基于可编程片上系统的电缆测试仪

本文介绍了一种基于可编程片上系统的电缆测试仪,采用了时域反射和等效采样原理,相比传统测试方法更准确、快捷、操作更方便;相比现有技术方案的时域反射法测量电缆误差更小、集成度更高、系统升级更简单、成本更低廉,同时详尽的提示方便操作人员判断电缆的故障位置和故障类型。

一种λ型互相关时差法超声波流量检测方法

对超声波气体流量检测主流方法(Z型时差法、V型时差法和平行相关法)的优缺点进行了分析,提出了一种λ型互相关时差法超声波流量检测方法。该方法采用两对换能器,一对垂直中轴线安装,另一对与中轴线成θ角安装。同侧换能器同时在相同介质中发射相同波形,传播不同行程后查找互相关性,计算相对时差,根据顺流和逆流时差计算流速和流量。试验表明,λ型检测方法的示值相对误差小于0.05%,是一种精度高、简单、实用的超声波流量检测方法。

基于群呼和队列应答策略提高RS485总线通信效率

针对提高RS485总线通信效率的问题,分析了提高波特率、控制收发控时序、多主通信和软件改善通信策略4方面措施的优劣势,提出了一种RS485总线通信群呼和队列应答策略;该策略是一种总线通信软件策略,不改变任何硬件,利用群呼和顺序应答减少主机呼叫次数,设置优先队列减少从机响应时间,利用简化编码减少信息无变化的数据帧长度进一步缩短轮询周期,大幅度提高通信效率。通过分站和传感器之间RS485通信试验,和传统方式相比大大缩短轮询周期和传感器传递紧急信息时的响应时间。

瓦斯抽放管道设备ia等级防爆型式探讨

分析了瓦斯抽放管道设备的ia等级防爆型式要求,从并联限压电路、串联限流电路、隔离电路方面给出了ia等级管道设备的实现方案;针对瓦斯抽放监控系统中电源供电回路和信号传输链路的设备连接提出了电源全回路ia等级、分站级设备ib/ia转换、增加ib/ia转换器的设计方案。现场应用情况验证了该方案的可靠性。

ia等级电源中的熔断器再保护电路设计

分析了在瓦斯抽放管道设备ia等级电源串联限流电路中设计熔断器的必要性,提出了一种熔断器再保护电路设计方案,详细介绍了再保护电路的特点与设计注意事项。

基于RS485数据帧计时的总线设备间距离测量

针对煤矿井下大量工作的在线设备不具备定位功能、已安装无线定位的设备易受电磁干扰导致定位精度低等问题,结合电缆故障测距的时域反射法和无线单边双向测距飞行时间法,提出了一种基于RS485数据帧计时的总线设备间距离测量方法,即以通信电缆为载体,利用通信数据在一对主从机之间往返的飞行时间来测量主从机之间的距离,总线沿线设备通过监听数据测量自身与从机之间的距离,从而实现总线上所有设备之间距离测量,并可根据2次不同参考从机的测量结果计算出设备一维分布。从计时时钟频率、主从机时钟偏差、电路时延、电磁波传播速度4个方面分析了影响距离测量精度的因素,并提出了相应措施以提高测量精度。采用1台矿用本安型显示屏为主机、8台矿用传感器为从机建立试验平台,采用该方法测量总线设备间距离,结果表明该方法无需改变硬件,只更新软件即可测量出RS485总线上所有设备之间的距离,并可建立以主机为原点的一维分布;在电缆长度5 km范围内距离测量误差不超过±1.5 m,且测量结果不受传输损耗、电磁干扰影响。

