波形采集、存储与回放系统的设计

该系统以单片机和FPGA为核心控制器件,实现了波形采集、存储与回放功能。整个系统由信号调理、比较电路、采集存储、数据处理、人机交互等模块组成。信号调理模块采用高速低躁声运放AD8038实现高阻输入、幅度控制;比较电路采用LM311实现被采集信号周期的测量;数据采集模块采用AD5540芯片,在FPGA时序控制下采样;C8051F020单片机作为总控制器,与FP-GA内部的双口RAM和读写信号相结合,实现数据的存储,以及回放前数据的读取;信号输出部分采用DA芯片THS5651和高速运放AD8039相结合,实现了低输出阻抗和信号幅度的控制。经测试,系统功能齐全,波形完整,回放频率非常准确。     

光栅型高速扫描近红外光谱仪的研发

针对现有光栅型光谱仪无法同时达到高速与高精度要求的问题,提出了一种采用齿轮传动结构代替传统丝杆传动结构的波长扫描方案,研制了光栅型高速扫描近红外光谱仪。下位机采用STM32微处理器作为主控芯片,实现了步进电机驱动控制、A/D转换控制、与上位机通讯等功能,设计了光电转换电路、信号调理电路及探测器制冷控制电路;在上位机软件中实现了光谱数据的采集、处理以及图形化显示等功能。对样机进行了性能实验并分析。试验结果表明:该仪器光谱扫描速度达到240nm/s,光谱分辨率6nm,光谱范围为1000nm～2500nm,波长准确性,基线稳定性0.0005A/h,主要性能参数达到国家标准。     

21位矩阵编码器高速数据处理系统

介绍了一种21位矩阵编码器高速数据处理系统。该系统以数字信号处理器DSP为主控芯片,对系统进行整体控制,并完成对信号的采集及细分校正等高速运算处理;选用高性能A/D转换器对光电信号进行A/D采样和传输;采用复杂可编程逻辑控制器CPLD代替传统微处理器外围大量的集成电路,并在CPLD内完成矩阵码的译码;最后选择基于DSP和专用接口芯片的USB通讯,实现DSP与上位机间数据的高速实时传输。本系统可实现光电编码器的高速信号处理,大大提高系统的响应速度。     

线阵CCD的高速信号采集与USB数据传输系统设计

介绍了一种用于线阵CCD高速位移传感器的信号采集与USB传输系统.系统以DSP为控制核心,采用高速AD转换器件AD9238和USB2.0接口控制芯片CY7C68013实现信号采集与高速数据传输的功能,给出了硬件电路和相关程序的设计方法.实验表明:在DSP的控制下,系统实现了CCD传感器信号的高速采集和实时传输.     

存储容量可扩展的高速数据采集系统

针对目前海量数据难于实时存储的问题,设计了以FPGA器件为核心处理芯片,FLASH和大容量SD卡为存储介质的高速同步多信号的数据采集系统设计方案,其中SD卡采用FAT32文件系统作为数据存储形式.此外,系统采用多路开关方式进行信号通道选择,多片高速A/D器件流水工作,提高数据采集速度,保证采样率和采样精.最后,系统采集的数据可由USB接口传送到计算机进行显示和分析,也可用通用读卡器读取SD卡数据,进行数据分析.     

医用显微成像光谱仪的光谱定标技术

为了能对自主研制的脑肿瘤手术医用显微成像光谱仪进行光谱定标,设计了由单色仪、钨灯光源、棱镜-光栅-棱镜成像光谱仪及手术显微平台组成的光谱定标系统。采用单色仪波长扫描法,自主开发了相应的光谱定标系统软件,获得了显微成像光谱仪全谱段的光谱数据,完成了数据处理和分析等工作。通过调整光路、单色仪定标、成像光谱仪定标3个步骤实现了系统的光谱定标。定标结果表明:显微成像光谱仪的光谱区大于400~900nm;定标精度高于0.1nm,光谱分辨率高于3nm,各项特征指标均高于设计指标。测试验证实验表明,所建立的光谱定标系统定标精准,结构简单、紧凑,操作简单,符合显微成像光谱仪的实际临床应用要求。     

基于FPGA和DDR2的通用信号采集系统研究

在进行通用信号采集时，针对大容量、高频率的常见信号的采样需求持续存在。本文基于FPGA嵌入式系统的研究方法，设计通用信号高速采集系统，通过设计采集电路、编写FPGA程序、使用DDR2内存提高数据存储效率，实现通用信号的高速采集、存储与传输。系统搭建了通用信号高速采集硬件系统平台，设计信号的调理电路以及A/D转换电路，根据通用信号高速采集系统的需求设计了采集数据的缓存机制。本系统实现了2种采样速率下对通用信号的高速采集功能，采集数据具有很好的准确性，满足大容量、高频率的通用信号的采样要求。     

ERT数据采集系统通讯模块的设计

电阻层析成像(Electrical Resistance Tomography,ERT)技术的广泛应用及发展对ERT数据采集系统提出了更高的要求,便于安装携带、与计算机进行高速数据传输是ERT系统在实际测量中应用的基本要求.本文采用Cypress公司EZ-USB开发系统,利用EZ-USB开发板AN2131Q和配套软件,设计了ERT数据采集系统的通讯模块,实现了基于DSP的ERT数据采集系统与PC机的USB通讯接口模块,提高了系统的实时性能.     

