PCS颗粒测量技术中数字相关器的研究

数字相关技术是纳米颗粒测量技术中的一个关键环节,自相关函数的估计质量直接影响颗粒测量结果.PCS理论较为复杂,数据运算量大,因此实现较为困难.文中介绍光子相关光谱法的基本原理,讨论数字相关器的内部结构,最后提出实现数字相关器的新方法,该方法计算精度较高,系统实现灵活,满足对光子相关光谱法中相关函数计算的高精度、实时性的要求.     

基于动态光散射信号分形的颗粒测量技术研究

颗粒的动态光散射信号具有分形特征，通过对其特征值的分析，可以得到颗粒粒径信息。采用100nm、200nm、500nm和1000nm4种亚微米粒径范围的标准聚苯乙烯乳胶颗粒样品，分别求取了它们的动态光散射信号的分形维数。实验结果表明，颗粒粒径越小，对应的动态散射光分形维数越大；粒径越大，分形维数越小。从而证明了用分形维数表征颗粒粒径的可行性。与相关方法相比，分形方法具有所需的采样数据少、计算简便、适于实时测量等特点。     

相位信号的自适应滤波降噪检测研究

本文分析了一种运用ＳＣＨＥＲＩＮＧ电桥自动检测介质损耗角设计方法中相位信号的噪声特点。在无法直接获取参考输入的情况下，通过估计宽带噪声信号的采样时间序列的自相关函数，确定了自适应滤波器参考输入通道的延时参数，成功地设计了自适应噪声对消系统，有效地提高了信号的信噪比，实验及仿真结果证明了这种方法有效的保证了测量精度     

基于线调频小波路径追踪阶比跟踪算法的齿轮箱故障诊断研究

针对阶比跟踪转速获取硬件方法需要额外安装转速测量设备,软件方法精度不高、抗噪能力弱的问题,提出基于线调频小波路径追踪瞬时频率估计的齿轮箱阶比跟踪故障诊断方法.该方法利用基于线调频小波路径追踪瞬时频率估计算法适于分解频率呈曲线变化的非平稳信号的特点,采用其对齿轮箱的啮合频率分量进行估计以获取转速信号,依据转速信号对等时间间隔采样信号进行等角度重采样,将非平稳信号转化为角域平稳信号,得到振动信号的阶次谱,判断齿轮箱故障.仿真算例与应用实例表明上述方法在瞬时频率估计方面具有精度高和抗噪能力强的优点,可以根据信号自身的特点自适应的选择基函数,准确地对转速进行估计,其与阶比跟踪算法的结合能有效诊断齿轮箱故障.     

基于虚拟仪器技术和互相关原理的相位测量仪

在比较目前几种常用相位测量方法的基础上，提出了基于互相关原理的相位测量方法。该方法利用待测两路信号的通道中信号与噪声之间、噪声与噪声之间不存在相关性，通过求两通道中信号的互相关函数方法得到相位差的测量结果。并对该方法具有强大抗干扰能力进行了理论分析，全面阐述了基于互相关原理虚拟相位测量仪的实现过程。给出了对应硬件和基于LabView编写的核心软件构成，把该仪器同李萨如图法进行对比验证，通过比较它们的测量结果，说明该方法的测量结果正确可靠，达到预期的设计目的．     

基于电涡流传感器的转速测量方法研究

研究了一种利用电涡流传感器和PCI-9118DG数据采集卡测量转速的方法。该方法利用电涡流传感器测量转子测速圆盘上均匀分布小孔产生的周期信号，再对测量信号进行Bunerworth低通滤波处理，然后进行0、1转换，得到一系列脉冲信号，便于对信号周期数进行计数。由于采样时间可通过采样频率和采样点数计算得到，因而可根据这一时间间隔内信号的周期数来计算转速。中文详细论述了该方法的硬件组成、测量原理和软件实现，分析了该方法的误差来源以及相应的改进措施，在小型转子试验台的测量结果表明，该方法在测量平稳转速时，准确度高，简单实用。     

概率统计函数在工件表面形貌分析中的应用

介绍概率统计函数中的自相关函数(ACF)和功率谱密度函数(PSD)在工件形貌分析中的应用。运用自相关函数和功率谱密度函数,可以识别机械加工后工件表面的特征,判断其中是否含有周期信号以及它们的频率,还可以反映出不同频率的成分在整个信号中所占的比重,从而估计在加工过程中各种因素特别是变化着的因素对表面加工质量的影响。     

非整周期采样信号频率估计的相频匹配方法

为提高非整周期采样信号的频率估计精度,提出一种非整周期采样信号频率估计的相频匹配方法。首先,为抑制信号非整周期采样对自相关的影响,对采样信号进行加窗自相关;其次,根据加窗自相关信号初相位为零的特点生成参考信号,实现参考信号与加窗自相关信号的相位匹配;最后,根据柯西不等式,利用参考信号和加窗自相关信号构造反映参考信号和加窗自相关信号频率匹配程度的误差函数,误差函数最小值对应的频率即为信号频率估计值。计算验证和LFMCW雷达测距实验表明该方法不受信号非整周期采样的影响,有效地提高了非整周期采样信号的频率估计精度,改善了LFMCW雷达的测距精度。     

