FPGA平台上的远程静态应变测量系统设计

设计了一种基于FPGA和ARM架构的多通道远程静态应变测量系统.采用FPGA控制多通道模数转换模块实现多路应变信号的采集和数据处理,利用ARM和网络模块实现FPGA的控制及其与远程终端之间的以太网通信.系统可通过远程终端控制现场测量节点的参数设置和32路应变信号的采集、处理和存储.该系统采用模块化和通用化设计方法,可实现数据采集通道的减少与扩展,同时也可应用于其他数据采集场合.     

高速A/D芯片输入信号的调理电路

腔衰荡光谱DSP处理系统中,衰荡信号的数字化需要用高速A/D来实现。目前,高速A/D芯片对输入信号的幅值范围有着严格的要求,为保证输入腔衰荡光谱DSP处理系统中A/D芯片的信号满足其要求,并实现其性能最优化,文章设计了一套以峰值探测器、可变增益放大器、高速运放及C8051单片机为核心器件的高速A/D芯片输入信号调理电路。实验结果表明:该电路满足设计要求,同时,该电路还可用于其它需要对电振幅进行调理的场合。     

数据拟合点的截取对光腔衰荡法测量反射率的影响

利用光腔衰荡法测量反射率,探测器性能对衰荡信号的测量有很大影响,具有不同时间响应和灵敏度特性的探测器会得到不同的信号衰荡曲线起始点和信号淹没点.对于性能相同的探测器,在测量反射率不同的反射镜时,也会得到不同的信号淹没点.在数据拟合过程中,截取不同的数据起始点和信号淹没点,会得到不同的衰荡时间,从而影响反射率的测量精度.对衰荡信号进行对数变换,首次利用χ2拟合对数据进行处理,通过对有效拟合数据与斜率误差关系的分析,得到了最佳拟合数据点截取的方法.实验证明:此方法可有效处理无效光信号和噪声信号的分界点,给出了衰减时间的数据截取依据,有助于改善时间衰荡法测试的精度和重复性.     

基于折叠腔的光腔衰荡光谱技术研究

为了有效减小光腔衰荡光谱仪中光腔的体积,设计了一种Z型折叠腔结构,其外部尺寸仅为26.4 cm×8.5 cm×4.5 cm,展开的光腔长度为73.8 cm。采用傍轴高斯光束传输方程对实验光路进行仿真,通过调节两个凸透镜的焦距和位置,实现了光腔内激光模式与光腔模式的完美匹配,确保激光在腔内以横基模TEM_(00)模式存在。实验中,采用数字延迟脉冲发生器触发声光调制器,开断激光,并高速采集衰荡信号,验证了所设计的折叠腔在光腔衰荡光谱仪上应用的可行性。对实验数据进行指数拟合,所得最大残差不超过0.004μW,衰荡时间为0.852μs,与理论计算结果相符。所设计的Z型折叠腔结构紧凑,可用于商业化小型光腔衰荡光谱仪。     

基于FPGA的宽带ADC数据采集系统的设计

为了解决射频仿真系统宽带信号采集和处理问题,设计了一种基于FPGA的数据采集系统,系统采用ADC08D1000对宽带信号进行实时采样和转换。该方案采用了模块化设计,设计简单,通用性强,可广泛用于高速系统中的实时数据采集和处理。     

光纤电压互感器信号采集与通信接口设计

以N17813R智能数据采集卡为核心,硬件上利用信号调理电路板、数据采集卡、计算机构建光纤电压互感器信号采集系统;软件上以LabVIEW作为编程工具,分别在FPGA和主机上设计FPGA VI和HOSTVI,在FPGA上对信号进行解调处理,在计算机上对采集数据进行实时显示与记录.为了满足数字化变电站网络化的需求,采集系统采用以太网接口输出,因此对以太网输出的硬件和软件设计进行了全面的论述,并在最后给出仿真结果.     

