定点DSP实现高精度FIR数字滤波

研究在电力校表系统中应用定点DSP对交流电压、电流信号进行测量，因为是校准仪表，所以要求测量结果具有高精度和高稳定度；采用了高效的FIR滤波算法，并对FIR滤波算法进行了大量的补充和改进，使FIR滤波算法能够消除信号在外界干扰情况下形成的尖峰信号以及解决了信号的零漂问题，使得对交流电压、电流的测量准确、稳定，使测量结果精度在0.02％以内，达到了世界先进水平。     

平面叉指电极溶液阻抗的低频三角波测量*

针对低浓度电解质溶液中生物细胞阻抗微弱变化过程的测量问题,研究了一种三角波电压激励结合主元分析(PCA)的测量方法。用三角波电压信号作为激励,采集单周期响应电流信号构成测量向量,由不同时刻所得测量向量组成测量矩阵,PCA处理后的载荷向量中即包含有溶液阻抗的变化信息。这种信号处理方式对阻抗变化过程的测量结果不依赖于等效阻抗模型的计算,同时可有效避免等效阻抗计算过程中的噪声问题。对低浓度氯化钾溶液中硅基底金电极、PCB基底铜电极和PCB基底镀金电极3种平面叉指电极进行了实验分析。实验结果表明,三角波激励结合PCA处理的方法可实现对溶液电导率微弱变化过程的有效检测。     

航空ZTEM磁传感器调理电路低噪声优化设计

航空Z轴倾子电磁测量系统(ZTEM)空心感应磁传感器的感应线圈具有源阻抗大的特点,并且调理电路需要设置高通滤波器来抑制低频干扰。为实现电路的低噪声设计,针对感应线圈源阻抗大的问题,第一级采用以差分结型场效应管(JFET)对管为核心器件的负反馈结构,通过对第一级电路进行噪声建模,得出只有当JFET电压噪声是唯一主要噪声源时,电路整体性能最优的结论;针对低频部分,由于高通滤波器影响导致电路噪声特性被抬高的问题,通过优化第一级电路增益和高通滤波器截止频率的方法得以改善。实验结果表明,该电路结构简单,调试方便,其电流噪声为11 fA/√Hz,电压噪声为4 nV/√Hz@30Hz和2 nV/√Hz@1kHz。与超低噪声放大器LT1028和OPA827的对比实验表明,自制电路在ZTEM空心感应线圈动态阻抗范围内,噪声性能优异,满足ZTEM信号调理电路低噪声优化设计的预期要求。     

如何测量微波相应噪声

高频信号主要受干扰及热噪声，散弹噪声和鉴频器引起的噪声等内部噪声的影响。那么，影响微波设备正常工作的主要噪声源是什么，这种噪声源又是怎样形成的，怎样测量，怎样找出一种消除噪声影响的方法。本文将围绕上述问题介绍微波系统噪声的形成机理，测量方法和测量电路。     

光纤光栅微弱信号检测的解调电路

为了在光纤光栅匹配解调系统中实现对光纤光栅微弱信号的检测与处理,在应用微弱光电信号检测原理的基础上设计一种高信噪比、高检测精度的解调电路,该解调电路采用低噪声电路元件参数选取原则和前置放大器设计的一般方法,在雪崩光电二极管与信号数模转换之间采用互阻放大器、巴特沃斯滤波电路和多级放大电路,实现了电路的最佳噪声匹配,有效地抑制了电路的噪声和干扰。该解调电路在光纤光栅匹配解调系统中具有很高的信噪比和测量精度,且具有很好的灵敏度,在测量低频率振动信号试验中具有优异的性能。实验表明:该电路解调系统在25～200 Hz正弦激励振动信号下具有很好的低噪声性能,精确的测试出振动信号,同时该电路所采用的方法与措施对其他测量系统也有借鉴意义。     

一种微振动光纤传感系统信号预处理电路

长距离分布式微振动光纤传感系统的系统噪声的重要产生原因是光源噪声。为了消除这类噪声,设计了预处理电路将一路光电信号转化为两路差分信号。电路将输入的光电流通过对管结构形成差分电流再分别转换成电压信号输出。仿真结果显示该电路可成功的输出两路差分信号,且带宽、增益和信号处理能力都比较强。     

