基于磁场调制的磁流体动力学角速度传感器

为改善磁流体动力学角速度传感器输出信噪比,提高传感器的测量分辨力,提出了一种基于磁场调制的磁流体动力学角速度传感器,采用交变磁场作为载波信号对输入传感器的角速度信号进行调幅,设计了磁路、μＶ级微弱信号预处理电路和数字相敏检波系统。仿真与实验结果表明设计的磁路能够产生幅值恒定的交变磁场,磁感应强度有效值和均匀性满足传感原理需求,电路仿真结果表明预处理电路可有效规避低频噪声干扰,数字解调系统提取信号后,信号频率误差小于0.6％,幅值误差小于0.15％。     

一种基于数字解调的陀螺仪轴角测量方法

分析了基于自整角机和旋转变压器的陀螺仪轴角测量原理,针对其信号特点,提出了一种利用模数转换的数字信号直接解调旋转角度的软件算法.首先采用整周期的最小二乘正弦拟合方法,计算粗精两通道内各组调制信号的幅值与相位,再根据幅值与相位信息计算对应的粗精角度,最后对粗精角度进行融合得到最终角度.实验与误差分析表明:所采用的算法能极大抑制误差的影响,提高测量精度.与传统的模拟式比对实验,测量结果相差不超过±2′.     

高压变电站主变压器振动波谱实时监测系统研究

介绍了一种基于VC++用加速度传感器实时测量高压变电站主变压器振动位移信号的方法.首先将加速度谱进行频谱变换,计算每个频率分量对应的幅值,进而对这些幅值比较检测出振动信号频率,然后将所需幅值进行叠加运算,根据时域信号和频域信号能量对应关系即可求出简谐振动信号位移幅值和加速度幅值.验证试验结果表明该方法可行,实时性、精度可满足工程实践的需要.     

高速MEMS扫描微镜动态变形特性研究

扭转镜面的动态形变是影响显示成像用MEMS扫描微镜光学分辨率的主导因素,研究了高速转动的MEMS扫描微镜的动态形变特性,得到了相关有用的结论。结果表明当MEMS扫描微镜镜面几何尺寸一定时,如果要获得系统衍射极限光学分辨率,需要对转动频率,扭转角度和镜面厚度进行优化设计和选择,简单通过增加镜面厚度保证光学分辨率的方法不利于MEMS扫描微镜综合性能的改善和提高。     

基于新型自卷积窗和插值补偿的采样方法研究

针对电学计量中双通道交流电压信号幅值、相位差精确测量的要求,采用加窗函数法、离散傅里叶变换(DFT)对信号进行解析处理。考虑到非整周期条件下采样的双路信号序列通过DFT后的结果存在较大泄漏误差,提出利用一种新型卷积窗和插值补偿算法,以消除谐波对基波幅值测量引入的误差,并补偿基波本身泄露而引入的误差;将双路信号的同时采样和插值补偿算法结合,消除双路信号间的相位差的测量误差。仿真结果和实际测量结果比较表明:所提出的方法能够有效地消除谐波对基波的影响,更精确地测量双路信号的基波幅值以及其之间的相位差。该方法可应用于对幅值、相位差进行连续测量且测量精度要求较高的场合,还可作为核心计算方法应用于虚拟仪器技术之中。     

基于幅值跟踪法的自动增益控制系统设计

为了实现信号幅值的自适应调整,设计了一种基于幅值跟踪法的信号自动增益控制系统,该系统主要由单片机、增益可控放大器、幅值跟踪电路、按键和LCD等组成。通过实时比较幅值跟踪电路获取的实际幅值和按键设置的期望幅值,系统利用算法动态地调整放大器中反馈电阻的大小,使输出信号幅值始终与期望幅值一致。实验结果表明该系统能实现放大器增益的自动控制,输出幅值误差小于1.5%,响应时间小于0.1秒,可应用于相关的信号处理领域中。     

基于激光剪切干涉的长导轨直线度测量系统设计

针对长导轨直线度传统测量方法中存在的问题,研制了一种基于激光楔形平板剪切干涉测量的便携式激光干涉准直系统。根据剪切干涉测量原理,设计了光学元件的关键参数。在ARM9硬件开发平台下使用嵌入式操作系统WINCE5．0,通过Embedded C＋＋实现了导轨直线度误差值等的相关算法。系统实时计算相邻信号之间的相位差,简化了激光光束准直度调校测量设备的装调工作;根据信号幅值大小控制信号增益,实现精确检测大尺寸导轨直线度误差的功能。整个系统测量精度高,集成度高,便携性强,可应用于各种工业环境与室外测量。     

