低成本智能仪表A／D转换器的设计

介绍一种低成本智能仪表A/D转换器电路.根据阻容电路放电原理,利用单片机内部定时器进行放电时间的测量.在单片机时钟频率为12MHz,测量分辨率为8位的情况下,A/D转换的最长时间为256μs.     

音频信号分析仪

系统采用Atmega128单片机作为主控制器,并运用快速傅里叶变换(FFT)对音频信号进行频谱分析。输入音频信号经过双门限电路处理后,一路送入A/D采样,另一路经真有效值电路转换后送入A/D采样,结果经单片机处理,最后送液晶显示。该系统测量信号频率范围覆盖20 Hz～10 kHz,电压峰值范围10 mV～10 V,FFT得到的频谱分辨率为20 Hz,最终可得到音频信号的频谱与正弦信号失真度。     

基于游标原理的A/D转换方法及其应用

为了解决大量程精确测量中对分辨率要求高的问题,研究一种基于游标原理的A/D转换方法.具体方法是将待测模拟信号分为基准大量程主信号和小量程高精度的辅助信号,分别A/D转换后进行合成.利用常规分辨率的A/D转换器、单片机、运算电路可实现基于游标原理的A/D转换系统.将该方法应用于新材料的电阻温度曲线测量,应用结果显示该方法非常适合精确测取被测信号的微小变化量,即使在小信号输入情况下,仍能取得满意的测量效果.分析和实验表明:该方法可将测量器具的不确定度对测量结果的影响大大降低,可以使用常规精度的测量工具完成大量程精确测量;只要系统的灵敏度和稳定性高,被测量与基准量的差值越小,测量结果精度就越高.     

超声波流量计高分辨率A/D转换电路设计与实现

针对高精度时差法超声波流量计的时间差信号采集问题,采用一款双通道12位低功耗单片CMOS模拟数字转换器ADC12DL040芯片设计并实现了超声波流量计ns级时间差的高分辨率数据采集,给出了A/D芯片外围引脚电路设计,软件流程图和关键代码,实现了400 kHz输入频率,8 MHz采样频率的超声波时间差高分辨率实时采样.     

一种提高超声波多普勒流量计测量精度的方法

由于强噪声背景下的多普勒超声波回波信号属于微弱信号,传统谱分析方法对微小多普勒偏移量的测量误差较大,使得现有的超声多普勒流量计在应用范围和测量精度上受到限制,因此提出采用Zoom FFT结合卡尔曼滤波来提高多普勒流量计的测量精度。文中首先采用Zoom FFT来提高多普勒回波信号的频率分辨率,然后通过卡尔曼滤波器递推跟踪频率偏移值,最后在Matlab环境下实现了Zoom FFT算法和卡尔曼滤波算法。现场测试结果表明:采用Zoom FFT结合卡尔曼滤波可以提高流量测量精度。     

基于ARM的超声波液位计的设计

液位测量广泛应用于石油、化工、污水处理等领域,针对传统液位计测量时存在的弊端,设计了一种基于ARM的超声波液位测量系统。该系统以ARM为开发平台,硬件部分设计了超声波驱动电路、回波信号处理电路、滤波电路、A/D转换电路以及RS232通信电路。硬件设计时采用复位电路来保证系统的正常运行。软件设计时采用声速补偿、滤波等方法减少误差,提高系统稳定性。实验表明,该超声波液位计使用方便、精度高,可满足工业生产中对液位测量的要求,具有一定的工程价值。     

车轮踏面裂纹检测系统中数据采集电路的设计与应用

针对裂纹检测系统中EMAT回波信号的采集,设计制作了相关的硬件电路。采用EPP并口模式对电磁超声数据进行采集,采集卡选用AD9057作为A/D采样保持转换器以及IDT公司推出的先进先出(FIFO)存储器芯片;系统时钟采用一片74LS74进行分频以实现频率可调,供给AD9057采样脉冲和IDT7203写FIFO脉冲;延时外触发电路采用最外一个触发VMOS管的信号,接入一个74121单稳态触发器中,延时后触发FIFO复位信号;采样频率设定为5 MHz。完成数据采集电路的调试后,用于实验室钢板裂纹信号检测,可以观察到频散的板波波形。结果表明,设计开发的EMAT数据采集卡能够成功地接收到由于遇到缺陷而引起衰减的回波,可以有效地检测出裂纹。     

