脉冲激光测距中高精度时间间隔的测量

考虑时间间隔测量对脉冲激光测距系统的意义,提出了一种新的高精度时间间隔测量方法.该方法在现场可编程门阵列(FPGA)中实现了脉冲计数法、多相采样法和延迟链法的结合.采用脉冲计数法对被测时间间隔进行"粗值"测量,保证大的动态测量范围.利用FPGA内部锁相环产生N路同频率,相位均匀分布的时钟信号作为计数时钟,基于等精度测频原理,将被测时间间隔的测时分辨率提高到Tclk/N.利用FlipFlop锁存器形成延时链,对被测信号与相邻计数时钟的时间间隔进一步量化.该方法解决了传统多相采样技术中由于倍频次数高导致相移分辨率降低的问题,在不增加计数时钟和有限延迟链数量的前提下,得到较高测时分辨率.测试结果表明,该时间间隔测量模块的动态测量范围为163.8 μs,测时过程相对较短,当进行多次重复测量时,测量的标准误差在71 ps以内,基本满足实际应用的精度要求.     

基于ADF4360-6和ECL分频的高精度时间间隔测量模块设计

高精度时间间隔测量在很多方面有着重要的意义.时间间隔计数法是高分辨测时的最有效方法.设计了一种基于脉冲计数原理的高精度时间间隔测量模块,该模块采用ADF4360-6频率合成器产生1.2 GHz高频参考时钟,由于该时钟信号为LVPECL电平,需要将其转换为ECL电平.AD9515解决了这一关键技术.MC100EP016分频器实现对高频ECL信号分频计数.由于该时间间隔测量模块是电磁波时域反射电缆测长仪中的一部分,该模块的性能可以通过电缆测长仪验证.实验证明该模块具有较高精度,可以被广泛应用于时间、频率测量领域.     

基于延迟内插的调制域分析

介绍了调制域分析技术的原理，重点介绍基于FPGA的零空闲（ZDT）计数和测量补偿技术。测量补偿采用延迟内插法，相对于传统的游标内插法和斜坡内插法，此方法电路简单，转换速率高，测时分辨率可以达到ps级。本方案可应用在高精度连续测频、高精度连续测量时间间隔，测ns秒级窄脉冲等各种场合。     

高精度时间间隔测量仪的研制

设计了一种新的时钟插入技术以实现高分辨率的时间间隔测量仪.该时钟插入技术利用信号在传输时会有稳定的,规律的延迟特点,用一段传输线对时钟信号延迟,在传输线上根据设计分辨率的大小设置一些离散的检测点,用D触发器完成对延迟后的时钟信号与被测时间间隔开始或者结束信号的重合检测,根据重合点出现的位置推算出时钟信号与被测时间间隔开始或者结束信号的时差大小.采用FPGA芯片EP2C5Q204和上述时钟插入技术实现了一个高精度时间间隔测量仪.实验结果表明基于传输延迟的时钟插入技术具有分辨率高,温度稳定性高,抗干扰能力强,容易制造的特点.实现的时间间隔测量仪具有实现简单,稳定性好等优点.     

基于M/T算法针对机械式水表误差检测及校准的改进方法

研究基于M/T高精度数字测速算法的改进比较法水表误差检测,采用反射式激光传感器对水表始动元件进行检测,采集到的反馈脉冲信号与时钟信号同时送入单片机进行M/T测速算法运算。从而得到始动元件转速,并根据标准表和被测表的转速求取水表示值误差。结果表明:该算法可以充分发挥M/T算法的宽域性,在整个测速范围内获得很高的测速精度和精度一致性,具有较高的动态测量分辨率。能够在短时间内对水表误差进行高精度测量并指导校准工作,实现动态误差测量及校准。     

电磁波反射测长系统的设计

对电磁波在传输线中的测长理论进行了分析,设计了一种电磁波反射测长系统.该系统由单片机控制,使用锁相倍频技术产生1 200 MHz高频参考时钟,采用脉冲计数原理,实现对发射脉冲与反射脉冲时间间隔的精确测量,在波速已知的情况下,得到被测电缆长度.实验结果表明,该系统具有较高的精度,可以被广泛的应用于电缆长度测量领域.     

