基于波长调制技术的甲烷气体浓度检测的研究

与谐波检测相结合的波长调制技术是目前检测有害气体的主要方法。主要是用实验的方法找到了甲烷气体在1 650 nm附近的一根吸收线,然后采用正弦信号对激光器的驱动进行了调制,实现了甲烷气体浓度的谐波检测。用锁相放大器RS830来提取二次谐波,然后根据锁相放大器的原理,用LabVIEW软件实现了锁相放大器的设计,来提取一次谐波信号,节约了成本。由气体吸收室中的GRIN透镜引起的标准具效应是影响检测灵敏度的主要原因,最后对该噪声和其他可能的影响进行了分析。     

基于AD630的双相锁相放大器设计

在利用激光吸收光谱技术进行摩托车尾气检测的系统中,携带有用信息的光信号是微弱信号,淹没在很强的噪声和其他干扰的背景中,因此必须采用微弱信号检测技术中的锁相放大器来实现有用信号的提取。阐述了微弱信号检测的基本原理,比较了单通道和双通道的锁相放大器的优劣,设计了运用AD630作为相关乘法器的双相矢量锁相放大器。     

差分式中红外一氧化碳检测仪的研制

根据CO分子在中红外波段的吸收特性,利用红外热辐射光源(IR55)和双通道热释电探测器(LM244),研制了一种差分式CO检测仪。通过双通道锁相放大器对探测器输出的两路信号进行处理,有效地抑制了系统噪声,提高了仪器的检测精度。介绍了系统的检测原理,给出了光学系统和双通道锁相放大器的实现方案,该锁相放大器能提取的最小标准信号幅度为1 m V,移相误差小于0.2%。利用配备的体积分数为0~1×10~(-3)的CO样品,开展了气体检测实验。实验结果表明:系统的检测下限为1×10~(-5),相对测量误差小于15%。当气体体积分数为0×10~(-6)时,测得浓度的波动范围为-5.2×10~(-6)~6.2×10~(-6)。考虑静态配气时气体在气室中扩散的时间,仪器的响应时间约为58~62 s。同基于量子级联激光器和分布反馈激光器的CO检测仪相比,所研制的仪器具有结构简单、性价比高等优势,在煤矿、环保等场合的CO检测方面具有较好的应用前景。     

锁相放大器在激光外差信号检测中的应用

目前,激光外差技术在激光测振、测速和测距等精密测量中已有广泛的应用,但在这些应用中待检测的光信号都非常微弱且含有大量噪声。为了提取该信号采用锁相放大器作为系统检测电路,在分析锁相放大器原理的基础上,设计了锁相放大器各模块电路并仿真。经实验测试,在给锁相放大器加幅度为0．01～0．5mV的信号时,在电路输出端可以得到信号。     

CH4检测系统微弱信号处理电路研究

基于光谱吸收原理设计的CH4检测系统,气体吸收的信号比光源的噪声还要小,被淹没在背景噪声中.为改善检测系统的信噪比,针对非常微弱的气体吸收信号,基于微弱信号的锁定检测原理,以锁相放大器为核心,以同步积分器自动跟踪滤波,设计了检测系统的光电信号处理电路.结果表明电路输出电压与CH4体积分数呈线性关系,电路对CH4气体体积分数的检测极限为150×10-6.     

基于谐波检测的光谱吸收型光纤瓦斯传感器

针对目前煤矿普遍采用的热催化瓦斯探测传感器的检测灵敏度低、环境干扰大的缺陷,设计了基于谐波检测的光谱吸收型光纤瓦斯传感器。该传感器采用锁相放大器为核心的微弱信号处理电路,通过对一次谐波和二次谐波的实验数据进行数据拟合,实现了对瓦斯气体浓度的实时精确检测。实验结果表明:该传感器能够有效地提取瓦斯浓度变化信息,测量误差小,灵敏度高。     

