FPGA在激光一维位移测量系统中的应用研究

针对目前结构健康监测中一维位移测量系统的要求,讨论了利用FPGA器件实现一维激光位移测量系统硬件处理核心电路,将传感器驱动、光驱中心位置计算及计算机接口集成到一个芯片中、实现了测量速度的提高和系统的小型化,从而满足了位移测量中现场动态测量需要.     

基于数字图像相关理论的非接触式结构位移测量方法

为实现结构的位移及挠度测量,开展了基于数字图像相关算法的亚像素位移测量研究.采用改进初值的亚像素算法确定待测结构目标位置的基于像素的位移,利用相机标定方法将基于像素的位移转换为工程单位.在数字图像处理技术的基础上对编写的程序进行数值仿真试验,位移计算结果与理论值吻合良好,验证了该程序测量精度的可靠性.搭建视觉位移测量系统,为了验证该系统的有效性,对钢框架结构模型开展了视觉测量系统和激光位移计的对比试验;研究了相机与待测结构之间的距离对视觉测量系统精度的影响.利用该系统测量消防通道桥梁的跨中挠度,结果表明,视觉测量系统具备非接触、低成本和便于实施远距离测量等优势,可实现以毫米级精度进行结构位移测量.该测量方法在工程结构变形测量中具有较好的应用前景.     

基于数字图像相关理论的非接触式 结构位移测量方法

为实现结构的位移及挠度测量,开展了基于数字图像相关算法的亚像素位移测量研究.采用改进初值的亚像素算法确定待测结构目标位置的基于像素的位移,利用相机标定方法将基于像素的位移转换为工程单位.在数字图像处理技术的基础上对编写的程序进行数值仿真试验,位移计算结果与理论值吻合良好,验证了该程序测量精度的可靠性.搭建视觉位移测量系统,为了验证该系统的有效性,对钢框架结构模型开展了视觉测量系统和激光位移计的对比试验;研究了相机与待测结构之间的距离对视觉测量系统精度的影响.利用该系统测量消防通道桥梁的跨中挠度,结果表明,视觉测量系统具备非接触、低成本和便于实施远距离测量等优势,可实现以毫米级精度进行结构位移测量.该测量方法在工程结构变形测量中具有较好的应用前景.     

基于线阵CCD技术的实时空间位移测量系统

介绍了利用线阵CCD技术实现的实时空间位移测量系统.系统具有抗干扰能力强、实时性能好和精度高的特点,能够满足风洞实时空间位移的测量要求.     

自混合干涉效应及其在位移测量应用中的进展

对自混合干涉系统的位移测量研究进展进行了综述.首先对自混合干涉的发展概况进行了介绍,然后着重介绍了基于自混合干涉系统的位移测量系统.文中将基于自混合干涉的位移测量技术分为条纹计数法,模跳测量法,合成波长测量法,拍频测量法,光回馈水平差异测量法,分区细分法.条纹计数法最易于实现,系统最简单,但分辨率低,一般为半个光波长.模跳测量法利用跳模原理进行测量,分为开环和闭环模跳测量法两类,所对应的分辨率分别为40和50 nm.合成波长测量法则利用双激光器同时回馈时两激光器光强条纹相位差异实现位移测量,测量速度和范围相对于传统单激光器相位测量法大大提高.拍频测量法利用光回馈引起激光器频率变化的现象对位移进行测量,系统的分辨率为5 nm.光回馈水平差异测量法巧妙运用透镜实现系统不同水平的光回馈,实现系统的分辨率为20 nm.分区细分法则利用双频激光器中两垂直偏振光光强曲线交叉变化的特点,对条纹交叉结果进行分区,能实现分辨率为八分之一光波长.文中同时对各种测量方法的原理进行了介绍,对各自系统的优缺点也进行了评述.     

基于光学自由曲面的三维位移测量系统

针对数控机床、多轴位移台等多轴系统位移检测中存在的检测方法复杂、测量费用高等问题,利用光学自由曲面具有极大的设计自由度,可简化系统结构、提高系统性能的特点,设计开发了一种基于光学自由曲面的非接触式三维位移测量系统,用于普通机床、多轴位移台等多轴系统位移精度检测.通过设计光学自由曲面基准件,搭建实验平台,建立测量系统的数学模型,完成了测量系统的标定实验、测量系统精度验证实验和三维位移测量实验.结果表明,该测量系统精度达2.8,μm,可用于多轴系统的位移检测.     

