基于DPSD算法的交流电磁场检测系统的研制

文中以FPGA为核心设计基于DPSD算法的ACFM检测系统,实现对检测信号自适应滤波,提取幅值的功能。系统由探头、前端处理电路、FPGA、上位机软件组成,并基于FPGA设计DDS激励源。以不锈钢板为测试对象设计试验,验证系统性能。结果表明:系统针对微小裂纹具有良好的检出效果,且在系统稳定性、集成性及灵活性方面具有很好性能。

DPSD技术在随钻电阻率测井中的应用

钻进时产生的强烈电磁干扰使传统的模拟相敏检波(APSD)方法无法准确获取随钻测井的电磁波信号。数字相敏检波(DPSD)利用高速浮点数字信号处理(DSP)和高速现场可编程门阵列(FPGA)芯片,分别处理所采集的测井信息的实部和虚部,改变了传统的计算方法,提高了运算速度和计算精度。采用可编程逻辑技术充分利用了测井信息,简化了控制逻辑,提高了时序控制精度和测量精度。讨论了新设计的数字相敏检波的原理、特点、电路实现以及实验数据分析。实验证明,该检波方法能有效利用测井信息,优化随钻测井系统。

DPSD算法的FPGA高效实现

为有效降低实际应用中多通道低频正余弦信号以及高频正余弦信号的DPSD检测算法对DSP处理能力的过高要求,分析了数字信号处理硬件一般架构,提出基于现场可编程门阵列(FPGA)的DPSD算法实现的2种有效架构。针对多通道检测,该架构能够显著降低硬件资源消耗;针对高频检测,架构最大可实现采样率为系统时钟。该结构在FPGA A3P400实现最大70Mbit/s的采样率,能够极大地降低DSP在高采样率时DPSD的计算负担。讨论了设计思路与方法以及新设计在FPGA中的实现,给出详细的硬件结构、有限状态机(FSM)图、FPGA硬件资源消耗以及仿真测试结果。这2种基于FPGA的DPSD架构具有灵活的可配置性,在保证计算精度的同时,可满足不同的通道数量以及速率检测需求。

基于随钻电磁波仪器的欠采样DPSD设计与实现

随钻电磁波电阻率测井仪器工作需要从高频微弱的接收信号中获取幅度比和相位差信息,但受硬件器件采样速度、精度及成本等方面限制。为此提出一种欠采样数字相敏检波直接采样的方法,结合数字相敏检波优秀的微弱信号提取能力和欠采样对硬件器件采样频率的低要求来实现高频微弱信号幅度比和相位差的提取。经过仿真计算验证了该方法可以准确的获取信号地幅度和相位,通过添加噪声来模拟实际电路,仿真结果显示该方法可有效抑制噪声,且随采样时间的增加获取的信号精度也越高。最后基于FPGA搭建软硬件电路实现了用约110kHz的采样频率获取2MHz和400kHz电磁波信号的幅值比和相位差,试验误差低于1%,满足随钻电磁波仪器的设计需求。

DPSD算法在人体阻抗测量中的应用仿真

针对人体阻抗测量中,采样的电压、电流信号往往十分微弱,通常掺杂入复杂噪声的特点,提出了一种数字相敏检波(Digital Phase Sensitive Detection,DPSD)算法。该算法可以避免模拟滤波所带来的相移问题,同时在低信噪比条件下精确地提取出原信号的幅度和相位。根据电压、电流的幅度和相位可以进一步算出人体阻抗值,提高电压、电流幅度和相位的计算精度,有利于减小阻抗值的计算误差。为验证该算法的有效性,文中以电压信号为例,通过Matlab仿真,在信噪比为30 dB,频率分别为10 kHz、100 kHz的条件下,得到的相位误差小于0.1°,幅度误差小于0.005 mV。

