基于SOPC的高精度超声波温度计设计

根据在介质中超声波的传播速度随温度变化而变化的特点为设计原理,以基于Nios II处理器软核的可编程系统级芯片(SOPC)为控制核心,设计了高精度超声波温度计。在SOPC上同时实现了高频信号发生器模块、高速信号电路控制模块、信号自动采集控制模块以及Nios II软核处理器模块,缩小了体积,并降低了成本。传播时间的精确测量采用软件细分插补算法,经过理论分析和实验验证,该方法能够达到ns级超声波传播时间的测量,使设计的超声波温度计能够实现分辨率优于0.001℃的温度测量。     

基于STM32的时栅转台高精度自动标定系统设计

针对目前时栅转台采用手动方式进行标定,工作效率低、精度难以保证的现状,设计了一种能够进行数据采集、处理和误差补偿的时栅转台自动标定系统。该系统以激光干涉仪作为测量基准,采用了闭环控制技术,进行测量误差补偿。实验结果表明:该系统标定精度高,经过该系统标定后的时栅转台精度达到±2″,且标定速度是手动方式的2倍以上,显著提高了时栅转台标定效率。     

卡尔曼滤波在时栅传感器动态标定系统中的应用

在时栅传感器误差曲线的动态自动标定中,利用软件实现卡尔曼滤波方法,以达到消除随机误差的目的。该方法在大幅度减少了标定所需时间的同时,进一步提高了动态标定精度。介绍了系统工作原理及卡尔曼滤波的实现方法。使用结果表明,采用该方法后自动测试效率和标定精度达到了预定的指标。     

高精度分体式多通道超声波温度计的设计

针对传统的温度传感器在极端与特殊条件下无法满足测量的要求,设计了分体式多通道的超声波温度计。将多对测量头均匀布置在装有被测介质的容器外侧的各个方位,利用FPGA的控制驱动信号精确确定超声波传播的起点时刻,通过分块查找的特征波查找算法、高速高分辨率的信号采样电路和直线插补算法相结合,利用过零点两侧的采样点来实现对超声波传播时间终点时刻的高精度检测,进而精确计算出超声波传输时间。在传播距离一定的条件下,以水为介质为例进行模拟实验。结果表明：分体式多声道超声波温度计能够实现对超声波传输时间的分辨率ns级的测量,从而确保了对温度的高精度测量。     

嵌入式时栅传感器高精度激励设计方法

介绍了嵌入式时栅传感器的基本原理,分析了两相激励信号不一致性主要是幅值不等和相位不正交对传感器测量精度的影响。基于DDS原理结合反馈控制设计了高精度的激励信号模块,采用反馈电路控制可程控放大电路调理两相信号幅值,实现了激励信号的幅值相等,基于闭环反馈控制直接修改数字激励信号实现了信号的相位正交。实验研究结果表明,采用这种闭环控制的方法,传感器短周期测角误差从±65″降低到±16″左右,常值误差基本消除,传感器精度大幅度提高。     

基于STM32F4的时栅位移传感器信号处理系统设计

为了提高时栅位移传感器的测量精度及分辨率,提出了一种基于STM32F4的时栅位移传感器信号处理系统;系统包括硬件电路设计和软件设计;硬件电路以STM32F4内核处理器芯片和复杂可编程逻辑器件CPLD为核心,集成了信号调理、信号处理等电路模块;运用高频时钟脉冲插补时栅位移传感器感应信号和参考信号之间的相位差,通过软件设计控制信号的采集和处理,实现了相位检测;经实验验证,采用以STM32F4为核心的时栅信号处理系统后,时栅位移传感器的角度误差峰峰值达到2.4”,实现了高精度、高分辨率的时栅角位移测量.     

基于ARM的超声波流量计A/D转换电路设计

针对高精度超声波流量计价格不菲的缺点,以时差法超声波流量计为理论基础,借鉴国内外先进的超声波流量测量技术,选用高性价比的12位低功耗模数转换器ADC12DL040芯片和ARM处理器LPC2138设计了基于ARM的超声波流量计A/D转换电路.实验结果表明所设计的A/D转换电路很好地实现了超声波回波信号的高速高分辨率采样,A/D的最小分辨时间为0.305ns.在解决超声波流量计关键技术问题的同时降低了生产成本,为低成本高精度超声波流量计的研制打下了坚实的基础.     

基于时间细分技术的高精度自动定位控制方法研究

针对采用步进电机进行微步驱动时易出现"爬行"和步距角过大的现象,提出了一种基于时间细分技术的高精度自动定位控制方法,并研制了相应的控制系统.该方法通过在每个电机步距运动时间内对反馈元件进行高频采样,实现了对步距的细分和对运动的闭环控制.控制系统采用嵌入式微处理器和现场可编程逻辑阵列构建,并与采用步进电机直接驱动滚珠丝杆的机械载物台进行联机测试.测试结果表明,系统可以控制步进电机在不进行高倍细分的条件下的精确定位,具有较高的应用价值.     

基于FPGA的高精度超声波温度计设计

以超声波在介质中的传播速度随温度变化而变化的特点为设计原理,以FPGA为控制核心,设计了高精度超声波温度计。在FPGA上同时实现了高速信号控制模块、高频信号发生器模块、信号自动采集控制模块以及NIOS II软核处理器模块,解决了设计的关键性技术问题,并通过处理器实现了特殊的软件细分插补算法来对采集的数据进行分析处理。通过理论分析和实验,验证了该方法能够达到纳秒级超声波传播时间的测量,从而使设计能够实现分辨率优于0.001℃的温度测量。     

黄河内蒙古河段冰凌时空分布特性分析

基于黄河内蒙古段系列历史冰情资料,利用小波分析方法对冰期气温、冰期径流、流凌日期、封河日期、开河日期进行了多时间尺度分析。结果表明:巴彦高勒、三湖河口、头道拐三站的冰期气温总体呈上升的变化规律,并且三站的冰期气温变化趋势一致,黄河内蒙古段冰期气温存在15 a左右的周期;实测径流在分析序列中不存在显著周期;三站流凌日期和封河日期整体上推迟,开河日期提前,封冻时间缩短;流凌日期存在12 a左右的周期,封河日期和开河日期不存在显著强周期。