基于FPGA的电磁金属探伤系统及其微弱信号处理

本文介绍了一种基于FPGA的电磁金属探伤系统,该系统用于研究电磁无损检测技术在金属板损伤探测上的应用.在该电磁金属探伤系统中,传感系统提供的测量感应信号为强噪声背景下的微弱信号.为了提高信号的检测精度,本文采用信号调理电路结合FIR数字滤波的方法,将基于FPGA的电磁成像金属探伤系统中微弱的测量感应信号从噪声中提取出来,仿真实验证明,该方案能为后续信号处理环节提供一个低噪声背景下的较强的感应信号.     

微弱信号强干扰分离方法研究

利用地声测量系统进行水中目标的探测具有比常规水中探测更大的优越性,但是地声信号易受很强的低频能量干扰。EMD方法可以根据信号产生的机理的不同将信号分解成不同的模态,从而达到去除强低频干扰的目的。文中进行地声信号的EMD处理来提取趋势项的成分,并建立了基于IMF分量的趋势判断准则。试验数据的处理结果表明,采用EMD方法可以在保留信号特性的条件下,有效地分离信号中的复杂趋势项干扰。     

基于 FPGA 的电磁金属探伤系统及其微弱信号处理

本文介绍了一种基于FPGA的电磁金属探伤系统,该系统用于研究电磁无损检测技术在金属板损伤探测上的应用。在该电磁金属探伤系统中,传感系统提供的测量感应信号为强噪声背景下的微弱信号。为了提高信号的检测精度,本文采用信号调理电路结合FIR数字滤波的方法,将基于FPGA的电磁成像金属探伤系统中微弱的测量感应信号从噪声中提取出来,仿真实验证明,该方案能为后续信号处理环节提供一个低噪声背景下的较强的感应信号。     

高原环境下天幕靶探测电路设计

针对现有天幕靶在高原环境下天空背景主要为蓝光引起的探测灵敏度急剧下降的问题,提出了双光幕探测方案,设计了过幕信号增强电路和程控放大控制电路.采用两套独立的光电转换模块在空间形成重合的探测光幕.当弹丸穿过重合光幕时,两套模块各自独立输出弹丸过靶信号,经信号增强电路进行处理后,提高信噪比、输出有效的弹丸过幕信号.设计的电路经在双镜头天幕靶上使用验证,电路工作可靠,提高了天幕靶的探测灵敏度.     

基于Lorenz混沌同步系统的未知频率微弱信号检测

针对现有混沌类检测方法存在的不足,提出一种基于混沌同步系统测量强噪声背景下微弱信号频率值的新方法。该方法利用Lorenz混沌系统自身的初值敏感性、噪声免疫性和混沌系统的可同步性,采用驱动-响应法构建同步检测系统对微弱信号进行降噪处理,再结合多信号分类算法处理所得到的同步误差信号,最终实现微弱信号的频率测量。该方法有效解决了单Duffing振子参数设定复杂、运行状态转换时间长和状态判定困难的问题,也无需采用复杂的混沌系统阵列结构求解待测信号的频率值。仿真和实验结果表明新方法能够准确检测出微弱信号的频率,进一步完善了现有混沌类检测方法,为其应用于实际工程提供了新的思路。     

多量子阱红外探测材料的光致荧光谱

在多量子阱红外探测器外延材料制备中,由于器件响应波长对量子阱的阱宽和垒高变化敏感,因此对外延材料的制备有很高的要求.本文中我们利用光致荧光谱(PL)对GaAs/AIGaAs多量子阱红外探测器材料进行了测量和计算,从而在器件工艺前,快速确定器件的探测波长.以光致荧光光谱对GaAs/AIGaAs多量子阱红外探测器材料进行测试,通过理论计算,得到多量子阱红外探测器探测波长.计算得到的理论响应波长与实际器件的响应波长有良好的一致性,证明用光荧光谱对外延材料进行测量并计算,能够更加有效地开展器件研究工作.同时,我们在低温下测量了外加偏压下器件暗电流情况,以及液氮温度下,500K黑体辐射情况时,信号噪声比达到235.3.     

基于主动超声的轴流水泵空化监测方法研究

空化是影响液流机械使用寿命与性能的主要因素之一.提出一种主动超声探测方法,该方法通过透射方式对空化区域或其附近发射高频超声波,流体的运动会对其中传播的超声波产生影响,流体运动信息调制到超声载波上,通过对已调超声信号的解调,得到流场相关信息.以不同状态下的轴流泵空化流场实验数据为依据,结合高速摄像验证手段,建立基于支持向...     