基于虚拟仪器的多采样率切换频率估计

为了克服现有的欠采样频率估计方法存在的算法复杂、工程实现困难等问题,本文提出了一种基于虚拟仪器的三采样率切换的频率估计方法。研究确立了它的频率估计原理,利用虚拟仪器软件LabVIEW搭建了估计模块,并在虚拟示波器中得到了应用。理论分析和实验结果表明,该方法在有限带宽内可以达到对信号精确测频的目的,实现利用低速采集卡测量高频信号频率的目标。此方法原理简单,无需硬件改动,具有一定的工程应用价值。     

基于互相关和函数型神经网络测量声波渡越时间

由于硬件电路的影响,采样频率的提高受到了限制,直接对发射端和接收端的采样信号进行互相关所确定的声波渡越时间精度较低,为此提出一种基于互相关和函数型神经网络测量声波渡越时间的方法.首先介绍声学法测温、互相关和神经网络的基本原理,该方法是利用传统方法得到的互相关函数在峰值附近的函数值来训练函数神经网络,然后利用训练好的神经网络进行插值运算,从而得到细化后的互相关函数局部曲线,再对该曲线进行寻峰从而得到声波的渡越时间.最后通过仿真实验验证了这种方法的有效性.     

圆柱齿轮精度的计算机辅助分析计算

对齿轮传动精度的理论分析进行了概括介绍，然后重点分析设计软件的主要组成及其主要功能，最后由应用实例验证该软件的可行性。用Visual Basic语言编写软件从而完成齿轮精度的程序计算工作。该软件操作简单，能迅速正确的确定齿轮三个公差组精度等级、齿厚极限偏差、各公差组的检验项目及其公差值。     

用动态光散射现代谱估计法测量纳米颗粒

为了解决目前动态光散射软件信号分析法采用的自相关和功率谱估计存在分辨率和方差较低,以及能谱泄漏问题,提出了基于现代功率谱估计的动态光散射信号分析法。对该系统所采用的现代功率谱估计算法和测量系统进行了研究。首先,介绍了动态光散射测量法涉及的光子相关光谱理论和散射光谱估计理论。接着,描述了基于现代功率谱估计的动态散射光谱法,特别是其中阶数p的计算方法。然后,介绍了测量系统,包括硬件部分的光学系统和信号采集处理系统,软件部分的系统开发流程。最后,对粒径分别为30、50、100nm的乳胶球标准颗粒溶液(透光率为96%)进行了实验。实验结果表明:现代谱估计分析法的测量均值误差和重复性误差的平均值分别为1.88%和1.62%,满足国标要求的均值误差和重复性误差2%。     

Subsample interpolation bias error in time of flight estimation by direct correlation in digital domain

This work presents an investigation of the bias error introduced in time of flight estimation realized by subsample interpolation in digital domain. The time of flight estimation is accomplished based on the evaluation of the peak position of the cross correlation function. In order to cope with the discrete nature of the cross-correlation function, subsample estimation exploits three time domain interpolation techniques: parabolic, cosine, Gaussian and frequency domain interpolation using phase angle. An empirical equation relating the maximum value of the bias error to sampling frequency and signal parameters (center frequency and envelope bandwidth) has been derived. It is found that the maximum value of the bias error is in inverse cubic relation to sampling frequency and in quadratic relation envelope bandwidth for cosine interpolation. The maximum value of the bias error is in inverse cubic relation to sampling frequency and in quadratic relation to center frequency and envelope bandwidth for parabolic interpolation. The coefficients related to the approximation technique are given. Results can be applied for bias errors estimation or correction when fast subsample interpolation is used and application of phase domain interpolation is unacceptable due to processing speed limitations. The equations for minimum required sampling frequency are derived by balancing the interpolation error against Cramer–Rao lower bound.     

基于电感式传感器的金属颗粒材质识别及粒径估计

传统的电感式颗粒传感器输出的是电感或电压幅值的脉冲信号,本质为标量信号。可通过脉冲信号的正负性区分金属颗粒是磁性或非磁性,且只能在已知颗粒材质的情况下估计颗粒的粒径。但在含有多种金属颗粒的油液中,基于标量信号的颗粒识别方法将失效。为此,本文采用了一种双锁相放大电路,将颗粒产生的复数域信号转化为一对直流信号。提出一种基于模糊隶属度函数的信号处理方法,实现了在噪音干扰下多种颗粒的材质识别和粒径估计。本文搭建了三线圈传感器实验系统。利用五种金属颗粒构建了隶属度函数,并进行系统标定。最后选取两种颗粒对标定后的系统进行了验证。结果表明系统对颗粒材质的识别准确,粒径估计误差小于2%。     

