Visión general de la tecnología

Con el fin de resolver el problema de la baja precisión de cálculo en tiempo real de la frecuencia y amplitud de la señal dinámica,El Instituto Oriental propusoCálculo de la amplitud de frecuencia de alta precisión de ylsFangLeyEsta tecnología es una tecnología utilizada para la medición precisa de frecuencia y amplitud de señales dinámicas, rompiendo con el analizador general de señales dinámicas.Límite de precisión FFTProblemas difícilesLa precisión del algoritmo de software puede alcanzar el décimo 15~.Precisión de 16 dígitos, la precisión de frecuencia del sistema de medición real combinado con software y hardware puede alcanzar una precisión de 8 dígitos decimales.，Este métodoMás que los algoritmos tradicionalesMejora de la precisiónYa está.6~.Siete órdenes de magnitud.

Los factores que afectan la precisión de las pruebas de frecuencia se encuentran principalmente en dos aspectos: la fuente del reloj de tiempo de hardware y el algoritmo de software. Este artículo solo discute la influencia de los algoritmos de software en la precisión de frecuencia.

I. puntos dolorosos de la industria: problemas existentes en el cálculo tradicional de la frecuencia

Instrumentos virtuales generales, formas de onda de dominio de tiempo después de pasar por adc, generalmente utilizadosFFTEl método realiza un análisis espectral para obtener resultados como frecuencia y amplitud. Si la frecuencia de muestreo de la señal es SF y el número de puntos de cálculo FFT es n, la resolución de frecuencia es DF = SF / n, y su rango de error de frecuencia es de ± 0,5df. cuando la frecuencia real de la señal no es un múltiplo entero de la resolución de frecuencia, se producirá una fuga de espectro, cuyo rango de error de amplitud es0~.36,3%.

Para mejorar la precisión de la amplitud, a menudo se utilizan métodos de ventana o suavización, pero estos métodos solo pueden mejorar la precisión de la amplitud hasta cierto punto, a expensas de la precisión de frecuencia.

Para mejorar la precisión de la frecuencia, a menudo se utiliza aumentar el número de puntos de análisis n o usarZoom FFTY otros métodos de refinamiento, estos métodos requieren más puntos de análisis y son difíciles de realizar cálculos en tiempo real, y no pueden garantizar una mayor precisión de amplitud. Por lo tanto, es un problema internacional que los instrumentos virtuales obtengan frecuencias y amplitudes de alta precisión en tiempo real.

Desde el punto de vista de los indicadores de precisión específicos, la precisión de frecuencia y amplitud de los instrumentos virtuales generales alcanza de 3 a 5 dígitos decimales.Solo se puede alcanzar una precisión de 6 dígitos, y el análisis computacional es muy complejo y lleva mucho tiempo.

II. soluciones: propuestasAlgoritmo de cálculo de amplitud de frecuencia de alta precisión yls

Algoritmo de cálculo de amplitud de frecuencia de alta precisión ylsFue propuesto por Oriente.El método de medidor de frecuencia y amplitud de alta precisión es un método especial que combina cálculo de dominio de tiempo y cálculo de dominio de frecuencia. basado en los resultados del cálculo de fft, se optimiza e itera nuevamente. se pueden calcular con precisión la frecuencia, amplitud y fase inicial de varios picos espectrales en el espectro.El flujo del algoritmo se muestra en la imagen.1Mostrado.

Figura 1 parámetros básicos de la señal dinámicaPolisacáridos de paraguas yulangAlgoritmos precisosDiagrama de flujo

Sin tener en cuenta el error de adquisición de hardware, solo se utilizan datos de 1024 puntos para calcular rápidamente en tiempo real, lo que puede alcanzar el Sistema decimal 12.-Precisión de 14 dígitos，Y el uso de instrumentos extranjerosdeMétodo convencional, solo puede alcanzar 6~.Precisión digital decimal de 7 dígitos，Se puede ver que este método mejora la precisión en 6~.Siete órdenes de magnitud.Imagen2Para utilizar la señal sinusoidal generada por el generador de señal virtual de dongfang, para verificar la precisión del algoritmo yls, la frecuencia de la señal se establece en 123.456789012345 Hz,La amplitud se establece en 123.456789012345 mV， La figura 3 muestra el uso de OrienteAmplitud de frecuencia de alta precisión ylsLa frecuencia y amplitud del reconocimiento en tiempo real del algoritmo se pueden ver comparando las figuras 2 y 3.Amplitud de frecuencia de alta precisión ylsLa precisión de frecuencia y amplitud del algoritmo puede alcanzar 12Posición.

