基于轻量级并行编程的微位移测量系统设计研究
发布时间：2021-09-17 06:42
拍频式法-珀干涉微位移测量具有溯源到时间频率的特性,在测量过程中对于频率变化量的实时测量的要求很高。传统的串行数据采集方式实时性较差,间接地降低了测量结果的精度。针对此问题,将轻量级并行编程技术应用到微位移测量系统中,提高测量数据的实时采集速率。在此基础上设计一种寻峰算法来提高微位移测量中透射光强在峰值处的稳定性。实验结果表明,优化后的测量软件的运行效率得到显著提升,软件实现的寻峰算法在50次寻峰过程中的全局误差保持在6 mV左右,局部误差保持在2～3 mV,该算法可以满足后续位移解调的光强峰值稳定性需求。
【文章来源】：计算机应用与软件. 2020,37(09)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
F-P干涉仪基本结构
法-珀干涉微位移测量系统主要包括光学机械模块、硬件模块,软件模块三部分。其中:硬件模块主要负责光学物理信号的感知和系统控制的底层支持工作;软件模块负责硬件通信、机械控制和测量数据的处理分析等工作。法-珀干涉测量系统的总体结构如图2所示。该系统中测量硬件是测量软件实现复杂功能的底层基础。测量硬件向下负责光学系统的信息采集和机械系统的过程控制,其组成部分如表1所示。
测量软件需要针对测量系统中不同的测量硬件进行合适的通信实现。频率计和微动台控制器是独立于计算机之外的硬件,有自己专用的通信协议和通信指令,具有一定的运算能力,而电压输出模块和数据采集卡则是属于功能扩展型硬件,不能独立于计算机使用。C#语言开发的应用程序是基于.NET Frameworks运行的,与测量硬件通信的基本流程逻辑如图3所示。由图3可知,测量系统软硬件之间的每次通信都需要经历.NET Freamworks平台、操作系统,最终到达硬件设备。硬件设备识别仪器命令后,做出相应操作,并将反馈信息再发送回应用程序。如果使用单线程串行的方式和仪器进行通信,在同一时刻只能通信一个仪器。在同时通信多个仪器的情况下,会出现同一时刻采集的不同信号对应时间延迟太大。在之后的光强寻峰操作过程中,这种时间延迟会大大影响寻峰效果。轻量级并行技术则是基于任务编程模型的线程池技术进行程序的并行化设计,能使多种任务并行执行,充分发挥多核CPU的性能。将 F-P测控系统和轻量级并行技术进行结合可以解决系统中多种仪器的并行采集问题。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于推测代价评估的推测多线程并行粒度调节方法[J]. 李美蓉,赵银亮. 计算机应用与软件. 2019(04)
[2]单频激光干涉测振仪的非线性误差主动补偿法[J]. 张埔榛,吴军,黄庚华. 激光与光电子学进展. 2018(08)
[3]基于激光干涉仪的位移传感器标定技术研究[J]. 刘俊亨,孙双花,田明,叶孝佑,高宏堂,刘香斌. 计量学报. 2017(S1)
[4]基于多核的细粒度并行的集合相似连接[J]. 荣垂田,李银银,冯林静,汪剑鸣. 计算机学报. 2017(10)
[5]一种支持容错的任务并行程序设计模型[J]. 王一拙,陈旭,计卫星,苏岩,王小军,石峰. 软件学报. 2016(07)
[6]异构并行系统中高时效性任务的节能调度方法[J]. 黄日胜. 计算机应用与软件. 2015(11)
[7]高精度电容式位移传感器校准方法的研究[J]. 郑志月,施玉书,高思田,李东升,李伟,李适,李庆贤. 计量学报. 2015 (01)
[8]面向多核的并行编程和优化研究[J]. 戴晨,陈鹏,杨冬蕾,张为华. 计算机应用与软件. 2013(12)
[9]一种面向数据流程序的软件流水并行化方法[J]. 魏海涛,于俊清,余华飞,秦明康. 计算机学报. 2011(05)