基于自由响应数据的时变系统物理参数识别

提出了一种基于自由响应信号识别时变系统物理参数的子空间方法.该方法以任意组合的位移、速度、加速度响应信号为测量信息,通过对仅利用一组响应信号组成的Hankel矩阵做奇异值分解,识别出等效状态的系统矩阵,然后运用推导出来的通用时变系统的转换矩阵,将等效状态系统矩阵转换成为实际物理状态下的系统矩阵,从而识别出实际系统的刚度、阻尼矩阵.以二自由度弹簧-质量-阻尼模型为算例,研究了突变、线性变化和周期变化三种变化形式下物理参数的识别,并讨论了不同信噪比下噪声对识别结果的影响,仿真算例验证了该方法的正确性和有效性.     

光杠杆纳米微位移测量系统中的信号处理

本文提出了一种基于光杠杆原理非接触式的纳米级微位移测量系统.该系统通过光学方法对微位移量进行放大,光学放大倍数高,该系统的理论分辨率可达4nm,实际测得静态分辨率小于10nm.信号处理采用基于高精度一维PSD的信号探测电路,并且通过设计有效地抑制了噪声和干扰.实验中使用PZT作为被测物的微小位移驱动器,与电容测微仪JDC-Ⅱ所测数据进行了验证比较,系统所测得的数据证明了其正确性和可行性.并且该系统受温度影响小,结构简单,便于使用MEMS技术集成和微型化.     

PSD测距方法研究

本文研究了一种运用PSD器件的光电测距系统。适用于大尺寸,近距离测量。PSD器件探测被距离调制的光信号,经过电流——电压变换放大,由微机采集数据,处理数据,显示测量结果。进行了比对实验。误差分析表明理论与实验吻合。多台PSD测距仪组合使用还可以测量运动物体的尺寸与表面形状。     

用位置敏感传感器进行位移测试的技术研究

目的 研究位置敏感传感器在位移测试中的优化应用。方法 从暗电流背景光的角度进行了分析，简化了电路和光路。结果 利用该方法，设计了一套位移测试系统。结论 所设计的系统正确可用，弥补了用位置敏感传感器作位移测试常见的不足。     

提高脉冲LD测距系统测距能力的一种方法

从激光测距机的噪声构成分析入手,寻求提高脉冲 LD 测距机测距能力的方法。脉冲 LD测距系统的噪声主要包括热噪声、散粒噪声、背景噪声、暗电流噪声及放大器噪声。在一定的光功率、暗电流情况下,LD 测距的测距能力更容易受背景噪声的影响。研究表明,LD 测距系统中探测器偏压的变化只补偿温度变化,由此提出,在背景光照射较强时让背景噪声参与偏压调整从而抑制背景噪声的方案。实验结果证实,强背景下的信噪比提高 1 倍以上,测距能力提高 1 倍。     

基于PSD技术的炮口偏移量测量方法研究

提出了一种基于PSD技术的炮口偏移量测量方法，利用PSD线位移的变化测量角度，从而测量炮口偏移量。介绍了方法的系统组成及测量原理，根据信号传递过程确定了该方法的误差因素，分析了误差产生的原因，估算了该方法的测量精度，结果表明，采用该方法测量炮口偏移量是可行的。     

Power measurement in digital wireless communication systems through parametric spectral estimation

Power measurement in digital wireless communication systems often suffers from poor repeatability, usually accompanied by a low accuracy. To face the problem, the use of parametric spectral estimators is investigated in this paper. In particular, a new method is proposed, which first estimates the power spectral density (PSD) of the analyzed signal through Burg's solution, and then evaluates the power by applying straightforward measurement algorithms to the estimated PSD. The results of a number of experiments, carried out on both laboratory and actual signals peculiar to digital wireless communication systems, assess the efficacy and reliability of the method. Moreover, a comparison of the achieved performance to that offered by an alternative measurement solution, already proposed by the authors and based on nonparametric PSD estimation, shows that the method allows for a significant reduction of measurement time, while exhibiting the same repeatability.     

基于变尺度多稳随机共振的微弱信号检测研究

针对强噪声背景下微弱信号难以检测的难题,提出基于变尺度多稳随机共振的微弱信号检测方法。多稳随机共振系统比双稳随机共振系统具有更好的微弱信号检测能力,为强噪声背景下微弱信号的检测提供了新方法。首先对大频率信号进行尺度变换使之满足随机共振条件,将频率压缩后的信号通过多稳系统,调整参数使其发生随机共振得到信号的频谱特征,并与双稳随机共振方法得到的特征频率进行比较,仿真和实例结果均表明:相同条件下,多稳随机共振方法比双稳随机共振方法得到的频率准确,可以增强信号的幅值,有效地检测出被噪声淹没的微弱信号。     

