微小容差检测系统中基准源的设计与应用

为进一步提高fF级微小容差数据采集系统精度,满足10^(-4)~1 Hz测量频带内μV级电路噪声测试需求,采用平均值电路形式的AD780基准源电路,替代原有采集系统中模数转换芯片AD7712的内部电压基准。仿真分析AD780基准源的频域噪声满足指标要求,实测对比AD780与AD7712内部电压基准的时域、频域噪声,以及2种基准源下系统的采集精度与频域本底噪声。实测结果表明:在AD780提供外部电压基准的条件下,指标频点处噪声分辨率为0.5μV/Hz^(1/2),对比内部基准条件下提高了3.34倍。该设计进一步提高了系统检测精度,为分析测试微小容差检测电路的低频噪声特性及提高电容传感分辨率提供了必要条件。

变压器参数对电容式位移传感器影响的研究

在已有传感电桥电路的数学模型和噪声模型的基础上,针对变压器参数对应用于空间引力波探测的电容式位移传感器的影响进行研究。仿真分析表明,采用品质因数为197、电感值为4.4 mH的变压器1和品质因数为395、电感值为4.37 mH的变压器2时,电桥等效输出阻抗相差约0.5倍,输出电压噪声相差约1.4倍。在此基础上,使用2种变压器进行实验。在0.1 Hz频点处对电路输出电压噪声和电容传感噪声进行了测量,电路输出电压噪声分别约为29,24.7μV/√Hz,电容传感噪声分别约为1.1,0.95aF/√Hz。电感值相近时,采用品质因数较高的变压器2时,电路输出电压噪声更低,电容传感噪声更低。该测试结果为后续实验中提升传感器系统性能提供研究方向。

解调电路相位自动对齐系统设计与实现

在空间引力波探测项目中,能否实现高精度电容位移传感技术直接关系到项目的核心指标实现。在电容位移传感链路中,解调电路去除噪声能力限制整条链路性能,其中,参考信号与输入信号之间的相位差影响电路去除噪声能力。为了最大限度地提高系统的信噪比,针对当前研究的局限性,提出一种解调电路相位自动对齐系统。首先,介绍了整个系统的构成;其次,对基于动量下降法的相位对齐方法进行详细介绍,参考信号相位自动移动,移动的步长根据动量梯度下降法动态调整;然后,提出对相敏检测器的波形进行检测;接着结合两个方法提出解调电路相位自动对齐系统,提高了系统的可靠性和抗干扰性;最后用标定平台模拟电容位移传感中的电容差,将文中提出的方法与遍历相位对齐法进行比较,发现该方法能够准确地对齐相位,性能平均提升0.136%,同时在示波器上观察信号相位已经准确对齐。

基于猫群算法的震动感知周界安防系统

针对传统周界安防系统入侵目标定位方法定位精度较差且常用的基于信号到达时间差(TDOA)定位方法在面对多组传感器情况难以确定最优解的问题,本文设计了基于猫群算法的震动感知智能周界安防系统。首先利用动圈式振动传感器采集入侵目标在浅地表产生的振动信号,并通过振动信号对入侵目标进行TDOA定位。然后通过猫群算法对TDOA初步定位结果进行优化。最后针对系统的不同应用场景,本文设计实现LoRa无线通信和北斗短报文无线通信两种通信模式,解决了系统在偏远地区部署的通信问题。为验证本文算法的有效性,设计了不同算法参数环境下的验证实验以及在实际环境下的测试实验。结果表明:本文算法优化的目标定位方法在浅地表震动波传播速度误差小于自身10%的情况下,平均定位误差小于1 m。算法定位误差相较于TDOA初步定位结果减小约46.9%。