基于课程建设培养学术研究生应用研究能力

以“现代传感技术”课程为例探讨仪器科学与技术专业研究生的应用能力培养方法。针对该课程教学内容宽、泛、浅,以及缺乏实践教学环节等不足,探索将教学团队的原创成果“时栅位移传感器”引入教学全过程,依托团队科学研究及成果转化基地作为实践教学平台,从仪器改造到仪器设计,再到仪器研制,分三步递进性实施实践教学内容。将理论知识与实践教学相整合,达到知识、能力、素质培养“三位一体”,提升学术型研究生的应用研究能力,达到良好的效果。

“小米多诗词王国漫游记”编辑手记

“小米多诗词王国漫游记”系列丛书是国内首部诗词儿童小说,上市至今,销量过百万册。此书的策划人及责编分析归纳其畅销及诞生前后的重要因素,以启后人。在选题策划阶段,好的创意是图书“万丈高楼平地起”最坚实的根基;在筛选作者阶段,注重编辑的眼力与定力;在创作修改阶段,向作者输出智力支持是书稿品质持续提升的助力;在图书制作阶段,好的版式与插图不仅仅是锦上添花;在营销推广阶段,发行团队的公众号营销及整体节奏的把控到位、把控给力是推动力。

基于SOPC的便携式高精度频率仪设计

随着频率测量系统在许多领域的广泛应用,为了达到高速高精度宽量程的频率测量,介绍了基于Nios II处理器软核的SOPC为控制核心,采用直接数字频率合成(DDS)技术,在SOPC上构建通道切换逻辑控制、信号处理器模块以及人机交互模块,实现高速多通道数据运算与处理,缩小了频率仪体积,并降低了开发成本。通过通道切换逻辑控制,实现宽量程频率采样。通过细分插补软件算法实现0.061 ns级的时间测量,从而实现高精度的频率测量。

基于ARM的直线式时栅位移传感器A/D转换电路设计

利用时空转换思想,以时间基准测量空间位移量,设计了基于ARM的直线式时栅传感器A/D转换电路。采用STM32F407VGT6型ARM处理器与AD7298BCPZ型12位A/D转换芯片相结合,利用嵌入式Linux实时操作系统的移植,使得系统具有更好的可靠性与实时性。实验表明:设计的A/D转换电路,最小分辨时间为2.44 ns.能够更好的实现传感器的高速、高分辨率采样,实现了直线式时栅传感器的实时误差修正与补偿,为高精度直线式时栅传感器的研制提供了技术支持。

直线式时栅传感器的动态测量与数据处理

针对直线式时栅传感器的动态测量,提出了直线式时栅传感器的主要动态误差源。采用直线光栅尺,光栅测量值作为直线式时栅传感器空间位置测量的标准量,直线式时栅传感器的预测测量值与之进行比较,从而得到动态预测测量的误差值。对测量的误差值进行数据的预处理:数据的截断和采样、异常数据剔除,预处理后对误差值进行频谱分析,提取出幅值和相位,以便于用软件实现谐波修正,提高直线式时栅传感器的精度。

时栅角位移传感器误差测试及补偿

在工业现场,角位移传感器校准受特殊条件的限制,很难用标准器进行密集误差采样来提高精度。针对该问题提出了一种稀疏误差采样及补偿方法。在分析时栅角位移传感器的感应信号的基础上,提出稀疏采样第1个对极内细分误差+对极点零位误差的测补方式,给出用激光干涉仪获取零位和细分误差的方法及采用稀疏采样的误差补偿模型进行补偿的具体过程。以72对极时栅角位移传感器为对象进行研究,实验结果表明:该方法充分剔除了零位误差且补偿了细分误差,在稀疏采样的条件下即可实现整周范围的有效补偿,大大提高了修正效率和测量精度,时栅传感器的精度达到2.69″。