矿用超声波气体流量计参考波形自动跟踪方法

为了提高矿用超声波气体流量计的准确性,针对互相关检测信号存在“跳波”现象并影响超声波渡越时间测量精度的问题,提出了一种矿用超声波气体流量计参考波形自动跟踪方法。在计算超声波渡越时间的同时,对超声波参考波形和实时接收信号波形进行互相关运算,并计算互相关检测的可信度,设定可信度有效阈值和参考波形更新阈值,对互相关系数进行可信度评审,判定参考波形是否更新。可信度小于有效阈值时,判定接收信号无效,重新发送超声波信号;可信度大于更新阈值时,判定接收信号波形与参考波形高度吻合,不需要更新参考波形;可信度介于有效阈值与更新阈值之间时,判定接收信号有效,用当前接收信号波形替换原参考波形,实现参考波形自动跟踪。分析了可能造成超声波渡越时间差错1个波形周期的2种超声波接收信号波形变化:包络连续形变和包络瞬间畸变。气体流速、温度、压力的变化会导致接收信号包络发生连续性变化;尖峰脉冲、随机信号和周期干扰等可能导致超声波接收信号包络发生瞬间畸变,包络瞬间畸变可分为主峰严重畸变、主峰微小畸变、非主峰畸变3种情况。试验结果表明,在不同流速、温度、压力、噪声影响下,超声波气体流量计的相对误差不超过±1.0%,满足精度1.0级测量要求,参考波形自动跟踪方法为流量测量的准确性和可靠性提供了保障。

基于HX710A的温度测量电路设计及误差分析

电桥法或者恒流源法PT100温度测量时只能输出毫伏级信号,为解决因信号幅度过小需经放大后才能AD采样的问题,采用24位A/D电子称重专用芯片HX710A直接测量毫伏级信号,针对HX710A的±20 mV采样范围设计了两线制PT100的惠斯通电桥电路,测量电阻结果采用查表法转换为温度,经过零点标校后,在-20℃~100℃温度范围内利用恒温槽对PT100进行测量,温度测量分辨率0.0003℃,实测误差不超过±0.1℃;用标准电阻模拟测量,输出信号不超过±18 mV范围,不经过放大,HX710A直接采样并计算出电阻值,查表后转化为温度,温度范围扩展到-200℃~600℃,测量误差不超过±0.1℃。

时差法超声波流量检测三步互相关算法研究

对时差法超声波流量检测中互相关算法计算量大的问题进行了研究，指出了减少计算量的3个方面———参与运算的数据容量、每次相关运算乘加次数和相关运算的累计次数，提出了一种采用预处理、粗相关和精相关三步相关算法，将计算量减少3～5个数量级；并以λ型超声波流量检测方法中的三步互相关算法为例，将整体运算时间控制在ms级，达到了实时性要求，为Z型、V型等时差法超声波流量检测的互相关算法大幅度减少计算量提供了一种有效的解决方案。

井下巷道内智能传感器移动轨迹研究

针对现有组合惯性导航方式应用于井下巷道内智能传感器时失去完全自主优势和增加成本的问题,首先将井下巷道分解为多个一定垂高的二维平面,在二维平面形成多条既定路径,将智能传感器定位问题转换为既定路径上的移动轨迹跟踪问题;然后选用基于微机电系统的惯性测量单元(MEMS-based IMU)实现井下巷道内智能传感器惯性导航,结合零速修正和既定路径标定的方式反演移动轨迹。智能传感器在既定路径起始点零速修正后,整个既定路径上的移动分为直线惯性导航和交叉点标定2种模式。直线惯性导航:传感器航向角和横滚角变化值不超过阈值时,通过惯性导航组件解算得到传感器速度、位置和姿态角,计算出实时相对坐标和运动路径。交叉点标定:传感器运动到交叉点处时,根据交叉点已知坐标值对当前实时值进行校准,消除惯性导航的累计误差。在地面环形道路的试验结果表明:在未标定情况下,纯惯性导航的航向偏差约为30°,移动距离相对误差为5.5%;进行既定路径交叉点标定后,航向偏差约为2°,移动距离相对误差为0.8%,标定后移动轨迹和实际道路吻合程度更高。

