器中弱信号高精度测量的设计难题,为光辐射精确计量领域中经常面临的低电平弱信号的高精度检测提供了一种有效的途径。     

基于公钥基础设施的Hadoop安全机制设计

为了满足运载火箭遥测系统集成验证的测试需求,同时提升测试设备的通用性,降低测试设备的研制成本,本文采用面向信号的设计思想,设计了一种简洁高效的遥测系统自动化测试平台。该测试平台基于PXI总线开发,通过采取多路复用开关与输入输出模块相结合的设计思路,可实现多参数的巡检测试及同时测试,使测试平台具有较好的通用性和灵活性,在硬件设备不做更改的前提下可适用于多型运载火箭的测试需求,同时研制成本大幅降低;通过接收解析箭上遥测数据,测试过程无需人工干预,实现了自动化测试与自动化判读。通过试验验证,该测试平台工作稳定,能较好的满足多型运载火箭遥测系统集成验证测试需求,同时该平台的设计方法为同类测试系统的设计提供了一种思路。     

一种遥测系统自动化测试平台的设计

为了满足运载火箭遥测系统集成验证的测试需求,同时提升测试设备的通用性,降低测试设备的研制成本,采用面向信号的设计思想,设计了一种简洁高效的遥测系统自动化测试平台;该测试平台基于PXI总线开发,通过采取多路复用开关与输入输出模块相结合的设计思路,可实现多参数的巡检测试及同时测试,使测试平台具有较好的通用性和灵活性,在硬件设备不做更改的前提下可适用于多型运载火箭的测试需求,同时研制成本大幅降低;通过接收解析箭上遥测数据,测试过程无需人工干预,实现了自动化测试与自动化判读;通过试验验证,该测试平台工作稳定,能较好地满足多型运载火箭遥测系统集成验证测试需求,同时该平台的设计方法为同类测试系统的设计提供了一种思路。     

高通量微区扫描EDXRF仪器设计

用多毛细管X射线透镜做光源的微区扫描型EDXRF仪器,围绕出射焦斑对称放置4～6个SDD探测器,设计软件控制X射线管、多个探测器、高精度移动平台,同时进行数据采集、信号同步和结果分析,从而开发完成NX-mapping高通量微区扫描型EDXRF仪器。由于多探测器的采用,该仪器的信号强度得到数倍的提升,且稳定性没有因为器件间的差异而变差,同等条件,同等用时的情况下,测试标准偏差降为单探测器时的不足40%。均匀样品2 mm×2 mm面扫描时,400个点的测试标准偏差与定点测试无差异,说明运动机构和控制算法表现优异,不会对测试结果产生影响。对于微区扫描仪器的焦斑尺寸,用“荧光刀口实验”的方法,对Fe,Ni和Mo元素进行了测试,测得三种元素的有效焦斑尺寸最小值分别为52.4,49.3和39.03 μm,各元素有效焦斑尺寸随原子序数的增加而减小,这与多毛细管X射线透镜的设计原理相符;实验还发现了各元素焦斑有效尺寸在极小值处对高度变化较为敏感的规律,因此建议为了得到统一清晰的扫描图像,要保持样品表面的平整。最后用NX-mapping仪器对某单晶高温合金样品的Ni,Ta,W和Re元素进行扫描和分布分析,图像清晰,枝晶结构明显可辨,并且其中Ni∶Ka特征线强度高达220 kcps,明显高于普通的XRF测试。在NX-mapping微区扫描型EDXRF仪器中,由于多探测器的采用,信号强度高,测试精密度好,随之测试时间可以缩短,因此可以满足高通量测试的需求。     

基于安卓的便携式无线多道能谱测量系统

为了满足实时现场测量和能谱监测的需求,设计了一种便携式无线多道数据采集系统。系统可以完成小剂量能谱测量和多道分析,并采用WIFI通信的方式,结合Android操作系统平台实现对能谱测量数据的记录和处理。介绍了系统的设计方案,包括测量原理、硬件设计和软件设计。具体阐述了各个硬件单元的原理、功能和设计要点。最后进行了能谱测试和同类仪器比对实验,根据测量结果分析了该能谱测量系统的性能。系统样机的采集道数为64k,能量分辨率为3.81%。     

