最小二乘曲线拟合在DH-6001ZrO2分析仪中的应用

DH-6001 ZrO2 分析仪为在线实时氧含量监测仪,因仪器控制芯片浮点计算能力不强,直接用能斯特方程计算氧含量造成系统资源消耗过大,仪器不能实现快速响应.在介绍最小二乘曲线拟合原理的基础上,采用最小二乘高次多项式对测量数据进行拟合,实现了实时在线测量.     

冲击波测试系统中压力传感器的实时动态补偿实现

冲击波测试系统在测量爆炸冲击信号时,必须解决因传感器的有效带宽难以满足或覆盖被测信号而引起的动态测试误差的问题.为此,利用激波管来对传感器进行动态标定获取实验样本,采用QR分解和改进粒子群优化(PSO)算法进行逆滤波快速估计动态补偿滤波器的阶数和系数.因数字滤波器的有限字长效应,本文选取合适的系数及输出数据的量化位数,来满足测试系统的稳定性.为实现实时在线修正,设计了以FPGA为控制与处理核心的全并行单反馈动态补偿结构,对系统硬件补偿前后的动态特性进行分析.实验表明该补偿滤波器能够满足实际测试需求,能够显著地提高传感器的动态响应特性.     

基于FPGA和SHT21传感器的温湿度测量系统的设计

设计了一种以XC2S50型现场可编程门阵列(FPGA)和SHT21温湿度传感器为核心的数字温湿度测量系统;利用FPGA为核心实现对数字式温湿度传感器SHT21的通信控制,测量的数据通过上位机软件进行显示;系统设计使用VHDL语言设计,实现了性能和成本的最大平衡;测试结果表明,本系统不仅能够准确的测量出实时温湿度数据,还能快速反应周围温度环境的实时变化,并且达到了系统温度精确度要求的0.001℃。     

基于非共烧技术的高温压力传感器设计

设计一种基于氧化锆( ZrO2 )的高温非共烧陶瓷压力传感器.在已有的低温共烧陶瓷( LTCC)工艺的基础上,经过改进采用了高温非共烧技术进行陶瓷传感器的制作.先进行传感器基底的制作,再制作传感器的金属电路部分.这样解决了高温共烧技术中各材料高温烧结热膨胀系数不匹配的问题.传感器信号读取采用两个电感耦合的方式,实现了非接触压力测量.制作的传感器高温环境下力学特性稳定.测试结果显示:传感器的谐振频率随外加压力的增加而减小,其谐振频率变化对压力的响应灵敏度约为491. 10 kHz/bar.     

基于生物视觉的碰撞预警传感器

对拥有碰撞预警能力的小叶大运动侦察器(LGMD)神经网络进行化简,以参数化方式设计电路,网络参数可以通过串口在线配置.以此为核心设计了碰撞预警传感器,FPGA综合结果表明像素处理时钟最高可达178MHz.设计了专用测试系统进行验证,在实时模式下碰撞预警传感器根据摄像头输入正确进行碰撞预警;测试模式下用视频序列测试碰撞预警传感器,其输出膜电势与软件仿真一致,表明碰撞预警传感器继承相关软件工作的碰撞预警特性.测试系统也作为硬件加速器,加快LGMD算法运行.     

基于微机械惯性器件的GPS实时姿态测量系统

实现了基于微机械惯性器件的GPS单基线实时姿态测量系统,可以实时可靠地获得大范围作业系统的姿态信息.采用MEMS陀螺仪与倾角传感器构建的低成本惯性姿态测量系统(IAMS),由GPS测姿获得初始对准并控制误差传播,在发生丢星、周跳等情况时,利用IAMS实现单历元快速整周模糊度解算.同时实现了基于FPGA和浮点型DSP的硬件系统.实验表明:提出的方法能高精度、实时、可靠、稳定地获取姿态测量数据,满足测姿过程中计算量小、简洁易行的应用需求.     

