基于时空转换法的正弦波光栅尺位移测量系统设计

光栅尺作为高精度位置测量仪器,其分辨率受制于超精密的空间刻划技术,测量精度急需通过电子学细分法来提高.为此,提出了"时空转换"的思想:借助于载波调制理论,引入了恒定的时空当量,将对空间位移的测量转换为对信号瞬时周期的测量.首先,进行了时空转换法的数学推导,探究了正弦波光栅尺位移的测定和移动方向的判别方法;然后,在DSP开发平台下,搭建出基于时空转换法的正弦波光栅尺位移测量系统;最后,从实验数据以及光栅信号的残余直流电平、幅值不均衡、相位不正交等方面进行了误差分析.实验表明:栅距为8 mm的正弦波光栅尺,在时空转换法下,平均测量误差为± 0.258 1μm ,兼顾了细分与辨向.     

输出正交正弦波的光栅尺在位移测量中的脉冲细分原理

讨论了输出正交正弦波的光栅尺 (又称光栅线位移传感器 )在位移测量中的脉冲细分原理。基于该原理 ,可将光栅尺位移测量分辨率提高 1～3个数量级。还介绍了单片机光栅尺位移测量系统 ,该系统具有自动消除累积误差、计数长度无限制的特点。     

直线电机检测系统的设计

本文利用增量式直线光栅尺位移传感器、方波四倍频及鉴向电路、热电偶传感器、压力传感器、研华ADAM4000系列工控I／O模块、PCI-1780多通道计数卡以及力控组态软件构建了直线电机的检测系统。该检测系统能够准确检测出直线电机的位移、拉力和推力及其绕组的多点温度值。文中对该检测系统的方案及其实现过程进行了详细的论述。     

直线电机检测系统的设计

本文利用增量式直线光栅尺位移传感器、方波四倍频及鉴向电路、热电偶传感器、压力传感器、研华ADAM4000系列工控I/O模块、PCI-1780多通道计数卡以及力控组态软件构建了直线电机的检测系统。该检测系统能够准确检测出直线电机的位移、拉力和推力及其绕组的多点温度值。文中对该检测系统的方案及其实现过程进行了详细的论述。     

基于DDS芯片AD9851的信号源设计与实现

给出了一种基于DDS(直接数字频率合成)芯片AD9851和MSP430FFA27单片机的正弦波方波信号源的设计方案.其中,信号的频率、幅度、占空比和相位可以通过按键进行控制,并由LCD显示各种信息.该信号源的输出工作频率范围为10Hz-70MHz,输出频率的精度可达0.04Hz.并给出了该信号源系统的软硬件实现方法.     

用光学扫描器构成的新型 精密位移侧量系统

本文研究由位移传感用的光学扫描器、简单光学系统、栅距很大的粗线纹反射式光栅尺(λ=0.635mm)和信号处理电路等构成的新型精密位移测量系统。对光学扫描器作了简要介绍。阐述了该系统的工作原理、电路框图和动态鉴相细分电路。实验结果表明,本系统测量误差小于±0.01mm,分辨率为lμm。与国内现有位移测量系统相比,新系统具有工作间隙特别大(15mm左右),光栅尺不用密封,耐现场污染,容易在车间推广使用等优点。     

基于FPGA的信号源设计

针对模拟信号源存在精度低、频率范围小,以及定制直接数字频率合成信号源的控制方式、置频速率等不满足系统要求的问题,设计了一种基于FPGA的信号源。该信号源基于直接数字频率合成原理,采用FPGA的模块化设计方法,实现了频率、相位、幅值可调的正弦波、方波、三角波等波形输出。实验表明,该信号源输出波形质量好,频率分辨率高,控制灵活、方便。     

宏/微驱动定位系统滑模变结构控制的研究

研究了具有宏/微双重驱动定位工作台的滑模变结构控制技术.该工作台采用直线电机进行大行程位移驱动,来保证较大的工作行程和较快的响应速度,采用压电陶瓷微位移器完成精密位移驱动,利用光栅尺实现闭环位移反馈,可以实现100mm的工作行程,0.01μm的重复定位精度.     