Figura 2 Frecuencia y amplitud de la señal generada por la fuente de señal analógica

Figura 3 ylsFrecuencia y amplitud mostradas por el software de cálculo de amplitud de frecuencia de alta precisión

Debido a que la precisión del algoritmo yls es mucho mayor que la precisión de medición del sistema de hardware, el error de frecuencia natural y el error de amplitud del sistema de hardware se pueden medir con precisión con antelación a través de la fuente de señal estándar y el algoritmo yls, y luego los resultados de frecuencia y amplitud se pueden corregir En línea durante la medición en tiempo real. De hecho, el proceso actual es como la imagen.4Se muestra que este método permite al instrumento medir la precisión de la frecuencia de 10 sin utilizar la referencia del reloj externo.-5O 10-6La magnitud sube a 10-8, aumento 2-3Orden de magnitud.

Imagen4 Proceso de calibración de amplitud de frecuencia de hardware basado en el algoritmo yls

3. efectos medidos

3.1Resultados de la evaluación de expertos

25 de noviembre de 2012, por Avic304Los informes de prueba realizados por un equipo de prueba compuesto por seis expertos del Instituto de investigación, la Academia China de Ciencias metrológicas y la Academia de Ciencias de metrología y pruebas de Beijing muestran (los siguientes son extractos del informe de prueba):

1.Polisacáridos de paraguas yulangTecnología de medición de frecuencia de alta precisión del método:

El rango de error del algoritmo de software es1×10-12~.1×10-14, el valor típico es4×10-14; el rango de error de medición del sistema de hardware es1×10-8,Los valores típicos son6×10-10, mientras que la rutinaFFTEl rango de error de medición del método es1×10-4 ~. 4×10-3.

2.Polisacáridos de paraguas yulangTecnología de medición de amplitud de alta precisión del método:

El rango de error del algoritmo de software es1×10-12~.1×10-14, el valor típico es5×10-14; el rango de error de medición del sistema de hardware es1×10-3,Los valores típicos son7×10-4. y convencionalFFTEl rango de error de medición del método es 8×10-2 ~. 3×10-1.

3. la tecnología de calibración de amplitud de frecuencia se utiliza en un recolector extranjero:

El error de frecuencia es causado por6×10-7 ~.2×10-5Subir a9×10-8Dentro, el mayor aumento1105Veces; El error de amplitud es causado por3×10-3Subir a2×10-4Dentro, el mayor aumento73Veces.

4. la tecnología de calibración de amplitud de frecuencia se utiliza en ChinaINVRecolector:

El error de frecuencia es causado por3×10-7~.4×10-6Subir a4×10-8Dentro, el mayor aumento99Veces; El error de amplitud es causado por5×10-3 Subir a7×10-4Dentro, el mayor aumento368Veces.

3.2 Comparación de la precisión de los algoritmos de software de frecuencia y amplitud

Usar un país extranjeroEl instrumento se compara con el algoritmo de precisión del Instituto oriental, y los resultados se muestran en la imagen.5Mapa de suma6Como se muestra, las coordenadas horizontales en los dos gráficos son la frecuencia de muestreo de la señal y las coordenadas longitudinales son la precisión de medición. el significado expresado por los dos gráficos es la comparación de precisión del análisis de una señal de amplitud y frecuencia fijas utilizando diferentes frecuencias de muestreo. los puntos de análisis son 1.024Punto. Como se puede ver en las figuras 5 y 6, la precisión de los algoritmos de frecuencia y amplitud de alta precisión propuestos por Dongfang varía muy poco con la frecuencia de muestreo, mientras que la precisión de frecuencia y amplitud de los fabricantes de comparación disminuye rápidamente con el aumento de la frecuencia de muestreo, porque el número de puntos de muestreo no cambia y el período de señal adquirida después del aumento de la frecuencia de muestreo disminuye, lo que resulta en una reducción de la precisión de los algoritmos tradicionales basados en fft, mientras que los algoritmos de alta precisión propuestos por Dongfang se ven muy poco afectados.