痕量N2O气体检测系统的设计与实现

建立了基于光谱吸收技术的检测系统,用于快速、准确地测量N2O气体浓度。首先,从理论上证明了二次谐波、一次谐波与N2O气体浓度之间的关系;然后,设计了痕量N2O气体浓度检测系统,利用光源调制、锁相放大等技术,实现了强杂波背景下气体浓度弱信号的解析;最后,实验测试了系统的检测性能、抗干扰能力及检测结果的可重复性。测试结果表明,系统能够在0～1%有效检测N2O气体浓度,检测下限为5.0×10-5,相对检测误差为0.11%,检测结果线性方程为Y=192.699 09 X-0.006 24,线性度为0.998 07。多次检测实验表明,系统相对标准偏差为0.137%,CO2、O2、水蒸气等常见气体对检测结果无影响。改变激光器的中心波长,该方法亦可用于CO2,CH4等其它温室气体的检测。     

精密光学斩波控制器设计

光学斩波控制器用于对光谱测量中入射光进行斩波调制,使入射光变为按一定频率变化的光信号,并提供参考频率信号,使后续锁相放大器对单色仪分光后的光信号进行锁相放大,实现对微弱光信号的检测。精密光学斩波控制器是微弱光信号测量中的关键部件之一,其斩波频率的稳定度及精确度是影响微弱信号放大的关键因素。以ARM单片机为核心,通过对斩波轮进行高精度转速测量,以分段式增量PID实现直流电机的PWM闭环控制,最终实现斩波轮转速的精密控制。实际应用表明,将该斩波器生成的脉冲作为锁相放大器的参考信号得到了令人满意的效果。     

基于FPGA的新型数字锁相倍频方法

为了克服模拟锁相倍频电路在应用过程中易受温度和电压影响、锁相时间长、存在直流零点漂移及部件饱和等缺欠,以实现对被测信号的高速高精度采样,提出了一种基于FPGA的新型数字锁相倍频方法.该方法依据锁相倍频的基本原理,通过检测被测信号的边缘计算出频率值,找到相应的指针位置,再根据产生的分频因子来控制数控振荡器的输出信号,从而完成对被采集信号的锁相倍频.经过仿真分析,验证了该方法的可行性,证明了其具有精度高、锁相速度快等优点.     

静电悬浮转子微陀螺微位移信号检测系统的设计

为实现对悬浮转子微陀螺转子五自由度的测量,提出了一种频分复用的微位移检测原理,主要介绍了多频率信号发生器,前置放大器,锁相放大器组成的测试系统,设计了一种基于DDS技术的多频率信号发生器和基于锁相放大原理的解调电路。实验和分析结果表明,该电路能实现多自由度微位移检测,设计的多频率信号发生器的频率分辨率能达到0．005821Hz,相位分辨率可以达到0．006rad,检测轴向灵敏度为1．34V／μm,检测径向灵敏度为0．092V／μm,测量电路的轴向位移分辨率为0．45nm,径向位移分辨率为6．6nm,转角的分辨率为0．25μrad,位移检测电路的分辨率,灵敏度和测量范围能够满足静电悬浮转子微陀螺的控制需要。     

高精度电感式传感器测量系统设计

基于对传感器测量系统精度影响因素的分析,利用数字合成、相敏检波、相位预调整技术改善了电感式传感器测量系统的精度,研制了差动式电感传感器。实验表明,利用该技术实现了高精度电感式传感器测量系统的设计,使该系统达到深亚微米测量精度。     

一种改进的残差χ~2检验方法在联邦UKF滤波器中的应用

故障检测和隔离是实现联邦UKF(unscented Kalman filter)滤波器工程应用的关键.针对常规残差χ~2检验法因误警导致无故障子系统被频繁隔离的问题,提出了一种改进算法.该算法采用模糊逻辑和加权平均来处理残差χ~2检验法的检验阈值,可以根据突变信号的大小自动调节检测时间的长短,特别是对不易检测的小幅值突变信号,自动延长检测时间从而利用更多的信息,有效降低了系统的误警率;在此基础上,进一步设计了合理的故障检测控制规则.将改进的残差χ~2检验法应用于多传感器卫星组合导航系统中,仿真结果表明,改进算法有效提高了组合导航系统的稳定性,具有实用价值.     

