自动化系统的集成技术综述

资深前辈的透纸力作。自动化系统集成技术涉及的先进制造技术是中国国家"十一五"规划的重点发展战略目标。根据作者引述,2004年中国有2000多家自动化系统集成商,年产值约为90亿元。本文从历史、技术、经济以及当前国内外自动化工程建设市场的丰富视野透视令人高度关注的自动化系统集成技术。由于中国目前处于工业化进程高速发展阶段的历史时期,还由于世界目前处于信息化技术革命进程的又一轮社会现代化的历史时期,两个进程的交互作用使得中国工业建设的自动化系统集成工程领域实际上是全世界最大最先进的技术竞争市场。千载难逢的自动化工程机遇与技术资本的挑战同在,怎样把握机遇,运作资本,掌握世界一流自动化技术,在自动化系统集成工程领域增殖财富,是所有工程集成商的梦想。那么,什么是自动化系统集成工程?什么是自动化系统集成技术?什么是自动化系统集成问题?怎样解决自动化系统集成问题?自动化系统集成的技术前沿在那里?自动化系统集成技术的关注重点是什么?本文将力图引导读者走进自动化系统集成技术的精彩世界。例如系统集成概念的内涵与外延定义问题:信息孤岛问题:异构平台集成与工业现场总线问题;共性兼容与个性发展共存中的IEC标准问题; OPC与无缝集成问题;系统组态问题;设备描述管理与MES以及ERP问题;可用性与工程造价的矛盾问题等等。     

冷原子干涉可编程时序控制系统设计与实现

时序控制系统是冷原子干涉实验、重力仪研制及应用测试必不可少的组成部分,负责协调、驱动和控制各子系统的运行,是冷原子干涉控制的中枢单元。针对冷原子干涉过程中高精度调节、多路同步及可灵活调控的时序控制需求,设计实现了一套基于ARM+FPGA架构的冷原子干涉可编程时序控制系统,其由时序主控模块和多个从设备模块构成,具有同步触发、模拟调制、射频驱动、信号采集和数据处理等功能。系统测试和冷原子干涉实验结果表明,该系统时序调节精度可达10 ns,控制精度和多路同步精度均优于2 ns,符合冷原子干涉时序控制应用需求,成功用于冷原子干涉重力测量。     

便携式激光干涉准直系统的研制

为了解决长导轨直线度传统测量方法中存在的问题,研制了一种基于楔形板的便携式激光干涉准直系统.系统采用16位高性能单片机MSP430进行数据处理,利用软件滤除测量数据中包含的交流信号,然后再通过D/A转换器对处理电路进行反馈控制,以消除光电信号中包含的不断变化的直流电平信号,从而提高系统的测量精度.系统的测量数据通过无线模块实时地发送给与PC相连的无线基站,再通过USB接口传送给PC,可以方便测量数据的记录与保存.     

基于LabVIEW的高精度激光干涉测距系统

微位移和直线度误差作为工业测量中重要的几何参数,其测量值对精密仪器的制造与检测有着广泛应用.但随着工业技术发展,就传统测量仪器自准直仪而言,存在精度不高、实时性不强、速度慢等缺点,无法完全满足当下高速、高精度、实时监测的的要求,提出一种基于LabVIEW 的高精度激光干涉测距系统,对位移位置和直线度进行测量与分析.基于双频激光干涉测距原理,设计了光电测距仪测量得到带位移信号的光信号,经光电转换得到电信号,利用LabVIEW 平台编写操作界面和数据处理与误差分析.对系统进行实验,表明对长度30cm 导轨检测,相对误差小于0.2nm,系统具有结构简单、测量速度快、实时性强等优点,实现了位移与直线度的大范围、高精度的测量,可被在工业位移测量中广泛使用.     