运用FPGA+ARM的直线式时栅传感器的数据采集系统设计

利用时空转换思想,以时间基准测量空间位移量,借鉴国际上先进的位移测量技术手段,设计直线式时栅传感器高速实时数据采集系统。通过先进的RISC机器(Advanced RISC Machines,ARM)对现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)进行管理控制,利用嵌入式操作系统Linux软件编程,在FPGA上构建正弦信号发生器、NIOS_II软核处理器,完成高速数据采集,使系统具有更好的可靠性与实时性。实验表明:采用所设计的高速实时数据采集系统,最小分辨时间为2.44ns.解决了直线式时栅传感器处理速度和数据采集不匹配的问题,实现了直线式时栅传感器的实时误差修正与补偿,为高精度直线式时栅传感器的研制提供了技术支持。

基于SOPC的高精度超声波温度计设计

根据在介质中超声波的传播速度随温度变化而变化的特点为设计原理,以基于Nios II处理器软核的可编程系统级芯片(SOPC)为控制核心,设计了高精度超声波温度计。在SOPC上同时实现了高频信号发生器模块、高速信号电路控制模块、信号自动采集控制模块以及Nios II软核处理器模块,缩小了体积,并降低了成本。传播时间的精确测量采用软件细分插补算法,经过理论分析和实验验证,该方法能够达到ns级超声波传播时间的测量,使设计的超声波温度计能够实现分辨率优于0.001℃的温度测量。

基于参数辨识的时栅转台在线自动标定系统

提出一种在线自动检测时栅转台误差、辨识误差模型系数和误差补偿的方法。该系统由高精度的基准量仪圆光栅、微控制器与上位机组成。在对极点8个待定参数和对极内20个待定参数分别进行傅立叶变换的参数辨识,得到辨识误差模型的系数,实现了实时在线误差补偿。为了检验在线自动标定效果,利用光电自准直仪与基于参数辨识的在线自动标定系统进行对比实验。实验结果表明,采用傅立叶变换的参数辨识,提高了时栅转台标定精度与标定效率,时栅转台的精度达到2.8″。

基于超声波技术的温度传感器设计

超声波检测技术的运用,使温度测量具有速度快、准确及测量范围大等优点。利用超声波在介质中的传播速度随温度变化而变化的特性,以带有NIOS软核的FPGA作为硬件电路控制核心,实现高速实时的数据采集,同时采用软件细分插补算法,实现超声波传播时间的精确测量。经过理论推导和实验,设计的超声波温度传感器能够实现高精度高分辨率的温度测量,传播时间达到ns级,分辨率优于0.001℃.

基于ARM的智能药箱设计

针对患病老人经常出现错误服药、忘记服药等问题,提出一种基于ARM的智能药箱系统。智能药箱系统由嵌入式微控制器ARM、报警单元、显示单元SMG240128A以及检测单元等组成。系统通过液晶显示、语音播报以及蜂鸣器报警定时提醒患者定量服药,并通过移动通信系统GSM将服药信息发送到监护人手机上,使监护人及时掌握患病老人服药的具体信息,从而提高患病老人的生活质量。智能药箱系统采用模块化设计,具有配置灵活、设计人性化的特点,能较好地满足市场需求。

基于多传感器组合的环面蜗杆误差检测仪设计

针对齿轮、环面蜗杆等零件加工精度不易测量的问题,提出了一种基于多传感器融合的三维测量系统,集成了直线光栅、时栅角位移传感器与霍尔传感器,通过坐标变换、贝叶斯数据融合、傅立叶级数拟合方法,以完成零件的三维测量。利用该方法完成了对环面蜗杆误差检测仪的开发,与传统的环面蜗杆检测仪相比,减低了成本,提高了整机的开发效率。

时栅转台自动标定系统的研究

提出一种自动检测时栅转台误差、辨识误差模型系数和误差补偿的方法。该系统利用自制的数控控制箱结合嵌入式技术，以高精度的圆光栅作为基准量仪，以双微控制器与上位机为基础，形成双闭环控制结构，实现系统的高精度定位。在对极点8个待定参数和对极内20个待定参数分别进行傅里叶变换的参数辨识，得到辨识误差模型的系数，实现了实时在线误差补偿。实验结果表明，时栅转台的精度达到2．4″，提高了时栅转台标定精度与标定效率。

时栅传感器电气误差分析及补偿

测量仪器误差分析是测量仪器研制过程中的重要一环。为了确定影响仪器测量精度的主要误差因素,本文讨论了时栅传感器电气误差中零电平误差、电源误差的产生原因,提出用误差补偿技术来提高时栅的测量精度,对时栅传感器的批量化生产具有重要作用。