Φ-OTDR系统的数字信号处理及应用

相位敏感光时域反射(Φ-OTDR)传感系统具有高动态响应、高灵敏等特点,在大型工程结构健康监测领域具有巨大的应用潜力。而Φ-OTDR系统仪器化水平和工程应用很大程度上取决于数字信号处理(DSP)技术。本文对比分析了近年来Φ-OTDR系统在信号的量化、解调、抑噪以及模式识别上主要的数字信号处理方法和技术,并通过架空输电线路状态监测、埋地电缆外破预警两个应用实例,阐述了工程应用中数字信号处理与行业背景知识相结合的重要性和方法,并对Φ-OTDR系统中数字信号处理方法的发展现状和趋势进行了总结与展望。

混频信号数字检波方法在阵列侧向测井中的应用

阵列侧向测井已经成为目前电法测井领域研究的热点。准确、快速地提取出混频信号中每个频率点处的信号幅值是最终准确计算地层视电阻率的关键。数字相敏检波(DPSD)与快速傅里叶变换(FFT)是侧向仪器常用的两种数字检波方法。传统基-2 FFT采用雷德算法进行倒位序使得整体运行速度较慢,本文针对此问题进行了优化。测试结果表明:DPSD运算速度为传统基-2 FFT的7倍左右,改进算法的运算速度较原来提高了近1倍;精度方面,当待测信号与标准信号无相位差时,DPSD计算精度略高于FFT,但当相移增大时,DPSD误差显著增加,而FFT的计算误差则不受相位差影响。两种方法在阵列侧向仪器的应用实例表明:与DPSD相比,使用FFT所测得的电阻率曲线一致性更好,并且可测出视电阻率值高达45000Ω·m的高阻地层,仪器测量精度更高,为准确识别油气层提供了更加可靠的资料。

基于DSP的智能相敏轨道电路测试盘研究和实现

为提高25 Hz相敏轨道电路测试盘的智能化水平,设计一种基于数字信号处理的智能相敏轨道电路测试盘,增加了对分路状态下轨道电压和局部电压的相位差,以及电码化干扰信号的检测。通过对该测试盘进行测试,结果表明:该轨道电路测试盘在保证对25 Hz相敏轨道电路进行信息检测的同时,还可实现对电码化干扰信号和相位差的准确检测。

乙醇汽油近红外分析仪信号提取技术

为了保证在恶劣环境下提取出高质量的电信号以及从众多波段的电信号组成的光谱图中准确地提取出乙醇汽油的相关信息,确保工作人员能利用仪器方便地确认乙醇汽油中乙醇和水的含量,提出了体积小、功耗低的便携式近红外乙醇汽油分析仪的设计方案。利用数字相敏检波技术解决了强噪声干扰下的信号提取问题,用主成分分析、马氏距离等方法建立了分析模型,通过对比试验和标准数据验证了该模型的相关参数,证明了该信号提取技术的有效性。

改善调幅式传感器测量电路精度的措施

在分析影响调幅式传感器测量电路精度因素的基础上 ,提出利用数字合成技术、自稳幅技术、数字式相敏检波技术、数字集合平均技术等措施 ,来改善调幅式传感器测量电路的检测精度。实验表明利用该技术 。

数字相敏检波技术在微电成像测井仪中的应用

研究了数字相敏检波技术在微电阻率成像测井仪中的应用。介绍了数字相敏检波的基本原理,分析了该算法的频率特性,得出采样周期数与单周期采样次数对检波系统的影响规律。给出微电成像采集系统硬件电路设计框图和基于DSP的数字相敏检波算法程序流程图,给出实验结果。与传统的基于模拟相敏检波的采集系统进行比较,数字相敏检波具有明显的优越性。不仅提高了整个系统的可靠性并为该仪器的进一步改进提供了方便,同时提高了检测精度。

基于DSP的数字磁通门传感器设计

针对传统磁通门传感器模拟电路受温度影响较大的问题,设计了一种基于DSP的数字式闭环磁通门传感器。传感器的模拟电路由AD转换器、DSP和DA转换器取代,滤波、相敏整流和积分等关键环节采用DSP软件编程实现,模拟电路的减少增强了系统的稳定性。传感器的精度和稳定性主要取决于位于反馈回路的DA转换器,采用高分辨率、高稳定的DA转换器芯片可有效提高传感器的温度性能。详细介绍了该磁通门传感器系统的硬件结构、软件设计和实验结果。结果显示:系统零点温度系数为8.9×10-7/℃,灵敏度温度系数为3.9×10-6/℃,25℃时线性度达到了9.4×10-5。