基于虚拟仪器LaCoste ＆ Romberg ET 型重力仪数据采集和显示系统

文中使用Visual Basic 6.0作为编程软件研制开发了LCR－ET重力仪数据采集虚拟仪器系统。介绍系统的构成以及特点和功能，并给出了所采集数据的分析结果。     

基于激光干涉的准直技术检测系统的构建

通过分析和比较当前国内外直线度误差测量情况,提出了一种基于激光条纹干涉的准直技术的检测系统。系统利用楔形平板上下两表面的反射作用,将一束经准直扩束后入射的激光分解为交角2α的交叉光束,在两束平行激光束交叉的范围内便产生等厚干涉条纹。测量前调整并固定好激光器和楔形平板等激光发射装置的位置,以保证测量过程中干涉条纹不发生移动。测量时当导轨上某点存在凸起或凹陷时,接收靶在导轨轴方向上发生上下位置变动,干涉条纹相对于接收靶也会产生位移变化。通过线阵CCD可以检测到接收靶在导轨不同测量点处干涉光照射在CCD像敏面上的位置,处理后得到导轨的直线度误差。     

基于光学劈尖干涉的激光波长测量系统研究

为了在较宽波长范围内准确快速测量激光波长,在虚拟仪器环境下,通过测量光学劈尖上的干涉条纹间距的方法实现了激光波长测量。系统由光学劈尖、CCD器件、数据采集卡和计算机组成。将CCD紧贴劈尖,用以记录入射激光在劈尖上产生的干涉条纹的光强信息,CCD的移位驱动脉冲用做采集卡模数转换的采样信号,则CCD输出的每一帧信号就变成一个具有2048元素的准周期序列,且数据序列与CCD像元一一对应,送到计算机进行FFT变换即可计算出该序列的周期,再映射成像元的个数得到干涉条纹的间距从而计算出波长。暗背景条件下,用3种不同波长的准直激光束垂直照射CCD进行实验,结果表明：测量误差小于1nm。     

运动原子的高精度测量

本文研究级联三能级原子通过驻波光腔时的高精度测量.驻波激光场与级联原子的上跃迁耦合,其拉比频率依赖于原子通过驻波场的位置.用一束弱探测激光与原子下跃迁耦合.通过探测原子激发态的分布概率,可以确定原子被局限在一个波长范围的4个不同位置,测量精度达到百分之一个光波波长.     

激光汇聚原子系统中基于USB接口的数据采集

在激光汇聚铬原子沉积研究中,需要用激光冷却铬原子,以压缩铬原子束的发散角.因此,必须将激光频率锁定在铬原子的7S3→7P40跃迁谱线上.为了实现对激光稳频状态的监测,设计了一套基于USB2.0接口的数据采集系统.系统选用EZ-USB FX2系列的CY7C68013作为USB控制芯片.利用LabVIEW开发了可视化界面.CY7C68013接受PC发出的指令,控制A/D转换电路采集稳频信号,并将其传输给PC.由PC完成数据的显示和存储.系统还设置了失锁报警功能,实现了对稳频的监测.     

An introduction to Bragg diffraction-based cold atom interferometry gravimeter

This paper presents a new type of cold atom interferometry gravimeter based on Bragg diffraction, which is able to increase the gravity measurement sensitivity and stability of common Raman atom gravimeters significantly. By comparing with Raman transition, the principles and advantages of Bragg diffraction-based atom gravimeters have been introduced. The theoretical model for a time-domain Bragg atom gravimeter with atomic incident direction parallels to the wave vector of Bragg lasers has been constructed. Some key technical requirements for an nth-order Bragg diffraction-based atom gravimeter have been deduced, including the temperature of atom cloud, the diameter, curvature radius, frequency, intensity, and timing sequence of Bragg lasers, etc. The analysis results were verified by the existing experimental data in discussion. The present study provides a good reference for the understanding and construction of a Bragg atom gravimeter.     

海洋重力仪的电容式微位移传感器正弦激励源设计

介绍基于差动电容设计的电容式微位移传感器的工作原理,对检测电路的输入和输出关系进行了详尽的推导,确定使用直接数字合成技术（DDS）研制的正弦激励源电路,并运用maltab simulink进行仿真数据,结果表明,幅值稳定度可达到0.000 001 V,频率稳定性达到0.000 1 Hz,该系统解决了以往正弦电路中幅值稳定度和高频时频率稳定度差的问题,提高了海洋重力仪的观测精度。     