离心通风机旋转信号光电转换串行发送扩展系统的试验研究

针对笔者曾研制的一套串行发送系统速度偏低的不足，对该系统功能进行了扩展。通过对旋转风机叶片表面压力信号测量的应用，介绍了风机试验台的信号光电转换系统的结构及原理，通过在动静系统分别加入微处理器，分析并选用了扩展串行通讯方式和电路设计，实现了对采样数据进行高速分时发送，并将校验系统运用到该装置中，解决了动静系统的信号可靠高速传输的问题。     

低温环境下MEMS动态测试系统

研制了低温环境下MEMS动态特性测试系统.对低温环境的产生及其关键问题、低温环境下的激励方法、信号检测方法,及高速数据采集方法进行了初步研究.采用半导体冷阱产生低温环境,为防止低温下结霜对测试精度造成影响,测试在真空环境中进行.研制了基于压电陶瓷的底座激励装置,用于低温环境下对微器件激励.采用2种方法用于低温环境下微器件振动响应信号的检测,一种是采用内置敏感元件的方法,被测微器件受到激励后自身输出信号,经高速数据采集单元采集进入计算机;另一种是采用激光多普勒测振仪在低温环境外部进行检测.以LabVIEW为平台开发了测试系统控制软件,实现了微器件激励、数据采集、存储自动化.对系统的总体设计、硬件组成、系统功能、实验研究等方面作出了详细阐述.     

基于虚拟仪器的测量分析系统

分析了虚拟仪器的基本工作原理，介绍了基于虚拟仪器技术开发的一套测量分析系统，该系统支持不同类型信号的多通道高速数据采集和处理。其硬件由传感器、便携式A／D和计算机组成，通信接口为计算机的并行打印口。该系统软件编制综合采用了汇编、数据库、自动化等多种编程技术，可以实现滤波、加窗、谱分析等多种分析功能，并能够进行多通道的实时采集绘图和分析。给出了该系统的一些测量应用实例。     

基于PSoC3的高性价比虚拟信号分析仪

以PSoC3为基础设计了一种高性价比的虚拟信号分析仪。系统由虚拟仪器卡和配套PC软件2部分组成,两者采用USB 2.0通信。虚拟仪器卡完成信号采集和产生任务,其中微控制器、ADC、DAC、USB、信号切换等核心模块完全在一块PSoC3芯片上实现。配套PC软件完成信号实时显示、记录回放、频谱分析和信号源生成功能,在图形化开发环境LabVIEW下设计。系统充分利用了PSoC3在模拟和数字信号混合设计上的优势,具有高性能、低成本、低功耗、携带方便等特点。     

基于DSP嵌入式系统电磁兼容的硬件设计

电子技术的迅速发展．对工控现场环境智能仪表的功能设计与电磁兼容(EMC)提出了更高的要求、基于CAN总线．本文提出一种基于DSP(数字信号处理器)的全隔离设计方案．进入到DSP的信号全部经过隔离,应用现场取得的不错的效果。     

平整机液压AGC系统时域特性测试研究

为了测试某1500平整机液压AGC系统的时域特性,设计了基于Labview虚拟仪器为软件平台和PCI高速总线数据集卡为硬件平台的测试系统。介绍了系统的时域特性测试过程,能同时完成模拟信号与多路数字量信号的数据同步采集,数据的分析、存储与显示。     

基于虚拟仪器的电动汽车牵引电机性能测试系统

为了满足电动汽车牵引电机系统性能测试的需要,本文基于牵引电机驱动系统的受力分析和工作特点,建立了牵引电机系统的实物实验台架,利用虚拟仪器技术设计了实验测试系统,建立了基于PX I总线的硬件结构,以及基于项目管理和层次结构的测试软件,实现了多路并行、高速数据采集的电机测试系统。测试系统充分发挥了虚拟仪器技术灵活性、兼容性强和可重用度高的特点,在实际应用中提高了测试过程的客观性和自动化程度,具有较好的科研价值和应用前景。     

Photoacoustic detection of CO2 based on LABVIEW at 10.303 μm

A detailed study on a photoacoustic carbon dioxide detection system, through sound card based on virtual instrument, is presented in this paper. In this system, the CO(2) concentration was measured with the non-resonant photoacoustic cell technique through measuring the photoacoustic signal caused by the CO(2). In order to obtain small photoacoustic signals buried in noise, a measurement software was designed with LABVIEW. It has functions of Lock-in Amplifier, digital filter, and signal generator; can also be used to achieve spectrum analysis and signal recovery; has been provided with powerful function for data processing and communication with other measuring instrument. The test results show that the entire system has an outstanding measuring performance with the sensitivity of 10 μv between 10-44 KHz. The non-resonance test of the trace gas analyte CO(2) conducted at 100 Hz demonstrated large signals (15.89 mV) for CO(2) concentrations at 600 ppm and high signal-to-noise values (～85:1).     

