双频激光干涉仪中的数字相位计设计

基于Altera公司FPGA芯片,提出了一种基于双频激光干涉仪系统中数字相位计的实现方法。该相位计用于测量系统中被测信号和参考信号之间的相位差角度,间接测量激光干涉仪的光程差信息。被测信号经过光电接收器以及A/D模数转换成数字信号送到FPGA芯片中,与FPGA内建的查找表参考信号做正交相关法解调运算,得到一组X-Y值,再利用CORDIC算法计算arctan函数获取相位差,最后计算出干涉仪的光程差,算法的全过程使用FPGA硬件实现。实验结果表明,该相位计使双频激光干涉仪的相位差测量精度在0.01°以内。     

基于单片机控制的ECPR光功率数据采集系统

电定标热释电辐射计ECPR（Electrically Calibrated Pyroelectric Radiometer）是测量光辐射功率的一种高精度电替代绝对辐射计ESR（Electrical Substitution Radiometer），它通过使用光信号加热热释电表面和电加热热释电器件表面相等效的基本原理，通过测量电加热的功率值，并通过误差测量和分析加以修正该测量值，从而得到光功率值。它将光功率的测量标准溯源到电功率的标准上来，这样测量具有很高的精度。通常可以达到1％的不确定度。介绍了利用单片机和A／D器件等构成的光电信号采集系统，通过该系统可以测量由光功率等效成的电功率，从而获得光功率值。     

基于DSP的全相位FFT频率计设计

文中提出了一种基于DSP的高精度数字频率计设计方案。该方法采用高性能DSP芯片TMS320VC5402为处理核心,利用全相位FFT算法,对被测信号的频率进行计算并修正,最后以数字形式由LCD实时显示被测信号的频率值。进行信号频率测量实验,结果表明频率的测量相对误差小于0.5%,精度较高,能够满足高精度测量需要。     

基于正弦相位调制的光纤干涉位移测量系统研究

针对全光纤干涉仪工作距离短、测量范围小等问题,提出了一种基于正弦相位调制的全光纤干涉系统,在参考臂通过电光调制器引入的调制参考光,与探头接收到的目标反射光产生干涉。根据锁相放大原理从干涉信号中提取出正交分量后,首先建立由正交分量构成的观测模型,通过卡尔曼滤波对正交分量的幅值和偏置进行迭代估计和修正,降低由相位延迟、调制深度漂移、寄生干扰等导致的幅值漂移和附加偏置;然后利用反正切法对反射光与参考光之间的相位差进行解调。开展了模拟干涉信号的相位解算仿真模拟和位移测量实验。仿真和实验验证了该算法解算相位的有效性。结果表明,该位移测量系统的工作距离可达到20 cm,测量精度为10 nm。     

基于超声探测的SF_6浓度在线监测系统

长期运行的气体绝缘组合电器(GIS)设备可能存在SF6气体泄漏问题,进而导致设备安全性下降。针对该问题,采用超声原理测量SF6气体浓度,该方法具有测量范围广、设计简单等优点,且易于实现在线式监测。建立了双腔室中超声信号传播相位差与SF6气体浓度的理论模型,并研制了一套基于超声探测的SF6浓度在线监测系统。为提高测量精度,设计了一种基于DFT算法的数字相位计,通过对采样信号进行多项式插值加Hanning窗,进而实现相位和幅值修正。实验表明,使用数字相位计能将SF6浓度误差率控制在5%左右,目前该系统在贵州某变电站已投入运行。     

基于STM32F103的旋转角度测量装置设计

设计一种基于增量式编码器和STM32F103系列芯片的角度测量仪。该装置与被测物件按一定传动比固定安装,系统自动测出传动比并存储,以免断电数据丢失。被测物件每转动一周,光电传感器触发一个零位信号,编码器输出A、B两相方波信号,STM32F103芯片接收到编码器的脉冲信号后根据算法求出对应的角度值,经串口在上位机界面实时显示并分析实验数据,得到不同传动比下的角度测量精度。     

单摄像机结构光扫描系统中投影仪标定技术

传统的单摄像机、单投影仪三维扫描系统,利用相位值计算被测物体的高度信息,可操作性差,且测量精度不高.将立体视觉的三维重构技术引入到单摄像机、单投影仪扫描系统,利用相位值实现投影仪与摄像机的匹配,根据双目视觉的原理进行三维重构,测量精度明显提高.该技术的关键是投影仪的定标,研究了基于相位匹配技术的投影仪标定算法,实验结果验证了该算法的可行性.     

横向剪切干涉测量中准确的相位恢复算法

提出一种剪切干涉测量中实现由相位差分准确高效恢复被测波前相位的算法.该算法是基于被测波前相位与其差分完全的点对点对应关系,及最小二乘算法原理.首先由被测波前相位与其差分完全的点对点对应关系及最小二乘原理,建立一特殊的线性等式,被测相位能通过解此等式直接获得.由于该线性等式的系数矩阵为稀疏矩阵,能转化为一新的小矩阵,以降低计算机存储空间和计算量;同时,由于该矩阵为正定矩阵,Choleski因式化分解方法能用来实现该线性等式方便的解.进行了计算机数值分析和相关试验测试,结果表明:该恢复算法可行,且计算精度高、计算复杂性低;可实现由相位差分准确恢复被测波前相位,同时具有良好的噪声误差传输特性.     

