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[硕士论文] 马震
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着智能电网的不断完善和发展,智能电表作为智能电网中重要的基础组成部分之一,是实现互动智能用电的“末端神经”,智能电网对智能电表提出了较高要求。智能电表在智能电网中扮演着采集电能数据、计算和传输数据的角色,是数据集成、数据展示以及优化分析等得以实现的基础,结合数字信号处理技术,智能电表需要给出电网中谐波的分量,对电网中的谐波进行分析。满足了电网的需求后,智能电表应朝着更加人性化的方向发展,方便用户实时查看电量的消耗等,本文对此作了研究和设计。
  本文针对目前市场上的电表成本高、体积大、功能不丰富的缺点,提出了对多功能智能电表的研究,选择一种性价比高的MCU芯片--STM32F作为智能电表的核心器件,STM32F的功能丰富使得智能电表的多功能成为可能。
  本文提出的对多功能智能电表设计方案是在当前智能电表分时计费、远程抄表、远程断供电等的基础上,以STM32F为主控核心、还有交流电压电流检测电路模块、WIFI功能电路模块、指示灯电路模块、LCD显示电路模块、谐波分析模块、防窃电稳压电路模块等组成。通过电压互感器TV1005M和电流互感器TA1005M分别检测交流电压和交流电流值,手机APP和WIFI模块互联后,可以实时显示交流电压、交流电流、功率和电量在手机上。当瞬时功率超过200W时,继电器自动断开。瞬时功率不超过200W时,可以手动控制继电器的开关。手机和WIFI模块连接后,手机上显示计时时间。同时可以实现电表的防窃电功能、上传供电系统,最后将采样得到的数据进行谐波分析,实现多功能智能电表设计。
[硕士论文] 王艳君
控制工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:目前,智能电网已迈入引领提升阶段。新型能源大量接入、数字化变电站快速建设以及动态负荷不断增加,导致电力系统电能计量误差增大,给国家和社会造成巨大经济损失。因此,亟待开展对电能计量装置的量化误差影响和动态误差的研究,为功率电能测量和动态误差测试提供强有力的理论指导。
  本文首先介绍了互感器、电能表与电能计量技术的发展概况,同时详细分析了国内外电能计量装置量化误差影响与动态误差的研究现状。
  其次,从系统的角度出发,建立了数字化电能计量系统和智能电能表的结构化测量模型,揭示了系统内部构成要素与信号在要素间的传递关系;详细分析了A/D转换、协议组帧和功率测量单元的工作机理以及量化误差和动态误差的来源,为展开量化误差影响分析和动态误差测试信号完备性的研究奠定基础。
  再次,针对电能计量装置的量化误差,采用广义循环平稳随机过程功率谱密度法和自相关函数法,推导给出同步和非同步采样时量化误差影响下的平均功率标准不确定度解析式;并分别采用蒙特卡罗仿真实验和研发设计的基于PXIe的数字化计量装置数据采集系统实验验证了理论分析的正确性,对评估高精度平均功率不确定度研究具有理论指导意义。
  最后,针对电能计量装置的动态误差,提出了动态误差测试信号模型需要具备的五个重要特性的定义和动态测试信号完备性条件;采用广义循环平稳随机过程理论和输入输出互相关函数辨识法,证明了m序列调制的正弦离散(m sequence modulating sine discrete,mSD)伪随机动态测试信号的完备性,揭示了引起电能表动态误差的内部影响因素。对分析建立电能计量装置的动态测试信号模型和动态误差测试实验具有一定的指导意义。
[硕士论文] 赵训波
控制工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,随着智能电网建设的不断发展,电力系统中动态负荷不断增加,动态负荷呈现出复杂的随机特性,对智能电能表的电能计量特性产生了严重的影响。据统计,2017年全社会用电量为63077亿千瓦时,重工业用电量达到36131亿千瓦时。因此,如何正确测试评价电能表的动态计量特性引起了国内外相关领域研究人员的广泛关注。
  本文首先介绍了电力系统动态负荷特性分析和电能表动态误差测试的研究现状,阐述了建立具有实际动态负荷随机波动特性的智能电能表动态误差测试信号模型的重要性。
  其次,分析了电气化铁路动态负荷现场采集瞬时电流和瞬时功率随机信号的均值、方差、自相关函数和概率密度函数,建立了具有实际动态负荷随机特性的m序列动态测试信号模型;基于动态测试信号对电能表动态计量性能影响的特点,建立了截短m序列动态测试信号模型;针对动态测试信号在电能表动态误差测试过程中的电能量值溯源问题,推导了动态测试信号的电能量值溯源公式,给出了动态误差计算公式。
  然后,设计了动态测试信号产生的部分硬件电路和编写了相关单片机和FPGA/CPLD软件程序,基于动态测试信号整周期测试问题设计了同步测试方法,针对智能电能表动态误差测试过程中的测量不确定度进行了评估。
  最后,研发了HE5025智能电能表动态误差测试装置,设计了电能表动态误差测试方案并搭建了测试系统,采用m序列动态测试信号对国内不同厂家生产的电能表进行了实验测试,并对截短m序列动态测试信号进行了实验验证,测试结果表明本文研究的动态测试信号合理有效,能够应用于测试评价电能表的动态计量特性。