延伸奇异值分解包及其在高速列车轮对轴承故障诊断中的应用

结合多分辨奇异值分解包的分解结构和对滚动轴承故障信号的Hankel矩阵的奇异值分布特性研究,提出了延伸奇异值分解包。该算法的核心包括矩阵递推构造和矩阵重构。以分量信号能量为指标,提出了有效分量信号的筛选准则,并基于该准则,进一步提出了延伸奇异值分解包的快速算法。仿真结果表明,延伸奇异值分解包对信号中共振频带分量信号具有很好的分解能力,方法具有强鲁棒性,同时极大地改善了奇异值分解包中出现的模态混叠。应用高速列车轮对轴承试验数据对该方法进行试验验证,结果表明,该方法能有效分离高速列车轮对轴承复合故障信号的不同共振频带信号,对筛选的有效分量信号进行包络分析,可有效提取不同类型的故障特征频率及其谐波,对共振频带的聚集性和故障的表征力相比奇异值分解包均有显著提高。     

A Simple Method for the Calibration of Traditional and Electronic Measurement Current and Voltage Transformers

The calibration of measurement transformers represents a classical task in the practice of electrical measurements. Most commercial instruments that are expressly designed for this purpose found their working principle on a scheme that is based on the idea of Kusters and Moore. Although they can assure very high accuracy, the need to employ a high-performance electromagnetic circuit makes them very expensive and usually not suitable for measurements at frequencies that are higher than 50 or 60 Hz. For this reason, these kinds of instruments cannot be employed for the calibration of the new generation of current and voltage transducers, such as electronic measurement transformers, whose employment is growing in all the applications where wide bandwidth is required. In this paper, a new method for the calibration of electromagnetic voltage and current measurement transformers (VTs and CTs) and electronic voltage and current measurement transformers (EVTs and ECTs) is discussed, and a deep metrological characterization is carried out. The novelty of the proposed method is represented by a completely different approach to the measurement of the ratio and phase errors of the measurement transformers. The method is based on the proper digital signal processing of the signals that are collected at the secondaries of the transformer under test and of a reference transformer when the same signal is applied to their primary. Since no auxiliary electromagnetic circuits are required, this solution can be easily implemented in a simple and cost-effective way. In spite of its simplicity, the tests that are developed on a prototype clearly point out that the proposed system is suitable for the calibration of measurement transformers with precision class up to 0.1 in the frequency range from 50 Hz to 1 kHz.     

基于二进制电抗分流器实现热电变换器共地测量

相比于传统的串联连接方式,提出了一种基于二进制电抗分流器实现热电转换器共地比较测量的方法,通过串联连接的方式实现交流电流量程扩展。二进制电抗分流器产生两路共地可自校的电流输出,为热电转换器之间进行相互比较提供已知关系的1:1电流比例;该方法可以减少电流泄漏和三通连接器串联连接的影响。基于这种共地测量方法,热电变换器结合100 mA和1 A分流器进行了实验分析,测量频率范围1~200 kHz,同时在串联模式下进行换臂测量。实验结果表明基于二进制电抗分流器和换臂法可以很好地消除泄露电流所引起的测量误差,且两种不同方法在200 kHz频率下一致性优于3 μA/A。3种不同热电变换器和分流器组合在10 mA~1 A测量电流下交流转换误差一致性优于6 μA/A。     

一种基于多测量向量模型的机械振动信号联合稀疏重构方法

针对目前机械设备越来越智能化、高速化、集成化和复杂化,传统的压缩感知模型(单测量向量)获得的测量信息比较单一,需要在不同监测点分别进行测量获得多个信号数据,浪费时间,并且忽略同一机器不同监测点之间信号的相关性,为充分利用信号间和信号内的相关性,更大程度上减少冗余性和采样时间,提出一种基于多测量向量模型的机械振动信号联合稀疏重构方法。重点研究了重构方法的设计:基于粒子群算法,首先通过时间稀疏贝叶斯算法求解出初始解,然后结合贪婪算法的修剪技巧并加入自适应粒子激活机制进行位置更新寻找最优解,最后对振动信号进行精确重构。实验结果显示,该方法较其它方法而言能有效的恢复机械振动信号且重构误差相对较小。     

基于参数优化变分模态分解的滚动轴承故障特征提取方法

在滚动轴承早期故障阶段,代表轴承故障特征的冲击成分容易被较强的背景噪声淹没,针对这一问题提出相关峭度(Correlated Kurtosis,CK)优化变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)的滚动轴承故障特征提取方法。针对变分模态分解方法参数不确定问题,提出利用以相关峭度为适应度函数的蝗虫优化算法(Grasshopper Optimization Algorithm,GOA)对变分模态分解参数进行自适应选定。针对故障信号经优化变分模态分解处理后模态分量的筛选问题,以相关峭度为指标,挑选具有最大相关峭度指标的模态分量进行包络解调分析,提取轴承信号中的故障特征信息。仿真及实测信号处理结果证明,该方法能在强噪声背景下准确提取滚动轴承故障信号的微弱特征。