一种实用视觉识别的仪表自动检定系统

介绍一种基于图像处理和神经网络识别技术的温控仪表自动检定系统。在系统中，计算机对被测仪表发出模拟热电偶测量信号，并获取被测仪表示显示值的视图，经过数字图像预处理后，采用神经网络感知器算法予以识别，得到仪表显示数。将被测仪表显示数与计算机内的测量值比较，其误差曲线即可确定该被测仪表的精度。     

基于DSP的电导率在线分析仪的设计

介绍了一种利用电磁感应特性测量水溶液电导率的分析仪,该仪器以DSP TMS320F为控制核心,采用DDS技术产生高精度的驱动信号去激励电磁线圈,利用相位检测芯片实现对参考信号和测量信号相位差的提取,根据系统在不同水溶液中检测到的相位差来计算出该水溶液的电导率。实际实验表明,该系统可以根据测量到的相位差的大小来计算出水溶液的电导率,进而判断出水质,具有很高的工程应用价值。     

紫外增强型电学定标热释电辐射计ECPR的研制

本文研究了一种新型紫外增强型的电学定标热释电辐射计,该辐射计由测量电路、高稳定光学斩波器和紫外增强型热释电探头组成,其中测量电路包括模拟和数字2部分,模拟部分主要功能是实现光电信号的放大、跟踪和匹配,数字部分实现对电功率的测量、修正以及对系统的控制.文中讨论了ECPR的基本原理、系统组成、实现的功能以及修正需要考虑的误差来源等.     

基于化学发光磁酶免疫的HCG检测系统研究

介绍了一种基于化学发光磁酶免疫分析技术测定人绒毛膜促性腺激素(HCG)的检测系统。该检测系统通过良好的屏蔽和抗干扰设计,以高速高频的FPGA器件完成光子计数,实现对HCG的定量检测。对HCG抗原溶液的检测结果表明,检测系统在HCG抗原浓度为0.06～600ng/mL范围内线性关系良好,相关系数R=0.951。对检测系统进行重复性测试,变异系数为0.61%,重复性较好。该系统具有小型便携、灵敏度高、重复性好等特点,在疾病标志物现场检测领域具有较为广阔的应用前景。     

Multichannel digital phase sensitive detection using a field programmable gate array development platform

This paper describes the development and performance of digital phase sensitive detectors (PSDs) based on a field programmable gate array (FPGA) logic device. A FPGA development system combined with a custom analog data acquisition board provides a powerful platform for the development of digital signal processing systems. Conventional performance metrics for digital PSDs are determined by the analog front-end devices and do not represent improvements to the PSD itself. FPGAs offer a scalable platform on which digital PSDs can be implemented with enhanced capabilities including simultaneous demodulation of multiple independent analog signals at multiple frequencies with arbitrary demodulation functions. Circuits for providing dynamic frequency tracking and ultrafine (<0.001 degrees ) phase resolution are presented.     

直接数字频率合成器在FPGA中的实现

给出了基于FPGA芯片的直接数字频率合成器(DDS)的设计方法。因为DDS技术的实现依赖于高速、高性能的数字器件,选用FP-GA作为目标器件,可利用其高速、高性能及可重构性,根据需要方便地实现各种比较复杂的调频、调相和调幅功能。并且在设计中采用流水线技术,以提高相位累加器的速度。随着微电子技术的不断发展,开发者能很容易地将整个应用系统实现在一片FPGA中,从而实现片上系统(SoC)。因此,用FPGA实现DDS就有了更广泛的现实意义,并在现代通信系统中具有良好的实用性。     

精密离心机转速测量系统设计

为了提高精密离心机的转速控制精度,需要有高精度的转速测量装置。文中利用光栅传感器把转速信号转换成脉冲信号,使用数字逻辑实现对光栅信号的频率细分,并采用FPGA对电机转速进行测量。通过SPI接口实现与外部设备间的通信,从而提高对转速的测控精度。     

便携式仪表数字图像采集与处理技术

随着USB摄像头技术的普及、嵌入式技术的迅速发展以及数字图像处理技术的成熟完善,以往依托计算机进行数字图像处理的诸多仪器和设备可实现便携化。用摄像头采集数字图像,通过USB接口输入嵌入式开发板中实现各种数字图像处理算法如去噪声、图像分割、边缘检测、图像匹配及图像代数运算等算法,处理结果从LCD显示屏显示,这样就构成了一个便携式系统。     

方位角测量跟踪系统设计及实验

为了使跟踪设备快速、准确地跟踪飞行目标并精确测量目标方位角,设计了一种测量跟踪系统,该系统根据跟踪设备发出的方位角偏差信号推动带有跟踪设备的伺服转台,驱动子系统采用H型双极模式PWM电路驱动伺服转台的直流电机以提高响应速度。使用测速机反馈速度信号以提高系统稳定性,使用高精度编码器输出目标方位角信号以提高测量精度。提出了系统动态传递函数,并对传递函数进行分析,给出了仿真动态曲线并计算动态参数。计算了电路的开关频率及延迟时间等关键参数。通过实验得到系统阶跃响应的位移曲线和速度曲线以及其他实验结果。实验结果显示,系统随动精度为0.1 (°)/s,最大跟踪速度为38.3 (°)/s,最大跟踪加速度为23.5 (°)/s²,满足了技术指标和设计要求。     

EIT高精度数字解调方法误差分析

EIT测量中,阻抗信息解调方法的精度直接关系到信息提取和EIT成像的质量。数字解调方法与模拟解调方法相比具有抗噪声能力强和设计灵活等优点。高精度数字解调方法是提取EIT复阻抗全信息的重要手段。本文深入研究了采样同步时延和相位抖动对高精度数字解调方法的误差影响,并且采用FPGA验证了EIT解调时的相位误差,实验结果表明合理选择激励频率和采样时钟能提高数字相位解调的精度,这与理论分析完全一致。