高精度磁场式时栅传感器激励信号对测量误差的影响分析及系统设计

为提高磁场式时栅传感器测量精度,本文从理论上推导分析了时栅传感器激励信号源幅值和相位不一致产生的谐波成分对时栅传感器测量精度的影响,提出了一种基于DDS原理并采用完整闭环调节的高性能时栅激励信号源设计方案。以FPGA为微处理器,通过编程分频系统时钟,设置频率、相位控制字对DDS输出的信号频率、相位进行调节,使用增益控制器配合相位累加器实现相位到幅值精确转换。搭建了信号调理电路和信号反馈电路,通过实时对比反馈控制,解决了系统电路阻抗不匹配及干扰导致的激励信号相位不正交性和幅值不一致性的问题。实验结果表明：本文所设计的激励信号源输出信号幅值相对误差只有0.4%,正交性相对误差只有0.05%,并且采用该激励信号源,磁场式时栅传感器测角原始误差从±103.4"降低到了±20.3",有效抑制由于激励信号源幅值不一致和相位不正交带来的谐波误差。经修正后对极内角位移测量误差只有±1.3",整周角位移测量精度达到±2",满足高精度位移测量要求。     

高密度单光栅衍射光干涉线位移测量系统

为了突破传统的双光栅线位移测量系统结构和原理的限制,使用高密度光栅来提高测量精度与分辨力,介绍了一种采用高密度单光栅测量系统的光学结构,其采用衍射光干涉产生原始信号,具有光学四倍频,采用偏振移相的方法获得四路空间相位相差90°的原始信号.原始信号具有无其他谐波分量、正弦性和正交性好的优点.根据系统设计制作了样机,样机采用417 lp/mm的光栅,原始信号周期0.6 μm,经过1024电子学细分后,系统分辨力0.586nm,将系统的测量结果与HP5528干涉仪进行比较,实验结果表明:系统在100mm测量范围内精度达到0.1μm.这种线位移测量系统结构紧凑,分辨力高,精度高,可在众多需要高精度线位移传感器的场合中应用.     

一种基于数字移相技术的调试装置设计及应用

设计一种通过AVR单片机对方波信号延时输出来实现0～360°移相的多功能调试装置,并对其软、硬件的组成和主要功能及扩展应用进行阐述.     

锁相技术在谐振变换器中的应用

为了提高移相控制方式的谐振变换器在轻载条件下的效率。本文提出了一种基于电流跟踪的移相控制方式。由于此控制方式能使滞后桥臂的电压与电流始终保持一定的相位,使得变换器即使在轻载条件下仍能实现软开关。文中给出了由锁相芯片CD4046实现电流跟踪移相控制的设计和参数选择方法。     

低压低功耗CMOS微电容式传感器数字型接口电路研究

针对便携、无线设备的低电压、低功耗需求,基于TSMC 0.18μm CMOS工艺设计提出一种面向CMOS微电容式传感器的接口转换电路。将敏感电容、参考电容与接口电路集成于同一芯片,可以将对湿度敏感的电容变化量线性转换为方波脉冲信号的宽度,并直接输出数字信号。实验仿真结果显示在1.5 V电源供压下电路消耗的功耗仅为1.95 mW,转换分辨率达到4.38μs/pF,与同类接口电路相比具有线性度好、有效减少电容间失配和对温度与工艺角变化不敏感等优点。     

High gain transmitarray antenna based on ultra‐thin metasurface

This article presents a bandwidth enhanced transmitarray (TA) antenna based on ultra‐thin metasurface (MS) for high gain operating at X‐band. The antenna consists of a three layers continuous flat structure and an aperture coupled microstrip antenna as the feed source. The relative phase shift of 360° is achieved by the unit cell design based on ultra‐thin MS, and the quasi‐spherical wave could be focused as plane wave when the wave goes through TA. The aperture coupled microstrip feed is designed with a bandwidth of 20.6%, and the bandwidth enhanced property of feed source will reduce the negative effect of elements mutual coupling on TA and increase the bandwidth of the TA antenna. The TA antenna gain increases from 8.25 to 18.98 dB and with a side lobe level of ?14.3 dB. Owing to the low‐profile and easy configuration, this kind of TA antenna has great potential, wireless communication.     

