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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] 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] 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] 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] 雷浩丹
电子与通信工程 西北大学 2017(学位年度)
摘要:频率标准(简称频标)是指具有较高准确度、单一频率值正弦波信号输出功能的装置,它们的频率值大都是10MHz或5MHz。目前对频率标准的使用需求越来越多,主要体现在大地测量、卫星导航、邮电通讯、高速铁路运输等领域,这些领域对于频率标准的稳定度和准确度要求也越来越高,进而对频率标准的精确测量有着更高要求。因此,针对频标比对测量方法的研究及其系统研制具有重要的工程实用意义。
  目前高精度频标比对测量系统通常采用双混频时差法,此方法难以避免由于使用计数器以及过零点时受到噪声干扰而导致的测量误差。同时,由于固定频点公共振荡器的限制,导致传统双混频时差法不能灵活地测量多个频点的频率标准信号。本论文提出一种数字化多频点频标比对测量系统设计方案,即利用可变频点的偏差频率源替代传统双混频时差法系统方案中固定频点的公共振荡器,使系统具有多频点比对测量的功能。通过上位机驱动采集卡在实现同步采样的前提下,将两路低频弦波信号离散数字化,再使用相关法测量相位差,避免传统双混频时差法中使用计数器导致正负一个字的计数误差。
  本文研制了多频点正弦差拍器,配合高精度的多通道同步数据采集卡设计实现了系统的硬件平台,同时基于LabWindows/CVI设计开发系统软件,实现了待测频率标准与参考频率标准之间相位差数据的实时准确测量、显示和保存。设计了系统测试方案,搭建实验平台测量了系统通道时延、验证了系统多频点的功能性以及测量准确度。将连续保存的数据利用阿伦方差进行稳定度分析可得,系统本底噪声典型值为2.81E-12/s,即相位差测量系统的分辨率达到皮秒量级。该指标已达到国内较先进设备水平,对频率标准比对测量工程具有一定的技术参考意义。
[硕士论文] 宋云祥
电气工程 哈尔滨理工大学 2017(学位年度)
摘要:干式空心并联电抗器在电网中可以起到补偿无功功率,限制工频过电压等作用。随着电网电压等级的提升,干式空心并联电抗器的容量越来越大,并联支路数也随之增加,在制造过程中可能存在匝数上的偏差,运行或运输过程中也可能出现匝间短路或断股故障。现有的方法对上述缺陷诊断非常困难,针对这一类问题,本文提出通过测量分布电流的方法判断电抗器缺陷,并对测量装置进行了研制。
  本文通过建立干式空心并联电抗器电路模型,对电气参数特性进行分析,给出了正常电抗器与故障电抗器支路电流的计算方法,并以一台型号为BKDK-20000/35干式空心并联电抗器为例进行计算。通过解析和仿真的方法计算了电抗器自身运行产生的磁场,针对现场运行电抗器对被测电抗器的工频干扰进行分析。为避免工频干扰,通过设计的25Hz电源对电抗器进行测量,将采集卡采集的数据利用谐波分析,准同步采样算法进行数据处理。针对磁场的干扰对传感器设计了磁屏蔽。最后对干式空心电抗器样品进行试验验证。
  研究结果表明:当干式空心电抗器发生匝间短路、断股故障和匝数偏差时,电抗器总电流变化很小,故障位置处支路电流变化量很大。在25Hz功率电源下通过磁屏蔽电流传感器对电抗器支路电流进行测量,利用准同步采样及谐波分析法对采集到的数据进行处理,得到的测量结果与理论值一致,验证了采用25Hz试验电源和准同步谐波分析法抗工频干扰能力强,准确度高,能够准确得出分布电流测量结果。
[硕士论文] 郝树科