一种铂电阻温度传感器的优化设计

基于航天工业中温度信号的测量,研制了一种高测量精度的铂电阻温度传感器。设计采用恒流源微电流驱动三线制铂电阻经不平衡电桥获得理想电压,实现了去除自身线阻和减小自热效应;提高了测量精度。通过差分放大电路、反馈电路和压控电压源二阶低通滤波电路有效地改善了铂电阻的线性度,减小外界干扰信号对测量系统的影响。测量结果表明,在-40~60℃的变温环境中测量-20~450℃温度误差小于0.5℃。     

烟气颗粒物浓度激光测量仪光电传感器运算处理电路设计

设计了一种烟气颗粒物激光检测仪的激光信号处理电路,检测系统应用激光Mie散射原理.信号处理电路采集散射光的光强信号,采用双光路结构消除干扰噪声,将微弱电流信号转换成便于测量或转换的0-10V电压信号,输出稳定,反应灵敏,能够对输入的变化快速反应产生可信输出.     

AD5933测量水电导率电路设计中的若干问题

研究了基于阻抗测试芯片AD5933的水电导率测试方法.涉及的问题包括测量频率的向下扩展和测量频率点的选择;消除激励信号中的直流分量以削弱极化效应;外加驱动降低激励阻抗对测试精度的影响;扫频区间两端点校准AD5933的输出幅度和相移.最后给出了一些实验数据.结果表明该方法电路简单,测量准确,而且集成度高,性能稳定可靠.     

基于独立分量分析的绝缘子泄漏电流取样方式的研究

目前绝缘子泄漏电流常通过穿心电流传感器获得,该方法属于非接触式测量,但易受现场电磁场的干扰。针对这个问题,提出了一种基于独立分量分析(independent component analysis,ICA)的绝缘子泄漏电流取样方法。通过使用2个穿心式电流传感器,然后通过使用ICA处理采集所得信号以获得高信噪比的泄漏电流信号。根据噪声随机性的特点和传感器的增益得到真实的泄漏电流信号,解决了ICA处理得到结果不确定的问题。对实测的绝缘子泄漏电流信号叠加噪声然后使用ICA处理,结果表明该方法能有效获得泄漏电流,仿真分析了算法效果随信噪比变化的情况。同时在实验室中模拟了绝缘子泄漏电流信号和干扰信号,使用2个同型号的穿心电流传感器同时采集获得2个不同信号,经过ICA处理结果表明电流信号亦能有效获得。这表明了基于ICA的方法有望能实现泄漏电流准确的、非接触式的测量。     

电分析仪器中的微电流测量

设计了一种利用于电分析仪器的高精度微电流测量电路。通过改进电路设计显著提高了电路的稳定性和响应速度。采用驱动屏蔽技术提高了信号输入端输入阻抗并消除其寄生电容。设计印刷电路板时,充分考虑电磁兼容性,优先选择性能优异的高速低噪声电子元器件。微电流测量部分进行独立屏蔽。通过这些手段可将电分析仪器的电流测量范围扩展到ｐＡ量级,电路噪声降至０．０５ｐＡ。     

用于光离子化检测器的微弱电流检测电路设计

文中设计一种可用于光离子化检测器的微弱电流信号检测电路。分析了前置放大电路中反馈电阻和反馈电容的选择,对比了跨阻式和T型电阻反馈网络两种前置放大电路结构的输出端噪声大小,设计了能够消除输入端共模电压干扰,并可有效消除环境温差等外界干扰影响的差分输入前置放大电路。所设计微电流检测系统还包括二阶有源低通滤波器、次级电压放大电路及运放双极性供电电源电路。搭建了微电流发生电路测试所设计检测电路,输出电压与输入电流呈现良好的线性关系。将所设计微电流检测电路应用于光离子化检测平台,通入异丁烯气体进行测试,发现在异丁烯浓度为0～178.5 ppm范围内,输出电压与气体浓度间成良好的线性关系,拟合优度为0.983。通过测试酒精和丙酮挥发物证明,该系统可以推广到用于其他挥发性有机物检测。     

基于数字化矢量伏安法LCR测量仪的设计

针对传统自由轴矢量伏安法,在阻抗测量过程中,因相位跳变而引起复杂电路设计问题,提出一种基于数字化的矢量伏安法阻抗测量方案,通过以数字信号处理替代传统模拟电路功能,极大降低了电路设计难度同时也提高了数字信号处理的灵活性,并针对夹具、线缆、接插件等引入的附加阻抗带来的测试误差问题,采用二端口等效网络,通过短路、开路、标准件的校正,消除了附加阻抗的影响,结合试验,验证该方法的正确性。     

基于V/T变换的高精度测温电路设计

根据电流型温度传感器的输入输出关系,提出了一种基于V/T变换的温度测量新方法.用于远距离的温度测量和控制,与已有的测量方案相比,具有更好的线性度和更小的误差,它对测量电路参数要求不高,电路结构简单,电路中没有影响测量稳定性和产生零点漂移的元器件,温度信号被直接转换成二进制代码,大幅度降低了测量过程中的噪声.测温精度优于0.1℃,分辨力约为0.05℃.     

