基于FFT超声波传输时间测量的误差分析

为精确测量高斯白噪声背景下超声波的传输时间,不仅要考虑传统相位差测量中的高斯噪声误差,还要考虑A／D量化误差所带来的影响。应用误差理论,推导了正弦信号A／D量化误差,并得到了总误差均方根公式,进而得出传输时间误差的计算公式。为了避免电路和传感器的干扰,采用传输距离不同的同源双路正弦发送信号。理论和仿真结果均表明：在超声波信号频率为40kHz、信噪比为25dB、采样点数为2048、A／D位数为11位、采样率为200kHz的情况下,传输时间的测量误差小于10DS;在超声波信号频率未知时,而其他条件相同的情况下,FFT相位差频率校正法也能很好地估计超声波传输时间。该方案的实现为实际工程应用提供了依据。     

提高双斜A\D转换器精度和分辩率的新方法(一)

目前,双斜A/D转换器由于固有的优点在低速A/D转换中获得了普遍的应用。双料转换是低速数字测量的核心部分,它的误差对整个测量系统精度和整机线路结构起决定性的影响,因此各专门厂家都很重视提高双斜A/D转换器的精度和分辨率。本文介绍一种提高双斜A/D转换器精度和分辨率的新方法,其特点是线路简单、易于实现,这对于实现高精度、高分辨率的数字测量是很有意义的。本文分两部分两次刊出:一、具有数字自动校准的双斜A/D转换器的原理和特点;二、实验线路及实验数据分析。     

DDS技术和FPGA在多功能信号源中的应用

针对信号源频率分辨率低、变频速度慢、频率准确度低、开发更新周期长等问题,采用四级流水线技术和EDA工具,设计并实现了一种以FPGA、高速D/A和低通滤波为核心,基于DDS技术的多功能信号源,并对DDS误差进行了分析.实验测试结果表明该系统硬件电路简单可靠,能够产生幅度和频率可调的正弦波、方波、三角波和锯齿波,频率范围在1×10-8～40MHz,频率分辨率可达0.01Hz,频率准确度在±0.1%内.具有频率分辨率高、处理速度快、输出灵活等特点.     

电参量微机测量中随机误差的分析及抑制

随机误差是影响电参量微机测量精度的主要因素之一.电参量微机测量的环节诸多,产生随机误差的原因也多种多样.分析了电参量测量中随机误差的产生原因;针对其中原因明确的多种随机误差,如:交流采样同步误差、A/D量化误差、有限字长误差、前置输入通道增益随机偏差等,分别提出了频率跟踪及软件同步改进、适当增加A/D芯片位数及采样点数、数字调零及增益自动校准、采用浮点数或较长定点数等等相应的抑制措施;对其它原因不明、或数量众多难以一一处理的随机误差,提出了剔除不良值、数字滤波等数值处理方法.这些措施和方法可显著减小随机误差,提高测量精密度;且一般用软件即可实现,不增加装置成本.它们大多已应用于电力智能测控仪器的设计中,并在实践中取得了满意的效果.     

基于时-空关系的精密测量技术及光频测量的新途径(摘要)

在光和电磁信号传输的高准确度、稳定度和高速度的基础上,常常可以以它们为中介实现长度-时间转换的精密测量.例如,用无线的方法实现的精密定位和导航就是很好的例子.被测的长度量常常表现为相应信号的传输时间和典型的传播速度,如光速的乘积.但是,近年来由于频标技术的发展和高精度频率源的广泛使用,对于频率信号的比对和测量精度的要求越来越高.测量精度常常接近于或者优于ps以及在现有的测量技术中设备的成本的降低使得我们发展了一种基于时间-空间关系的时间间隔测量技术.这是考虑到短时间间隔在传输延迟上的可测性以及对于测量方法的可控性来实现的.纳秒到皮秒的测量分辨率从时间间隔的角度来看是很短和很精密的,具有测量上的难度.但是,以信号传播的高速度如光速为中介,纳秒和皮秒所对应的信号传输延迟分别是大约30 cm和0.3 cm.这样的长度信号正好是很便于测量和处理的.所以利用信号的传输延迟通道,把短的时间间隔转换成为长度量进行测量和处理是一种有效的测量途径.传输延迟通道既可以被量化分段,又可以作为信号进行模拟方式的比对载体.经过大量的实验,以常用的同轴电缆作为传输延迟通道的时候信号的传输速度比光速要慢,根据导线的不同常常是20 cm/ns左右.通过这种测量技术的发展,探讨了在不同传输媒介中的信号传输速度及其稳定度.     