基于LabVIEW的时间反转超声检测系统的开发

时间反转技术在超声无损检测中的应用非常广泛,它可以忽略介质的非均匀性及初始信号源的位置,能够在时间和空间上聚焦超声波,实现对介质缺陷的聚焦检测。基于LabVIEW图形化编程软件,结合计算机、信号发生器、示波器、超声换能器、GPIB等的使用,对超声检测系统实验平台进行了构建,实现了超声信号的发射、接收以及时间反转一系列的信号处理过程。系统工作过程中,采用了三种不同的时间反转技术：经典时间反转技术(Time Reversal：TR)、反向滤波技术(Inverse Filter：IF)及1位处理技术(1Bit Processing),来实现信号的聚焦。实验验证该系统可以有效的实现时间反转超声检测过程中对信号的激励、接收、处理和存储等功能,有良好的精确性和适用性。     

AMI通信网络中微功率无线通信的性能测试技术及系统研究

微功率无线通信是高级量测体系(AMI)的主要通信方式之一。各厂家的通信模块性能不一,测试技术尚未形成统一的规范。设计了微功率无线通信的测试系统,由射频性能测试系统和协议一致性分析系统组成。系统采用屏蔽测试箱、多功能电磁波小室、综合测试分析仪、误码分析仪、标准协议信号源等模块组成,屏蔽箱对800MHz频率以下的无线电信号有超过70dB 的抑制,可以提供相对纯净的无线电暗室环境,减少外界无线电波的干扰。测试频率范围为30MHz~1GHz,提供66个测试频点,测试频率误差小于2ppm,误码测试精度小于0.001%,功率测试精度（闭环）为5%（0.2dB）。实现了在实验室情况下对微功率无线网络性能的全面测试和评估,具备很好可操作性、便利性和可复现性。     

便携式多源光谱融合水质分析仪的研制

采用光谱信息融合理论,研制了一种新型便携式多参数水质分析仪,自行设计了仪器的分析方法、硬件结构、内部工作原理及软件功能.可作为一种无须化学试剂、体积小、快速、易于野外现场作业的绿色水质检测工具.通过对少量水质样品的光谱测量分析,快速检测了总有机碳(TOC)、化学需氧最(COD)等6类水质有机污染物指标.实际测量结果表明,本仪器采用的基于多源光谱信息融合的水质分析方法测量精度显著优于目前市场上普遍采用的常规紫外吸收光谱法.     

Test facility for nuclear planetology instruments

An experimental facility for testing and calibrating nuclear planetology instruments has been constructed in partnership between the Space Research Institute (Moscow) and the Joint Institute for Nuclear Research. A model of Martian soil with a size of 3.82 × 3.21 m² and an overall mass of about 30 t is assembled from silicate glass. Glass is chosen in order to imitate absolutely dry soil close in composition to the Martian one. The heterogeneous model allows one to imitate the average elemental composition of Martian soil in the best possible way by adding layers of the necessary materials to it. Near-surface water ice is simulated by polyethylene layers buried at different depths within the glass model. A portable neutron generator is used as the neutron source for testing active neutron and gamma spectrometers. The facility is radiation-hazardous and is thus equipped with interlock and radiation monitoring systems in accordance with the effective regulations.     