电阻抗成像中高速高精度数字相敏检波器设计

电阻抗成像对测量系统的精度和速度都有较高要求,为此研制了基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)的数字相敏检波器(digital phase-sensitive detector,DPSD)用于电阻抗成像的数据测量。在分析DPSD原理的基础上,推导出信噪比与采样点数和采样分辨率的关系。给出了测量系统的实现方案,提出了基于直接数字频率合成(direct digitalsynthesis,DDS)技术的模数转换器(analog-to-digital converter,ADC)时钟设计方法。采用高速多通道ADC芯片,辅以低抖动ADC时钟电路,最终由FPGA实现实时DPSD算法。实验测试结果显示,测量准确度可达0.03%,系统信噪比可达85dB。琼脂模型成像实验证明其性能可以较好地满足电阻抗成像的要求。

改善电感测微仪二次测量电路精度的措施

介绍了差动调幅式电感测微仪的工作原理,分析了影响二次测量电路精度的因素,在此基础上提出了利用自稳幅技术以及波形改善技术、全波数字相敏检波技术以及软件部分的数字滤波、线性补偿技术来改善测量精度的措施。实验结果表明,采用上述改进措施,测量精度有了显著的提高。

一种基于V／F变换的数字相敏检测方法

本文提出一种基于电压频率变换（Ｖ／Ｆ）的数字相敏检测方法。这种方法可对被检测信号进行矢量分析。文中分析了这种数字相敏检测方法在加性高斯白噪声和谐波干扰环境下的检测性能，并给出了这种方法与常用的正交采样法的计算机模拟比较结果，此外。

数字相敏检波技术及其应用

应用数字相敏检波新技术可提取淹没在噪声中的周期信号。文中论述了数字实现的基本原理，经仿真和应用研究表明，这种方法不仅能同时检测信号的大小和相位，而且检测精度高，特别适合信噪比低的精密测量中。

微电阻率扫描成像测井仪数据采集系统设计

为了解决我国当前油气勘探开发中测井技术的瓶颈问题,设计了微电阻率扫描成像测井仪数据采集系统。该系统以ADSP21992YST为核心,通过模数转换芯片、可编程增益放大器、前置放大器以及CAN总线驱动器实现实时数据采集。用该系统进行了测试试验,试验中实现了快扫和慢扫2种测井模式,测量精度大大提高,特别是高阻地层图像得到很大的改善。

适用于在线检测的涡流检测系统研制

为了准确地测量核反应堆中石墨球的数量,以及把存在缺陷的石墨球筛选出来,研制了适用于在线检测的数字化涡流检测系统。论述了其硬件电路,该电路可产生性能良好,频率、幅值稳定的激励信号,频率范围为0～5MHz;结合上位计算机、数据采集模块以及LabVIEW虚拟仪器软件平台,实现了信号的采集、分析、处理与显示。结果表明,该系统可以精确测量石墨球的个数和准确筛选出有缺陷的石墨球。

基于LabVIEW的MIT软件鉴相平台的实现

目的:把软件鉴相方法应用于磁感应断层成像(Magnetic Induction Tomography,MIT)检测系统中,建立MIT软件鉴相平台。方法:使用LabVIEW对数据采集卡编程,实现信号的采集,并使用频谱分析法、相关法以及相敏检测法提取参考信号与检测信号的相位差,实现软件鉴相。结果:形成了一整套包括数据采集、处理和显示的软件鉴相平台。结论:软件鉴相能够应用到单通道MIT相位差检测系统中,建立的软件鉴相平台能够精确地测量相位差。

数字相敏检波在DSP中的实现

为提高已知频率微弱信号的检测精度和实时性,对比了模拟和数字相敏检波的实现方法,研究了数字相敏检波在DSP中的实现方法.采用先进的DSP芯片ADSP21992设计了已知频率多路数据采集系统的硬件电路,采用平方和开方运算的双线性逼近方法实现了数字相敏检波,通过在微电阻率扫描测井仪中的应用表明,系统的精度有了一定的提高,实时性能够满足仪器的实际应用.