电力智能传感器中的信号处理研究

探讨了误差最小均方(LMS)法在电力智能传感器的电压分量中的运用。提出并分析和比较了获取电力智能传感器中电压有效值和初始相位角的几种方法,指出误差LMS法因降低了对电路性能的要求而能有效地简化系统、降低成本。仿真实验表明:直接根据定义分析电力参数,需要很高的采样频率与信噪比,而利用误差LMS法在获取电压有效值时采样频率可降低3倍,在求解初始相位角时对信号中干扰幅值的要求从小于信号幅值的5%可放宽到信号幅值的15%。     

双积分系统阶跃响应快速无超调控制: 一种增益切换非线性PD控制

采用标准PD或PID控制器镇定双积分对象时,系统的阶跃响应必然存在超调:为此,设计了一种可以切换增益的非线性PD控制器,给出了系统阶跃响应无超调的充要条件,以及减小调节时间的方法.采用的切换规律是:当误差的幅值大于设定门限时,设计好的快速PD控制器投入工作,以加快误差的收敛:当误差的幅值小于设定门限时,设计好的强阻尼PD控制器投入工作,以抑制可能出现的超调.通过这两个控制器的配合作用,既能实现阶跃响应无超调,又能有效减小调节时间.仿真验证了该结论.     

基于空气耦合超声对泡沫材料探伤的应用研究

针对传统的超声穿透式异侧检测法受换能器布置方式的影响且需要较高灵敏度的检测装置,对于厚度较大试件的检测信号幅值较低,提出了一种基于穿透式同侧检测模式(v透射法)的非接触空气耦合超声波无损检测技术应用于泡沫材料的检测中。首先简要阐述了空气耦合超声波v透射法检测模式的基本原理。其次介绍了利用v透射法对泡沫材料进行非接触空气耦合超声声速测量以及对其内部缺陷的检测,成功检出了传统超声波检测方法难以检测的泡沫材料缺陷并成像。最后 使用空耦超声同侧v透射法点采集方式将探头沿着两个互相正交的方向对损伤进行同步线性扫查,得到缺陷区域幅值曲线并使用6dB法对其定量结果表明使用空耦超声同侧v透射法定量精度较高,误差在20％以下,满足实际的检测精度。     

传动链动态测试系统

传动链动态测试系统采用“传动测试及精密定位技术”，对传动链传动误差进行动态检测。以位移检测为基本检测对象，应用嵌入式微机技术和高速A／D变换技术，采用测量细分方法对正弦波光栅传感器的信号进行了200倍以上细分和辩向，并实时地跟踪光栅莫尔信号幅值的变化，最大限度地消除了莫尔信号幅值变化所产生的细分误差。     

全角模式半球谐振陀螺的信号检测

半球谐振陀螺由于制造工艺和其它因素的影响,其结构难免出现误差,会对测量结果产生影响,同时漂移的存在也会降低测量结果的精度.通过对结构误差和漂移的分析,介绍了一种全角模式下半球谐振陀螺的信号检测方法.这种方法可有效地使输出信号精度得以提高.     

基于DSP的高精度三角波测量仪设计与实现

设计了一种高精度、数字化的三角波测量仪器,能对(0～5)MHz的任意周期的信号进行频率、幅值、斜率测量.TMS320LF2407数字信号处理器作为主处理器,用前置电路对待测信号做信号变换处理,根据实际被测信号的频率范围,采用等效采样的方法对被测信号进行等周期采样.在信号处理上,提出了用最小二乘法进行曲线拟合的方法对采样数据进行处理.使信号能精确地得到复现.确保测量精度.通过对频率为1k、100k、5M的信号进行测量,结果表明,系统频率测量误差小于0.2%,幅值和斜率误差小于2%.     

双端固定音叉作谐振敏感元件的电磁激励效率的理论与实验研究

为了能够增强谐振音叉的输出信号,进而提高谐振音叉的激励效率,测量、分析并比较了谐振音叉在不同激励信号下的激励效率.针对双端固定音叉,对不同激励信号从理论上进行分析.最后,利用谐振式加速度测试平台,以不同的激励信号对谐振音叉进行激励,测量输出信号.测试结果表明:激励信号的激励效率从大到小的排列顺序是:方波、正弦波、三角波、锯齿波.激励信号所加的直流偏置越大,输出的信号波形的幅值就越大.     