基于数控机床自动排屑过滤系统的技术研究

在绿色制造技术的大环境下,对数控加工中切屑的收集、切削液的回收处理再利用以及排屑系统的智能检测控制进行了研究,通过多级过滤、油水分离、智能控制等手段对系统平台进行了技术攻关,研制了一种集成化、低成本、高控制精度,能用于各种不同加工环境的自动排屑过滤系统,提高了排屑过滤效率,节约了切削液。     

微波宽带超高精度双向时间比对技术研究

当前微波双向时间比对技术广泛应用于视距区域站间时间同步领域,能够达到纳秒站间时间同步水平,对于时间同步 指标更高的应用场景还有待进一步提升。 本文利用大带宽扩频信号和载波相位在时间测量性能方面的潜在优异性能,提出了 基于宽带信号调制解调技术的微波双向载波相位时间比对方法,设计了原型试验系统,利用氢原子钟和相位微跃计验证了实验 室条件下系统的测量不确定度(A 类)0. 27 ps 和分辨力 4 ps,达到了预期效果,为后续远距离试验和应用推广奠定了坚实的技 术和试验基础。     

沼泽湿地甲烷气体浓度检测

针对传统沼泽甲烷气体检测方法中存在的过程繁琐、实时性差的问题,分析了基于近红外可调谐半导体激光吸收光谱的光学式检测方法.提出通过计算一次谐波信号的峰值与平均值对气体浓度测量的方案,并结合虚拟仪器技术加以实现.经实验测试表明:该系统性能稳定,能够实现在线实时检测,检测精度(体积分数)为0.02%.     

基于神经网络算法的故障检测技术

针对复杂的机电产品内部构件状态检测这一工程难题,本文介绍了一种自动在线检测系统.该系统采用X射线对产品成像,运用数字图像处理技术对射线图像进行预处理,由神经网络算法进行故障诊断.故障识别模型采用了改进的BP神经网络算法,以正常装配状态时的多幅图像经预处理后作为学习样本训练BP神经网络.检测时一般只需拍摄两幅不同方位的图像,经预处理后输入神经网络与样本图像进行比较判断,即可识别出关键元器件的状态.该系统将数字射线成像技术和图像处理技术相结合,并在故障识别算法中采用了神经网络算法,提高了产品故障的检测速度和可靠性,在工业无损检测领域具有一定的实用性.     

基于AdaBoost行人检测优化算法的研究

针对车辆辅助安全驾驶系统的道路行人检测和识别问题,对行人检测算法的实时性和检测准确性受光照影响等方面进行了研究。对行人检测识别算法进行了归纳,将在线训练和更新行人分类器技术应用到车辆前方行人检测和识别中。提出了改进的AdaBoost行人检测优化算法,应用该算法行人识别分类器训练时,根据正样本和负样本的错分率,实时调整级联分类器权重系数,在线更新分类器的错误率权重,在保证分类器整体准确率的前提下,降低了分类器的级数,优化了分类器结构,减少了计算的复杂性;采用扩展的类Haar特征,降低了算法对光线的敏感性,提高了环境适应能力。试验结果表明:在相同的检测率下,改进的AdaBoost算法需要的检测时间更少,系统具有更高的鲁棒性,可以满足道路行人识别的要求。     

新型嵌入式甲烷无线检测仪的研制

提出了一种基于嵌入式计算机技术和ZigBee无线传感网络技术的新型甲烷无线检测仪设计方案.采用单只普通LED为光源,通过嵌入式微计算机系统控制完成交替滤光斩波来得到双波长入射光束,根据甲烷对光线的吸收原理计算气体浓度和变化率;通过ZigBee实现仪器组网和数据远传.测试表明,该检测仪具有检测精度高、反应速度快、组网灵活和实用性强等优点.     

基于机器视觉的芯片编号识别算法

针对芯片检测过程中芯片编号形状小、人眼无法识别的现状,开发了一套芯片编号识别系统。系统以机器视觉技术为基础,配备高分辨率Basler相机、高倍率镜头以及高性能点光源,能实现高分辨率图像采集;利用Hough直线检测对图像进行水平旋转,利用图像轮廓查找算法对兴趣区域进行提取分割,利用帧差法对兴趣区域与标准库进行比较,找到最匹配的图像,其标签为识别结果。实验结果表明,运用系统的图像处理算法可以代替人眼通过高倍放大镜识别,改进了芯片检测工艺,大大提高了芯片检测的效率。