电压一频率转换电路的动态特性分析及求解

在测量与仪表技术领域，V/F转换器作为一种信号变换和处理技术，应用日益广泛，从V/F转换器内部工作原理出发，分析了V/F转换电路的动态特性，提出了能说明V/F转换过程快慢程度的一个动态参数概念，即转换时间，并求解出普遍有效的一般表达式。V/F转换器的动态转换过程主要由两步组成，一是恒定脉宽的单脉冲输出，二是单稳态复位状态，这两种状态交替工作控制输入积分比较器的积分工作状态，得到频率大小与输入直流电压成比例的脉冲输出信号从而实现V/F。转换当设在任意时刻输入电压发生突变时，可用阶跃函数来描述此变化，定义转换时间Tc为跳变时刻至达到稳定脉冲输出的时间，则此时间成为描述V/F动态转换过程的一个具体的动态参数，求解出的Tc具有普遍有效性，并从中能清楚地看出V/F的动态响应特性不仅与输入电压新的数值有关，而且还与输入原初始状态，跳变时刻有关，与模拟输入输出系统有一定的差别。     

一种高精度I／F变换器的研究

捷联惯导系统中的加速度计是重要的惯性测量器件,其输出通常为模拟信号电流,目前电流的测量精度提高受到限制。本文通过电流频率变换器将其变换为与周期成正比的脉冲信号从而更精确的测量并且更便捷的采集数据。本文介绍了一种采用电流电压变换模块,AD模数转换器和AVR单片机构成的高速、高精度的电流频率变换系统,从而将传统的I／F变换精度从10-3提高到10-5。     

电压—频率转换电路的动态特性分析及求解

在测量与仪表技术领域 ,V/F转换器作为一种信号变换和处理技术 ,应用日益广泛。从V/F转换器内部工作原理出发 ,分析了V/F转换电路的动态特性 ,提出了能说明V/F转换过程快慢程度的一个动态参数概念 ,即转换时间 ,并求解出普遍有效的一般表达式。V/F转换器的动态转换过程主要由两步组成 ,一是恒定脉宽的单脉冲输出 ,二是单稳态复位状态 ,这两种状态交替工作控制输入积分比较器的积分工作状态 ,得到频率大小与输入直流电压成比例的脉冲输出信号从而实现V/F。转换当设在任意时刻输入电压发生突变时 ,可用阶跃函数来描述此变化 ,定义转换时间Tc为跳变时刻至达到稳定脉冲输出的时间 ,则此时间成为描述V/F动态转换过程的一个具体的动态参数。求解出的Tc具有普遍有效性 ,并从中能清楚地看出V/F的动态响应特性不仅与输入电压新的数值有关 ,而且还与输入原初始状态、跳变时刻有关 ,与模拟输入输出系统有一定的差别     

色谱信号处理卡的研制

研制了一种基于PC总线用于连接色谱仪和计算机的色谱信号处理卡。其功能是通过放大、V／F转换、隔离和计数，把色谱仪的模拟输出信号转换成16位或24位的数字量信号（由程序选择）。它由两个独立的信号处理通道组成，每个通道由放大器、V／F转换器、隔离电路和计数器等组成，并采用一定措施提高转换精度和抗干扰能力。本文介绍信号处理卡的硬件结构，驱动程序及其使用方法。     

微惯性仪表技术研究现状与进展

微惯性仪表是一类新型惯性仪表,也是当前研究热点之一.回顾了微机电加速度计及微机电陀螺仪的发展,比较了振动式微陀螺、转子式微陀螺及介质类微陀螺的结构特点,介绍了微惯性仪表及由微惯性仪表组成的微惯性系统在民用领域和军事领域的应用,简要阐述了发展微惯性仪表当前需要解决的关键技术.     

用离心法校准加速度计

所谓静态校准加速度计,就是用模拟的惯性力作用在仪表敏感元件的惯性质量上,或者将已知量值的恒值加速度作用到仪表上的方法。对某些有惯性质量敏感元件的加速度计,常用两种方法校准。 地球重力校准：将仪表敏感轴方向与地球重力场方向重合,即再分别反转 90°、 180°角,便可得到－ 9.8～ 0～＋ 9.8m/s2的加速度输出信号。 负载法校准：即将重量为敏感元件的等效重量整数倍 n的负荷按敏感轴方向加到敏感元件惯性中心上,可得到 (n－ 1)倍的加速度信号输出。 第一种方法较精确,但使用范围很小,仅适合于少数加速度计;另外,不同区…     