Imagen5 Comparación de la precisión del algoritmo del Instituto oriental con el algoritmo de frecuencia de fabricantes extranjeros

Imagen6 Comparación de la precisión del algoritmo del Instituto oriental con el algoritmo de amplitud de fabricantes extranjeros

3.3 Comparación de la precisión de medición del sistema de software y hardware

El sistema del Instituto oriental y el internacional que aplican la tecnología de amplitud de frecuencia de alta precisiónLos resultados de las pruebas comparativas se muestran en la imagen.7Como se muestra, la coordenada horizontal de la figura 7 es la frecuencia de la señal y la coordenada vertical es la precisión de medición. El significado de la figura 7 es utilizar una frecuencia de muestreo fija y señales de diferentes frecuencias de puntos de análisis para el análisis de frecuencia y amplitud. Con el cambio de la frecuencia de la señal, la precisión del análisis de algoritmos de alta precisión de Dongfang se mantiene básicamente sin cambios, mientras que la precisión de los otros tres sistemas extranjeros tiene un mayor impacto en la frecuencia de la señal. la razón fundamental es que la frecuencia de muestreo y los puntos de análisis no cambian, cuanto menor es La frecuencia de la señal, menor es el número de ciclos de señal recogidos, menor es la precisión basada en el algoritmo fft, y el algoritmo de alta precisión de Dongfang básicamente no se ve afectado.

Imagen7Sistema e internacional del Instituto OrientalMapa comparativo de la precisión de medición de frecuencia del fabricante

IV. casos de aplicación

El puente Hong Kong - Zhuhai - Macao es un largo puente marítimo y ha sido calificado por los medios extranjeros como "una de las siete maravillas del mundo moderno". Representa que la capacidad de construcción de puentes de China ha alcanzado el nivel avanzado.nivel. Longitud total del puente Hong Kong - Zhuhai - Macao55 kilómetros, síUn canal marítimo que integra puentes, islas gemelas y túneles.

Entorno de construcción del puente Hong Kong - Zhuhai - MacaoMuyMalo.MuchosTecnologías clave de IngenieríaFalta de experiencia. por ejemplo, la tecnología de túneles sumergidos, el puente Hong Kong - Zhuhai - Macao con una longitud total de unos 55 kilómetros, tiene casi 30 kilómetros en el Fondo marino, la cantidad de obrasGiganteGrande,Y hay que resolver muchoProblemas técnicos. Europa tiene cien años de tecnología de túneles sumergidos, pero la tecnología central está en manos de unos pocos países como Holanda y Alemania.PaísEs la tecnologíade, tarifas de consultoría técnica a precios altísimos, finalmentenosotrosSolo puede caminar de forma independiente por sí mismo.El camino de la innovación.

EnEl eslabón más importante del proyecto- -másEl último tubo sumergidoInstalaciónDurante el proceso, a través de sensores de alta precisión y el Instituto OrientalAmplitud de frecuencia de alta precisión ylsAlgoritmo para realizar pruebas de precisión submarina de tubos sumergidos, mientras que el sistema de medición y control de precisión submarina ha facturado 10~.15100 millones de yuanes. El objetivo de desviación de diseño de la instalación de tuberías sumergidas es10 cmY finalmente se logró una desviación de un extremo0,8 mm, desviación del otro extremo2,6 mmLa instalación precisa de Dongfang completó con éxito la tarea de instalación de tubos sumergidos.Tubo sumergido del puente gangzhuLas imágenes en el monitoreo de actitud de acoplamiento se muestran en la figura 8..

Imagen8 tubo sumergido del puente gangzhuImagen del software del Instituto oriental de monitoreo de actitud de acoplamiento