基于FPGA的感应同步器的数据采集和处理的研究

为了提高感应同步器信号处理系统的可靠性和节省FPGA资源,采用单芯片SOC系统设计,把正/余弦信号电源、A/D控制电路、数据处理集成在一块FPGA内,并通过点对称和轴对称技术优化正/余弦信号电路。研究了一种新型的采样电路和信号处理方法,在激磁信号0°相位时开始采集感应信号,利用FFT计算出感应信号的初相位,即可检测感应同步器的位置。实验证明,设计的电路和信号处理方法正确,只需0~90°的正弦表,分别生成了0~360°的正弦信号和余弦信号,节省了FPGA的资源,只需采集一路感应信号即可实现同步采集激励信号和感应信号的效果。

两相非等节距时栅位移传感器

在分析时栅位移传感器的一般信号模型的基础上,深入探讨了三相、两相时栅位移传感器的测量机理,进而提出了一种新型位移传感器——两相非等节距时栅位移传感器,然后详细介绍了它的结构和原理.通过和其它两种传感器的对比表明,该传感器可以在不增加加工难度的情况下,增加传感器的极对数.最后通过实验表明,该传感器的精度比其它两种传感器得到了提高.

基于DSP的时栅位移传感器误差在线处理与系统设计

概要分析时栅传感器的幅值误差、正交误差、相移误差等误差因素以及其对检测精度的影响,给出了对上述各误差进行在线检测的方法,同时通过信号合成、数字滤波与延迟补偿等方法联合消除误差影响,提高了系统测量精度。为实现上述方法,进而提出一种以DSP为处理核心的新型一体化系统信号处理解决方案。该方案将信号产生、数据采样控制、误差检测、位移解算与误差修正等数据处理集成到一片DSP内,压缩了系统硬件空间,提高了系统综合性能。实验表明:经过误差处理后,72对极传感器系统的误差从±128.4″减少至±1.7″。

GPS双天线定向系统及优化模糊度搜索算法

研究了GPS载波相位双差测量方向的原理和应用最小二乘法解算基线矢量的方法;提出了快速解算整周模糊度的优化算法。实验表明,采用基线长度作为约束条件,应用GPS双天线测量方向的原理和搜索模糊度优化算法正确,其定向精度达0.12°,解算时间小于0.3 s。

两相非等节距时栅传感器的谐波修正

采用误差修正是提高两相非等节距时栅位移传感器精度的有效方法.首先,详细研究了两相非等节距时栅传感器的原理和误差组成,分析了长周期误差、短周期误差等误差特性.其次,提出了一种新型的谐波误差修正方法,它可以同时消除长周期误差和短周期误差,且不要求等间距采样,采样点数少,数据处理简单.最后,通过实验表明,该方法能大大提高传感器的精度.

基于等差相位构建的多读数头位移传感器研究

目前多读数头位移传感器大多采用均布或等比方式进行排列,对读数头的加工和安装精度要求非常高,实现困难。文中提出了一种在不增加加工和安装难度的情况下实现高精度多读数头测量的新方法。传感器制造时,多读数头按照感应信号相位等差的方式分布在同一个定子上并且共用一个转子,使得多个读数头角位移信号和误差信号的感应电动势具有高度的一致性,且在相位上表现出周期性的等差规律,降低了误差辨识和修正的难度,提高了传感器的测量精度。实验结果表明:经过多读数头误差修正后,传感器的误差可以控制在±2″以内。

基于FPGA多路时栅位移传感器数据采集与处理系统

为解决多路时栅传感器协同工作而相互干扰的问题,减少多路传感器协同工作时数据采集的复杂程度。用分时激励、分时采集和排队发送数据来消除多路传感器相互影响的思想,设计了基于FPGA的高精度分时激励电路、采集电路和串口发送电路。利用QUARTUSⅡ9.0开发平台,用Signal TapⅡ进行逻辑分析,并通过两个时栅位移传感器搭建试验平台。试验表明,采用分时激励和分时采集的方法,传感器的精度从原来的±3″提高到±1″,可以有效解决多传感器相互干扰的问题。

双GPS定位定向系统

针对GPS载波相位测量相对定位可以达到毫米级精度,利用GPS载波相位测量方向可以达到较高精度的情况,在阐述了载波相位双差测量方向的原理、坐标系变换和应用最小二乘法解算基线矢量的基础上,讨论了快速解算整周模糊度的算法.测试表明,该算法达到了设计指标.

电磁互感型传感器的感应机理及一种新型的位移传感器

对三相电磁互感型、两相电磁互感型传感器的感应机理进行了探讨,揭示了应用这2种传感器进行测量的实质,开发了一种新型两相非等极电磁互感型传感器,以用于角度测量.对3种传感器进行了比较,结果表明,该位移传感器可大大减弱刻线误差和绕线误差对感应电势的影响.

基于谐波修正的两相非等节距时栅传感器

通过研究三相、两相时栅传感器的信号模型,设计了一种新型位移传感器——两相非等节距时栅位移传感器.该传感器在不增加加工难度的情况下,提高了传感器的极对数.通过分析传感器的误差组成,研究了误差谐波修正法理论,提出了一种新的非等间距采样误差修正方法.该方法消除误差的效果与等间距整周期采样误差修正相似,但采样点数要少得多.实验表明,采用新型位移传感器能提高传感器的精度.

