多通道高精度时间-数字转换器的研制

介绍了一种基于USB2.0接口的多通道高精度时间 数字转换器(time-to-digital converter, TDC)的设计与实现。完成了NIM-LVPECL电平转换电路、高速串并转换电路、基于FPGA的数据处理及相关逻辑控制等单元电路的设计,最后给出了TDC的测试性能指标。结果表明,TDC的最小时间分辨率为403 ps,测量时间范围为0~420 us,测量“死时间”<13 ns。TDC可广泛应用于高精度的时间间隔测量领域,特别是作为飞行时间质谱仪（time-of-flight mass spectrometer, TOF-MS）的数据采集卡。     

脉冲激光测距中高精度时间间隔的测量

考虑时间间隔测量对脉冲激光测距系统的意义,提出了一种新的高精度时间间隔测量方法.该方法在现场可编程门阵列(FPGA)中实现了脉冲计数法、多相采样法和延迟链法的结合.采用脉冲计数法对被测时间间隔进行"粗值"测量,保证大的动态测量范围.利用FPGA内部锁相环产生N路同频率,相位均匀分布的时钟信号作为计数时钟,基于等精度测频原理,将被测时间间隔的测时分辨率提高到Tclk/N.利用FlipFlop锁存器形成延时链,对被测信号与相邻计数时钟的时间间隔进一步量化.该方法解决了传统多相采样技术中由于倍频次数高导致相移分辨率降低的问题,在不增加计数时钟和有限延迟链数量的前提下,得到较高测时分辨率.测试结果表明,该时间间隔测量模块的动态测量范围为163.8 μs,测时过程相对较短,当进行多次重复测量时,测量的标准误差在71 ps以内,基本满足实际应用的精度要求.     

脉冲激光测距中高精度时间间隔测量方法的研究

高精度时间间隔测量对脉冲激光测距系统具有重要意义,为此提出了一种新的高精度时间间隔测量方法。该方法在FPGA中实现了脉冲计数法、多相采样法和延迟链法的结合。采用脉冲计数法对被测时间间隔进行“粗值”测量,保证大的动态测量范围。利用FPGA内部锁相环产生N路同频率,相位均匀分布的时钟信号作为计数时钟,基于等精度测频原理,将被测时间间隔的测时分辨率提高到Tclk/N。利用FlipFlop锁存器形成延时链,对被测信号与相邻计数时钟的时间间隔进一步量化。该方法解决了传统多相采样技术中倍频次数高则相移分辨率降低的问题,在不增加计数时钟和有限延迟链数量的前提下,得到较高测时分辨率。测试结果表明,该时间间隔测量模块不但可以实现大的动态测量范围,而且测时过程相对较短,具有较高测时精度。     

高精度铂电阻测温转换电路的实践与分析

一、概述在各类测量温度的传感器中，铂电阻温度传感器与其它类型的测温传感器相比，它具有稳定性高，测量范围宽，线性度较好，易互换等优点。因此，它在各种温度测量中得到了广泛的应用。如何使钻电阻温度传感器在应用中得到较高的精度和稳定性，其关键问题在于如何使铂电阻温度传感器的良好特性获得扩展，同时又能不断克服和完善其自身存在的不足之处，这就为铂电阻测温转换电路提出了一个新课题。下面介绍的这种钥电阻测温转换电路就是为解决这一问题而精心设计的，该电路的转换范围可达上70℃，转换精度优于上0．03℃，年稳定度在100P…     

基于卡尔曼滤波算法的时间数字转换器

基于时间域的模拟数字转换器,利用了数字电路的优势,变换信号的表征方式,实现了信号从电压域到时间域的转换。与电压域模拟数字转换器相比,在达到相同速度、精度等指标的前提下,时间域模拟数字转换器具有结构简单、功耗低等优点。但在信号转换过程中,由于电压时间转换的非线性与时间数字转换器延迟单元不匹配,容易引起量化噪声。在时间数字转换器的量化过程中,引入卡尔曼滤波算法,可以对时间数字转换器进行量化校准。实验结果表明,该方法能有效降低时间数字转换器的谐波失真。     

传感器高精度数字转换模块的开发

传感器高精度数字转换模块由微型计算机控制,可实现高精度、宽动态范围模拟量信号（0-100 mV）的数据采集。针对工业现场使用传感器的条件,采用直流9-40 V宽电源范围供电;采用低功耗结构设计,体积小,稳定性高,安装方便;解决了工业现场各种类型传感器输出信号的数字量转换问题。为企业新产品研发和传统设备数字化改造提供了前端数字信息采集的硬件支持。     