应用于激光雷达的高精度时间间隔测量方法

针对当前脉冲激光测距雷达中时间间隔测量精度低的问题,文中提出了一种高精度时间间隔测量方法。该方法采用双环形振荡器作为时间内插器,利用其输出的可控频率时钟信号对时间间隔做内插和逼近,实现时间间隔的粗测量和精测量,然后结合改进的时域互相关算法对测量结果做估计。实验结果表明,当环形振荡器的时钟为50 MHz时,时间测误差小于20 ps。     

基于FPGA的差分延迟时间测量电路设计北大核心CSCD

等精度同步法是频率测量的常用方法,但是计数闸门和基准时钟信号的不同步会产生一个时间间隔,导致最终出现一个字的量化误差。为了减小该误差,提出一种基于FPGA的全数字差分延迟TDC(time-to-digital converter)电路。文中TDC基于差分延迟线原理,构建2条时延不同的延迟线代替传统单线延迟,提高了测量分辨率。设计数字校准电路,减少测量过程中外界条件变化造成的误差,试验结果表明:25℃下TDC单次测量绝对误差小于90 ps。     

基于TAC的高精度频率测量系统的设计

为解决精密加法器时钟守时系统内本地振荡器频率测量模块分辨率低、测量精度差的问题,针对加法器时钟应用场景的特点,设计了一种新型的基于高稳定度PPS(秒脉冲信号)的高分辨率频率测量系统,详细分析了该系统的电路实现及测量算法,给出了一套完善的实用方案,解决了目前应用较多的本地时钟频率测量方案的诸多缺点,实验表明该系统可实现13位时间间隔测量精度,为低成本高精度仪器仪表的设计实现提供了一种新思路。     

基于NiosⅡ的FPGA频率计设计与实现

文中主要介绍一种以FPGA器件为控制核心的高精度数字频率计,其中待测信号经过输入缓冲电路,由FPGA采集并计数处理,最终测量结果显示在触摸彩屏液晶上。设计基于NiosⅡ,把采集部分和控制部分很好地融合在一起,辅之等精度测频法、多周期测时间间隔法和多周期测占空比法,从而达到精确、实时测量的目的。经试验验证,该系统能实现对输入频率从1 Hz~200 MHz周期信号的周期、频率、占空比和时间间隔的测量,测量精度优于10-7,稳定性和实时性好。     

FPGA-based High-precision Measurement Algorithm for the Ultrasonic Echo Time of Flight

Based on the evaluation of advantages and disadvantages of high-precision digital time interval measuring algorithms, and combined with the principle of the typical time-difference ultrasonic flow measurement,the requirements far the measurement of echo time of flight put forward by the ultrasonic flow measurement are an-alyzed.A new high-precision time interval measurement algorithm is presented, which combines the pulse counting method with the phase delay interpolation. The pulse counting method is used to ensure a large dynamic measuring range, and a double-edge triggering counter is designed to improve the accuracy and reduce the counting quantiza-tion error.The phase delay interpolation is used to reduce the quanti-zation error of pulse counting for further improving the time measure-ment resolution.Test data show that the system for the measurement of the ultrasonic echo time of flight based on this algorithm and im-plemented on an Field Programmable Gate Array(FPGA) needs a rel-atively short time for measurement,and has a measurement error of less than 105 ps.     

基于FPGA脉冲计数的瞬时角加速度测量系统

设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)脉冲计数原理的瞬时角加速度测量系统。该系统可以跟踪测量转轴的瞬时角加速度,且能够补偿因编码器原理、工艺和安装偏差产生的周期性非线性系统误差,从而显著提高测量精度。该系统利用FPGA高速并行的特点,采用乒乓流水线采集机制,对磁旋转编码器的输出脉冲进行精确实时测量,在校正过程中通过计算测量波形相对于理论波形的偏差特征值来拟合出补偿系数,实现在测量过程中对瞬时角加速度测量误差的补偿。实验表明：该系统具有高精度和高分辨率,可以有效补偿由旋转编码器波形偏差而导致的瞬时测量误差,提高测试精度。     

基于FPGA的正交信号的数字辨向细分技术

细分是提高光学仪器测量分辨力的关键技术之一。文中首先介绍了参考信号的构建方法,然后给出了辨向细分的具体实现过程,一种新的λ/8细分电路设计方法被提出,并使用VHDL语言实现细分、辨向及计数模块程序的设计,最后通过FPGA的具体实现以及仿真分析,证明了该方法的有效性。仿真结果表明,该方法具有原理简单、集成度高、易于实现的特点,并且特别适合使用FPGA等EDA工具实现。     

