用于冷凝管检测的小型化超声系统电路设计
这是一篇关于超声检测,冷凝管,电路设计,小型化的论文, 主要内容为冷凝管是工业领域的一种重要设备,有必要对其进行定期无损检测。然而,冷凝管往往直径小、长度大、管道曲折,在核电厂中,还存在辐射高、电磁环境复杂、停工成本过高等约束,使常规的无损检测方式无法直接应用于冷凝管检测。工业超声检测技术比较成熟、适应性广,适用于冷凝管等金属管道的检测中,但是其体积较大,无法直接从内部对冷凝管进行检测。针对冷凝管尺寸的约束,本论文以设计用于螺旋冷凝管检测的小尺寸超声检测电路系统为研究目标,以8路超声检测系统的电路原型设计和测试为研究内容,具体完成了以下工作:(1)提出了系统整体的设计方案,将系统划分为脉冲发射模块、回波接收模块、辅助转接板和低压电源模块四个电路部分。其中前二者将内置于冷凝管中完成超声检测的主要功能,后二者将在冷凝管外部辅助前二者工作。每个部分设计成独立的印制电路板,通过软性材料连接。对需要进入冷凝管的脉冲发射模块、回波接收模块提出了长、宽均小于5cm的小型化设计需求。(2)根据脉冲发射模块的设计目标,提出多种设计方案并完成电路设计,测试表明,基于HDL6M05584芯片的脉冲发射模块可发射最小脉宽为120ns的双极性高压脉冲,且模块电路板长和宽均小于5cm,适合系统的整体设计需求。(3)根据回波接收模块的设计目标,通过比较多种方案,选择基于AFE5808a芯片的回波接受方案并进行电路设计。经测试,该模块数据采样率可达到50MSPS(Million Samples Per Second,每秒百万样本),模块电路板长和宽均小于5cm。(4)设计完成了在冷凝管外部辅助超声系统工作的辅助转接板和低压电源模块。辅助转接板用于各模块间的信号连接,同时包括用于辅助回波接收模块的参考电压生成电路和采集时钟生成电路,前者可产生共模电压为0.75V、电平差在0V到+1.5V之间的参考电压信号,后者可产生50MHz的采样时钟信号。经测试,上述电路满足系统设计需求。低压电源模块可产生+1.8V、+3.3V、+5V和-5V的直流电压,经测试,该模块生成的电压幅度符合要求,且纹波率小于10%,满足系统设计需求。(5)完成了全部电路模块的系统联调,验证了全部电路模块能够正常工作,实现了用于冷凝管检测的小型化超声电路系统的设计要求。综上,本论文针对冷凝管检测的需求,设计了小型化的超声系统电路,在实验室条件下完成了初步的验证工作,该系统的完整工业产品原型设计有待未来软硬件研发工作的进一步完善。
复兴号动车组模拟实训装置辅助供电系统的设计与实现
这是一篇关于动车组模拟实训装置,辅助供电系统,电路设计,PLC,人机界面的论文, 主要内容为随着中国标准动车组“复兴号”的出现,这种完全由中国自主研发、具有完全自主知识产权的高速动车组已经位于世界水平前列,其发展速度令其他国家叹为观止。与此同时,高铁的推广发展带给我们的也有人才紧缺的现实问题。对于高铁技术人才的培养,传统的口头讲述以及利用等待检修的实车进行操作的方式,已经不能满足日益增长的用人需求。因此,设计出一套专门应用于技术人才培训的模拟实训装置迫在眉睫。相比于传统的培训方式,利用模拟实训装置进行培训能有效节约培训时间,提高培训效率,且操作安全性也大大提高。复兴号动车组模拟实训装置在保证仿真程度的前提下,可以实现员工在脱离实车的情况时也能对动车组各个系统进行模拟操作和模拟调试。为达到上述目的,动车组模拟实训装置在保留原车功能性的前提下,简化实现动车组各个系统,将各系统的部件进行集成,分别实现不同系统的功能需求。而本模拟实训装置中的辅助供电系统根据对动车组实车辅助供电系统的功能需求与原理分析,采取模块化设计的方法。将动车组辅助供电系统分为高压模块、ACU模块和充电机与电池箱模块,分别进行主电路及控制电路的设计与实现。利用PLC＿Config进行梯形图编程,同时还使用MCGS组态软件设计人机交互界面,以实现对运行状态的实时监控,最后对整套系统进行多次调试,确保其操作的安全性和功能的完整性。复兴号动车组模拟实训装置辅助供电系统高度仿真了复兴号动车组实车上辅助供电系统的主要功能。在实际技术培训中使用该装置不仅可以节约成本,保证操作人员安全,而且可以显著提高培训效率。
复兴号动车组模拟实训装置辅助供电系统的设计与实现