基于ZigBee的中低速汽车网络系统

汽车控制技术与电子工业的不断发展,使得汽车电子元器件不断增加,布线复杂,增加了整车的质量。针对以上问题,提出了基于ZigBee技术的汽车无线网络系统。介绍了该系统的整体结构,硬件、软件设计及实现的关键技术,指出了ZigBee技术在汽车网络中将有着广阔的应用前景。

时栅角位移传感器的误差补偿及参数辨识

基于正弦函数和快速傅里叶变换提出了一种误差补偿及参数辨识方法,用于提高时栅角位移传感器的测量精度和标定效率。使用激光干涉仪对时栅角位移传感器的误差进行标定,在整周采样36个对极点和对极内采样240个点。通过对标定的误差数据进行分析,由此提出一种基于傅里叶级数变换的误差补偿模型,在对极点对8个参数与对极内20个参数分别进行参数辨识。实验结果表明:补偿后时栅角位移传感器的测量误差减小为原误差的1/38.4,显著地提高传感器的测量精度和标定的效率。

高精度分体式多通道超声波温度计的设计

针对传统的温度传感器在极端与特殊条件下无法满足测量的要求,设计了分体式多通道的超声波温度计。将多对测量头均匀布置在装有被测介质的容器外侧的各个方位,利用FPGA的控制驱动信号精确确定超声波传播的起点时刻,通过分块查找的特征波查找算法、高速高分辨率的信号采样电路和直线插补算法相结合,利用过零点两侧的采样点来实现对超声波传播时间终点时刻的高精度检测,进而精确计算出超声波传输时间。在传播距离一定的条件下,以水为介质为例进行模拟实验。结果表明:分体式多声道超声波温度计能够实现对超声波传输时间的分辨率ns级的测量,从而确保了对温度的高精度测量。

基于ARM的直线式时栅传感器自动闭环控制系统设计

设计的自动闭环控制系统,是为了完成直线式时栅传感器数据的快速采样,提高测试效率。基于PHILIPS公司的ARM处理器LPC2214作为主控芯片,设计了控制电路,控制步进电动机驱动滚珠丝杠,带动直线式时栅传感器的动测头与直线光栅的扫描头同步运动,同时接收直线式时栅传感器的反馈信号,并与上位机之间进行串口通信。实践证明:系统响应速度快,控制精度能达到0.1μm。

伺服电机转子位置检测的误差分析与补偿

针对伺服电机转子位置检测中存在安装不方便、成本高等问题,提出了基于隧道磁阻效应和时栅技术相结合的转子位置检测单元的设计方案。将空间正交的一对TMR传感单元嵌入在电机的前端盖上,实现嵌入式位置精密检测。根据检测单元转子位置解算原理,分析了检测单元的安装误差、电气误差、电磁噪声误差等引起的误差成分。提出了基于超限学习机的误差补偿方法,通过对真实值和测量值样本的训练得到模型最优参数,根据模型参数建立转子位置的误差模型。利用所得到误差模型实现对转子位置的误差补偿。实验结果表明,在2000 r/min匀速工况下,补偿前转子位置最大测量误差为4.64°,补偿后转子位置误差为0.315°,精度提升了93.2%,为伺服电机转子位置检测提供了新的方法。

时栅测角系统误差自动采样及补偿研究

由于时栅测角系统受限于校准器的运动和装配环境,难以使用光栅作为精度基准仪器来进行密集的误差采样。为了实现较高精度的测量,通过对时栅测角系统的位移解算和对磁场式Ⅱ型时栅传感器结构进行了剖析,利用稀疏采样误差数据开展了频谱研究,得到了测角系统的补偿模型;提出了一种基于激光干涉仪的时栅测角系统误差自动稀疏采样及补偿的方法,采用了量子粒子群算法对补偿模型进行了求解,从中获取了17个补偿参数,并将其应用到补偿模型中,对测角系统进行了误差补偿。研究结果表明:在稀疏采样的条件下,采用该方法能够快速、准确地实现对时栅测角系统误差进行自动补偿,且补偿后的时栅测角系统的精度达到2.88″。