基于Fusion的感应同步器的信号处理

通过鉴别感应同步器激磁信号和感应信号的相位差来检测感应同步器的转子相对定子的角度.采用Actel的Fusion集成的FPGA、A/D转换和CoreMP7的ARM7内核,实现正、余弦信号的产生、数据采集和数据处理的单芯片SOC系统,同时,在激磁信号0°相位时采集感应信号,通过FFT计算感应信号的初相位,进而实现感应同步器的位置检测.

感应同步器的幅值误差和正交误差的检测与补偿

论述了感应同步器的幅值误差和正交误差对检测精度的影响,研究了检测幅值误差和正交误差的检测与修正,提出了一种多位置检测误差法.通过搜索方法,将非线性方程组进行线性化处理,应用最小二乘法检测幅值误差和正交误差,进而修正幅值误差和正交误差.实验表明,采用该幅值误差和正交误差的检测与修正方法,可以大大提高感应同步器的精度.

一种新型电磁耦合位移传感器

通过分析三相和两相电磁耦合传感器的信号模型和测量原理,提出和开发了一种用于角度测量的新型两相非等节距电磁耦合型传感器,在不增大加工难度的情况下,增加了传感器的极对数,从而可提高传感器的检测精度。

平面时栅传感器多读数头构建方法与误差修正

基于平面时栅传感器原理提出了多读数头平面时栅传感器。利用耦合面积原理分析传感器正方形与正弦形状定子槽形状与激励耦合的谐波特性,对比不同耦合形状对各次谐波的削弱效果,选择最优的耦合形状构建传感器模型。设计了传感器信号处理模型,对感应信号进行解算得到测量角度。设计了对误差补偿模型测量结果进行修正,提高了传感器的测量精度,通过与原始数据的比较误差补偿后,测量精度显著提高。

基于多读数头位移传感器误差自修正的研究

目前栅式位移传感器主要有光栅、容栅、球栅、感应同步器、旋转变压器、时栅等,提高其精度一般通过增加栅线密度和读数头数量来实现,或者依靠高精度母仪来检测和修正误差,但是这种方式对传感器的加工和安装要求高,或者传感器精度长时间保持性差。本文针对上述问题,提出了基于等差相位构建正交信号、实现多读数头测量、误差特征参数自辨识和误差自修正的新方法,该方法不增加加工和安装难度,定子和转子的槽数接近,多读数头有机集成在同一个定子,使读数头的一致性好。实验结果表明:基于等差相位构建多读数头误差成分少,通过多读数头误差特征参数自辨识和误差自修正后,传感器的误差可达到±1.9″。

基于FPGA超声多普勒计程仪的系统设计与研究

本文借鉴船用多普勒计程仪技术,提出基于FPGA的频谱分析提取速度信息的具体实现进行了研究,完成一种完整的基于FPGA超声多普勒计程仪的系统设计和实现方法,该方法计算精度较高,系统实现简单灵活,为实现高效、准确的陆用超声多普勒计程仪提供了基础。

一种精密测量超声波传输时间的方法

针对超声波传输时间精密测量的要求,提出了一种精密测量超声波传输时间的方法.该方法以高分辨率高精度A/D和高速FPGA作为硬件核心,保证了超声波回波信号采样数据的高分辨率和实时性.精密测量超声波传输时间的软件算法综合了整个超声波回波信号采样数据,利用细分插补算法精确计算超声波传输时间的终点时刻,保证了超声波传输时间测量的高精度.实验表明,该方法能够在不增加生产成本的前提下,达到ns级,乃至ps级的超声波传输时间精密测量.

纳米时栅位移传感器的理论模型与误差分析

纳米位移测量技术及器件是实现纳米精度定位与控制的"眼睛",针对现有的纳米位移测量方法在大量程和高精度之间难以兼顾的现状,提出一种基于交变电场的驻波合成电行波的新方法,研究一种新型的纳米时栅位移传感器。对纳米时栅的工作原理进行了详细分析,构建了一个受4路位移信息调制的行波表达式,通过对表达式的理论推导,分析了2路驻波幅值不相等、单路驻波正负幅值不相等以及驻波中包含高次谐波分量等因素导致的误差规律。在此基础上开展了大量验证性实验,结果证明了理论分析的正确性。根据理论分析和实验结果,明确了纳米时栅一次、二次和四次误差的产生原因,据此对传感结构和参数进行了优化设计,最终在200 mm测量范围内精度达到±300 nm。

反射式超声波温度计设计

基于超声波在介质中的传播速度受温度的影响的原理,设计出一种用超声波技术精密测量温度的温度计。根据超声波的反射特性,将传感器设计成反射式结构可以有效减小超声波温度计的尺寸。利用基于FPGA的硬件电路和特殊的软件细分算法,可以实现高分辨率的超声波传播时间测量。这种新型的反射式超声波温度计可以实现测量分辨率优于0.001℃的精密温度测量,并保证很好的实时性,可广泛的用于常温和高温的精密温度测量。

时栅位移传感器原理与发展历程

回顾了时栅传感器从原理创新思想、全新技术、高品质产品到新兴产业十多年的发展历程。介绍了时栅传感器的基本原理、应用情况以及迄今所取得的社会评价等。