FPGA在摊铺机自动调平系统中的应用

本文利用现场可编程门阵列(FPGA)设计了一种摊铺机采用的超声波测距系统,该测距系统由六路超声波换能器构成,利用FPGA来完成时间的测量,由单片机AT89C51完成信号的启动以及数据的处理,能够克服环境温度及其它因素的影响,大大提高了系统的检测精度和灵活性,而且系统的集成度高,便于进行系统功能升级。     

PSOC实现电机转速的检测与控制

超声波电动机是近年来发展起来的一种新型电机,它的发展和应用离不开超声波电动机的驱动控制技术,并且在很大程度上驱动器的性能决定了超声波电动机的性能。PSOC(Programmable System-on-Chip)是一款单片片上功率系统,包含丰富的可编程模拟模块,还有专为触摸设计的CapSense模块,内置微处理器和数字模拟外设,是具有真正混合信号处理能力的可编程片上系统。本文主要介绍了PSOC技术在行波型旋转超声波电动机驱动的直线位移机构步进运动控制系统中的应用。     

基于DDS和FPGA的数字式多脉冲激励超声检测系统设计

针对现有超声波检测系统发射脉冲单一、设计复杂等不足,设计一个以现场可编程门阵列(FPGA)为核心的数字式超声检测系统。采用直接数字合成(DDS)技术,通过可编程方式控制超声波激励信号的产生。检测系统能够针对不同检测需要,灵活设置和选择不同波形、频率、脉冲宽度和脉冲数的激励信号,从而提高检测能力和适应性。试验结果表明:多脉冲激励方式能够在较低的激励电压下,获得更强的超声回波信号,实现工件内部更深范围内缺陷的有效检出。     

基于商用现成器件设计星载计算机关键模块的研究

针对空间机器人星载计算机的高性能、高可靠、小质量、低功耗和低成本的要求,采用商用的现成产品(COTS)设计了一个星载计算机系统.该系统以ARM处理器为数据处理核心,采用双机容错结构,实现了基于现场可编程门阵列(FPGA)的硬件检错纠错技术,以及基于复杂可编程逻辑器件(CPLD)的ARM与CAN控制器之间的总线转换桥技术、多级看门狗技术和具有闩锁处理的电源等关键技术.实验结果表明该系统可满足空间机器人的需求.     

油品含水率智能化检测系统设计

针对当前成品油含水率实时检测的实际需求,提出一种基于密度检测原理的非接触式成品油含水率及油位智能化检测系统的设计方案,应用超声波及差压传感器对成品油库内的油品含水率进行实时非接触式的全自动检测。该系统基于可编程片上系统进行设计,用于实现油位、油压和现场温度的测量以及实现测量结果的显示、人机交互等功能。     

全数字控制超声波金属焊接电源的设计

针对超声波金属焊接工艺的需求,设计了一种全数字控制的超声波焊接电源。该电源采用ARM嵌入式处理器,WINCE多任务操作系统,具有能量、时间及峰值功率控制模式。主电路采用移相方式控制全桥变换器,提出了一种新型的电流有效值偏差频率自动跟踪方法。电源同时具有自动谐振频率点搜索与存储、可编程的缓启动、可编程的幅度阶梯输出控制、可编程次品检测控制、基于ModBus协议的RS232/RS485通信接口等功能。     

燃气用具旋塞阀可靠性试验装置系统设计

本文详细叙述了基于可编程控制器(PLC)的旋塞阀可靠性耐久试验装置系统设计,重点介绍了系统中的硬件选择方法和软件设计过程,以及PLC控制机械传动系统的工作原理。该系统可满足中国、北美、欧洲和日本等地区燃气用具旋塞阀标准的要求。     

超声波塑料焊接温度测量系统

建立了基于惠普可视化工程环境(HP VEE)的实时温度测量系统来测量超声波塑料焊接的温度;并介绍了 HP VEE 的功能、该温度测量系统的组成和采用该系统进行的超声波焊接 PVC 塑料的温度测量试验. 试验结果表明超声波塑料焊接的焊接区温度具有快速升温和快速降温的特点, 在降温过程中由于焊接压力的作用会出现短暂的温度平台, 也说明该测温系统适用于超声波塑料焊接温度测量.     