这是一篇关于动车组模拟实训装置,辅助供电系统,电路设计,PLC,人机界面的论文, 主要内容为随着中国标准动车组“复兴号”的出现,这种完全由中国自主研发、具有完全自主知识产权的高速动车组已经位于世界水平前列,其发展速度令其他国家叹为观止。与此同时,高铁的推广发展带给我们的也有人才紧缺的现实问题。对于高铁技术人才的培养,传统的口头讲述以及利用等待检修的实车进行操作的方式,已经不能满足日益增长的用人需求。因此,设计出一套专门应用于技术人才培训的模拟实训装置迫在眉睫。相比于传统的培训方式,利用模拟实训装置进行培训能有效节约培训时间,提高培训效率,且操作安全性也大大提高。复兴号动车组模拟实训装置在保证仿真程度的前提下,可以实现员工在脱离实车的情况时也能对动车组各个系统进行模拟操作和模拟调试。为达到上述目的,动车组模拟实训装置在保留原车功能性的前提下,简化实现动车组各个系统,将各系统的部件进行集成,分别实现不同系统的功能需求。而本模拟实训装置中的辅助供电系统根据对动车组实车辅助供电系统的功能需求与原理分析,采取模块化设计的方法。将动车组辅助供电系统分为高压模块、ACU模块和充电机与电池箱模块,分别进行主电路及控制电路的设计与实现。利用PLC＿Config进行梯形图编程,同时还使用MCGS组态软件设计人机交互界面,以实现对运行状态的实时监控,最后对整套系统进行多次调试,确保其操作的安全性和功能的完整性。复兴号动车组模拟实训装置辅助供电系统高度仿真了复兴号动车组实车上辅助供电系统的主要功能。在实际技术培训中使用该装置不仅可以节约成本,保证操作人员安全,而且可以显著提高培训效率。
大气波导探测中数传与展示系统的设计与实现
这是一篇关于大气波导,微波折射率仪,STM32,电路设计,数据分析的论文, 主要内容为当电磁波在空间传播时,由于会受到大气介质的影响而使得电磁波产生反射、散射、折射和吸收等影响,从而使电磁波在空间传播时不再按照原有的传播路径传播。当大气介质满足一定的条件时,会出现一种特殊的大气层(称为大气波导),可以将电磁波陷获在其中传播,这种传播效应被称为大气波导传播。电磁波在大气波导中传播时,不仅可以克服地球表面曲度的影响,而且电磁能量损耗远远小于标准大气中的损耗,从而形成一种超视距传播现象,可有效地扩大传播的距离,增加无线电系统的作用范围。另外,电磁波在大气波导中传播时,其信息的隐蔽性极高,可有效降低传播信息被窃取的风险。目前,有效利用大气波导效应实现无线电系统的超视距传播已成为扩大雷达探测范围和增加通信系统的通信距离的重要手段之一。要实现无线电系统超视距传播的前提条件是有大气波导的存在,因此首先要对大气波导进行测量,只有当大气波导存在才能获得大气波导特征参数,进而实现无线电系统的超视距传播。目前,最精确的测量大气波导方法是利用高精度的微波折射率仪进行大气折射率的梯度测量。微波折射率仪是以锁相环和谐振腔微扰为基本原理,通过腔体的谐振频率与腔体内大气介电常数的变化关系,通过测量频率变化量实现折射率的测量。由于在基于微波折射率仪的大气波导测量中,需要将微波折射率仪随高度进行移动,因此就需要进行高精度、高速度的数据采集、数据传输和数据处理。不仅能够保证不同高度处的大气折射率参数的有效、准确采集,更能通过不同的数据传输方式将数据有效传输到地面处理单元,因此设计一个大气波导测量中的数据采集和传输系统,以及数据分析系统就变得尤为重要。本文首先介绍了大气波导的基本情况,对比分析了目前主流的几种大气波导测量方法,得到了使用微波折射率仪来测量大气波导方法的优越性;然后分析了目前使用的数据采集和传输系统的弊端,为解决此问题,提出了基于STM32的大气波导数据采集和传输系统方法,并对该系统进行了了详细设计和实现。在得到大气波导的详细数据后,经过数据处理,得到大气波导是否存在以及大气波导存在时的特征参数;另外阐述了电磁波在特定大气波导内传输的传播路径仿真和模拟演示方法,达到电磁波超视距传播的目的。为了检验相关设计的有效性和实用性,在系统与数据分析软件设计完成后,首先开展了内场实验,根据发现的问题对采集和传输系统进行了优化。随后开展了外场实验,选择了在两个沿海城市的海陆交界处开展实地实验,通过对实验数据的统计和分析,得到实验地区出现大气波导的时间段和概率等规律。实验证明,数据采集和传输系统性能良好、稳定,可以精确的得到大气波导的详细参数,并能够分析电波传输路径和波导出现概率,达到了工程项目的设计目标和功能。
用于冷凝管检测的小型化超声系统电路设计