利用延时法进行高精度脉冲激光测距

由于激光测距的精度取决于时间测量精度,本文提出了一种提高时间测量精度的方法。该方法在现场可编程门阵列(FPGA)的控制下,将电信号通过延时电路送入到D触发器的输入端CLK;激光器发出的光到目标,经过目标反射后返回进入光电转换器转变为电信号送入到D触发器的输入端D。通过调整延时芯片和机械位移产生的电信号的延时时间,使D触发器输入端的信号同时到达,从而利用延时时间来确定光到达目标所需的时间。用FPGA对100MHz恒温晶振器的脉冲计数,经MC100EP195芯片延时,再通过精密机械定位的方法将时间测量精度提高到0.3ps数量级。实验结果表明:使用该方法,激光测距的误差在1km内能保证在0.1mm数量级,可满足高精度测距的要求。     

电压一频率转换电路的动态特性分析及求解

在测量与仪表技术领域，V/F转换器作为一种信号变换和处理技术，应用日益广泛，从V/F转换器内部工作原理出发，分析了V/F转换电路的动态特性，提出了能说明V/F转换过程快慢程度的一个动态参数概念，即转换时间，并求解出普遍有效的一般表达式。V/F转换器的动态转换过程主要由两步组成，一是恒定脉宽的单脉冲输出，二是单稳态复位状态，这两种状态交替工作控制输入积分比较器的积分工作状态，得到频率大小与输入直流电压成比例的脉冲输出信号从而实现V/F。转换当设在任意时刻输入电压发生突变时，可用阶跃函数来描述此变化，定义转换时间Tc为跳变时刻至达到稳定脉冲输出的时间，则此时间成为描述V/F动态转换过程的一个具体的动态参数，求解出的Tc具有普遍有效性，并从中能清楚地看出V/F的动态响应特性不仅与输入电压新的数值有关，而且还与输入原初始状态，跳变时刻有关，与模拟输入输出系统有一定的差别。     

激光测距仪的脉冲电流供电温度控制系统

激光测距系统中的发射器件和接收器件具有温敏特性且均为小功率器件,精密测温电路采用Pt电阻时,Pt电阻的自热效应影响测温精度.为减小自热效应产生的测温误差,在分析Pt电阻测温误差产生机理的基础上,提出了一种新的脉冲电流供电方案,建立了脉冲电流供电电路及其自热升温过程的数学模型,给出了脉冲宽度和热量积累的关系,并通过合理控制脉冲宽度大大减小了自热效应引起的测温误差.使用高阶正交多项式拟合法对Pt电阻的非线性进行了补偿,给出了该系统温度测量模块测量数据与一级标准铂电阻温度值的比较实验,在不同的温度点,该温度测量系统的最大误差为0.000 6 ℃.系统稳定性测试结果表明,该系统在0～15 ℃时,各温度点控制稳定度均优于0.005 ℃,满足高精度激光测距的需要.     

激光测距机故障机理及维修训练平台研究

维修训练是装备教学保障的一项重要内容,武器装备的现代化对维修训练工作提出了新的要求.根据激光测距机的工作环境特点和故障发生机理,将故障设置技术与单片机技术进行融合,采用测距机实物结合单片机模拟控制的方法设计、制作了激光测距机的维修训练平台.通过维修训练平台可以实现激光测距机常见故障的设置,并在故障码的指引下引导受训人员...     

激光测距机低温测距性能实验设计

针对激光测距机-40℃工作温度性能测量要求,提出在常温下对低温激光测距机测距性能检测的方法,采用低温试验箱安装可加热的导电膜光学观测窗设计方案,叙述了实现激光测距机低温测距性能检测的初步实验结果和讨论,从而保证激光测距机出厂前的直接检测及标定。     

相位式激光测距谱分析鉴相的无偏改进

针对相位式激光测距中的鉴相误差,建立了谱分析鉴相的误差模型,提出了在数据预处理中引入希尔伯特变换来消除相位差估计偏差的测量方法.分析了传统谱分析鉴相的偏差和方差,指出这些测量偏差受初相位的影响,在高速测距中不容忽略.提出了一种无偏改进方法,通过窗函数法设计正弦信号的简易希尔伯特变换器,将离散傅里叶变换的对象转换为解析信号,在仅增加4次加减法运算和2次移位操作的情况下,实现了近似无偏谱分析鉴相.仿真分析和实验验证结果表明,鉴相均值与真实相位差相同;当信噪比为40 dB时,每秒百万次高速鉴相的误差为0.1°;当调制频率为100 MHz时,测距精度达到0.4 mm.实验表明,将希尔伯特变换应用于谱分析鉴相,可实现高准确度相位差测量,并可应用于高速相位式激光测距.     