基于小波变换的超声到达时刻检测

针对目前超声到达时刻的测量精度不高,提出了一种基于小波变换的超声到达时刻的检测方法。采用DSP技术,以TMS320VC5402作为控制芯片简化硬件设计,提高数据处理能力;进行信号有效范围检验,A/D采集超声回波数据,利用小波变换方法对超声波回波信号进行去噪处理;提出了基于能量阈值法的基峰确定的过零检测方法,精确计算超声波传输时间。实验表明,该方法能够实现ns级精度的检测,为超声测距、气体流量及浓度检测、压力检测等超声检测提供一种高精度的实时性的检测方法。     

基于工业以太网的液位变送器

设计了超声波的发射、接收及放大电路,并采用高速模数转换电路使接收的回波数字化.利用基于ARM7TDMI-S内核的LPC2210微控制器,通过数字信号处理来求取超声波传输时间,从而换算成液位测量值.利用DM9000A设计了以太网接口电路,通过软件编程并采用基于工业以太网技术的UDP通信实现了液位变送器的联网,使液位测量数据进入互联网进行远程监测及数据共享成为可能.     

基于S3C2440A的时统终端系统的设计

S3C2440A是一款16/32位RISC微处理器,具有强大的控制和信号处理能力。S3C2440A集成了8路10位A/D转换模块,支持快速的A/D转换,并带有采样保持电路,具有内部参考电压发生器,将其应用在IRIG-B码(AC码)的解调中。IRIG-B码是标准时间码格式之一,广泛应用于靶场时间信息的传递和各系统的时间同步。详细介绍了IRIG-B码信号解码和编码技术的原理及方法,自动增益电路和过零检测电路的硬件设计。S3C2440A的软件采用C语言编写,使程序有很强的可移植性。结果表明:该系统解码精度高,运行稳定,具有较强的抗干扰能力和实际应用价值。     

基于伪随机序列自相关的多传感器测距系统

针对单脉冲回拨方式的超声测距方法存在抗干扰能力差和不能全方位检测环境信息等缺陷,开发了一种多传感器测距系统。该多传感器超声测距系统基于伪随机序列自相关原理,通过对发射信号和回波信号进行相关运算精确的捕捉其相位差来计算渡越时间。以现场可编程门阵列(FPGA)为核心器件,结合超声回波的特点设计了能抑制和隔离电路中噪声的回波微弱信号接收电路、多路模数转换电路和相应的软件系统;提出了适用于该系统的误差校正方法。FPGA仿真结果表明,在误码存在的情况下,设计的基于自相关的回波信号识别系统可以很准确的消除超声串扰和计算出渡越时间。     

基于STM32与FPGA的数字示波器设计

为实现高采样率、宽频带的数字示波器,设计了以STM32和FPGA为控制核心的数字示波器。硬件平台主要采用了AD603电压程控增益放大器作为前端信号调理电路,ADS830高速宽带模数转换器和IDT7208高速缓存作为数字采集电路,以Labview界面显示。另外,通过采用自适应频率采集处理算法采集和还原信号波形。经实验测试,性能达到设计要求。     

基于超声透射时差法的金属棒缺陷检测研究

本文提出了一种基于超声透射时差法检测缺陷的方法。首先对超声探头的声场特性分析研究,完成回波信号的转换和调理;然后控制时间数字转换器,得到回波信号的时差值;将采集到的不同时差值进行算法分析,并用数字信息量化出缺陷值,最终转化为可视的二维数据图。通过设计的系统对黄铜棒进行缺陷检测,采集的回波信号时差值的分辨率可达125 ps,缺陷测量误差小于±0.01 mm,径向和轴向分辨率可达0.007°,最大测量直径30 mm。实验结果表明缺陷检测系统具有较高的稳定性、可靠性和灵敏度。     