基于FPGA的高精度液体密度测量仪设计

针对传统液体密度测量仪测量精度低、维护不易、不能实时测量的问题,设计一种高精度超声波液体密度测量仪。系统采用现场可编程门阵列(FPGA)作为核心控制器,采用超声波传播时间测量方法——整零分测技术,通过精确测量超声波在待测液体中一定距离下的传播时间,再结合超声波在液体介质中传播时传播速度受液体介质密度影响的特性,来间接实现该待测液体密度的精确测量。实验测试结果表明:系统测量绝对误差小于0.000 4 g/cm3,相对误差小于0.04%,满足工业生产使用标准,具有较强的推广价值。     

升降横移式自动化立体停车系统设计

为了提供空间停车位以提高停车场的停车能力,基于升降横移原理设计了一种3层4列10车位机械式立体停车系统。该停车系统以西门子S7-200可编程逻辑控制器(PLC)为主控制核心构建控制系统的硬件平台,基于组态软件力控6.1实现车库运行状态的实时监控,采用模块化思想编写控制程序并进行调试。试验结果表明,该车库运行稳定可靠,可以便捷地实现刷IC卡自动存取车。该停车系统可解决居民区停车乱、停车难的问题,具有一定的应用和推广价值。     

多峰超声振动系统频率自动搜索和跟踪

在大功率超声应用中,由于超声振动系统具有多峰性,超声振动系统的频率搜索和频率跟踪非常困难。文中用实验的方法研究多峰振子与振动系统的电流电压相位和电流大小关系,以及工具头的横向尺寸与振动系统主峰频宽之间的关系。根据实验规律,文中采用相位和电流双参数对振动系统的谐振状态进行判别,并在20kHz超声塑料焊接机上进行频率搜索和频率跟踪实验,实验表明双参数频率搜索和跟踪的方法是可行。     

一种基于DDS的三频点标准超声功率源的设计

结合理论方法研究和具体硬件的设计,提出一种基于铌酸锂单晶基片的三频点标准超声换能器,由单片机控制DDS芯片产生3种频率的正弦信号,经过高频运算放大器电路,对标准超声换能器激励输出标准超声功率,从而形成三频点标准超声功率源,可作为一种超声功率传递标准。三频点标准超声功率源实现了18.9MHz高频超声波的输出。和英国NPL测量比对的结果显示,3个频率点上的超声功率值误差均不大于±5%,验证了三频点标准超声功率源输出数据的有效性。     

Long-Term Stability of the NIST Standard Ultrasonic Source

The National Institute of Standards and Technology (NIST) Standard Ultrasonic Source (SUS) is a system comprising a transducer capable of output power levels up to 1 W at multiple frequencies between 1 MHz and 30 MHz, and an electrical impedance-matching network that allows the system to be driven by a conventional 50 Ω rf (radio-frequency) source. It is designed to allow interlaboratory replication of ultrasonic power levels with high accuracy using inexpensive readily available ancillary equipment.The SUS was offered for sale for 14 years (1985 to 1999). Each system was furnished with data for the set of calibration points (combinations of power level and frequency) specified by the customer. Of the systems that had been ordered with some calibration points in common, three were returned more than once to NIST for recalibration. Another system retained at NIST has been recalibrated periodically since 1984. The collective data for these systems comprise 9 calibration points and 102 measurements spanning a 17 year interval ending in 2001, the last year NIST ultrasonic power measurement services were available to the public.These data have been analyzed to compare variations in output power with frequency, power level, and time elapsed since the first calibration. The results verify the claim, made in the instruction sheet furnished with every SUS, that “long-term drift, if any, in the calibration of NIST Standard Sources is insignificant compared to the uncertainties associated with a single measurement of ultrasonic power by any method available at NIST.”     