[硕士论文] 王肖峰
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:三相智能电表是家庭用电以及工业用电中主要的测量工具,是电量核算的主要依据,其计量的准确性涉及各方面的利益。现代生活中随着非线性负荷的不断使用,产生的谐波导致电能质量的不断下降,例如电压和电流的畸变就是因此产生的。经过专家不懈的研究分析,可知:非线性负荷会吸收电网基波的一部分电能,并转化为谐波,并将其注入到电力网络中,不仅降低了电能质量,也影响到了现有电能表计量的准确性。随着电力市场的不断深入的改革,为更加紧密的协调各方面,例如电网系统、市场和用户,提高电网配电效率和配电自动化,改善电能质量。建立集成、计量准确、高速的双向通信的智能电表是亟需解决的问题。
  通过理论分析,发现目前的电能计量方案在谐波存在时,将导致电表的计量精度下降。通过查找文献分析目前电能计量方案出现缺陷的原因,并针对其缺陷,改进了计量方案,将电力信号中的基波分量和谐波分量提取出来后进行分别分析,并根据谐波的流向,最终确定用户的电费。并利用加窗傅里叶变换在分析稳态信号时的优势,以及小波变换在检测高次谐波上的优势,设计了一种混合检测算法,以适应所改进的计量方案,提高谐波检测分析的准确性,最终提高电表的计量精度。
  考虑到在实现电表功能的前提下,应选择性价比较高的芯片作为其MCU。因此在这里选择STM32系列作为系统的主控制器来进行设计,设计了前置采样电路、存储电路和通信电路等硬件电路。并设计了基本的程序,其中包括:主程序的设计、数据采样及处理程序设计和通信程序设计等。能实现智能电表的一些基本功能,例如:电能计量、通信等功能。最后搭建实验平台对其进行测试分析,验证方案的可行性。
[硕士论文] 关靓
信息统计技术 黑龙江大学 2018(学位年度)
摘要:智能电表是在传统电表的基础功能上进行改进和功能提升的智能化电子表。国内“十三五”规划有着明确的目标开始全面建设适合中国的坚强智能电网,又由于智能电表是智能电网也是智能配电网最重要的基础设备之一,极大促进智能电表市场的快速增长。随着智能电表这一新生代的电子产品进入人们生活之中,全国在线智能电表接近5亿只运行,因此智能电表可靠性分析尤其的重要。其中智能电表在应用中计量误差是否超出标准规定范围,是人们极为关注,智能电表计量的可靠性、稳定性是电能交易双方紧密关注的问题。
  在结合过去对智能电表可靠性分析的研究试验成果基础上,为了更好和更接近真实工作条件的检验智能电表的失效率,提出温度修正值这一概念,其作用为对智能电表的加速寿命试验方法Peck多应力模型的加速因子进行改进。加入电流和电压应力的加速寿命试验共五组不同温度和湿度的高应力施加下记录的失效前时间,使用最小二乘法对失效前时间最为拟合度高的威布尔分布进行参数估计,利用修正过的加速因子,可推导至智能电表正常使用条件下失效前时间,从而预测得到智能电表的失效率。本文即对国家规定的智能电表使用年限内计量误差的偏差是否合乎规定要求进行深入研究。
  本文研究智能电表的寿命可靠性技术,主要完成了以下工作:
  1.基于对国内外对智能电表可靠性分析的调研与分析,以“寿命+不可靠度”的评价指标对智能电表使用年限内计量误差的偏差进行寿命分析。同时,除了对计量误差的主要分析,还对加速寿命试验过程中暴露出的其他失效模式进行相应的分析。
  2.利用回归分析最小二乘法对威布尔分布和多应力Peck模型进行参数估计,并增加温度修正值对加速因子的改进,得到了更为精确地智能电表寿命可靠性分析结果。分析了目前国内科研和生产技术条件下智能电表所达到的寿命指标,基于本文提出的对智能电表的可靠性分析方法,对DDSY283型号智能电表的试验数据分析寿命指标。该研究结果得到智能电表国家质量检测中心支持,作为补充和数据参考,为电力公司对智能电表寿命指标的评定提供基础数据依据。
  3.利用本文推导至智能电表正常使用条件下的失效前时间的试验方法,建立智能电表工作条件下的寿命可靠性分析模型;依据智能电表可靠性指标和功能需求等,为电力公司考核供应商的智能电表可靠性水平提供一定程度上的评判依据,并且通过实验暴露的问题,可据此提高智能电表的可靠性。
[硕士论文] 吕炳霖
电子与通信工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:随着社会经济的高速发展,人们对电能的需求日益增加,对电能采集的精确程度也有了更高的要求,传统的抄表方式费时费力且难以管理,已经逐渐被淘汰。因此,对于国家电网公司来说,寻求一种新型的、适宜的智能化采集装置已经成为当下的重点工作。目前,山东省电力公司采用了多种采集方式,其中最常用的电表的采集方式可以分为三种,分别是电力线载波通信、微功率无线通信和485线通信。本文从三种通信方式的原理分析出发,分别对电力线载波通信、微功率无线传输等采集方式的构造和影响因素进行分析,重点对基于485线的通信系统进行硬件电路设计,并通过本公司营销系统导出来的数据对三种采集方式的可靠性和精准度进行对比分析,将台区地理分布、天气影响等因素也列入考核通信可靠性的重要指标中来,最终筛选出一个最适宜的智能电表的通信方式。在文章的最后,作者对于电能采集通信方式的使用情况做了总结,对未来建设智能化电网和配网增量等多个业务方向进行展望。