感应同步器位移数显表中两个问题的分析

本文对感应同步器数显表中运动速度与误差的关系及D/A转换中函数变压器的省略问题,作了初步探讨。认为在测量脉冲与激磁信号相位相差90°时,运动速度不会造成测量误差。如改变测量时间,则可作为一种速度传感器使用。函数变压器中的省略只会造成电压误差,不会造成测量误差。     

TMS320LF2407A在莫尔条纹的新型细分方法中的应用

在数字化转台伺服系统中,常用的位置传感器是光电轴角编码器。传统的位置测量系统,是通过对其莫尔条纹的细分,及对精粗码的校正,来达到高精度位置测量的要求。本文提出了一种新型的细分方法,它充分利用TMS320LF2407A运算速度快、处理数据能力强的优点,通过对计数器内数据的计算,达到了对电机运转过程中实时位置测量的目的,其测量精度(即最小分辨率)由所选DSP的运算速度决定。该方法避免了机械上对精码的刻划、电子学上对精粗码校正及A/D转换等误差对细分结果的影响。实践证明该方法简单、便于操作、可移植性好,对编码器技术指标的提高具有较强的实用价值。     

高分辨率地震仪∑ΔA/D转换器的噪声整形

通过对∑ΔA/D转换器中的∑Δ调制器的分析,提出了对∑ΔA/D转换器的噪声整形的基本理论,为设计具有高分辨率的地震数据采集站提供了理论依据. 结合ΔA/D转换器的具体电路结构,分析了基本环路滤波器和高阶滤波器滤波方式的噪声整形技术对A/D转换器分辨率的影响. 结果表明,在∑ΔA/D转换器中,利用适当阶数的高阶∑Δ调制器的噪声整形作用,可以使信号在A/D转换时的量化噪声转移到有效信号频段之外,再使用数字滤波器滤除带外噪声后,可以有效地实现地震仪中24位高分辨率的模数转换.     

不同量程信号融合抑制噪声新方法

针对高精度测量电路中采样通道和模数转换器(A/D）产生的噪声对精度的影响问题，提出了对同
一信号采用多通道同时进行采样，并结合多通道数据相关叠加算法对数据进行融合来减小测量噪声的新
方法.在实际测量过程中，利用A/D在不同的量程下信噪比不同的特点，采用一个固定量程的通道和一个
可变量程（随着信号量值变化而变化）通道同时对信号进行采样;这样,在降低噪声的同时还可以提高信
号的分辨率.实验证明，该方法能有效抑制噪声，保持测量的最高分辨率.此外该方法具有很好的实时性
，适用于高速信号处理的场合.     

长度游标与群周期比对相结合的频率测量方法

为了提高频率信号测量的分辨率,根据信号的时空转换关系和群相位重合检测技术,提出了一种基于长度游标的超高精度频率测量方法. 光和电磁波信号在空间或特定介质中的传递速度是高度准确和稳定的,利用这一自然现象对被测时间信号与其在长度上传输延迟的重合检测来测量短时间间隔,可较易获得ns到10ps级的测量分辨率. 该方法利用信号在导线中传输时延的稳定性形成长度游标,大大减小了标频信号与被测信号间相位重合信息中的模糊区,有效地逼近了最佳相位重合点,提高了测量精度. 信号传递速度的稳定和准确特性使测量精度比传统基于频率处理的方法更高,价格更有优势,而且能解决特高频率的测量问题.     

Phase noise measurement based on the regularity change of phase difference group

A method for phase noise measurement is put forward based on the regularity change of the phase difference group and the frequency relationship between the signals. The technology takes advantage of the phase difference relationship affected phase fluctuant change between the periodic signals in nature. The ± 1 count error can be eliminated by building the measuring gate using phase coincidence detection to measure phase difference group synchronization between reference and measured frequency. The comparison and processing can be completed between the same or multiple frequency signals. The phase noise measurement can be realized in this condition so that the carrier frequency is inhibited in order to extract the information on the signal phase noise. The high resolution phase measurement can be realized in the frequency range of 1～190MHz.     