水平式激光发射系统激光指向远场检测研究

为了测量水平式激光发射系统激光指向误差,提出了一种天顶范围激光指向远距离检测方法,设计了一个激光方向检测装置,介绍了激光方向检测装置的组成及工作原理,详细介绍了光线折转系统的结构,对指向误差进行了实际测量,获得激光指向误差为5.7″,对检测装置中影响激光指向误差的误差源进行了分析,得到了作为系统误差的视差ε1、检测装置的结构变形误差ε2被消除、检测装置的测量误差主要取决于电视系统分辨率和激光器光轴漂移误差的结论,该检测装置测量的激光指向不确定度为1.87″。外场试验结果表明,通过该检测装置得到的检测结果进行误差修正后,激光发射精度满足使用要求,检测方法直接、简便,检测精度较高,该检测方法可以在工程实际中得到推广应用。     

一种平面小型化超宽带天线的设计

提出了1款小型化单极子超宽带天线。该天线印刷在厚度h=1.0mm,介电常数εr=4.4的FR-4环氧树脂介质板上,主要由类似矩形辐射面、阶梯型接地面组成,总尺寸为33mm×28mm×1mm,满足小型化的设计要求。天线具有3.1～12.5GHz的可用超宽工作带宽(相对带宽达到120.5%)、良好的全向辐射特性、较高的增益和较小的群延时。同时,为了抑制来自全球微波互联接入系统(Wimax,3.3～3.6GHz)或无线局域网系统(WLAN,5.15～5.35GHz,5.75～5.825GHz)的干扰,利用在矩形辐射单元上蚀刻不同长度的C型槽的方法,使天线分别在频谱3.16～3.93GHz或5.11～5.89GHz上具有带陷特性。另外,文中给出了超宽带辐射单元尺寸和陷波槽总长度的估算方法。     

激光发射系统光束指向检测方法研究

为测量激光发射系统发射激光的指向误差,针对靶板法检测过程复杂和折返镜法检测危险性大、光谱波段适用范围小的缺陷,提出了一种发射激光指向的检测方法,设计了一个发射激光指向的检测装置,介绍了检测装置的结构组成及工作原理,并对发射激光的指向误差进行了实测,得指向误差为4.3",分析了检测装置的主要误差源,得该检测装置的测量误差为1.7",外场试验表明,激光发射系统光束方向检测方法简便、快捷,测量精度满足外场使用要求,可以在工程上得到推广应用。     

激光平面测量系统的研究

介绍了一种可用于精密平面测量的新方法,以柱面透镜产生的激光平面作为基准平面,凭借激光平面的稳定性进行系统的精密测量。先利用激光平面产生系统将点光源变成线光源,即把线状光束变成光平面,位置敏感元件PSD安装在被测平面的测量靶上。测量靶一边移动,PSD一边拾取激光平面信号,经放大滤波、A/D转换、单片机（MCU）数据处理后,将结果输送到显示屏（LED）。     

Design of stabilized laser for optically pumped atomic frequency standards

The influence of a stabilized laser's fluctuations in an optically pumped atomic frequency standard is considered. It is important to use a laser with narrow linewidth and select the modulation frequency where the laser's free‐running frequency fluctuation at twice the modulation frequency is the lowest. Employing these considerations, the stabilized laser for our optically pumped cesium beam frequency standard is designed. © 2001 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 136(2): 31–37, 2001     

背景光作用下脉冲激光测距仪的设计

针对光电探测器受环境背景光干扰导致脉冲式激光测距仪测量精度下降的问题,结合激光测距系统的应用环境,构建背景光干扰下光电探测器的探测模型,分析了背景光引起的干扰对探测系统的影响。在此基础上,分别在发射、接收、光学部分进行有针对性的选型设计,从而达到抑制噪声光功率的效果。同时还提出了一种简化发射时刻鉴别电路的新方法,不仅缩小了电路结构,且易于实现。实验证明,系统在满足设计要求的条件下能有效的避免背景光的干扰,提高了系统的稳定性,且精度<5 cm。     

激光准直式汽轮发电机组轴系对中检测系统

针对影响汽轮发电机组检修进度的技术关键，研究基于准直激光线作为转子虚拟中心的机组轴系参数对中检测和调整方法。开发了由激光器、远程校正靶、伺服控制装置及特制坐标定心器等精密机构组成的自动检测系统。根据检测结果由专门开发的系统应用软件提供轴系对中调整的优化方案。该检测系统可有效缩短检修工期，提高机组发电可用率。