Ultrasonic defect detection of a petroleum pipeline in a viscoelastic medium

During detection of the defects in the inner wall of a petroleum pipeline via an ultrasonic nondestructive evaluation method, the defect echo and the inner-wall echo often overlap. It is difficult to identify the arriving time of the defect echo. When an ultrasonic wave propagates in a viscoelastic medium, the stress relaxation and creep deformation result in a signal characterized by frequency. The wave speed and attenuation rate are dependent on the frequency; thus, the ultrasonic signal has different shapes along the wave propagation path. Sometimes the wave shape is wry. The empirical mode decomposition technology used for separating the overlapping echo signals has been presented in this paper. With such technology, the original ultrasonic signal can be decomposed and then some intrinsic mode functions (IMFs) and a residue can be obtained. Different IMFs contain different echo signals. Some useful IMFs are selected to reconstruct the ultrasonic signal. The peaks of the reconstructed ultrasonic signal envelope indicate the arriving time of the echo signals. The experimental results show that this method is effective for detection of the defects in the inner wall of a petroleum pipeline. The text was submitted by the authors in English.     

基于高频柱面超声导波的螺栓轴向应力测量

基于金属杆件中高频超声导波的传播特性,提出使用柱面导波高阶不同模态群速度比值的单探头螺栓轴向应力测量方法。使用数值方法求解考虑晶粒散射衰减的Pochhammer-Chree方程,得到了导波群速度衰减系数频散曲线,并分析了其在高频区的传播规律。结合非线性声学以及弹性力学理论,推出基于群速度比值的螺栓轴向应力测量方法。搭建超声应力测量平台,讨论了脉冲超声激励下的实测导波信号特点并提出使用经验小波算法对信号进行模态分解,有效获取了信号中特定模态的群速度。使用该方法以及传统的纵横波声时比法进行了螺栓轴向应力对比标定和测量实验,结果表明前者平均测量误差约为4%,其精度明显高于传统方法(平均测量误差6%)且具有更简便的测量流程。     

带红外通讯接口的超声波测距仪

介绍一种超声波测距仪,它具有精确测量、显示和数据存储功能,并具有红外通信接口,可以将测量数据传输到PC机保存和分析。分析了空气中超声波测距原理,提出了通过温度测量修正超声波传播速度,提高空气中测量精度的方法。在此基础上提出了一种基于单片机的带红外通讯接口的超声波测距仪的设计,设计了超声波发射和接收电路、测温电路、存储电路和显示电路。设计了一种符合IrDA标准的红外通讯接口电路。编写了测距仪的相关程序,并用VB编写了PC机接口程序。     

金属材料小缺陷超声反射信号建模及识别

为了能从含噪声金属材料超声检测信号中有效识别出微小缺陷回波,建立了金属材料超声反射信号模型并提出了基于相关系数的微小缺陷回波识别方法。对含微小缺陷金属材料超声脉冲反射信号的成分进行分析,建立了基于散射声场与高斯回波理论的优化超声回波模型。设计了超声缺陷回波位置识别方法。该方法对超声脉冲反射信号去噪后,取探头发射脉冲信号为参考信号;然后与去噪后的信号逐段求解相关系数;最后对该相关系数序列进行阈值化处理,获得缺陷回波在超声回波信号中的位置。将利用上述优化超声回波模型生成的超声反射信号及其频谱与实验获得的金属材料超声反射信号及其频谱进行了对比,结果表明:两者的时频域特征具有一致性。当将阈值设定为相关系数序列最大值的60%时,能够有效从超声背散射信号中识别出金属材料微小缺陷回波。     

基于CAN总线的嵌入式超声波测距仪

介绍了一种基于CAN总线的嵌入式超声波测距仪设计,在该系统中主要采用微处理器作为控制核心,运用超声波传感器及相应的放大电路组成超声波的发射与接收电路.在发送与接收超声波信号时,通过微处理器和程序计算出发送与接收超声波的时间差,再由已知的超声波传播速度,求出障碍物与超声波传感器之间的距离.同时,微处理器可以对测量的数据结果进行处理后送到LED显示器进行显示,也可以通过CAN总线将数据传送给上位机,实现远程监视和网络控制的智能化仪表功能.     

基于CPLD技术的高速数据采集及其在流量计设计中的应用

介绍了一种新型的、基于CPLD高速数据采集技术的软件时差算法超声波流量计的工作原理和硬件组成。在数据采集电路中采用了高速复杂可编程逻辑器件的CPLD技术，芯片内设计有高速双口RAN、控制采样时序逻辑及CPU接口、总线等电路，采样速率高达80NHz，采样深度1kB，很好地解决了高精度超声波流量计软件时差算法对采样的要求，并可实现在线升级，大大提高了系统的整体性能。