[硕士论文] 刘继彦
电气工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:本文主要通过无线通信的形式,使用现如今较为成熟GPRS通信方式,构建出一套基于ARM与通用无线分组业务的自动抄表终端设备,该设备融合了当今先进的计算机和通信技术,具有成本低、数据传输稳定、能够适应复杂环境的优势。本系统能够最大限度提高传统人工抄表方式中存在的效率低下、精度较差等问题,在节省人力物力资源,提高整工作效率的同时,能够为错峰电力调度等提供更加真实的原始数据,便于电力部门进行管理,并且在现有抄表的基础上,提出新型四表合一的抄表方式,将水表、热表、燃气表与电表的数据统一采集,集中反映,实现跨行业新型集中采集与处理。
  本论文研究并开发了基于ARM与通用无线分组业务的终端抄表设备,主要使用的技术是GPRS网络通信技术、嵌入式技术等,设计了系统整体硬件结构,并且分析其基本的工作原理。本系统硬件模块主要包含:电源电路模块、STM32F103主控模块、显示电路模块、存储单元模块、RS-485通信模块、时钟电路模块、采样电路模块、数据采集模块、GPRS电路模块等。
  本系统的软件功能主要包含:GPRS传输、设备参数更改、存储设备读写操作、液晶显示、实时时钟等。程序模块全都使用C语言进行编写,首先介绍了整体的软件流程,然后对每一个程序模块进行介绍。
  本文最后对系统进行综合的调试,使用函数发生器等设备产生必要的基准信号,将获得的数据进行校正,校正之后总体的误差保持在1%以内。最后的调试结果清晰的表明本系统能够良好的实现所期望的功能。
  本系统创新性的解决了以往抄表形式的弊端,通过嵌入式技术结合先进的GPRS通信技术实现了自动抄表功能,能够准确计量各项电能参数,拥有非常强大的优势,具有非常广泛的应用前景。
[硕士论文] 唐瑶
仪器科学与技术 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:在如今的高校课程中,实验类课程所占的比例非常高,特别对于理工科学校而言,为锻炼他们的动手操作能力,实验课程数量更是日益增加。然而在实际的实验课程教学中,却存在着如实验仪器使用的不便捷性和仪器匮乏等方方面面的问题。而近年来,随着计算机技术和网络的高速发展,使得采用软件程序来模拟真实实验环境、仿真真实仪器成为可能。
  本文在虚拟仪器设计理论的基础上,利用 Labwindows/CVI软件开发平中丰富的控件及函数库,首先设计了仿真实验管理器,对仿真仪器进行管理;其次从界面和功能上仿真了通用测试仪器:函数发生器、示波器。仿真实验管理器和仿真仪器完整的组成了仿真实验系统。本次设计采用纯软件仿真的方式进行仿真,使仿真实验系统不受硬件限制且具有更强的适用性、更好的性价比,更加的便于扩充及维护。
  在本次设计中,首先设计并完成了仿真实验管理器的构建,让用户可以通过仿真实验管理器来对仿真实验进行构建。其次,设计并完成了对函数发生器、示波器这两个通用测试仪器的的基本功能仿真。本次的仿真设计中,函数发生器仿真的原型为安捷伦33220A函数发生器,实现了用户通过点击数字按钮设定波形信号各个参数,以此来产生对应不同参数的波形数据的功能。示波器的仿真以安捷伦5012A示波器为原型,通过 TCP通信方式实现了对波形数据的接收功能。同时在仿真示波器端对应用户设置的不同的时基与垂直灵敏度,实现了波形重建以及触发、数据标准化以及波形显示等功能。另外在 SCPI指令学习实验中实现了用户通过电脑端发送SCPI命令对仿真示波器进行设置或测量波形的功能。
  本次利用 Labwindows/CVI软件设计的通用测试仪器仿真实验系统,打破了传统实验仪器不能满足用户随时随地进行实验的需求的限制,具有很大的研究意义。
[博士论文] 吕颖超
控制科学与工程 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:气液两相流在工业过程中涉及范围十分广泛,其参数的有效测量是一个具有重大意义但仍未得到较好解决的课题。基于等效电导检测的气液两相流参数检测方法具有结构简单和实时响应快等优点而得到广泛关注,但该方法仍然存在两方面不足:在测量机理方面,现有的电导检测方法主要是接触式的,其检测电极直接与被测流体接触,会引起电极极化和电化学腐蚀等问题;在测量信息方面,现有的电导检测方法以获取流体等效电导信号为目的,但对复杂的气液两相流体而言,包含更多流动特征的完整电阻抗信息(实部、虚部和幅值)的获取将更有利于气液两相流参数检测。本学位论文针对以上两个问题,对现有的电容耦合式非接触电导检测(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection,C4D)技术存在的问题进行改进,研发了新型非接触式电阻抗传感器,利用完整电阻抗信息实现气液两相流参数测量。
  本学位论文中的主要创新点和贡献如下:
  1、为克服本课题组已有工业型C4D传感器存在的输入输出特性呈现非单调性的不足,提出了一种基于双电感串联谐振的非接触式电导检测新方法,研发了一种工业型双电感结构C4D传感器。该方法在激励电极和检测电极端各串联一个电感器件,不仅克服了耦合电容对测量的不利影响,还解决了已有工业型C4D传感器输入输出特性的非单调性的问题。实验结果表明,所提出的基于双电感串联谐振的非接触式电导检测新方法是有效的,所研发的工业型双电感结构C4D传感器是成功的。在四种管道(内径分别为1.8mm、3.3 mm、5.0mm和7.6mm)中,电导测量最大相对误差均小于4%。
  2、针对实除电感存在电感可调范围窄、大电感制造困难和体积较大等问题,引入模拟电感技术,提出了基于模拟电感串联谐振的非接触式电导检测新方法。研发了对称浮置模拟电感以及基于对称浮置模拟电感的C4D传感器。研究结果表明,对称浮置模拟电感和该新型C4D传感器的设计是成功的,称浮置模拟电感等效电感值调节大并可实现较大电感值,采用对称浮置模拟电感的C4D传感器的性能和电导测量精度令人满意。在三种管道(内径分别为3.0 mm、4.6 mm和6.4 mm)中,电导测量最大相对误差均小于5%。
  3、针对对称浮置模拟电感存在的结构复杂、运行稳定性需重点考虑等问题,研发了两种基于接地模拟电感的C4D传感器:A(利用电流转电压的原理)和B(测量分压电阻两端电压差的原理)。在三种管道(内径分别为3.0mm、4.6mm和6.4 mm)中利用C4D传感器A和C4D传感器B进行电导测量实验。实验结果表明,接地模拟电感和新型C4D传感器的设计是成功的。与对称浮置模拟电感相比,接地模拟电感具有结构简单和运行稳定性较好等优点。基于接地模拟电感的C4D传感器的电导测量精度也令人满意(三种管径下,新型C4D传感器A和B的电导测量最大相对误差分别为4.5%和5.0%),且C4D传感器A的整体测量性能较C4D传感器B更好。
  4、结合接地模拟电感阻抗相消技术和数字相敏解调(DPSD)技术提出了一种非接触式电阻抗测量新方法,研发了一种新型非接触式电阻抗传感器。该非接触式电阻抗测量方法根据阻抗相消原理克服耦合电容对电阻抗测量的不利影响,利用DPSD技术获取气液两相流的完整电阻抗(实部、虚部和幅值)信息。模拟和实际流体测量实验表明:所提出的非接触式电阻抗测量方法是有效的,所研发的新型非接触式电阻抗传感器是成功的。模拟测量实验中,电阻测量和电容测量的最大相对误差分别为3.7%和2.4%,电阻-电容组合测量实验中,电阻和电容测量的最大相对误差分别为2.1%和5.1%;实际流体测量实验中,KCl溶液电导率测量和有机溶剂介电常数测量的最大相对误差分别为3.7%和5.8%。
  5、将所研发的新型非接触式电阻抗传感器与小波分析和k均值聚类方法相结合提出了一种基于非接触电阻抗测量的气液两相流流型辨识新方法。该方法采用小波分析提取所获电阻抗信号各部分的频域特征,结合电阻抗信号的统计特征构成特征向量,利用以马氏距离作为距离度量指标的k均值聚类方法进行流型分类。三种管径(3.0mm、4.0 mm和7.0mm)下的流型辨识实验结果表明,所提出的流型辨识新方法是有效的。利用实部、虚部、幅值和完整电阻抗信号对泡状流和段塞流进行辨识的最低准确率分别为91.1%和90.9%、90.2%和87.9%、92.7%和87.0%及91.1%和93.5%。采用完整电阻抗信号的整体流型辨识效果略优于单独采用实部、虚部或幅值信号的流型辨识效果。
  6、提出了一种基于非接触电阻抗测量的气液两相流相含率测量新方法。该方法充分利用电阻抗各部分信息,结合最小二乘法,建立不同流型相含率测量模型,实际测量时根据流型判别结果选择相应的相含率测量模型并最终实现相含率测量。三种不同管径(3.0mm、4.0mm和7.0 mm)泡状流和段塞流下的实验研究结果表明所提出的相含率测量新方法是可行的和有效的,充分利用气液两相流完整电阻抗信息(实部,虚部和幅值)有助于相含率测量精度的提高。
[硕士论文] 段维维
光学工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:微纳光纤光栅结合了纳米光纤较强的倏逝场特点以及光纤布拉格光栅较强的波长选择特性,突破了传统光纤布拉格光栅本身对折射率不敏感的局限性,具有体积小、结构紧凑、灵敏度高和快速响应等优点。由于化学腐蚀法制作微纳光纤光栅耗时较长,不适于商业化生产。因此,本论文通过结合光纤熔融拉锥系统以及光栅刻写系统,实验研究了一种制作微纳光纤光栅的方法,优化了制作参数,并对其折射率传感特性进行了研究。
  (1)实验研究了熔融拉锥法制作微纳光纤的方法。通过大量实验优化了拉锥速度、长度以及氢气流量)等微纳光纤的制作参数,在此优化参数下制作了几种不同类型的锥形干涉型光纤传感器件,理论并实验研究了传感器的温度及折射率响应特性。结果表明,光纤最小直径为14.37μm的锥形多模干涉型传感器在1.3484 RIU-1.3971 RIU折射率测量范围内线性灵敏度高达539.15 nm/RIU,为制作高灵敏度传感器件提供了技术支撑。同时,实验研究了拉锥长度为12 mm、最小直径为27.42μm的锥形单模干涉的微纳光纤传感器的折射率响应特性,在1.3412 RIU-1.3784 RIU的折射率测量范围内传感器灵敏度为50.56 nm/RIU,线性拟合度高达99.23%。
  (2)实验研究了相位掩膜技术刻写光纤光栅的方法。通过波长为193 nm的准分子激光器结合相位掩膜技术刻写在未经载氢处理的单模光纤上刻写光栅的并对其温度响应特性进行了研究。结果表明,该方法下制作的光纤光栅传感器在200℃-800℃范围内对温度变化具有较好线性响应特性,该传感器在高温传感领域具有一定的应用价值。