基于声功率的液体中大功率超声场的评价方法

为解决超声清洗中超声设备性能的评价,以及工程应用中超声强度的选取和控制问题,提出了一种根据声功率大小来测定声场强度的评价方法。制作了一个专门的超声清洗系统,并用瓦特计法测定清洗液中得到的声功率,同时用一个探头从清洗液中提取信号;通过测量清洗液中的声功率与探头输出信号电压间的关系,用数字形式来显示超声场强度。用此法对不同清洗槽进行测量,结果表明,该方法可以作为工程中大功率超声场的一种评价方法。     

超声波甘草酸提取动力学模型

为超声波甘草酸的提取提供理论依据,以超声波强化机理为基础,对现有的中草药浸取动力学方程进行改进,提出了一种含超声功率、超声频率和提取温度的超声波动力学模型。采用Origin7.5软件中的功能模型来预测动力学模型参数即甘草酸平衡浓度和提取速率系数,建立了用于预测甘草酸浓度随超声功率、超声频率、提取温度和时间变化的动力学模型。数值仿真结果显示,模型预测的最大相对误差仅为8.74%,表明建立的动力学模型具有较好的拟合度,因此对超声波甘草酸提取工业具有一定的理论参考价值。     

超声脉冲电沉积法回收含铜电镀废液中铜的工艺研究

采用超声脉冲电解法从含铜电镀废液中回收铜粉,系统研究了电流密度、占空比、脉冲频率、温度、超声功率等因素对铜粉回收率和剩余铜离子浓度的影响,并采用SEM、XRD等对所回收的铜粉进行表征。研究结果表明,各因素对铜离子回收率影响规律不同;较优的铜粉回收工艺为:电流密度1000A/m2、占空比50%、脉冲频率1000Hz、温度40℃、超声功率640W,在此工艺下铜离子的回收率达98.75%,所回收的铜粉呈枝晶状;加入表面活性剂十二烷基苯磺酸钠可使铜粉从枝晶状转变为类球状。     

基于STM32的大功率超声电源的研究

油田近井处理需要的大功率超声电源具有容量大、频率稳定、输出功率因数高的特点。在实际应用中,为了有效地将井内激发的大功率超声振动能量通过套管井的井内液体、套管和水泥环送入声学参数不同的地层,套管井的声学参数需要随时测量,作业参数需要实时调整。为此,选择了数据处理功能比较强的STM32单片机。基于其精确的定时器实现脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation,PWM）输出,提供IGBT工作所需的波形;用其双路A/D同时采集作业时的电流和电压波形;用数字信号处理的方法快速处理电压和电流波形的相位差及幅值比,以此为基础调节发射波形的频率,使其与套管井条件下探头的谐振频率一致,实现频率跟踪和有效激发;借助于理论模型进一步处理电压和电流波形,获得套管井条件下的声阻抗,以便监测作业过程中套管井的声阻抗变化。     

一种大功率超声换能器的设计

基于超声换能器设计理论,提出一种大功率超声换能器的设计及工程计算方法。该换能器由纵向振动夹心式换能器、半波长圆锥形变幅杆和盘棒式工具头组成,根据设计参数及特点,实际制作换能器,通过测试该换能器频率f=20.24kHz,标称功率可达1500W,符合设计初衷。进而验证了这种计算方法的可行性。该换能器可用于污水处理、油田开采及生物柴油等领域的技术开发中,具有推广价值。     

锁相环跟踪超声振动系统谐振频率的改进

锁相式频率跟踪超声发生器的频率跟踪范围较小且易出现死锁现象,通常要人为重新启动,系统才能恢复跟踪状态,在应用时会带来麻烦。根据超声振动系统的等效电路研究其阻抗特性,并通过实验绘制换能器特性曲线,分析应用CD4046跟踪串联谐振频率容易造成死锁的具体原因,提出带解锁的频率跟踪系统的方案。实验结果表明此方案有较大的跟踪调节范围与较强的适应负载变化的能力,对超声发生器的具体应用有一定的参考意义。     

基于自易校准技术的柱面会聚波超声功率测量研究

基于自易校准技术研究了柱面会聚波超声功率的测量方法。首先从定义柱面会聚波的互易常数、自由场发送电流响应及电压灵敏度等电声特性参数开始,重点讨论了反射系数及衍射修正系数的计算方法,推导了凹圆柱面聚焦换能器声功率自易测量计算的表达式。然后,将实测结果与辐射力法的测量结果比较取得很好的一致性。通过实验证明了自易校准法应用于柱面会聚波超声功率测量的合理性和可行性。