[10]用于大范围纳米测量的法布里-珀罗干涉仪[J]. 晁志霞,许婕,徐毅. 计量学报. 1999(04)
博士论文
[1]基于Fabry-Perot干涉与原子晶格间距的微位移计量及溯源研究[D]. 崔建军.天津大学 2014
本文编号：3398174
【文章来源】：计算机应用与软件. 2020,37(09)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
F-P干涉仪基本结构
法-珀干涉微位移测量系统主要包括光学机械模块、硬件模块,软件模块三部分。其中:硬件模块主要负责光学物理信号的感知和系统控制的底层支持工作;软件模块负责硬件通信、机械控制和测量数据的处理分析等工作。法-珀干涉测量系统的总体结构如图2所示。该系统中测量硬件是测量软件实现复杂功能的底层基础。测量硬件向下负责光学系统的信息采集和机械系统的过程控制,其组成部分如表1所示。
测量软件需要针对测量系统中不同的测量硬件进行合适的通信实现。频率计和微动台控制器是独立于计算机之外的硬件,有自己专用的通信协议和通信指令,具有一定的运算能力,而电压输出模块和数据采集卡则是属于功能扩展型硬件,不能独立于计算机使用。C#语言开发的应用程序是基于.NET Frameworks运行的,与测量硬件通信的基本流程逻辑如图3所示。由图3可知,测量系统软硬件之间的每次通信都需要经历.NET Freamworks平台、操作系统,最终到达硬件设备。硬件设备识别仪器命令后,做出相应操作,并将反馈信息再发送回应用程序。如果使用单线程串行的方式和仪器进行通信,在同一时刻只能通信一个仪器。在同时通信多个仪器的情况下,会出现同一时刻采集的不同信号对应时间延迟太大。在之后的光强寻峰操作过程中,这种时间延迟会大大影响寻峰效果。轻量级并行技术则是基于任务编程模型的线程池技术进行程序的并行化设计,能使多种任务并行执行,充分发挥多核CPU的性能。将 F-P测控系统和轻量级并行技术进行结合可以解决系统中多种仪器的并行采集问题。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于推测代价评估的推测多线程并行粒度调节方法[J]. 李美蓉,赵银亮. 计算机应用与软件. 2019(04)
[2]单频激光干涉测振仪的非线性误差主动补偿法[J]. 张埔榛,吴军,黄庚华. 激光与光电子学进展. 2018(08)
[3]基于激光干涉仪的位移传感器标定技术研究[J]. 刘俊亨,孙双花,田明,叶孝佑,高宏堂,刘香斌. 计量学报. 2017(S1)
[4]基于多核的细粒度并行的集合相似连接[J]. 荣垂田,李银银,冯林静,汪剑鸣. 计算机学报. 2017(10)
[5]一种支持容错的任务并行程序设计模型[J]. 王一拙,陈旭,计卫星,苏岩,王小军,石峰. 软件学报. 2016(07)
[6]异构并行系统中高时效性任务的节能调度方法[J]. 黄日胜. 计算机应用与软件. 2015(11)
[7]高精度电容式位移传感器校准方法的研究[J]. 郑志月,施玉书,高思田,李东升,李伟,李适,李庆贤. 计量学报. 2015 (01)
[8]面向多核的并行编程和优化研究[J]. 戴晨,陈鹏,杨冬蕾,张为华. 计算机应用与软件. 2013(12)
[9]一种面向数据流程序的软件流水并行化方法[J]. 魏海涛,于俊清,余华飞,秦明康. 计算机学报. 2011(05)
[10]用于大范围纳米测量的法布里-珀罗干涉仪[J]. 晁志霞,许婕,徐毅. 计量学报. 1999(04)
博士论文
[1]基于Fabry-Perot干涉与原子晶格间距的微位移计量及溯源研究[D]. 崔建军.天津大学 2014
本文编号：3398174
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/yiqiyibiao/3398174.html