采用SVD-NMF的管道泄漏信号去噪算法

在管道泄漏检测中,压力信号中的噪声干扰会降低传统互相关法的定位精度。传统的去噪算法对环境的适应性差,去噪效果不理想。为此,提出了一种奇异值分解SVD( Singular Value Decomposition)与非负矩阵分解NMF( Nonnegative Matrix Factorization)相结合的管道泄漏信号去噪算法。该方法首先通过奇异值分解确定非负矩阵分解的阶数并对其初始化;然后,采用改进的非负矩阵分解算法对原信号进行迭代分解,获得去噪信号;最后,对去噪信号进行处理后通过互相关计算时延,并结合泄漏信号的传播速度实现泄漏定位。大量实验结果表明,SVD￣NMF算法能够显著降低迭代次数,提高去噪速度;同时在泄漏检测中,能够达到去除噪声干扰,提高定位精度的目的。     

闭合磁路的磁弹索力传感器优化及实验研究

针对目前已经工程应用的磁弹索力传感器的磁路结构、工作点及激励信号等设计的不足,从铁磁性材料的磁特性出发,结合基于磁弹效应的索力测量原理,设计并制作了单“U”型磁轭的闭合磁路磁弹索力传感器,确定了激励信号的幅值、频率及传感器工作点。实验结果表明,在激励峰峰值为6 V时,缆索处于近饱和磁化阶段,此时传感器灵敏度最高,为32.470 mV/kN,其测量结果的线性相关系数为0.9704。     

基于多周期欠采样技术的生物电阻抗成像硬件系统

生物医学研究表明,人体组织复阻抗的实部和虚部均包含着丰富的生理和病理信息,而复阻抗的虚部信息很微弱,不易提取,要求激励频率达到1 MHz以上,提取出虚部信息,从而提高诊断准确性。针对该问题,本文设计了一种基于CAN总线的生物电阻抗成像系统硬件电路,使激励信号的频率扩至10 MHz。电路中采用数字合成器AD9852为各数据采集单元提供统一的时钟信号,采用16位1MSPS的模数转换器AD7677以及多周期欠采样技术对高频段波形采集信号,最后利用数字相敏解调技术获取复阻抗的实部和虚部信息。     

基于CPLD和单片机的光栅转矩传感器的研究

介绍了一种结构简单、测量精度高的新型转矩传感器——基于CPLD和单片机的光栅转矩传感器。重点介绍了光栅转矩传感器的基本原理和结构,主要给出了系统的设计原理,并经软件仿真和硬件测试验证,达到设计要求。     

利用单幅变形光栅条纹图提取相位的方法研究

针对单幅变形条纹图的调制相位提取问题,提出了两种分别基于频移法和基于希尔伯特变换的相移法从变形条纹图中提取面形相位的改进方法,并对它们的性能进行比较分析。在频移法中,通过使用伸缩窗口傅里叶变换来优化基频的准确提取;在相移法中,采用软件的方法利用希尔伯特变换来实现物理上的相移,并结合了求平均相位斜率的的方法有效去除载波相位成份。两种方法的共同优点都是只需要拍摄单幅条纹图像,操作简单,计算复杂度不高,有利于快速测量,具有良好的应用前景。     

Differential phase shifters based on Schiffman type‐C and type‐F networks with wide phase shift range

This study proposes a class of differential phase shifters based on the Schiffman type‐C and type‐F networks with wide phase shift range. After the phase and bandwidth properties of these two distinct networks are numerically analyzed, two unique advantages of wide phase shift range and wide phase shift bandwidth are revealed. Next, the optimal design parameters for different phase shift values up to 405° are presented to allow for a quick design process. To verify the proposed approach, a 180° differential phase shifter is designed, fabricated and measured. Good performance is achieved with an impedance ratio of 1.959 and 3.7° phase deviation over a phase shift bandwidth of 61%.