柔性自动化微装配的自主式显微视觉技术

针对非硅微机电系统自动化、柔性、高精度、高效的装配特点,提出并实现了一种基于金属氧化物半导体(CMOS)、现场可编程门阵列(FPGA)及数字信号处理器(DSP)的显微视觉系统设计方法. 该方法兼顾了模块化、柔性与可重配置、高检测精度及速度等系统主要指标,实现了结构模块化、功能可重配置、具有非常高的检测精度及速度的显微视觉系统. 通过实验分析了系统的物理分辨率以及对测量精度进行了标定,验证了系统的设计技术指标. 结果表明:系统对非硅MEMS器件的最高测量精度可达0.6 μm,检测时间小于0.65 s,不仅满足了现有微小型零件柔性自动化装配的要求,同时也为微小型零件的高精度、高速度检测提供了重要的解决方法.      

高精度数字测速及动态位置检测算法

为提高伺服系统的反馈精度,讨论了针对增量式光栅编码器的常用数字测速方法的测量精度.提出了基于32位浮点运算和改进的M/T法的高精度数字测速及动态位置检测算法.并以高性能32位浮点型DSP和大容量FPGA实现了算法的软硬件结构和功能.结果表明该算法可以充分发挥增量式光栅编码器的动态连续测量能力和高频时标信号的内插作用,在整个测速范围内获得很高的测速精度和精度一致性,提高位置反馈的动态测量分辨率.对提高速度和位置反馈精度,改善伺服控制系统性能具有实际意义.     

基于CCD的实时成像与微小尺寸测量系统的设计

设计了一种基于CCD的实时成像与微小尺寸测量系统,该系统由CCD摄像头、视频解码芯片、FPGA、USB芯片和上位机组成.用FPGA控制视频解码芯片获取CCD摄像头采集的光学信号,通过USB传给上位机,利用多线程技术实现控制命令的发送、图像数据的接收、处理和显示,以及微小尺寸的测量.结果表明:经过多次测量实验得到系统误差不超过3μm,满足测量精度要求;通过选用不同分辨率的CCD,可以实现不同精度的微小尺寸测量.此外还对双棱镜干涉实验所形成的干涉条纹间距进行了测量,验证了系统的功能.     

电阻抗成像中高速高精度数字相敏检波器设计

电阻抗成像对测量系统的精度和速度都有较高要求,为此研制了基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)的数字相敏检波器(digital phase-sensitive detector,DPSD)用于电阻抗成像的数据测量.在分析DPSD原理的基础上,推导出信噪比与采样点数和采样分辨率的关系.给出了测量系统的实现方案,提出了基于直接数字频率合成(direct digitalsynthesis,DDS)技术的模数转换器(analog-to-digital converter,ADC)时钟设计方法.采用高速多通道ADC芯片,辅以低抖动ADC时钟电路,最终由FPGA实现实时DPSD算法.实验测试结果显示,测量准确度可达0.03%,系统信噪比可达85dB.琼脂模型成像实验证明其性能可以较好地满足电阻抗成像的要求.     

高精度时间间隔测量

高精度时间间隔测量是时频领域的重要技术,它深入的探讨两信号之间的时序关系.本文以模拟内插法为理论依据,完整的实现了高精度时间间隔测量.其测量分辨率为50皮秒,测量精度为250个皮秒.     

微型光纤加速度计系统研究

光纤加速度计作为新型光纤传感器的一种,在高精度测量领域中有着不可替代的作用.实现光纤加速度计信号的解调,对于进一步提高传感器测量精度以及实用化都有着重要的意义.光源调频相位生成载波技术(PGC)常用于干涉型光纤传感器的信号解调,为了实现整个光纤传感系统的小型化,提高数据处理速度和解调精度,设计制作了应用于盘式光纤加速度计数字解调系统,系统以DSP和FPGA数字系统作为解调硬件电路的核心,实现对微型盘式光纤Michelson干涉仪相位信号检测.实验结果表明,微型盘式光纤加速度测量系统对微小振动信号检测有着很高的灵敏度,是高精度测量领域中的一个重要研究方向.     