  (3)通过“先拉锥后刻写”的方法,分别在锥形微纳光纤的不同位置(过渡区、均匀区以及过渡区)刻写光栅。制作了几种不同结构的微纳光纤光栅,并对其折射率响应特性进行了研究。结果表明,直径为11.52μm的微纳光纤光栅传感器在折射率测量范围1.3483 RIU-1.3971 RIU内的线性灵敏度为-11.3284 dB/RIU;在过渡区最大直径为55.7μm的锥形光纤上刻写的光栅,在1553.7 nm附近的反射光谱在1.3336 RIU-1.3638 RIU折射率范围内灵敏度为-1.1273 nm/RIU;长度为18 mm的锥形光纤上刻写的光纤光栅,在折射率1.3682 RIU-1.3726 RIU测量范围内最高灵敏度达10.05 nm/RIU。
  随着折射率传感在生化、医药、食品检测以及环境监测中扮演着越来越重要的角色,对微纳光纤光栅折射率制作技术以及折射率传感的深入研究,将会使其在传感领域更具实用性更具有工业生产化价值。
[硕士论文] 尹飞
控制工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:智能电表作为电能数据采集的基础设备,在智能电网的建设中起着非常关键的作用。智能电表要求具备原始电能数据采集、测量和数据传输的功能。随着智能电网的发展,对智能电表提出了新的要求。由于越来越多的非线性负荷接入电网,导致电网中产生谐波污染,不仅浪费电能还给电力部门带来一定的经济损失。因此,具有谐波检测功能的智能电表应运而生;随着国家节能减排的号召,为了提高居民节约用电意识,分时复费电价被提出已在部分地区实施应用,这要求电表具有分时计费功能。同时为提高用户用电的便捷,电力公司和用户间的双向通信也受到更多的关注。
  课题基于微处理器STM32强大的数据处理能力,配合电能采集电路及主控制器STM32外围电路,实现智能电表的电能计量功能、分时电价功能、双向通信功能与谐波检测功能。课题研究了FFT对谐波分析中的作用,将插值加窗的FFT算法用于谐波分析,减小了频谱泄漏和栅栏效应带来的误差影响。
  课题主要完成了智能电表硬件与软件程序的设计,硬件电路主要设计了电压、电流采集电路、ADC采样电路、RS-485通信电路等。通过利用MATLAB仿真软件,用加窗插值的FFT算法对谐波信号进行了仿真分析,并验证该算法对谐波分析的准确性。最后搭建实验平台对智能电表进行了调试。
[硕士论文] 马琼
模式识别与智能系统 长安大学 2017(学位年度)
摘要:Love波器件具有灵敏度高、功耗低、抗干扰能力强等特点,目前已经被广泛应用于传感器、生物芯片等诸多领域。然而, Love波是一种不易观察和测量的声波,且不同结构Love波器件的激发性能也不同。尽管二维有限元分析模型可以在一定程度上描述Love波的性能,但仍然无法直观地表征Love波传播特性。另外,目前Love波器件的测试主要是利用矢量网络分析仪来进行,存在耗时长、效率低、磨损大等问题。本文正是基于以上问题,对Love波器件进行了三维建模仿真,并设计了一种用于矢量网络分析仪的电子校准测试装置结构。
  本文提出了以ZnO薄膜为波导层,ST切-石英为基底,Al电极为金属叉指换能器(IDT)的Love波器件结构。根据有限元分析思想及Love波的传播特性,利用有限数量单元去逼近无限数量真实Love波器件的物理结构和载荷情况,并基于ANSYS对该结构Love波器件进行了三维建模与仿真。通过模态分析和谐响应分析得到该器件Love波模态声波的频率为50.2MHz和50.3MHz。在这两个频率处, Love波的传播呈周期性,波的传播和能量主要集中在波导层,并且仅存在 X方向质点位移的变化,Y方向和 Z方向的质点位移均为0,验证了该结构Love波器件的可行性。
  目前,利用矢量网络分析仪对Love波器件进行测试时,完成一次校准与测试需要多次拆卸校准套件及被测试器件。针对这个问题,提出了一种用于矢量网络分析仪的电子校准测试装置。电子校准测试装置由 BNC连接组件模块、自动开关模块、校准接口模块和测量适配座模块组成,其中自动开关模块是该装置的核心。选择85032F校准套件,通过BNC连接头将校准套件、Aglient E5062A矢量网络分析仪和电子校准测试装置进行连接。设定校准与测试程序,利用微处理器控制电子开关选择校准端口、校准类型及被测试器件。
  设计了校准实验和校准效率实验,实验结果表明使用该电子校准测试装置完成一次校准平均用时90s,比常规校准方法平均节约用时210s,校准效率提高了约70%;比机械校准方法平均节约用时90s,校准效率提高了约50%。同时,对中心频率为50.2MHz、50.3MHz的两个Love波器件的频率响应特性分别进行了测试。
[硕士论文] 高婷
信息与通信工程 湘潭大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,随着信息技术的迅速发展,电磁辐射准确测量引起了越来越多研究者的关注,当采用频谱分析仪对某个电子设备的电磁辐射进行准确测量时,不可避免有噪声的干扰,噪声存在给电磁辐射测量结果带来很大的误差,特别是对一些弱电磁辐射的测量,噪声对测量结果的影响很大。目前,为了提高电磁辐射测量的准确性,主要采用的方法是合理设置频谱分析仪参数,降低噪声对测量值的影响,但是仅仅设置频谱分析仪的参数,并不能得到非常准确的基站电磁辐射准确值,而且该方法通用性不强。