基于迈克尔逊干涉仪的激光CCD微位移测量系统研究

介绍了一种可进行动态微位移激光测量系统。该系统以He-Ne激光器为光源,配以去噪装置、判向变频系统、CCD视频信号的高速动态采集系统、微机处理系统及干涉图处理软件包等,基于位相调制的基本原理,实现了微位移的精确测量。与传统测量方法相比,其精度、误差、灵敏度及稳定度都有较大提高,并实现了微位移的全自动测量。     

光栅莫尔条纹的辨向和细分电路研究

光栅式测量系统产生的莫尔条纹，对位移量的测量具有较高的分辨率，但不便于相对位移的测量．通过对莫尔条纹光电测量的研究，实现了辨向及细分功能．将电子技术与光栅测量系统结合，对提高测量性能，降低成本，实现测量自动化，具有一定的实用性．     

自混合干涉效应及其在位移测量应用中的进展

对自混合干涉系统的位移测量研究进展进行了综述．首先对自混合干涉的发展概况进行了介绍，然后着重介绍了基于自混合干涉系统的位移测量系统．文中将基于自混合干涉的位移测量技术分为条纹计数法，模跳测量法，合成波长测量法，拍频测量法，光回馈水平差异测量法，分区细分法．条纹计数法最易于实现，系统最简单，但分辨率低，一般为半个光波长．模跳测量法利用跳模原理进行测量，分为开环和闭环模跳测量法两类，所对应的分辨率分别为40和50nm．合成波长测量法则利用双激光器同时回馈时两激光器光强条纹相位差异实现位移测量，测量速度和范围相对于传统单激光器相位测量法大大提高．拍频测量法利用光回馈引起激光器频率变化的现象对位移进行测量，系统的分辨率为5nm．光回馈水平差异测量法巧妙运用透镜实现系统不同水平的光回馈，实现系统的分辨率为20nm．分区细分法则利用双频激光器中两垂直偏振光光强曲线交叉变化的特点，对条纹交叉结果进行分区，能实现分辨率为八分之一光波长．文中同时对各种测量方法的原理进行了介绍，对各自系统的优缺点也进行了评述．     

液压系统中差动螺线管式电感传感器测量电路设计及应用

为实现液压阀开口位置的精准测量,针对两线圈和三线圈的差动螺线管式电感位移传感器设计了两种不同传感器测量电路,实验比较其静、动态性能的优劣;并且对基于AD698的外围测量电路进行改进,从而提高位移检测的灵敏度。比较两种传感器的静态输出特性;在Valvistor型液压插装阀系统中采用AD698测量电路实时检测。当系统压力相同时,阀开口大小对传感器测量电路响应速度的影响;且系统压力越大阀动态响应速度越快,同时检测了主阀位移量与流量的关系。     

四目立体测量图像同步采集存储系统的设计

运用四目立体测量技术实现具有复杂曲面形状物体的逆向设计,在航空、航天、汽车和造船等工业领域具有广泛需求。设计了用于四目立体测量的图像同步采集存储系统,采用FPGA作为控制器,利用Camera Link接口连接摄像机和FPGA,触发采集、传输图像数据;采用外部动态随机存储器SDRAM和FPGA内部FIFO相结合缓存图像数据;采用USB2．0接口芯片实现FPGA与计算机数据通信。利用软件ModelSim完成系统各功能模块时序逻辑仿真,实验结果表明系统能够完成四目立体测量图像同步采集存储任务。     

基于PCI总线的边界扫描主控器的FPGA设计与实现

在分析边界扫描测试技术的工作机制对测试主控系统的功能需求基础上,提出了一种基于PCI总线采用FPGA实现的低成本边界扫描测试主控器的硬件设计方案.该系统以PC机为平台,利用FPGA器件设计实现JTAG主控芯核,并在主控器芯核内加入FIFO,提高了PCI总线的传送速率,使用户能够利用计算机方便的组成一个边界扫描测试系统.经仿真和测试实践表明,该系统产生的测试信号完全满足IEEE1149.1协议的时序要求,对支持IEEE1149.1协议的芯片进行功能测试和PCB板的互连测试及电路故障诊断.该系统结构简单,使用方便,工作可靠.     