激光测距仪在工业大行程测量系统中的应用

介绍了一种新型激光测距仪在流体缸大行程测量中的应用实例．它主要由控制系统、激光测距传感器、反射板组成,其中控制系统以PC机为上位机,以单片机为核心下位机．重点说明新型激光测距仪的工作原理、控制系统的软、硬件设计和优势．     

相位法激光测距接收系统

相位法激光测距作为一种高精度的测距方法,在很多领域中得到广泛应用,在激光调制频率一定的情况下,测距速度和精度取决于相位差测量的速度和精度,并受信号串扰等因素的影响。基于此,提出了一种新的相位差放大测量的方法,在不增加测量时间的同时将测相精度提高1/N倍,并结合欠采样技术避免了混频器和其他多余器件的使用,减小了串扰对系统的影响;高频弱光信号入射到雪崩光电二极管上,会在输出信号上产生相位延迟导致测距误差,我们提出灵活控制加在雪崩光电二极管上的反向偏压的方法减小该相位延迟,对于调制频率为18.5MHz波长为650nm的激光,当入射光强度为0.5uW时,可将相位延迟从1.4度 压缩到0.03度 之内;建立了信号串扰产生测相误差的数学模型,并通过实验给出了采取不同屏蔽措施时串扰对测相误差的影响。实验结果证明,当调制频率为18.5MHz时,测相精度为0.014度 ,相应测距精度可达0.3mm 。     

激光测距仪中基于脉冲电流供电的高精度温度控制系统

半导体激光器及雪崩光电二极管作为激光测距仪中发射和接收系统中的关键器件,温度对其性能的影响限制激光测距仪的测量精度。而且二者均为小功率器件,精密测温电路中采用Pt电阻测温时,Pt电阻的自热效应产生的测温误差不能忽略。基于此,在对Pt电阻测温的误差产生机理做详细分析的基础上,提出了一种新的脉冲电流供电的方案,建立了脉冲电流供电电路及其自热升温过程的数学模型,给出了脉冲宽度和热量积累的关系,通过合理控制脉冲宽度大大减小了自热效应引起的测温误差;使用高阶正交多项式拟合的方法对Pt电阻的非线性进行了补偿,给出了该系统温度测量模块测量数据与一级标准铂电阻温度值的比较实验,在不同的温度点,该温度测量系统的最大误差为 0.0006度。系统稳定性测试结果表明,该系统在0度到15度 的温度范围内各温度点控制稳定度均优于±0.005度 。     

基于激光测距的机载光电成像系统目标定位

针对小型机载光电平台无法准确获取视轴指向问题,设计了一种基于激光测距的目标定位算法。利用机载光电侦察平台锁定跟踪目标的特性,对同一目标多次测量,采用激光测距装置获取目标与载机间的距离信息。根据WGS-84定义的地球椭球模型建立系统的测量方程。考虑到测量方程的非线性,利用扩展卡尔曼滤波对目标位置进行估计。该定位方法精度只受到GPS接收机定位精度和激光测距机测量精度的影响,目标定位误差与机载光电侦察设备视轴指向测量无关。采用蒙特卡洛法仿真分析载机位置测量误差及激光测距系统位置误差对目标定位的影响,结果显示该算法定位精度较高。采用飞行试验数据验证了该目标定位算法的有效性,在飞行高度8 000 m时,目标定位精度优于8 m。相比于传统定位算法,该方法可将定位精度明显提高。同时此定位方法易于部署,可操作性强,具有较大的应用价值。     

基于GL Studio的激光测距机维修训练平台研究

利用GL Studio的图形设计器和代码编辑器,结合Multisim和VC++6.0混合编程,实现对激光测距机维修训练平台的仿真。介绍GL Studio的主要特点和功能,提出基于GL Studio的虚拟面板开发的具体流程,详细介绍虚拟面板的设计、Multi-sim仿真和GL Studio与MFC混合编程等关键技术。在实际应用中取得良好的效果。     

高清激光显示中的色彩复现系统

利用60吋全固态激光电视样机,建立了原有的电视色度信号向激光电视色度信号转换的模型。根据激光显示的特点,推导出以三色激光(红:660nm,绿:532nm,蓝:457nm)为三基色的激光电视颜色系统与荧光粉电视三基颜色系统的矩阵转换关系。利用解码模块、现场可编程门阵列(FPGA)色域转换模块和编码模块搭建了激光三基色系统和普通电视三基色系统的色域转换电路,分析了电路中各个模块的作用及整个电路的工作过程,实现了对高清视频信号的色域转换。对比了不同颜色在转换后的激光电视上与荧光粉电视上的显示效果,对11个特征颜色的测量显示,其色域转换误差小于9.8%。实验取得了很好的色域转换效果,成功地验证了高清激光电视的色彩复现能力。