  针对目前存在的问题,本文主要研究内容及创新工作如下:
  (1)在高斯白噪声环境下,本文提出了用高斯白噪声模型计算电磁辐射测量修正因子,从而得到准确的电磁辐射强度值。首先根据频谱分析仪工作原理和高斯白噪声功率谱密度推导出修正因子理论计算公式,然后通过理论值和实测值的比较,来验证修正因子的准确性。用修正因子修正测量结果,通过实验发现用频谱分析仪测量电磁辐射强度为0.14 V/m,修正后电磁辐射强度为0.11 V/m,本论文通过实验验证了修正因子的准确性,并在实际电磁辐射测量环境中采用修正因子来得到更加准确的电磁辐射强度值。
  (2)在脉冲噪声环境下,本文提出了用脉冲噪声模型作为修正因子来修正测量结果。首先根据脉冲噪声环境下噪声源之间不均衡的概率大大增加,且脉冲噪声幅度比高斯白噪声幅度高很多,所以本文根据频谱分析仪工作原理及脉冲噪声模型推导出脉冲噪声环境下电磁辐射修正因子,然后通过实验来验证修正因子准确性。用修正因子修正测量结果,通过实验发现用频谱分析仪测量电磁辐射强度为0.16 V/m,修正后电磁辐射值为0.12 V/m,本论文通过实验验证了修正因子的准确性,并在实际电磁辐射测量环境中采用修正因子来得到更加准确的电磁辐射强度值。
[硕士论文] 杨景文
仪器科学与技术 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:高分辨率示波器是指使用12-bit ADC对模拟信号进行数字化转换的数字示波器,它比传统的使用8-bit ADC的数字示波器拥有更高的垂直分辨率和测量精度,使得示波器的量化误差更小,更能够精确采集和显示原始信号。
  随着高速串行总线速率的不断提高、成本的日益降低与应用技术日趋成熟,基于“FPGA+工控机”的数字示波器体系结构得到了广泛的发展与应用。另外,利用操作系统提供的调度服务,可实现示波器软件系统的多线程执行,可大大提高软件运行吞吐量、资源利用效率与响应时间。
  本文结合高分辨率示波器的开发项目,着重对数据分析与处理软件部分进行了研究,实现了高分辨率示波器参数测量模块、数学运算模块以及协议分析模块的软件设计,具体内容如下:
  1.参数测量模块:使用频数直方图收集输入信号波形的基本信息,以频数直方图参数为基础,根据各个参数的定义计算并显示出包括幅值类和时间类参数在内的56种波形参数值。另外,通过使用队列数据结构对参数的历史值进行记录,提供参数在一段时间范围内的统计值。
  2.数学运算模块:摒弃了传统多项式中的括号运算,而是根据各个数学通道的输入输出关系,将用户在各个数学通道中输入的子式映射成一棵多项式二叉树结构,最后利用树的递归遍历计算多项式的结果。另外,通过参数测量模块提供的接口获取指定参数的所有历史值和相应的位置信息,最后由定义计算出直方图、趋势图和追踪图的结果。
  3.协议分析模块:通过软件向FPGA发送协议控制字,然后由FPGA实现对输入的协议信号的触发与解码功能,并将解码数据包依次存储到解码RAM中,最后由软件读取并以总线的形式显示解码RAM中的数据包。最终实现了RS232、I2C、SPI、USB、CAN、LIN、FlexRay、MIL、I2S、Ethernet、NRZ、Manchester、SENT、ARINC429、DigRF-3G、DigRF-V4、D-PHY等17种串行协议信号的触发和解码功能。
  最后,对上述三个功能模块的测试过程中,都能得出在合理误差范围的计算结果,且功能模块运行稳定,证明了模块实现的算法与功能的正确性。
[硕士论文] 陈嘉祥
控制工程 北京交通大学 2017(学位年度)
摘要:随着电磁兼容学科与相关产业的日渐发展与完善,电磁兼容问题越来越引起国家和人民的关注。伴随着产品电磁兼容强制认证的实行,电磁兼容测量技术得到了飞快的发展。目前正式的电磁兼容辐射发射测量试验一般是需要在电波暗室中才能完成,但是电波暗室设计建造复杂且造价昂贵,所以只有专业的检测机构及大型企业单位才有能力建造。这些共同的因素导致企业需要一款能够用于日常电磁辐射检测的仪器。
  在分析了电磁辐射理论与测量原理的基础上,本文设计了一种用于产品电磁兼容辐射发射预检测的系统,系统可以诊断和解决设备的电磁辐射。该系统的设计主要由硬件和软件两部分构成。硬件方面用两组步进电机与导轨带动近场探头移动。这两组步进电机则由以单片机为核心的控制电路来驱动。而近场探头采集的结果使用频谱分析仪来接收处理。软件部分基于LabVIEW虚拟仪器设计编写,其主要功能有两个,一是为了控制以单片机为核心的控制电路,从而达到控制近场探头自由移动的目的;二是为了远程控制频谱分析仪,收集电磁辐射测量结果,并将测量数据保存并处理。文中对硬件和软件各部分的设计原理与方法做了详细介绍。在系统设计完成后对测试样例进行了实际测试,同时用Ansoft HFSS做了仿真,将测试结果与仿真结果做了对比验证,验证结果表明,测试系统测量结果与仿真结果基本一致。