基于形态滤波和HHT的地磁信号分析与预处理

在地磁导航技术中,为获得精确的地磁场值,必须对信号中含有的各种噪声进行处理.针对地磁测量信号中含有的噪声特点,提出将形态滤波与Hilbert-Huang变换结合起来,先用形态滤波对数据进行处理,消除瞬时强脉冲的影响,再将信号进行经验模态分解,作出其二维时频谱图,分析信号中含有的噪声的特点,并根据分解的结果确定阈值,对各分量进行低通滤波,然后再重构.通过实际采集的数据对所提出的方法进行了验证,结果表明提出的方法可以有效地对地磁测量信号中的各种噪声进行处理.     

高灵敏测量放大器研制

高灵敏测量放大器由信号输入变压器,前置放大器,高Q 选频带通滤波器和线性检波器组成在20dB 输出信号噪声比条件下,整机灵敏度高达0.1μV,比FD-1测量放大器高二个量级,前置放大器输入级采用低噪声场效应晶体管,其等效输入噪声电压为7 nV/(Hz)~(1/2)。选频带通滤波器为一态变量有源滤波器,其频率范围从10Hz 到5 kHz,幅度精度为±5%,线性检波电路由运算放大器构成,在40dB 动态范围内,线性度优于2%。文中讨论了信号输入变压器线电阻对噪声的影响。     

用替代网络-四电极-半桥技术测量发酵液的电导率和电容率

提出了用替代网络－四电极－半桥技术测量发酵液的电导率和电容率的方法和电路。由于流过测量电路的电流近似为零,因此消除了电极极化电压对测量结果的影响,提高测量的精度。     

新型纳米阻抗显微镜前置放大器的设计

基于扫描隧道显微镜的新型纳米阻抗显微镜（STM-NIM）能够测量材料表面的纳米微区阻抗性质并具有分辨率高的突出优点，但传统STM前置放大器的频率带宽不能满足STM-NIM测量模式的要求，因而需要设计新型前置放大器。STM-NIM前置放大器必须在噪声和频率带宽两方面同时具有非常优良的性能。本文利用STM及NIM信号的特点，通过将信号一分为二并对电路进行优化，研制出了满足STM-NIM测量要求的新型前置放大器。测试表明，该前置放大器能同时用于NIM阻抗测量和STM形貌扫描；其NIM信号的频率带宽达到300kHz；其STM信号的噪声约为0．8mV，能满足原子级分辨成像的要求。     

变电设备智能物联超声局部放电微型化测量转换电路北大核心CSCD

针对变电设备智能物联监测中的分布式智能感知节点微型化设计需求,设计了一种新型的超声局部放电测量转换电路。使用高集成度仪表放大电路对高阻抗的超声局部放电传感器输出信号进行了低阻抗变换和固定增益放大,设计通带为20~300 kHz的宽带滤波电路以适应变电设备上带宽不同的传感器,最后通过增益可调仪表放大电路适应不同灵敏度的传感器输出信号。电路能同时连接2个超声局部放电传感器并对其测量信号进行转换,电路尺寸为83 mm×50 mm×15.5 mm。设计了相应的电路性能测试实验并给出了其在智能物联系统中的应用方法。实验结果表明:电路各级增益误差在整个通带频段内低于1%,1000倍增益条件下的输出端噪声RMS值不超过10 mV。     

极微弱准直流电流信号测量电路的设计

针对极微弱准直流电流信号检测中的噪声和零点漂移问题,采用理论分析和数值计算的方法设计了一款检测电路,包括前置放大器、主放大器和滤波电路。试验表明,该电路具有较低的噪声、较高的灵敏度、较宽的量程和较低的零点漂移量,能够满足实际测量要求。实验结果与理论分析和数值模拟相吻合,可以为极微弱直流电流信号测量技术领域的研究工作提供参考。