基于国产FPGA及DAC的任意波形发生器的设计

任意波形发生器作为测试测量设备的一种重要仪器,在航空航天的测量与控制技术领域中得到了广泛应用。当前市场成熟任意波形发生器产品多为国外产品或者国内厂商基于国外FPGA和DAC研制的产品。为了打破技术垄断,提高国产任意波形发生器的自主技术保障能力,研制基于国产芯片的任意波形发生器愈发重要。随着国产芯片设计技术提升,国产FPGA和DAC的性能显著提高,并得到了广泛应用。PXI总线作为当前仪器领域的主要总线类型之一,可以满足大部分测试仪器的通讯要求。基于国产FPGA和DAC器件,从硬件设计和软件设计两个方面出发,成功研制了一款采样率为100MSa/s的 PXI总线任意波形发生器模块,实现了43MHz信号输出,通过实验测试了模块的功能和性能,完全满足模块指标要求,充分证明了国产芯片在工程设计中的性能特性。     

二维光栅角度信号响应函数研究

本文在平行相干光照明条件下,推导出了二维光栅剪切成像系统的角度信号响应函数,并描绘出了角度响应函数二维曲面.虽然光栅剪切成像系统常用的分束光栅有四种,分析光栅有三种,分析光栅和分束光栅之间还存在多种不同组合,但是产生的角度信号响应函数曲面却只有三种,即峰型位移曲面、谷型位移曲面和峰谷对称型位移曲面.其中峰型位移曲面和谷型位移曲面之间具有数值互补关系,由此还可以把峰型位移曲面和谷型位移曲面归纳为一种,最终只需要考虑两种位移曲面.这个理论结果无疑显著简化了人们对二维光栅剪切成像的认识,将对今后讨论定量提取二维角度信号的工作奠定基础.     

大功率单脉冲超声信号发生器的设计

为了提高探伤深度,实现混凝土大坝等散射强介质的超声检测,本文提出了一种成本低,小体积,结构简单的大功率单脉冲超声信号发生器,并给出了原理电路设计。所述装置利用控制电容充放电经脉冲变压器产生瞬时高压脉冲的新思路,克服了过去由于信号幅度限制功率上不去的困难。经实验验证该装置与现有的单脉冲信号发生器相比,探伤深度得到了很大提高,可用于混凝土结构构建的超声探伤。     

Environmental application of pulsed laser-induced incandescence

A portable instrument based on two-color laser-induced incandescence (LII) technique has been designed and developed for the detection of carbonaceous particles for environmental applications. The instrument has been calibrated by performing LII measurements at the exhaust of a home-made soot generator. The incandescence signal from particles sampled into the instrument has been compared with in situ, calibrated, LII measurements to correlate the incandescence signal by the instrument with particles concentration. Measurements of particulate with the LII instrument were then conducted in different environmental conditions, covering a wide range of concentration (from ambient air to cars’ exhaust). The detection limit of the LII instrument has been estimated to be in the range of 200 ng/m³. These measurements have been also compared with results obtained with a commercial aethalometer. The results show a linear relationship between the two sets of measurements, also in the case where significant variation of the carbon particles concentration has been observed over time. These observations allow us to infer that the two instruments are responding in the same way to different carbon particles load, size and nature.     

便携式近红外光谱仪测定苹果酸度和抗坏血酸的研究

应用便携式近红外光谱分析仪对6种苹果进行无损检测,运用Kernel Isomap结合广义回归神经网络的方法分别建立苹果酸度和抗坏血酸定量分析模型.结果表明:采用Kernel Isomap方法能够使模型具有良好的预测能力.苹果酸度模型校正集相关系数Rc=0.9994,预测集相关系数Rp=0.979 9,RMSEP=0.0...     

红外碳硫传感器信噪比改善方法研究

应用于钢铁、矿物等检测的红外碳硫仪的研制在国内的研究还存在诸多问题,由于其在红外检测中位于一个非常敏感的区域,国内高精度红外碳硫传感器的研究迫切需要迈上新台阶。其检出限和检测精度要达到国际先进水平还存在传感器的气室工艺不够、探测器与光源的资源限制、信号的调制方式落后等问题。当然也存在信号的前期滤波、信号后期处理方面的原因。本文针对当前红外碳硫传感器的研究现状,对改善信噪比的方法进行探究和分析,并提出了相应的解决措施和具体思路。