  在完成系统设计的同时,本文还将近场探头对被测场的扰动影响做了仿真分析。仿真主要使用Ansoft HFSS完成,首先对电路板辐射模型、电场探头、磁场探头建模仿真,然后模拟实际测试得出放置和未放置近场探头的电磁场辐射情况。最后根据近场探头工作原理对辐射测试进行了仿真以及理论计算。在计算结果的基础上得出了电场探头对被测电磁场扰动影响较大的结论。
[硕士论文] 冯永彪
仪器科学与技术 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:面向信号的自动测试系统(Automatic Test System,ATS)的研究较好地解决了测试程序可移植和仪器可互换的问题。面向信号的测试资源描述提供了自动测试系统运行所需的必要信息。IEEE标准协调委员会已经制定了自动测试标记语言(Automated Test Markup Language,ATML)标准,用于规范化描述测试资源。作为ATML标准族的重要子标准之一,IEEE1671.2可交互仪器描述标准规范了测试仪器的物理性质、操作规范、信号能力和驱动程序等信息的描述方式。基于IEEE1671.2仪器描述标准的仪器描述文档为测试系统的运行提供了上层信息,仪器控制层的IVI-Signal驱动则将仪器描述信息转化为测试系统可程控的仪器能力,从而在上层和底层为测试系统的仪器可互换性、通用性和测试程序可移植性提供了支持。
  本文在分析面向信号自动测试系统框架的基础上,深入研究了IEEE1671.2仪器描述标准,结合项目需要实现了符合规范的仪器描述工具,然后研究并设计了可将描述信息转化为系统可程控的仪器能力的IVI-Signal驱动,从而在系统上层和底层为软件平台提供了支持。论文的主要内容为:
  (1)结合测试平台框架结构和ATML标准,深入研究了IEEE1671.2仪器描述标准,分析了仪器描述结构定义,根据项目需求逐个介绍了仪器描述的元素,并研究了仪器通道资源描述的方法。
  (2)依据IEEE1617.2仪器描述标准,结合项目需求和STD信号组件,研究了仪器描述工具的设计和实现,根据仪器是否具有信号能力将仪器描述工具设计分为通用仪器描述工具和开关仪器描述工具,实现了用户直接录入仪器信息即可生成符合规范的仪器描述文档。
  (3)研究仪器控制相关技术,设计了控制仪器的IVI-Signal驱动方案,将仪器描述信息转化为系统运行时可程控的仪器能力,支持了测试平台仪器可互换性和测试程序可移植性。
[硕士论文] 常浩哲
仪器科学与技术 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:近几年,随着计算机科学和网络通讯技术的快速发展,智能终端设备和移动互联应用在社会中得以普及,人们对于这两项技术的依赖又促使着它们不断地进步和革新。如今的智能终端设备拥有着强大的中央处理器和图像处理器,能够完成复杂的数学运算和图像处理工作,而网络协议和网络基础设备的升级换代也使得网络带宽和数据传输速度有了巨大的提升。正是基于以上两种技术的现状和良好的发展前景,本文提出采用Android智能终端设备作为传统虚拟示波器的数据处理主体,并利用无线网络作为前端数据采集板与 Android智能终端之间的数据传输通道,搭建出一台分离式、低成本的虚拟示波器,从而成功地将传统示波器智能化、小型化和大众化,大大提升了示波器的用户体验和适用范围。
  本文主要工作包括:
  (1)设计并实现了前端数据采集板控制器的软件,使其具有无线通讯功能和本地控制功能,最终实现波形数据的采集和发送。
  (2)设计并实现了控制器STM32与FPGA的并行总线协议,使两者可以高速地进行数据交互。
  (3)设计并实现了Android智能终端应用程序,采用多种设计模式和程序结
  构实现了界面和控制逻辑的分离,提高了代码的可读性和可扩展性,并采用多线程、消息队列等技术完成数据处理和显示功能。
  (4)设计并实现了前端数据采集板同Android智能终端的自动配对功能,使得两个部分可以自动连接,方便了用户的使用。
  (5)设计并实现了前端数据采集板同Android智能终端的网络通讯模式,保证了网络通讯的流畅性和数据收发的准确性。
  本课题完成了Android智能终端软件设计和数据采集板控制器软件设计,最后经过测试,无线智能虚拟示波器的各项功能均正常,接入信号后用户可以通过自己的智能终端方便地控制示波器的采集行为,并观察到波形,达到了预期效果。
[硕士论文] 鲍旭强
仪器仪表工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:当今世界,视频技术的发展日新月异。因此视频信号和图像信号正越来越趋于高清化和数字化,这就对视频信号的产生设备和捕捉设备提出了更高的要求。根据这一变化,很多能够产生高清视频信号的发生器正不断的问世,同时越来越多的示波器添加了高清视频信号的触发功能。
  本课题的主要任务是要求对视频信号发生技术与示波器视频触发技术进行研究,最终形成的系统中视频信号发生模块要求能够发送普通制式的视频信号和高清视频信号,而视频信号触发模块要求能够触发普通制式的视频信号和高清的视频信号。主要内容包括:
  (1)研究视频信号协议,首先研究现有的视频信号协议如 CCIR601协议、CCIR656协议以及由此衍生而来的高清视频信号协议,其次重点研究各制式视频信号的相互关系,实现方法,工作原理等。