高精度石英振梁加速度计频率采样系统设计

设计一个高精度频率采样系统对惯性导航系统中的3路石英振梁加速度的信号进行快速采集.首先分析振梁加速度计的测量原理和误差来源,然后采用基于FPGA的SOPC技术与Verilog语言编程实现数据采集,最后在实际导航系统中进行了大量的试验,结果表明,系统以100 Hz运行稳定,采样精度达到了1 mg.     

基于FPGA和单片机实现的微波脉冲功率计

根据微波脉冲功率计对测量精度等指标的要求,此设计采用FPGA技术控制时序和单片机处理高速采样数据相结合的方法,实现了2路脉冲峰值功率信号的检测,并经过RS232串口输出.通过滑窗检测算法、非线性纠正等处理后,微波功率计在最大限度上消除了电磁干扰,提高了测量精度,降低了成本;对工作在4～8 GHz频段的信号,实现了当功率范围处于 18～-8 dBm时,测量误差小于±0.4 dB的精度要求.     

基于FPGA器件的计量光栅细分技术的实现

主要介绍了一种基于可编程逻辑器件FPGA,用VHDL硬件描述语言作为平台,实现计量光栅4倍频细分技术的方法。采用细分技术可以提高计量光栅的分辨率和测量精度,而利用软件平台实现细分,则可以根据实际测量需要,灵活地改变电路的细分倍数。     

基于超分辨率重构的航天器位置姿态测量方法

航天器间相对位置和姿态的确定是实现航天器编队飞行的重要基础.为了解决航天器相对位置姿态的远距离测量精度问题,该文提出了基于超分辨率重构技术的测量方法.介绍了由单帧图像求解相对位置姿态的测量原理,研究了图像传感器退化成像模型和基于该模型下的图像配准算法,给出了超分辨率图像重构算法及其算法流程.利用地面试验原型系统的实际测量数据对算法进行了验证,试验结果表明该方法大大提高了高精度测量距离的范围,有效解决了航天器间相对位置姿态的远距离测量精度及稳定性问题.     

100MHz数字频率计的设计

100MHz数字频率计用VHDL语言编程设计,主要由五个模块组成,分别是测频控制信号发生器、十进制计数器、32位锁存器、分频器、动态扫描译码驱动器模块五部分构成。选用分频器将工作时钟分频后,用测频器测频,将被测频率信号经脉冲整形电路后作为计数器的计数脉冲,加入计数器的输入端,测量一定闸门时间内被测信号的脉冲个数,并将其计数值锁存进锁存器中,最后通过动态扫描译码器读出数值,该频率计精度高,可用于频率测量、机械转速测量等领域。     

感应同步器测角系统的电路设计与软件补偿

为了实现高速高精度电机扫描控制,设计了基于高性能追踪型轴角转换器RDC19220的绝对式圆感应同步器测角系统。该系统包括激磁电路、信号调理电路、轴角转换电路以及数字逻辑电路。为了提高测角精度,降低系统噪声对输出角度数据的影响,设计了低噪声的模拟信号处理电路,同时对绝对角度误差修正与数据融合的方法进行了研究与算法实现。实验表明,本系统能够有效地消除噪声,输出角度分辨率可以做到0.2″。     

频率变换法在宽频带相位测量系统中的应用

为了实现宽频信号的相位测量,需要运用信号变换理论对输入信号的频率进行转换。基于频率变换法分别提出了采用模拟乘法器和高速模拟开关作为核心芯片,对宽频带数字测相系统的频率转换单元进行设计。通过将两种设计方案在实际测量系统中的运用,证明设计方案思路正确、性能可靠。尤其是利用高速模拟开关设计的频率转换电路具有成本低、电路简单、效果好等优点。     