矿用智能传感器自主定位研究

针对智能传感器物联网特性要求,采用地磁辅助的惯导/北斗组合定位算法,研制了自主定位模块,介绍了模块构成及电路;硬件设计采用了低功耗和国产化设计,软件采用了零速修正算法、四元数法、地磁辅助修正算法,实现了智能传感器移动轨迹存储和反演。经试验验证,移动轨迹和实际环道吻合度较高,在378 m环道实测距离375.01 m,相差2.99 m,相对误差0.8%。

采样频率对超声波渡越时间测量的影响分析和对策

采样频率决定了每秒钟从超声波接收模拟信号离散点的个数,采样频率越高对应超声波接收信号识别精度越高,超声波渡越时间计算结果越准确;但是采样频率越高,硬件成本就越高,单位时间内采样数据也越多,计算复杂程度急剧增加。在平衡性能和成本的条件下,针对如何选择采样频率的问题,分析了在不同管径和不同流速条件下,不同采样频率偏差一个采样点对测量精度的影响;根据不同的采样频率制定了高速实时采样、等效采样和软件插值法等措施,分析了每种措施的优缺点;参照超声波气体流量计精度设计要求,计算实际采样频率,给出相应的对策和应用实例,等效采样频率可达300~500 MSPS。

超声波互相关算法的改进及应用

超声波互相关算法是利用实时接收信号和参考信号之间相关计算得到时延,接收信号和参考信号的采样频率越高,超声波互相关检测算法得到的渡越时间测量越准确,流量计量精度越高;但与此同时,信号采样频率越高,硬件成本急剧增加,算法复杂程度呈数量级增大。针对这个问题,采用出厂前用采样平台获取高分辨率的采样数据,分别在零流速、低流速、中流速和高流速条件下采样作为分段参考波形,导入同批次超声波气体流量计作为实际测量中互相关算法的参考波形,实时接收信号采用低速采样,将传统互相关算法改进为分步互相关算法,第一步采用低速采样波形进行粗相关计算得到渡越时间的粗略值,第二步再提取高分辨率参考波形精相关计算出渡越时间的精确值,然后将粗略值和精确值求和得到渡越时间。实际应用中,高分辨率参考波形采用200 MSPS实时采样,流量计接收信号实时采样2 MSPS,粗相关和精相关计算耗时24 ms,渡越时间测量分辨率达到0.005μs。

基于SOPC技术的矿用电缆故障检测装置的设计

针对现有电缆故障检测仪器体积大、便携性差、不适合在矿山作业环境中使用的问题,采用时域反射技术和等效采样原理,结合SOPC技术,根据其具备的软硬件系统可编程的特点,设计并实现了一种电缆故障检测设备。试验结果表明,该设备不仅可对电缆短路、断路故障准确定位,同时还具有体积小、便携性高、成本低、易操作等特点。

基于粒子滤波器的参数跟踪方法

在科学和工程实践中，常常需要对动态系统的参数进行实时跟踪估计。传统卡尔曼滤波方法能够有效完成对线性系统的跟踪，而对非线性动态系统的跟踪性能较差。将粒子滤波器理论用于研究动态系统的跟踪问题，提出了基于粒子滤波器的参数跟踪方法。仿真实验表明，对于线性动态系统，该方法性能略优于广义卡尔曼滤波方法，而对于非线性动态系统，其参数跟踪性能则显著提高。

RS485总线型即插即用技术研究及实现

针对RS485通信总线型拓扑结构从设备自动分配地址和即插即用的难题,采用了从设备自动控制总线通断的方法来实现自动分配地址;采用新增从设备进行实时监听在线信息自动设置地址的方法来实现即插即用。主设备发现总线异常后发送清除地址命令恢复所有从设备到初始状态。经过长时间现场试验验证,RS485总线型即插即用技术现场使用灵活方便、稳定可靠。