基于牛顿迭代和椭球拟合的磁力和惯性传感器校准方法

传统的磁力和惯性传感器校准方法主要面向惯性导航系统,通常都需要借助高精度转台或更高精度的传感器以获取参考输出,校准设备昂贵,过程复杂耗时,不适用于运动捕获系统中的消费级传感器。提出一种基于牛顿迭代和椭球拟合的低成本、方便、快速的磁力和惯性传感器校准方法。首先分析了传感器的误差模型,然后提出牛顿迭代法校准加速度计和陀螺仪、椭球拟合法校准磁力计的方法,使用自主设计和制作的校准设备,经过两步实验同时校准3种传感器。实验表明,校准后的加速度计输出均方根误差由2.536 m/s~2降至0.096 m/s~2,陀螺仪旋转10 min角度积分误差由1 318°降至25°,磁力计输出均方根误差由46.16 nT/m降至2.13 nT/m。此方法不仅降低了传感器的校准成本,而且简化了校准流程,为磁力和惯性传感器的校准提供了一种可靠解决方案。     

漏磁旋转检测方法中信号红外无线传输方法的研究

在用漏磁方法检测各种规则回旋铁磁性工件，如钢管、油管、抽油杆时，为了检测其纵向方向的裂纹、腐蚀等缺陷，一般采用探头旋转、工件直线前进的检测方式。文中综合比较了几种现有的无线数据传输方法，考虑到漏磁检测的现场实际情况，介绍了一种用于无损检测信号的无线传输方法，该方法针对漏磁旋转检测方法中信号传输困难的问题，通过压频转换（V／F）及频压转换（F／V）变换，以红外线为媒介，实现信号的快速、准确的近距离不失真传输。实验证明，用该传输方法传输数据失真小，抗干扰能力强，稳定可靠，满足现场使用的要求。     

卡尔曼滤波在MEMS惯性姿态测量中的应用

由于测控成本和有效载荷的限制,一般采用微机电系统(MEMS)惯性传感器来测量小型无人机的飞行姿态。在MC9S12XS128单片机上通过嵌入式软件编程实现了卡尔曼滤波算法,并在JZJ-1型自准直仪转台上对MEMS加速度计和陀螺仪的输出信号进行了数据融合试验,较好地解决了MEMS惯性测量系统的零漂和机械振动干扰问题。     

基于CD4017的声光转换电路设计

利用十进制计数器CD4017具有的脉冲输入和10位译码输出的特点,并以此为核心设计了一种声光转换电路。电路以MIC传声器采集声音信号并经过处理放大转变成电压信号作为CD4017的脉冲输入,脉冲输入信号控制10位译码输出,以此驱动各色发光二极管依次点亮,达到声光转换的焕然一新的美好视觉效果。     

一种高精度I/F变换器的研究

捷联惯导系统中的加速度计是重要的惯性测量器件,其输出通常为模拟信号电流,目前电流的测量精度提高受到限制。本文通过电流频率变换器将其变换为与周期成正比的脉冲信号从而更精确的测量并且更便捷的采集数据。本文介绍了一种采用电流电压变换模块,AD模数转换器和AVR单片机构成的高速、高精度的电流频率变换系统,从而将传统的I/F变换精度从10-3提高到10-5。     

GPS/INS组合导航系统的研究

讨论了飞机惯性导航系统(INS)与全球卫星导航系统(GPS)的利与弊以及卡尔曼滤波方法在组合定位中的应用情况,进一步提出了基于神经网络数据融合方法的GPS/INS组合导航系统.系统神经网络结构采用单隐层的三层神经网络,输入输出神经元数目是4个,基于256个训练样本由经验公式求得隐层神经元数目为8个,同时还建立了惯导系统的数学模型和数据融合的数学模型.给出了利用MATLAB编制的神经网络训练程序并对这一神经网络进行了训练和仿真.实验表明,组合导航系统经度误差可达9m,纬度误差可达8m,与单独GPS定位和INS定位相比精度得到了提高.     

基于虚拟仪器技术的捷联惯性/ GNSS组合导航系统自动测试系统设计

捷联惯性/GNSS组合导航系统是飞机定位和导航的重要机载电子设备;但是开发具有模块化、柔性、通用性和远程控制和测试功能的通用自动测试平台,却是一个难题.文中在简要介绍虚拟仪器技术的基础上,提出用虚拟仪器技术开发通用自动测试系统的设计方法;详细介绍了捷联惯性/GNSS组合导航系统测试系统的软硬件设计,重点分析了设计中难点问题及其解决方法.通过实际测试和评估,该综合测试系统性能稳定、可靠,操作方便,界面友好.     