基于氧化锆传感器的烟气氧量检测系统

设计了一种基于能斯特方程的烟气含氧量检测系统。选用氧化锆传感器,以MSP430单片机为智能控制单元,设计了热电偶的测温补偿电路、控温电路以及氧化锆传感器的信号处理电路。采用模糊控制算法,实现了传感器温度的恒温控制,简化了控制流程。实验证明：传感器温度可长期保持在（750±1）℃的范围内;氧含量修正方程有着良好的线性。     

中国微米纳米_基于电场的快速暂态过电压测量

提出了一种基于电场的VFTO测量方法,以实现气体绝缘变电站(Gas Insulated Substations GIS)开关操作引起的快速暂态过电压(Very Fast Transient Overvoltage VFTO)的测量.通过MEMS电场传感器测量GIS母线周围的电场,进行大量试验确定电场强度与母线电压的线性关系,并对传感器进行标定,实现VFTO的测量.从理论上对GIS变电站不同负载的VFTO建模并进行仿真数值计算;使用扫频法、方波响应法对电场传感器的响应特征进行了测试,高频截止频率>134 MHz;在实验室内进行了高幅值电压测量实验,在云南电网公司超高压试验研究基地进行GIS变电站现场VFTO测量实验,结果表明利用电场传感器能够进行快速暂态过电压的测量.     

基于FPGA的对击锤力能参数测量仪设计

为实现在锻造生产中对击锤打击能量、打击力等力能参数的测量,设计了一种基于FPGA与USB2.O的四通道、高速同步数据采集系统;硬件采用两个压电式加速度传感器和两个位移传感器,FPGA选用Ahera公司的EP2C5Q240I8,通过对打击过程中524 ms内的加速度和位移数据的采集,计算出力能参数,并通过USB2.0将数据实时上传到PC机进行处理;重点介绍系统硬件电路设计、USB2.0控制逻辑和FPGA内部状态机模块设计;系统采样频率达到1 MHz,数据传输速率达到30 MB/s,现场测试证明,该系统能够在强冲击、大振动环境下稳定可靠工作,为锻造质量控制提供了可靠的科学依据。     

皮卫星多传感器同步采集系统

针对多传感器实时同步采集的任务需求,基于数字信号处理(DSP)+现场可编程门阵列(FPGA)架构设计内部集成电路(I2 C)总线与同步启动信号相结合的自定义通信协议,通过虚拟直接存储器存取(DMA)与实时中断响应系统设计,实现数据采集、数据存储以及数据下传过程同步进行的皮卫星高精度多传感器实时同步采集系统.实测结果表明:系统实现了84路传感、100 Hz采样,同步精度优于10μs,系统已应用于某型号皮卫星.     

ZrO2氧传感器电极保护层的模拟

汽车尾气净化用ZrO2气体氧传感器的外电极表面常有陶瓷多孔层,用含有一个扩散孔的致密陶瓷构件(扩散障)模拟该陶瓷多孔层.测量了带扩散障的ZrO2气体氧传感器的伏安曲线,并对该伏安曲线进行解析和数学模拟.发现氧气在扩散孔中扩散受阻时引起了电极极化,其极化程度与直流电流大小、温度、扩散孔几何尺寸、氧气的浓度等有关.给出了相应的数学表达式,其模拟伏安曲线与实际测量结果能较好的吻合.     

自定义FPGA测试系统的设计与应用

根据CCD成像软件测试需要,提出了以virtex5系列FPGA器件为核心的软件测试系统,描述了系统软硬件结构,分析了软件测试功能和测试用例;对时序、功能、故障模式、可靠性等进行测试并讨论;采用FPGA测试充分发挥了并行运算处理的优势,并能够实现快速在线实时重构,实现实时测量;通过系统仿真和实际测量,验证了软件的各项性能指标满足设计要求,表明FPGA测试系统在实际的CCD成像软件系统测试中能够很好的模拟时序和故障状态,完成测试任务,可广泛用于航天、探测等领域.     

基于QPSO算法的传感器动态补偿方法及FPGA实现

为了解决在测试系统中由于传感器动态特性引起测试数据失真的问题,提出了一种基于量子粒子群优化算法(Quantum-Behaved Particle Swarm Optimization,QPSO)的传感器动态补偿方法;该方法依据传感器校准时的输入和输出数据运用QPSO算法得到最优补偿器模型及参数;为了将获得的最优动态补偿器运用于实时在线测量,将分布式算法引入到动态补偿器的硬件结构设计中,完成了传感器动态补偿器的高速并行FPGA实现。实验表明高速并行动态补偿器不但能够修正传感器的动态误差,而且其高速并行结构极大减少了对FPGA资源的占用率并有效的提高了系统等效吞吐率。     