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:从通讯设备到军事卫星,微波材料被广泛地应用在军事和民用的各个领域,有关微波频率下材料表征的研究一直都是材料科学、电子和电气工程等方向的热点。近年来,随着高速高频电子电路系统的发展,需要对多层介质材料的复介电常数有全面的了解,特别是对微波材料的无损测试提出了更高的要求。在此背景下,对多层微波电介质材料无损测试技术的研究显得越来越迫切。
  首先,本文介绍了常见的材料复介电常数的测试技术,并比较现存测试方法的优缺点,选择同轴谐振腔作为主要测试腔体。接着是对测试原理的分析,一方面对腔体开路端口的场分布进行分析,结合材料的谐振测试方法,推导并改进了同轴开放式谐振腔加载单层介质材料的集总等效电路,并将其推广到多层材料的测试,最终给出了单层和多层电介质复介电常数的求解方法。另一方面从统计学习的角度,结合经典的材料微扰理论,给出了基于支持向量回归机的单层和多层电介质材料复介电常数的提取方法。
  其次,是对测试腔体各部件的研制,按照课题的测试需求,确定了谐振腔的物理结构和耦合方式,并且利用 HFSS电磁仿真软件对同轴开放式谐振腔的性能建模仿真,实现了测试谐振腔和耦合装置、支撑平台、移动装置、辅助软件等相关系统部件的制备。
  最后,对测试各子部件集成封装,制定测试规范,完成相关的调试及算法校准,搭建了同轴开放式谐振腔电介质材料测试系统。利用该测试系统测试标准样品,对比测试结果,分析误差来源,验证了该测试系统可以满足以下测试指标:
  测试温度:25℃
  测试频率:2-6GHz
  测试范围:相对介电常数:ε‘r:1~7损耗角正切tanδ:1×10-3~5×10-2
  测试误差:此处公式省略
  
[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] 徐深堂
仪器科学与技术 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:自动测试系统是测试仪器领域的重要研究内容,可编程仪器标准命令SCPI作为程控命令的重要标准,被广泛应用于自动测试系统中,用于实现对测试仪器的控制以及测试数据的获取。本课题来源于实验室中的某型号微波信号源项目,使用SCPI标准命令,在自动测试系统中设计并实现上位机对微波信号源进行远程控制的功能。本文给出了程控系统的设计方案,实现了SCPI命令在微波信号源的程控系统中的应用。
  本课题主要以微波信号源作为实验平台,针对该仪器的功能模块设计了专用的SCPI命令解析器,在微波信号源程控模块中集成命令解析器用于指令的识别,同时在远程端设计基于WPF软件框架的上位机应用软件,实现了SCPI程控命令发送。本论文内容主要如下:
  1、SCPI命令集的构建及命令解析器的设计与实现。根据SCPI标准规范中的命令语法和格式,结合实验室的微波信号源的仪器功能设计仪器专用的SCPI程控命令,采用多级索引表对程控命令树中的节点进行存储,并通过字典查询法对命令进行查询,节省了查询时间,提高了命令解析效率。
  2、微波信号源程控驱动程序的设计。在微波信号源中完成与上位机的通信,接收SCPI程控命令字符串并返回响应信息,同时根据指令解析结果进行仪器功能的设置。
  3、基于WPF框架,完成了上位机应用软件的设计,具体包括人机交互系统的设计、通信模块的设计、同步功能模块的设计和数据处理模块的设计。用户可以通过SCPI命令行和图形化控件进行操作,实现对微波信号源的远程控制。
  本课题设计的微波信号源程控系统中的SCPI命令集具有扩展方便、结构合理的优点,同时用于指令分析的命令解析器具有查询快速,占用内存小的特点,对于构建高效的其他自动测试系统具有一定的参考意义。
[硕士论文] 介广闻
仪器科学与技术 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着采集和存储技术的发展,示波器的综合性能越来越强,人们对示波器的功能要求也越来越高,因此带有多种数据处理功能的数字示波器便应运而生。面对采集到的海量数据,如何通过示波器的功能模块对其进行快速有效的分析处理就变得尤为重要。