自驱动关节臂坐标测量机关节角度实时测量系统

针对传统的光电编码器角度测量方法无法满足自驱动关节臂坐标测量机角度高精度实时测量的问题,设计了基于FPGA组合设计方法的光电编码器角度实时测量系统,由原理图输入设计的抗扰动模块、Verilog HDL语言设计的四倍频辨相计数模块、Qsys搭建的数据传输模块和Visual Studio设计的软件模块组成。通过与数字采样频率为1 MHz的16位USB-6229数据采集卡同步对比实验结果表明,在相同条件下,FPGA与数据采集卡同时测量光电编码器的数据完全吻合,因此设计的光电编码器角度实时测量系统可以直接运用于自驱动关节臂坐标测量机的关节角度测量。     

Continuous measurement of the arrival times of x-ray photon sequence

In order to record x-ray pulse profile for x-ray pulsar-based navigation and timing, this paper presents a continuous, high-precision method for measuring arrival times of photon sequence with a common starting point. In this method, a high stability atomic clock is counted to measure the coarse time of arrival photon. A high resolution time-to-digital converter is used to measure the fine time of arrival photon. The coarse times and the fine times are recorded continuously and then transferred to computer memory by way of memory switch. The pulse profile is obtained by a special data processing method. A special circuit was developed and a low-level x-ray pulse profile measurement experiment system was setup. The arrival times of x-ray photon sequence can be consecutively recorded with a time resolution of 500 ps and the profile of x-ray pulse was constructed. The data also can be used for analysis by many other methods, such as statistical distribution of photon events per time interval, statistical distribution of time interval between two photon events, photon counting histogram, autocorrelation and higher order autocorrelation.     

用于激光测距的高精度时间数字转换电路

针对大容量现场可编程门阵列(FPGA)时间数字转换电路线性度较差的问题,采用小容量FPGA实现了用于激光测距的高精度、高线性度时间数字转换电路。通过对高速计数器、数字插入方法、编码器硬件算法的研究,分析了影响时间数字转换电路精度和非线性误差的因素,提出了一种降低非线性误差的方法。首先,根据所分析的影响因素,解决了高速锁存的问题,在单片小容量FGPA XC2V250上实现了时间数字转换电路;接着,通过USB接口将携带时间信息的计数器值和温度计码转为二进制编码值传给PC机,进行计算和显示;最后,设计了延时测量电路,对所设计的时间数字转换电路进行了测试,得到了各个延时单元延时的大小,并进行了数据分析和处理。测试结果显示:时间数字转换电路单次测时分辨率约为80 ps,校正后可达40 ps左右,微分非线性误差为-0.524LSB~+0.448LSB,积分非线性误差为-1.598LSB~+1.492LSB,可以满足飞行时间法激光测距中高精度测时的要求。     

基于数字锁相环的FPGA多通道频率测量系统设计

针对传统频率测量电路复杂、采集速度较慢的问题,基于FPGA(现场可编程逻辑门阵列),采用全数字锁相环对待测量信号进行倍频,辅以自适应时钟模块、计数模块和串口接收发送模块,设计了多通道频率测量系统,从而达到精简电路并实现对多路待测信号的快速精准测量。实验结果表明,对于100 Hz~10 MHz频率的稳定信号,测量时间仅为100 ms,与标准频率计相比,相对误差<0.5 ppm(1 ppm=10-6)。可用于多路频率信号的实时采集测量。     

FPGA在传动误差检测系统中的应用

介绍了机械传动误差测量方法,具体阐述了采用脉冲细分计数方式的传动误差测量原理。提出了一套以FPGA为设计核心的传动误差数据采集的设计方案,并通过仿真验证了此方案的正确性。     

FPGA加速处理的实时相位差测量方法

为实现高速相位差测量,采用频域分析方法,通过可编程门阵列（FPGA）进行了快速傅里叶变换fFFT）运算,并且运用坐标旋转数字计算机（CORDIC）算法提高了其运算性能。最终,提出了一种新的实时相位差测量方法。仿真结果表明,在保证高速的同时,测量结果有较好的精度。