一种全面响应时间的频率稳定度测量

为从本质上反映不同频率源的频率稳定度随响应时间的变化规律,提出了一种可以测量全面响应时间的频率稳定度的方法．该方法在数字环境下,应用数字边沿效应抑制量化误差,并结合数字双混频时差法测量信号间的相位差,通过相位差得到全面的频率稳定度指标．实验证明,该方法在自校的条件下,100ns的频率稳定度能够达到10^-5,秒级稳定度能够达到10^-12,一天的频率稳定度能够达到10^-16．     

运动视觉系统误差建模

为了充分利用图像信息,运动视觉系统需要定量处理测量误差,特别是像素量化效应导致的不确定性。在提出一般运动视觉系统特点特征误差的正态概率模型的基础上,用特征坐标的期望值和协方差矩阵之逆来描述位置的不确定性,其扩展形成建立了二维图像点和三维特征点位置不确定性的统一描述。     

时延单元量化误差分析及宽带相控阵数字波束形成

分析了模拟延时线的量化误差会造成信号功率及信号距离分辨率的降低，在基于子阵和发射为线性调频信号的前提下．提出了一种宽带数字接收波束形成方法．该方法先对接收信号拉伸处理和低通滤波．然后在子阵间时域相位加权实现宽带数字波束形成。低通滤波后的数字采样和信号处理均可在低的速率下进行．太大降低了运算量且容易实现。通过计算机仿真得出．数字方法消除了量化误差的影响．波束形成性能比模拟延时线方法有较大的提高．     

基于FPGA的变压器介质损耗的在线监测系统

设计了一种新型高精度的数字变压器套管末屏介质损耗在线监测系统.通过利用FPGA(现场可编程门阵列)作为主控芯片,同时实现系统测频、相位差校定等功能,可以有效消除由于硬件电路元件参数不一致及元件零点漂移等原因引起的相位测量误差,同时考虑到电源频率波动、电网谐波影响等原因引起的频谱泄漏和栅栏效应带来的误差,采用加窗FFT算法对介质损耗角进行软件计算.通过软硬件方法结合可以大大提高系统的测量精度,同时可以充分利用FPGA的并行处理能力实现多任务及内部IP核来极大的简化系统硬件结构设计.经过实验室和现场测试结果表明,该系统具有较高的测量精度.     

宽带相控阵雷达发射波束零点形成方法

在发射为线性调频信号的基础上．提出了一种宽带子阵数字发射波束形成新方法．该方法用数字权和时变相位权代替传统宽带子阵延时线方法波束形成中的移相器和时延线．这就避免使用存在量化误差且昂贵的模拟时延单元．此外．子阵内数字权可通过窄带波束零点形成的方法来构造并加宽凹口．最终实现了宽带发射波束零点形成．最后．计算机仿真证明了宽带数字方法能保持发射波形距离高分辨率并且可在干扰方向形成零点．     

一种高性能的全数字锁相环设计方案

针对实现参考频率和输出的频率近似相等或者近似成整数倍关系时遇到的锁相环设计方案复杂以及高性能的模拟锁相环不适宜于集成化问题,设计了主要由模数转换器、全数字式鉴相器、数字式低通滤波器和数控振荡器等构成的全数字式锁相环。主要利用模数转换器在动态量采集时具有的边沿效应从其采集的大量数据中选择出精度更高的数据用于后级的全数字式鉴相,实现了一种全数字式锁相环。实验结果表明了该方案的正确性及其具有锁定精度高和环路的本底噪声低等特性。     

差频相位法光速测量系统误差及精度分析

差频相位法光速测量系统只需较短的距离,就能快速、方便、较高精度地对光速进行测量,非常适合学生实验和演示实验。作为一个自主设计的实验系统,误差控制是一个不可回避的实际问题。从差频相位法测量光速的基本原理和测量过程出发,全面分析了该设计系统存在的各项主要误差,提出了控制误差的方法和措施,并对该系统的精度进行分析计算。为测量系统的设计、调试和测量方法的确定提供了较强的理论和实验指导。     

电力参数测量误差分析及改进方案的实现

分析了电力参数微机监测中的直接采样计算法与谐波分析法的误差 ,并提出了减小误差的方法。采用硬件锁相倍频技术和加窗的复序列FFT算法 ,研制了电力参数网络化测量装置 ,给出了装置软硬件设计方法 ,采用了高速A/D转换器ADS7864实现对 6路信号同时采样 ,避免了由于不同时采样而造成的相位差 ,提高了测量的精度