基于磁致伸缩位移传感器原理测量波导丝泊松比与线膨胀系数

为减小双磁环磁致伸缩位移传感器磁环间的测量盲区,对传感器在测量盲区内的输出信号进行了分析,从双磁环偏置磁场与磁环间距的关系进行研究,建立了双磁环磁致伸缩位移传感器的输出电压模型,计算了不同偏置磁场强度的双磁环在不同间距与放置方向时传感器的输出电压,并通过实验进行了验证。结果表明,磁环规格相同时,测量盲区的大小与磁环放置方向无关,磁环偏置磁场强度越小,磁环间的测量盲区越小,磁场叠加影响的电压幅值变化量也越小。且在传感器的测量盲区内,电压输出信号将会受到偏置磁场与电压输出波形叠加的影响。这两种因素都会导致传感器检测失效。该研究结果为多磁环位移传感器磁环的选型及减小传感器磁环间的测量盲区提供理论基础。     

基于磁转速信号的自适应增益采集系统设计

针对线圈式磁传感器随测量转速变化所产生的电动势信号幅值线性变化,为实现此类幅值与周期动态变化信号的无失真采集,设计了一种增益随输入信号幅值水平改变的自适应增益采集系统。本系统以现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心,对输入信号幅值进行分析,根据幅值分析结果控制电路增益在-20dB~80dB范围内自适应改变,并记录系统当前时刻增益,根据当前增益还原得到输入信号,将增益信号和还原信号同步存储。采集信号经自适应增益后输出信号幅值控制在设定范围内,利于对动态信号中不同幅值区间信号变化细节直接观察。通过幅值在20μV~10V范围内转速信号输入测试,系统自适应增益后信号幅值控制在了0.1V~4V范围内,实现了对动态转速信号的无失真采集,验证了本自适应增益采集电路的性能,在高动态幅值信号采集领域,具有良好的应用前景。     

气压传感器信号采集与非线性校正

利用电激励谐振筒式气压传感器测量气压,电激励谐振筒式气压传感器输出信号的频率与气压呈非线性关系,且与环境温度有关。通过对信号进行分频准确测量出信号的周期和频率,A/D转换测量环境温度进行温度补偿,用曲线拟合法准确计算出气压,气压测量的范围为450~1 100 hPa,测量误差小于0.3 hPa。     

基于CORDIC算法的360°角度传感器的设计

一维霍尔板型角度传感器无法测量0～360°的角度,采用4个霍尔器件的联合测角技术和CORDIC算法可实现0～360°范围内的角度测量。文章详细描述了4个霍尔器件联合测角技术的测角原理及实现算法,并引入了符号幅值表示法,即先利用正弦和余弦的幅值进行0°～90°范围内的反正切CORDIC运算,再根据正弦和余弦正负号(符号)的不同组合实现角度从0°～90°到0°～360°的映射。Modelsim平台仿真验证了该方法的准确度和精度,仿真误差小于0.01%,实测总误差不大于0.05°。     

一种基于谐振与抗谐振特性的柔性关节参数辨识方法

为了获取柔性关节精确的物理参数,提出了一种基于系统谐振与抗谐振特性的参数辨识方法.首先建立柔性关节的数学模型,利用该模型推导柔性关节的谐振、抗谐振频率特性与待辨识参数的数学关系,然后基于此关系建立误差回归模型,设计实验采集不同负载条件下的输入与输出数据,计算得到系统的谐振、抗谐振频率及幅值,代入回归模型并基于最小二乘法求解参数.最后,通过仿真与实验将本文方法与一般的频域特性拟合方法进行对比,结果表明在含有噪声的情况下本文方法将参数辨识平均精度从75.34％提高到90.35％,方差从25.34％降低到8.07％,验证了所提方法的可行性与有效性.     

高精度磁场式时栅传感器激励信号对测量误差的影响分析及系统设计

为提高磁场式时栅传感器测量精度,本文从理论上推导分析了时栅传感器激励信号源幅值和相位不一致产生的谐波成分对时栅传感器测量精度的影响,提出了一种基于DDS原理并采用完整闭环调节的高性能时栅激励信号源设计方案。以FPGA为微处理器,通过编程分频系统时钟,设置频率、相位控制字对DDS输出的信号频率、相位进行调节,使用增益控制器配合相位累加器实现相位到幅值精确转换。搭建了信号调理电路和信号反馈电路,通过实时对比反馈控制,解决了系统电路阻抗不匹配及干扰导致的激励信号相位不正交性和幅值不一致性的问题。实验结果表明：本文所设计的激励信号源输出信号幅值相对误差只有0.4%,正交性相对误差只有0.05%,并且采用该激励信号源,磁场式时栅传感器测角原始误差从±103.4"降低到了±20.3",有效抑制由于激励信号源幅值不一致和相位不正交带来的谐波误差。经修正后对极内角位移测量误差只有±1.3",整周角位移测量精度达到±2",满足高精度位移测量要求。