这是一篇关于超声检测,冷凝管,电路设计,小型化的论文, 主要内容为冷凝管是工业领域的一种重要设备,有必要对其进行定期无损检测。然而,冷凝管往往直径小、长度大、管道曲折,在核电厂中,还存在辐射高、电磁环境复杂、停工成本过高等约束,使常规的无损检测方式无法直接应用于冷凝管检测。工业超声检测技术比较成熟、适应性广,适用于冷凝管等金属管道的检测中,但是其体积较大,无法直接从内部对冷凝管进行检测。针对冷凝管尺寸的约束,本论文以设计用于螺旋冷凝管检测的小尺寸超声检测电路系统为研究目标,以8路超声检测系统的电路原型设计和测试为研究内容,具体完成了以下工作:(1)提出了系统整体的设计方案,将系统划分为脉冲发射模块、回波接收模块、辅助转接板和低压电源模块四个电路部分。其中前二者将内置于冷凝管中完成超声检测的主要功能,后二者将在冷凝管外部辅助前二者工作。每个部分设计成独立的印制电路板,通过软性材料连接。对需要进入冷凝管的脉冲发射模块、回波接收模块提出了长、宽均小于5cm的小型化设计需求。(2)根据脉冲发射模块的设计目标,提出多种设计方案并完成电路设计,测试表明,基于HDL6M05584芯片的脉冲发射模块可发射最小脉宽为120ns的双极性高压脉冲,且模块电路板长和宽均小于5cm,适合系统的整体设计需求。(3)根据回波接收模块的设计目标,通过比较多种方案,选择基于AFE5808a芯片的回波接受方案并进行电路设计。经测试,该模块数据采样率可达到50MSPS(Million Samples Per Second,每秒百万样本),模块电路板长和宽均小于5cm。(4)设计完成了在冷凝管外部辅助超声系统工作的辅助转接板和低压电源模块。辅助转接板用于各模块间的信号连接,同时包括用于辅助回波接收模块的参考电压生成电路和采集时钟生成电路,前者可产生共模电压为0.75V、电平差在0V到+1.5V之间的参考电压信号,后者可产生50MHz的采样时钟信号。经测试,上述电路满足系统设计需求。低压电源模块可产生+1.8V、+3.3V、+5V和-5V的直流电压,经测试,该模块生成的电压幅度符合要求,且纹波率小于10%,满足系统设计需求。(5)完成了全部电路模块的系统联调,验证了全部电路模块能够正常工作,实现了用于冷凝管检测的小型化超声电路系统的设计要求。综上,本论文针对冷凝管检测的需求,设计了小型化的超声系统电路,在实验室条件下完成了初步的验证工作,该系统的完整工业产品原型设计有待未来软硬件研发工作的进一步完善。
基于FPGA的MPEG-4编解码芯片开发系统设计研究
这是一篇关于MPEG-4,编解码器,芯片设计,FPGA,开发系统,电路设计的论文, 主要内容为MPEG-4是目前非常流行的视频压缩标准，基于MPEG-4的视频处理系统有两种体系结构：可编程结构和专用结构。可编程结构灵活，适用范围广，易于升级，但电路复杂，电路功耗大。专用视频编解码器结构硬件开销小，处理速度高。本文主要研究专用的MPEG-4视频编解码芯片设计方法。 目前市场上MPEG-4视频编解码芯片主要是Simple Profile级别的，而我们设计的芯片要实现Advanced Simple Profile级别。本文采用了一种基于大规模FPGA的软硬件相结的芯片设计方案，我们设计了基于FPGA的MPEG-4芯片设计开发平台，完成算法的硬件仿真与测试。 论文围绕基于FPGA的MPEG-4芯片开发系统设计，分为两个部分。第一部分介绍了目前国内外实现MPEG-4视频处理系统的主要方法和应用，概述了国际上MPEG-4视频编解码芯片设计的一般方法及其发展趋势，详细描述了我们的基于FPGA的MPEG-4编解码芯片开发系统的结构。 第二部分重点讲述了基于FPGA的MPEG-4芯片开发系统各个电路模块的设计，包括电源模块、FPGA配置模块、时钟生成模块、视频输入／输出模块、RS232串口模块、以太网接口模块、USB接口模块等。同时也介绍了I2C总线控制器的FPGA实现以及USB接口的实现。FPGA开发板作为高速电路板，论文中也讨论了高速电路板设计的一般规则。 本文采用的基于大规模FPGA的芯片设计方法，大大缩短了芯片设计周期；开发系统采用子母板结构，既方便了调试，又节约了成本；利用两块FPGA来完成视频编解码的不同功能模块，增强了系统的灵活性；开发系统为视频和码流提供了多种可选的接口，提高了系统的灵活性和适应能力；同时开发系统采用了多种配置方式，可调时钟输入，增加测试点、指示灯和用户输入等等面向芯片设计的设计策略，为芯片调试与测试提供了方便。 由于本文的MPEG-4视频编解码芯片开发系统是基于FPGA设计的，因此在满足实时性要求的同时，还具有性能良好的硬件结构和高度的可扩展性，易于修改，也适用于其他视频编解码芯片(比如H.264)的设计与开发。
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