基于单星测量的星光惯性组合导航

为减小杂光影响,全天时星光定向仪一般采用小视场,同一时刻只能观测一颗恒星无法输出姿态信息。本文提出一种基于单星测量的星光惯性组合导航系统,首先根据惯导输出的姿态和位置信息,控制转台和星光定向仪摆镜保证星光定向仪对目标导航星的观测,之后根据惯导的误差模型建立系统状态方程,根据星光定向仪测量的导航星方向矢量建立测量方程,利用卡尔曼滤波算法修正惯导输出的姿态位置信息。该方法引入星光定向仪与惯导安装误差作为系统状态量,在修正导航信息的同时对星光定向仪与惯导之间的安装误差进行估计,因此无需在实验室进行标定。通过仿真分析了不同安装姿态误差及不同惯导和星光定向仪误差对组合导航系统导航精度的影响。结果显示采用该方法导航1 h,位置精度优于90 m,姿态精度优于8″,相比利用实验室标定的安装姿态进行导航,该方法的精度更高。最后进行了静态导航实验,结果显示组合导航的位置误差为102.90 m,相比直接采用实验室标定的安装姿态进行解算结果提高近45.39%,验证了该算法的有效性。     

基于PIC18F66的滤光片颜色特性检测仪设计

设计一个基于微控制器PIC18F66的滤光片颜色特性的检测仪。采用高灵敏度CCD ILX554B作为光电耦合器件,光源发出的光经过待测物体,由分光光栅色散后经光电耦合器件CCD ILX554B转换为模拟电信号。采用EPM7064对CCD ILX554B提供驱动时序,CCD ILX554B输出的模拟信号经过LTC2393-16进行A/D转换,采集后的数据由微控制器PIC18F66经串口传送到上位机处理。     

捷联惯导系统误差模型与仿真分析

为研究捷联惯导系统短时间导航精度,建立了导航误差数学模型,分析了惯性器件误差对系统导航精度的影响。应用捷联惯性导航原理,针对系统短时间导航的特点,简化载体在导航坐标系的导航方程;由惯性器件安装误差与陀螺仪等效零漂经过方向余弦矩阵变换建立载体姿态误差方程;结合导航方程、姿态误差方程与惯性器件误差推导出载体速度误差与位置误差数学模型。在此基础上,建立了误差状态空间方程与误差模型框图。在Matlab/Simulink环境下建立了误差数学模型计算模块,用捷联惯导算法与误差模型共同解算地面150秒导航试验数据,结果表明：导航系X轴的相对系统误差小于20%,Y轴、Z轴的相对系统误差小于5%,验证了误差数学模型的正确性。此外,分析了加速度计精度的变化对短时间工作的捷联惯导系统导航误差产生基本的影响。     

基于非对称夹持的压电旋转驱动器设计

设计了一种新型非对称夹持压电旋转驱动器。通过对称性电信号激励粘贴在基板上的压电晶片,使基板自由端带动质量块非对称地往复摆动,进而产生非对称的惯性驱动力,实现压电旋转驱动器的定向运动。研制了非对称压电惯性旋转驱动器样机,搭建了驱动器的测试系统,对驱动器步长、摩擦力矩、载荷特性等进行了测试。结果表明,驱动器在电压为15V、频率为10Hz、夹持差为3mm时,步长分辨率为1.82μrad,摩擦力矩为2.475N·mm条件下的最大输出载荷为0.122N。     

MEMS-based rotary strapdown inertial navigation system

As the inertial navigation completely depends on the sensed acceleration and rotation rate by IMU, the sensor errors accumulate and eventually lead to diverged inertial solutions. Therefore the compensation of the inertial sensor errors is an effective approach to improve the SINS navigation performance. The rotation error modulation in rotary SINS, which has been extensively used for the filter-optical IMU in the past, is one of the techniques to compensate or mitigate the inertial sensor errors and eventually improve the system navigation performance. The rotary SINS is an inertial navigator in which the IMU is installed on the rotational platform and rotated following the pre-designed rotation configuration, and the rotation error modulation is the technique that compensates the navigation errors caused by inertial sensor bias in a complete rotation cycle by rotating IMU. Given the auto-compensation of inertial sensor bias in rotation error modulation, the objective of this paper to develop a MEMS-based rotary SINS, in which the significant sensor bias is automatically compensated by rotating the IMU, to offer the comparable navigation performance to tactical-grade IMU. Simulation results indicate that, compared with the conventional method, the proposed approach attenuates the navigation errors and improve the calibration accuracy based on the reciprocating rotation scheme can be used to automatically improve the observability.     

A new method of seamless land navigation for GPS/INS integrated system

For the last few years, integrated navigation systems have been widely used to calculate positions and attitudes of vehicles. The strapdown inertial navigation system (SINS) provides velocity, attitudes and position information, whereas the global positioning system (GPS) provides velocity and position information. A method using neural network (NN) and wavelet-based de-noising technology is introduced into the SINS/GPS/magnetometer integrated navigation system, because system accuracy may decrease during GPS outages. When the GPS is working well, NN is trained using the velocity and position information provided by SINS as input and the corresponding errors as output. Wavelet multi-resolution analysis (WMRA) is also introduced to de-noise the errors, the desired output of NN. Test results showed that velocity accuracies improved using NN, but other accuracies remained poor. By re-training NN with WMRA, the system accuracies improved to the level of using normal GPS signal. In addition, NN trained with WMRA also improved the approximation to the actual model, further enhancing alignment accuracy.