  本文结合教研室团队项目的研发,围绕“硬件波形分析和波形特征搜索功能模块设计”这一主题展开研究。通过FPGA与基本硬件电路协同处理的方式实现了3种波形分析功能、7种基本波形特征搜索功能和9种总线协议搜索功能。
  本文的主要内容如下:
  1.硬件波形分析和波形特征搜索功能整体架构的研究。主要包括硬件波形分析和波形特征搜索的原理、搜索结果的定位与同步、与其他模块的交互等方面。从数字荧光示波器的整体硬件系统上对本文研究的两个功能模块进行了设计。
  2.波形特征搜索功能的实现。在FPGA中实现了边沿、脉宽/毛刺、欠幅、上升/下降时间、建立/保持时间、序列和超时7种类型的基本波形特征搜索功能以及RS232、I2C、USB、CAN、SPI、LIN、FlexRay、音频总线和以太网协议9种类型的总线协议搜索功能。
  3.波形分析功能的实现。所实现的波形分析功能包括通过/失败分析、模板分析和轨迹分析3种基本的波形分析功能。
  4.硬件波形分析和波形特征搜索功能的测试分析。包括测试平台和设备、测试流程以及测试结果和分析。
  本设计采用FPGA和硬件电路协同处理的方式实现了波形分析和波形特征搜索功能,克服了在通过软件对海量波形进行分析和搜索处理时速度慢的缺点,缩短了数字示波器的死区时间。同时在搜索模块中加入了总线搜索功能,丰富了数字示波器可搜索的信号类型。
[硕士论文] 徐志鹏
仪器科学与技术 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着现代射频技术的迅猛发展,射频信号呈现多元化,宽带实时频谱分析仪也因此受到越来越多的关注。宽带实时频谱分析中,通道群延迟会造成相位失真,对与信号相位相关的调制域分析造成影响。强大的触发捕获功能则保证了对瞬时小概率信号的测试需求。论文的主要内容就是对实时频谱分析中群延迟均衡校正及触发捕获功能这两个关键技术进行理论与方法的研究。
  论文涉及的宽带实时频谱分析系统是一套具有完整功能的实时频谱分析平台,文章主要对其中两个方面的关键内容进行分析。论文首先介绍了群延迟校正及触发存储的意义和研究现状,并给出了在实时频谱分析中相应的设计方案。对于通道滤波器的群延迟均衡校正,根据单通道滤波器群延迟的测试方法,求得通道滤波器的群延迟,拟合得到期望群延迟,进而根据数字全通滤波器群延迟与分母群延迟的关系,以及复倒谱系数的基本理论,求得分母多项式的系数,最后确定数字全通滤波器的传递函数,完成对通道滤波器的群延迟均衡校正,使校正后的群延迟在有效带宽内波动较小。
  为了满足用户对特定信号触发捕获的测试要求,工程中设计了触发存储模块。触发模块设计有包括频率模版触发在内的四种触发源,及单次与连续两种触发模式供用户选择,满足不同条件下对信号的触发捕获要求;存储模块以外部DDR3 SDRAM内存条为载体,不间断地将基带I/Q信号循环存储在内存条中,根据用户要求设计不同的预触发深度及相应的预触发存储机制,实现触发前后一定触发深度信号的无缝捕获;触发捕获后的信号根据用户对频谱计算重叠率的要求,设计了数据读取的控制机制,实现高达98%重叠率的重叠帧处理需求;最后设计了与触发存储模块相关的命令解析模块,将系统中需要的参数及命令接收解析以控制整个系统的正常运行。
  文中利用实时频谱分析平台、测试信号源以及上位机软件进行了联合调试,论文对通道群延迟校正与触发存储模块设计进行了仿真及实验验证。通过理论及测试结果分析,验证了数字全通滤波器校正群延迟方法的可行性,以及触发存储功能的正常实现,满足了设计要求。
[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] 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。
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