弹光和电光级联的组合相位调制型椭偏测量术

利用弹光调制器的偏振调制优势,提出了将弹光调制器和电光调制器级联的组合相位调制型椭偏测量术。该技术采用单光路实现信号探测,通过切换电光调制器的两个工作状态,并结合数字锁相信号处理技术来完成样品反射光的p分量和s分量的幅值比Ψ和相位差Δ的全范围高精度测量。对提出的新型椭偏测量原理进行了分析,搭建了相应的实验系统。完成了弹光调制器的调制电压峰峰值和相位调制幅值关系的定标,定标结果优于99.05%,然后还采用系统初始偏移值的方法对实验系统进行了校准。最后,运用该系统对石英玻璃反射样品进行了实验分析,得到的Ψ和Δ的测量精度分别优于0.08°和0.81°。实验结果显示系统校准有效地消除了电光调制器和弹光调制器的剩余双折射引入的测量误差;数据采集和处理时间均在ms量级。提出的测量技术具有宽光谱测量、工作稳定、重复度高、测量速率快、成本相对较低和系统便于工业自动化集成的潜在优势。     

Measurement of solid propellant burning rates by analysis of ultrasonic full waveforms

The measurement of solid propellant burning rates using ultrasound requires the simultaneous acquisition and analysis of ultrasonic signals and pressure data simultaneously in a wide range of pressure values during the process of propellant burning. Recently, this method has been proposed as an effective approach based on an analysis of full waveforms of ultrasonic signals together with a laboratory prototype system in which the proposed approach has been implemented. However, this prototype system had limitations in terms of data processing speed and signal processing procedures. To overcome such limitations, in the present study, we develop a dedicated, high speed system that can acquire ultrasonic full waveforms and pressure data up to 2,000 times per second. Our system can also estimate the burning rate as a function of pressure using a special software based on ultrasonic full waveform analysis. This paper describes the approach adopted in this high speed system, along with the burning rate measurement results obtained from three propellants with different burning characteristics. This paper was recommended for publication in revised form by Associate Editor Dae-Eun Kim Sung-Jin Song received a B.S. degree in Mechanical Engineering from Seoul National University, Seoul, Korea in 1981, a M.S. degree in Mechanical Engineering from Korea Advanced Institute of Science and Technology in 1983, and a Ph.D in Engineering Mechanics from Iowa State University, Ames, Iowa, USA in 1991. He has worked at Daewoo Heavy Industries, Ltd., Inchoen, Korea for 5 years from 1983, where he has been certified as ASNT Level III in RT, UT, MT and PT. He has worked at Chosun University, Gwangju, Korea as Assistant Professor for 5 years from 1993. Since 1998 he has been at Sungkyunkwan University, Suwon, Korea and is currently Professor of Mechanical Engineering.     

发动机飞轮壳道路载荷谱试验分析研究

飞轮壳作为发动机的重要结构件和支撑件,极易发生断裂破坏。为获得飞轮壳的应力特征,开发了基于NI-DAQ的车载数据采集系统,分别在"粗纹理"和"大构造"两种典型路况、满载与空载两种载荷工况下采集了飞轮壳危险部位应力谱信号。开发了基于C++的数据分析平台,进行了应力谱信号的修正和时域频域特征提取,包括时域内平面应力分析、频域内应力幅值谱分析和瀑布图分析。研究结果表明,飞轮壳处于单轴应力状态,飞轮壳失效机理为交变应力作用下的疲劳破坏;飞轮壳破坏的主要原因为80Hz以下的低频振动;造成系统破坏主要激振源为发动机,主要影响因素为发动机转速。通过各个典型工况下的对比分析发现,飞轮壳破坏主要发生在高不平度路面、满载负荷工况和高发动机转速工况。     

高分辨率CCD芯片FTF4052M的驱动系统设计

CCD芯片的驱动系统是数字航测相机的核心部分,它关系到整个相机的性能和技术指标。介绍了高分辨率全帧CCD芯片FTF4052M的内部结构和驱动时序,采用集成芯片设计了该CCD芯片的驱动电路并应用于数字航测相机系统,其中包括驱动电路的时序设计和所需偏置电源的设计。集成芯片SAA8103为驱动CCD芯片提供脉冲信号,与TDA9991协调工作产生CCD垂直行驱动时钟,与74ACT04芯片配合产生驱动CCD芯片的水平像素转移时钟。实验结果表明,此CCD驱动系统采用大规模专用集成芯片进行设计,具有性能好,功耗低,体积小的优点,能够输出两路CCD电压信号,数据输出速率达2帧/s,满足了数字航测相机系统的设计要求。