具有模数转换功能的数字电位器电桥电路

针对一般电桥测量电路的输出量为模拟信号的问题,提出了一种具有模数转换( A/D: Analog-to-Digital)功能的数字电位器电桥测量电路。该电路由数字电位器、微处理器、电压比较器等芯片组成,实现了转换速度为226 ～ 926 μs、测量相对误差小于0． 15% 的A/D 转换功能。经实验验证,该电路不仅能自动调节电桥平衡,还可实时测量且输出电桥可变电阻值或待测信号的数字量,该设计扩展了电桥的功能,省去一般采用电桥的电路系统中的A/D 转换芯片,简化了电路设计。     

用数字信号处理技术实现电源频率的无噪声检测

常规的测量电源系统工作频率的方法易受噪声和谐波的影响。该文介绍一种用来测量电源系统工作频率的新方法。该方法基于数字信号处理技术,采用滑动数据窗算法,能对电源频率附近40Hz范围内频率信号进行正确地无噪声检测,并易于用现有技术实现。文中详细介绍了该测量系统的设计、算法以及采用数字信号处理技术的实现方法。     

基于TLC7226的示波器x-y方式扫描的制作

逻辑分析仪是数字系统设计人员和研发人员必备的常用工具。TLC7226是一个八位的D／A转换器。该文提出了一种利用TLC7226，采用示波器的z—y方式扫描，实现简易逻辑分析仪的多通道数字信号显示的方法。     

基于干涉法测微小位移

本文提供一种应用迈克尔逊干涉仪及微弱电信号检测处理系统测量微小位移的设计方案。在光学平台上搭建出实验光路,并通过后续电路完成光电转换和信号放大,通过计算机对数字信号的分析实现对微小位移的测量。     

塔康导航系统机载中频信号数字化技术

现用的塔康设备以模拟体制为主,难与数据设备系统交连,因而有必要进行数字化改进,基于软件无线电思想中的中频信号数字化技术已被广泛应用到现代通信领域。由FPGA和DSP构成的硬件系统为先进数字信号处理技术的实用化、工程化提供了实现平台。首先分析了塔康导航信号特点,然后运用数字信号处理技术,结合大规模数字集成电路,在FPGA和DSP搭建的硬件平台上讨论并实现了塔康导航系统机载中频信号的数字化处理,所得结果证明,所采用的算法达到了塔康系统的性能要求,并且较之传统的模拟机载系统具有节省功耗、空间的优点。     

基于FPGA的正弦波PWM信号发生器的设计

采用Altera公司的Cyclone系列FPGA为数字平台,利用Quartus II6.0已有的模块在FPGA中设计出了PWM信号发生器,整个系统可以实现频率、幅度均可调的信号输出。在产生某一频率信号时,让采样脉冲的周期保持不变,在每一个采样周期内改变一次占空比,改变的规律按正弦表变化;在产生高低不同频率的信号时,为了降低对滤波电路的复杂度,采用插空法使得输出的PWM波频率恒定。经过验证,设计系统的输出信号具有以下特点:稳定性和平滑性均较好,相比传统的信号产生方式,具有较高的频率分辨率,且易于实现频率幅度的数控调制,输出信号频率在1 Hz～1 MHz可调。     

一种基于CPLD的二值数字化4DPSK解调器设计方案

针对如何用复杂可编程逻辑器件实现4DPSK信号的解调,提出了一种基于CPLD的4DPSK信号解调器设计方案.先将4DPSK信号通过双门限比较器等进行二值数字化,再用VHDL语言设计实现对此数字化后的二值逻辑信号进行延迟、相移、逻辑运算和识别等处理,实现对4DPSK信号的解调.此设计方案减小了硬件实现的复杂度,迎合了可编程逻辑器件CPLD对数字逻辑信号进行处理的特点,并给出了用可编程逻辑器件CPLD实现部分的仿真波形.