  (2)研究并设计视频信号发生模块,要求视频信号发生模块除了能够输出NTSC、PAL等普通标清视频信号之外,还要能够输出720P、1080P、1080I等格式的HDTV(高清晰度电视)信号。
  (3)研究并设计示波器视频信号触发模块,要求根据视频信号产生相应的垂直同步信号和水平同步信号,除了要能够触发NTSC、PAL、SECAM等制式的视频信号之外,还要能触发720P、1080P、1080I等格式HDTV(高清晰度电视)信号。
  本课题设计的系统既能实现视频信号的发生又能实现视频信号的触发,同时视频信号在标准清晰度的基础上又添加了多种格式的高清视频信号。这就将视频信号的发生与捕捉功能合并到同一个系统中。
[硕士论文] 刘晴天
仪器仪表工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:示波器是一种通用的时域测量仪器,广泛应用于工业控制、电子测量、教学等领域。传统的台式示波器具有体积大、难以携带等特点,其使用范围很大程度上局限于固定场合的室内测量。随着现场测量的需求与日俱增,与移动终端相结合的模块化示波器应运而生,用户能通过移动终端与示波器模块进行数据交互,较好地满足了现代化测试的要求。
  为了适应当前日益复杂的测试环境,本课题在原有的LAN2010型数据采集模块的基础上,设计了一款基于Iphone操作系统(Iphone Operating System,IOS)的wifi虚拟示波器,该虚拟示波器包括移动终端与仪器端,移动终端以IOS系统作为软件平台,设计了移动终端软件及仪器驱动软件,实现了移动终端对仪器端的程控。仪器端采用FPGA+ARM架构,实现了对信号的采集、处理、存储,并能通过wifi网络与移动终端进行数据交互。
  本文首先简要地分析了国内外基于移动平台的示波器的发展状况,然后提出了硬件总体方案和软件总体方案。最后重点讨论了系统硬件驱动程序设计、仪器驱动程序设计、移动终端程序设计,具体实现内容为:
  系统硬件驱动程序设计。设计开发了基于嵌入式芯片STM32F103的FPGA总线驱动程序,实现了STM32F103对FPGA的控制;设计开发了基于STM32F103的wifi驱动程序,结合STM32F103与wifi芯片ESP8266的硬件连接以及wifi驱动程序体系结构,实现了仪器端与移动终端的通信。
  仪器驱动程序的设计。以可互换式虚拟仪器规范(Interchangeable Virtual Instruments,IVI)为开发标准,利用C++语言设计并封装了一套通用的示波器底层驱动函数类库。该类库具有良好的可移植性和健壮性。
  移动终端软件设计。(1)利用苹果公司的Objective-C语言,设计了基于IOS系统的人机交互界面。(2)利用多线程技术实现了数据采集与示波器参数控制。(3)利用quarz2D二维引擎绘图技术实现了波形数据的绘制与显示(4)利用观察者设计模式实现了对各个控制参数的监听,使得整个软件的设计更加具有灵活性。(5)利用多点触控技术实现了波形的伸缩与观察,达到了良好的用户体验。
  论文最后构建系统测试环境对上述功能进行验证。测试结果表明,IOS示波器程控软面板能实现与仪器端的网络通信,波形数据的显示,测量参数的显示,光标测量,仪器端的控制等功能,达到了课题设计的要求。
[硕士论文] 王忆
控制工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:示波记录仪是一个面向电子工业的测试测量仪器设备,是示波器与记录仪的结合。和传统的示波器比较,支持多种信号的同时测量,如对电压、温度、应变、加速度、逻辑等;和记录仪相比,示波记录仪可以捕捉快速事件,也可以长时间、高精度记录趋势波形,具有强大的信号分析、处理能力以及波形存储能力。
  本文提出了以工控机为控制器,采用Windows操作系统,VC为开发平台,集人机交互中界面设计、通信设计、界面显示为一体的设计理念,最终实现友好的人机交互界面设计。本文主要的研究工作包括以下几个方面:
  首先,确定软硬件整体方案。通过对系统的需求分析,本文采用的整体架构是采集板卡+信号处理主板+工控机。随后详细介绍了示波记录仪的软硬件方案。
  然后,完成15种采集板卡的配置界面设计。该示波记录仪有8个插槽,可以支持15种采集板卡,能满足多种信号同时测量的需求。在采集板卡配置界面设计过程中15种采集板卡可以自由组合,通道配置界面需随采集板卡的不同而不同。
  其次,从软面板、按键通信和界面显示三部分出发,详述了示波记录仪人机交互界面实现的过程。针对非标准的外部键盘,对键值的传递、键值的解析给出了解决方案和实现过程;在波形显示中满足了该示波记录仪最多128通道波形同时显示的需求。
  最后,采样数据的硬盘记录。用户通过对触发控制获取底层数据,捕捉感兴趣的波形数据,将大量感兴趣的、有意义的数据保存在文件中以供后期分析。在对数据的硬盘记录时,为了使得信号波形能完整的进行回放,详细介绍了在数据存储过程中数据的组织方式和配置文件的定义。
  示波记录仪可插拔的板卡式输入,满足了多信号测量领域的需求,满足更广泛的用户需求;对采样数据的长时间保存在耐久性测试和设备故障分析中起到了举足轻重的作用。
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