基于确定压缩采样的矢量水听器阵列舰船目标方位估计

使用较少的硬件电路和计算量实现高分辨率的目标方位估计一直是海域防御系统具有挑战性的研究工作。本文将压缩感知理论应用于矢量水听器阵列,利用确定测量矩阵建立了确定压缩采样的矢量水听器阵列（deterministic compressive sampling vector hydrophone array,DCV）结构,并将其与改进的多重信号分类算法（modified multiple signal classification,MMUSIC）相结合,提出了确定压缩采样的矢量水听器阵列的MMUSIC（DCV-MMUSIC）算法。将该算法用于相关或非相关模拟舰船目标的方位估计,通过对算法的可行性、高分辨能力和改变测量次数、信噪比和快拍数等多种仿真,得出该算法可以在低信噪比和小快拍下对舰船目标进行方向估计,并且具有使用硬件电路少、计算量低和估计偏差小等优点。又将其用于实际商船目标的方位估计,得到了较好的方位估计性能。     

一种MCP光子计数位置灵敏探测器图像采集系统

光子计数位置灵敏探测器在光子、粒子成像领域应用广泛,而图像采集系统是其重要组成部分。在介绍光子计数位置灵敏探测器的工作原理的基础上,分析了实现计数成像功能的软硬件需求,并设计了一套满足该需求的软硬件平台;依据该设计搭建了图像采集系统的硬件平台并采用LabVIEW编写了图像采集软件;最后进行成像实验验证了该套图像采集系统的性能。实验结果显示,基于该图像采集系统光子计数位置灵敏探测器能够将空间频率为7.14lp/mm的目标分开,表明该图像采集系统实现了其预期功能。     

OEM压阻芯片性能测试及装置

OEM压阻芯片性能测试装置由2个平台构成,即硬件平台和软件平台,具有自动测试芯片性能和控制探针台功能.OEM压阻芯片性能测试可实现4寸(1寸=2.54 cm)芯片上近千个传感器图形的性能测试.每个图形测试项目包括桥路电阻、失调电压、漏流、击穿.对测试项目的合格判定标准实现了开放式管理,可根据不同类别的传感器芯片,设置不同的合格判定标准;在击穿电压测试项目中,对反向偏置电压设置实现了开放式管理,可根据不同的要求,设置不同的反向偏置电压,方便了应用.     

Semi-automated measurement of true chord length distributions and moments by video microscopy and image analysis

The distribution of the lengths of airspace chords in pulmonary parenchyma characterizes many architectural features of the alveoli and alveolar ducts. Laborious to obtain manually, the distributions and density functions may be acquired semi-automatically by video microscopy, digitization and image processing. The accuracy of the estimation is influenced by the microscopical methods and also by the techniques used (i) to convert the digitized grey-scale picture to a two-valued image, (ii) to collect the chord lengths and (iii) to compensate for finite field widths. The last problem arises because some chords are completely visible within a field while others are only partially seen, since one of the two air-tissue boundaries lies outside the field of view. This error systematically biases the observed distribution. This paper contains solutions to hardware, software and analytic problems encountered while developing the capability to measure airspace chord length density functions semi-automatically. Formulas for estimating the true chord length density function from samples of observed chord lengths are presented. Also given are formulas for the estimation of the first and second moments of the true chord length distribution from the means of observed chord lengths. These techniques of image preparation and analysis should be suitable for characterizing particle, grain or cell size distributions, especially where many profiles fall partially outside the field of view.     

Single particle raster image analysis of diffusion for particle mixtures

Recently we complemented the raster image correlation spectroscopy (RICS) method of analysing raster images via estimation of the image correlation function with the method single particle raster image analysis (SPRIA). In SPRIA, individual particles are identified and the diffusion coefficient of each particle is estimated by a maximum likelihood method. In this paper, we extend the SPRIA method to analyse mixtures of particles with a finite set of diffusion coefficients in a homogeneous medium. In examples with simulated and experimental data with two and three different diffusion coefficients, we show that SPRIA gives accurate estimates of the diffusion coefficients and their proportions. A simple technique for finding the number of different diffusion coefficients is also suggested. Further, we study the use of RICS for mixtures with two different diffusion coefficents and investigate, by plotting level curves of the correlation function, how large the quotient between diffusion coefficients needs to be in order to allow discrimination between models with one and two diffusion coefficients. We also describe a minor correction (compared to published papers) of the RICS autocorrelation function.     

道路模拟控制系统的研制和开发

介绍了道路模拟控制系统研制所采用的一套完整的实现方案，包括硬件系统的研制和软件核心算法的实现。在硬件系统研制部分，实现了多通道数据并行采集输出并使输出采集同步和大容量不间断数据采集输出的功能；在软件核心算法部分，介绍了所使用的频响估计算法、驱动信号迭代算法、驱动信号的连接和误差设定等问题。最后，给出了一个应用采用此方案所研制的道路模拟控制系统成功进行道路模拟试验的实例来验证了方案的正确性。