衰荡腔失调下的波形仿真

在高反射率的精确测量中,光腔衰荡系统的腔失调直接影响着反射率测量结果的精度。根据光束传输变换规律和信号叠加方式,利用最小二乘法进行数据拟合,建立了腔失调对衰荡波形的影响模型。通过数值运算,模拟了不同腔长失调或腔镜倾斜下衰荡信号波形的变化情况。通过比较,与实验结果吻合较好。仿真结果表明,将示波器上的衰荡波形用于衰荡腔的精密调节中,可以提高测量精度。分析给出了衰荡光腔实验调节的两个判据:1)根据衰荡波形的峰值包络线的变化趋势来调节衰荡腔的腔长;2)根据衰荡波形中相邻奇、偶次脉冲幅值的大小对比调节衰荡光腔的腔镜角度。     

基于自洽方程组及传递函数的腔衰荡信号研究

为了更好地理解腔衰荡技术的物理本质和测量过程从而更好地分析腔衰荡信号,利用自洽方程组、结合光学无源腔的品质因子Q值定义对腔衰荡技术的基本原理进行了推导,并结合该方程组有关系数的物理意义,引入传递函数的概念分析了不同情况下的腔衰荡信号的基本特征.结果表明,这种分析方式可靠,可为腔衰荡技术在超低损耗薄膜性能标定及腔内介质的吸收光谱测量等领域的应用提供理论指导.     

腔衰荡技术应用中的快速数据拟合

数据拟合是腔衰荡技术应用中极其关键的一个步骤,因为它一定程度上决定着腔损耗测量的精度和速度.在连续波腔衰荡技术应用中,探测器实际测得的信号并非理想的单指数衰减,而是表现为单指数衰减项和常数项之和.这种非线性模型的拟合常采用牛顿法或其改进法等非线性拟合方法进行,但这些方法计算量大、速度缓慢,而且还需要良好的初始条件.针对这种情况,在分析实际连续波腔衰荡信号的特点的基础上,本文对连续波腔衰荡数据拟合中的若干问题(模型建立、数据预处理等)进行了研究,采用加权最小二乘法来拟合线性化处理后的腔衰荡信号.实验表明,该拟合方法在减少运算量、提高拟合速度(至少6倍)的同时,能保证其拟合结果与非线性拟合结果之间误差不超过0.01ppm.     

光电编码器精码信号采集与传输系统设计

为实现对光电编码器精码数据进行采集与处理,为精码信号图形细分提供数据依据,设计了以逻辑器件FPGA为核心的精码数据采集传输系统。首先设计了精码信号模数转换电路,其次设计了基于USB2.0通信协议的数据传输电路,最后完成了USB芯片固件程序、FPGA控制程序、上位机应用程序的开发。实验结果表明,该数据采集传输系统能够实现对光电编码器精码信号12位分辨力的数据采集与显示、能够实现将采集的数据快速准确上传至PC机中存储、显示及后续的图形细分处理。该数据采集传输系统可应用于光电编码器的生产和研制过程中,为高精度、高分辨力、小型化光电编码器的设计和生产提供数据依据,具有便携、易操作、直观等特点。     

探测器响应特性对光腔衰荡法测量结果的影响

探测器响应特性对衰荡信号的测量有很大影响。根据光束传输变换规律和信号叠加方式，只利用数据拟合，建立了探测器响应特性对衰荡信号和反射率测量结果的影响模型。通过数值运算，模拟了不同情况下衰荡信号波形的变化，进而分析了探测器响应特性对衰荡法测量结果的影响。研究表明，对于现有的数据处理方法，选择合适的探测器，能够提高测量结果的可重复测量精度；但其测量值0．990045与腔镜的真实值0．999存在差异。由此研究了测量结果随腔镜反射率的变化和数据预处理方式，提出了测量结果的两种标校途径：1)利用模拟测量结果与腔镜真实值之间的差异，从理论上对实验测试结果进行标校；2)先对衰荡波形进行梳状滤波等预处理，再用拟合法计算反射率。     

基于腔反射光控制的腔衰荡光谱测量实验研究

腔衰荡光谱(CRDS)技术是一种高灵敏的激光吸收光谱技术,它实现的关键技术是在腔内激光强度达到一定值时,迅速将激光关断来探测光强的衰减信号.在激光与腔共振时,腔的反射信号迅速减小可以产生低电平来触发由TTL信号控制的声光调制器(AOM)关断激光,从而实现CRDS.在关断激光后用快速响应探测器对腔的衰荡信号进行探测,用L...     

基于FPGA的相位差测量方法研究及实现

传统信号相位差的测量方法存在着硬件结构复杂、测量精度不够高、抗干扰差等缺点。为了消除以上缺点,根据现场可编程门阵列器件（FPGA）的特点,采用了一种利用FPGA芯片和单片机相结合的方法实现了一套信号频率和相位差智能化测量系统。其中,应用FPGA进行两信号相位差及频率的采集,用单片机对采集到的数据进行处理和显示。获得的结...     