红外扫描相机高速图像数据采集和存储系统设计

介绍了一种基于PCI总线的高速图像数据采集和储存系统的设计方案。采用一片FDGA控制FIFO芯片以及PCI9054芯片逻辑。采用FIFO缓存使得采集系统的结构简化。给出了PCI总线控制器的实现和具体硬件电路设计,最后介绍了基于Driver Studio的图像采集系统软件设计。     

基于FPGA电力系统谐波检测

针对目前电力系统谐波检测方法都存在的一定的缺点与不足,分析了各种检测方法的利弊,提出了一种基于FPGA电力系统谐波检测的新方法,结合FFT谐波检测理论的特点,通过理论分析和硬件电路设计,实现了FFT算法的高测量精度检测.采用MATLAB的SimPowerSystems和Simulink模块对系统进行建模仿真,结果表明:该电力系统谐波检测的新方法,达到了高速度、高精度的算法要求,提高了系统的实时性,完全可以达到抑制谐波的目的,实验系统电流的谐波总畸变率由有源滤波器投入前的20.78%降至1.32%.     

新型激光无线打靶系统的设计

采用先进灵活的现场可编程门阵列即FPGA芯片来进行信号的采集、处理,充分发挥了它强大的I/O功能以及现场可编程功能,这大大缩减了由于产品升级换代带来的更改硬件电路的时间。独特的编码电路大大提高分辨率,实验表明本打靶系统分辨率较高(能精确到100个点),运行稳定,而且也更加安全。另外整个系统为无线的,便于移动、携带。     

一种新型的单芯片级可进化硬件系统

针对可进化硬件（EHW）系统的需求,设计实现了FDP-2-SOPC芯片,芯片中嵌入了CPU和FPGA两种IP核,可实现硬件电路的重构和进化;以该芯片为系统核心建立了一种新型的软硬件结合的单芯片级EHW系统.为了提高电路重构速度,设计了针对EHW需求的快速局部重配置技术;为提高遗传算法的执行速度,设计了专用的随机数产生器...     

基于EP1K30TC-114的DDS的优化设计与实现

为了提高系统速率和信号质量,改善系统的可控性,降低成本,笔者利用现场可编程逻辑门阵列FPGA芯片EP1K30TC-144成功地实现直接数字频率(DDS)系统合成,阐述了DDS的原理及其在FPGA中的设计思路、优化实现方法,电路结构,给出了DDS合成的VHDL源程序,克服了专用DDS芯片的输出频带范围有限,输出杂散大等缺点.     

基于FPGA＋MCU的大型LED显示屏系统设计

传统的大型LED显示屏系统以单片机MCU、ARM或PLD为核心控制芯片,以FPGA为核心的LED显示屏控制系统设计实现起来比较复杂,并且需要以高性能的FPGA芯片作为基础,而以微处理器为核心的LED显示屏控制系统不够灵活,在改变LED屏幕显示尺寸时,需要大幅修改系统设计,PLD虽在处理速度上有较大提高且能很好地控制多模...     

基于FPGA的嵌入式指纹采集系统设计

针对传统指纹采集系统实时性差及逻辑控制复杂等缺陷,提出一种基于FPGA的嵌入式指纹采集系统,讨论系统的组成原理、硬件电路设计与软件实现．该系统选用FPGA芯片EP2C35F672C6作为处理器,MBF200为指纹传感器,通过SPI连接实现其通信;应用片外SRAM保存采集的指纹图像数据,实现一种高效的嵌入式指纹采集系统．测试表明,该系统具有较高的易用性和实时性．     

基于FPGA的微波炉控制器设计

本文通过VHDL的编程来实现微波炉控制系统各个模块的功能,顶层的设计使用图形输入来实现,体现了基于FPGA的微波炉控制系统模块化的设计理念和通过状态图来表现的描述方法,以及通过VHDL硬件描述语言的编程过程,并且使用Quartus II软件实现仿真。该微波炉控制系统较于基于单片机设计的市面上大多数微波炉控制系统来说,有着电路设计简单、灵活性强、功能扩展性强等优点。该系统主要由以下模块组成:状态控制电路、数据装载电路、计时电路、显示译码电路。经过对系统的分析,以及合理的进行模块连接,利用FPGA芯片进行波形仿真,验证了该系统的可行性,基本实现了该设计的预期要求。