基于纳米粒子吸附的甲基对硫磷传感器研究

将ZrO2纳米粒子用于有机磷传感器的构造,制成了电沉积ZrO2粒子层/金电极(ZrO2/Au)电流型传感器,可直接测定茶汤中有机磷农残的含量.以甲基对硫磷为分析目标物,研究了传感器的主要响应特性、选择性及再生性能,考察了溶液pH值、电化学参数等因素对传感器分析性能的影响.结果表明,该有机磷传感器在10～500ng/mL浓度范围内对目标分析物有线性响应,检出限为2.0 ng/mL.该传感器灵敏度高,非特异性吸附小,再生性好,使用简单,所用的二氧化锫纳米粒子层制备简单、操作方便,具有较大的应用潜力.     

一种高压开关综合数据采集与监测系统设计

高压开关是电力系统中实现电路分合控制的重要电力装备,对高压开关进行在线监测可以实时监测其运行状态,进而为故障诊断、预测、电寿命、绝缘等分析提供数据来源,可以提高高压开关整体运行可靠性和减少故障时间;数据采集与监测装置是实现这种在线监测功能的核心装置,基于FPGA+STM32双处理器架构的高速数据采集系统,利用FPGA灵活的可编程特性实现高速并行数据采集,利用STM32微控制器强大的处理能力和丰富的外围接口实现数据处理、控制和传输,FPGA和STM32之间通过FSMC接口实现快速数据交换;装置采集了高压开关设备多个传感器数据,通过工业串口液晶屏作为本地人机交互界面,同时以太网接口通过TCP协议上传数据给远端,实现了高压开关运行状态的在线监测。     

基于LabVIEW的磁浮车气隙传感器测试系统设计

磁浮车气隙检测常采用电涡流传感器,其在0 ～20 mm量程范围内非线性严重,在实际工作时需要进行非线性校正,同时传感器工作环境恶劣,属于易损器件,需要经常检测维护.设计了一种气隙传感器测试系统,该系统以现场可编程门阵列(FPGA)作为控制核心,使用LabVIEW编写人机界面,实现了磁浮车气隙传感器输出特性的快速测试与在线校正.系统具有硬件结构简单、人机交互友好等特点.实验结果表明:该系统可方便监测传感器内部原始特性,经该系统校正后的传感器输出线性度良好,能满足磁浮列车悬浮控制系统要求.     

电化学CO2气体传感器的制备及评价

采用空心氧化铝陶瓷管作为衬底,制备了以NASICON材料为固体电解质,Li2CO3-BaCO3二元碳酸共晶混合物为辅助电极的固体电解质的管式CO2传感器,对传感器电极材料进行分析表征并对传感器性能进行了测试。结果表明元件均对CO2气体具有良好的线性响应。当工作电压为6V时,加热温度约为550℃左右时,元件表现出很好的灵敏度特性,其灵敏度值能与由能斯特方程得到的理论值较好的符合。     

基于FPGA与FSM的高精度测角系统设计与实现

介绍了一种基于有限状态机(FSM)的高精度角度测量系统。该系统采用Renishaw高精度增量式光电编码器作为位置传感器来测量角度,在FPGA上用VHDL语言描述与仿真有限状态机,实现信号滤波与去抖,从而保证了计数器计数的正确性。在ARM9处理器上实现角度的实时计算,并控制转台旋转。在激光跟踪测量系统的工程应用中验证了该系统的正确性和有效性。     

基于改进同步迭代算法的矿井煤尘检测

为了对矿井煤尘颗粒进行实时监测,提出了消光法和过程层析成像技术相结合的消光层析法,设计了基于阵列式传感器的测量电路,在数据重建中引入了同步迭代算法(SIRT)对实验数据进行重构,并针对该算法速度慢的缺点提出了通过增加权重系数来提高速度的改进方法,以实现工业的在线测量.最后,对设计装置进行了实验分析,实验结果表明该装置能较好地实现煤尘颗粒的在线测量.     

基于FPGA的汽车点火线电阻在线测量系统

针对一般汽车点火线生产过程中,电阻值在线测量易受干扰甚至不能进行实时测量的情况,以FPGA和微控制器(MCU)为核心设计了汽车点火线电阻在线测量系统,提出并实现了改进的二次中值滤波抗干扰数字滤波算法。实际测量结果表明,电阻在线测量系统具有测量数据准确、工作稳定可靠的特点,可以用于汽车点火线生产过程中电阻值的在线连续实时测量。