基于FPGA的振动信号采集处理系统设计

在振动信号采集和处理系统设计中,信号的处理时间与可靠性决定着系统应用的可行性。本文设计了一种基于FPGA的振动信号采集处理系统,该系统通过振动信号采集电路、抗混叠滤波电路、AD采样电路将电荷信号转化为数字信号送入FPGA,在FPGA处理设计中利用数据流控制方法并行实现了信号的采样和处理,并在数据存储和访问过程中采用时钟时标方法判断信号采样过程中的数据丢失情况,有效提高了振动信号处理的实时性及可靠性。本设计在真实环境中进行了验证,系统运行稳定可靠,满足各项技术应用要求。     

基于FPGA的光谱仪数据采集系统

傅里叶红外光谱仪高效、可靠地获得光谱数据对于后续定性和定量分析物质有着重大的意义。使用FPGA的并行处理能力和可自定义外设构建灵活的片内系统,配合外部硬件电路设计,提出了一种基于FPGA的可定制高效稳定地采集、存储和传输光谱数据的系统实现方法。阐述了基于FPGA完全使用硬件实现干涉信号采集和存储的方法,用以提高数据采集的可靠性。通过最终的实验结果表明,系统可以长时间稳定的运行,解决了使用ARM进行数据采集和传输出现数据丢失的问题。     

基于FPGA实现多路模拟信号自适应采集系统

主要介绍基于FPGA实现多路模拟信号自适应采集系统的设计。该系统主要包括软件和硬件两部分：硬件主要采用FPGA芯片,AD7982-1,ADG406和运放AD824来搭建硬件平台;软件包括FPGA程序和事后数据处理程序。系统采用动态8位量化方式克服了固定8位量化对信号采集精度的影响,目前已成功用于产品中。     

基于FPGA与DSP的车轮踏面擦伤系统的研究

为了实时监测高速列车的安全性,介绍了基于FPGA和DSP的多通道数据采集系统,该系统利用安装在钢轨上的加速度传感器采集列车在行进过程中踏面与钢轨产生的振动信号,并利用Xilinx公司FPGA芯片SP3xc3s1000和TI公司的TMS320C6713的DSP芯片作为核心控制模块,实现对振动的信号采集和传输,并对现场采集到的数据进行处理和分析。经过现场实验的结果表明,本系统能够准确检测出有擦伤的车轮,有效地保障了列车的安全运行。     

基于FPGA的高速数据采集系统设计

针对实际中日益明显的单片机的较慢处理速度与越来越高速的数模转换器速率不能匹配的问题,本文分析了FPGA作为控制单元的特点,在此基础上设计了一个由FPGA控制的数据采集系统。提出了系统整体设计方案,自行设计了FPGA与A/D和MCU的硬件接口电路,并对如何应用FPGA实现数据采集系统的数据采集和数据缓存的逻辑控制,给出了详细的说明。对直流信号、交流信号进行了实际采集,实验数据证明,采用这种方法可以较好满足数据采集系统的实时性、同步性的要求,也增加了系统应用的灵活性。     

基于光腔衰荡光谱技术的激光脉冲能量选择研究

在光腔衰荡光谱技术中衰荡信号虽不受入射光强变化的影响,但入射光强大小并非任意选取。通过理论计算结合实验分析,探讨脉冲光腔衰荡光谱技术中激光单脉冲能量的选取,结果显示激光脉冲能量选取受反射镜的反射率、探测器灵敏度、增益及信噪比等因素限制。当入射光强度选取过低,在探测器本身灵敏度和信噪比的限制下,信号被淹没于噪声中,无法检测信号;入射光强度过高,输出的光电流随光强的增大而趋向于饱和,探测器的响应呈现非线性,甚至出现漂白现象或损坏探测器。实验中,激光光源单脉冲能量范围在33 nJ到1μJ较为合适。     

基于FPGA的通信信号处理分析

FPGA作为一个核心的数据、信号采集系统,具有4个采集通道,直接通过上位机的指令配置,可根据实际需求选择实时采样或高速采样,在数据处理与信号处理中的应用前景十分广阔.文章主要对基于FPGA的通信信号处理系统设计进行分析,针对系统应用中存在的问题提供相应的解决方案,可供参考.