面向转动惯量测量的光栅数据采集卡设计与实现
发布时间：2021-09-22 03:47
转动惯量是导弹、卫星等飞行器的关键物理参数之一,是系统建模和速度、加速度等特性分析的重要依据,因此转动惯量的精确测量具有重要意义。在扭摆法测量转动惯量的系统中,为了提高摆动周期的测量精度,可以通过引入光栅尺位移传感器对被测物体进行动态测量来提高系统的测量精度。本文从光栅位移传感器在转动惯量测量中的应用出发,针对某种光栅位移传感器读数头,基于FPGA芯片,利用Verilog HDL语言,设计并实现了一种具有等时等距测量功能的数据采集卡。该数据采集卡配备了标准的PCI总线接口,能够实现对位移传感器精确和实时的数据采集、并具有等时等距等多种灵活的数据采集模式,可以更好地解决转动惯量测量问题。本文主要完成了以下工作:1.首先分析了转动惯量的基本原理,根据转动惯量测量应用需求确定了光栅数据采集卡的技术指标,给出了光栅采集卡总体设计方案;2.完成了元器件的选型和硬件电路的原理图设计,包括FPGA芯片和PCI总线芯片等,以及接口电路、FPGA外围电路和PCI总线电路等;3.分析了各功能模块基本原理和实现方法,基于Quartus开发环境并利用Verilog HDL语言,在FPGA中实现的各个功能模块的...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
转动惯量测量设备示意图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-能很好满足转动惯量测量的需求，因此有必要研制一套适用于转动惯量测量的计数控制采集卡，这对实现转动惯量的精确测量具有重要意义，此外可以广泛地应用于其他场合的位移测量、速度测量等中，因此具有重要的工程价值。1.2国内外研究情况1.2.1转动惯量测量系统基本原理在对转动惯性进行测量的时候，共有四种常用方方法，第一种是扭摆法，第二种是复摆法，第三种是线摆法，最后一种是落体法。后三种测量方法原理示意图见图1-2、图1-3和图1-4。前三种方法都是通过对被测物体施加外力，使其偏离平衡位置后撤掉外力，通过测量自动摆动的周期来计算被测物体对于回转轴的转动惯量。将几种转动惯量测量方法进行对比，见表1-1所示。通过对比可以看出精度最高是扭摆法，也是目前最常用的方法。图1-2落体法测量示意图1-吊绳；2-被测物体；3-托盘；4-中心轴线图1-3三线摆测量示意图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-能很好满足转动惯量测量的需求，因此有必要研制一套适用于转动惯量测量的计数控制采集卡，这对实现转动惯量的精确测量具有重要意义，此外可以广泛地应用于其他场合的位移测量、速度测量等中，因此具有重要的工程价值。1.2国内外研究情况1.2.1转动惯量测量系统基本原理在对转动惯性进行测量的时候，共有四种常用方方法，第一种是扭摆法，第二种是复摆法，第三种是线摆法，最后一种是落体法。后三种测量方法原理示意图见图1-2、图1-3和图1-4。前三种方法都是通过对被测物体施加外力，使其偏离平衡位置后撤掉外力，通过测量自动摆动的周期来计算被测物体对于回转轴的转动惯量。将几种转动惯量测量方法进行对比，见表1-1所示。通过对比可以看出精度最高是扭摆法，也是目前最常用的方法。图1-2落体法测量示意图1-吊绳；2-被测物体；3-托盘；4-中心轴线图1-3三线摆测量示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于衍射光栅的干涉式精密位移测量系统[J]. 吕强,李文昊,巴音贺希格,柏杨,刘兆武,王玮. 中国光学. 2017(01)
[2]基于FPGA的变频脉冲信号周期检测系统的设计[J]. 邵帅. 装备制造技术. 2015(06)
[3]基于FPGA光栅数据采集卡的设计[J]. 刘洋. 工具技术. 2015(02)
[4]大中型航行器转动惯量测量系统的设计[J]. 杨云鹏,罗凯,汤浩,李代金. 机械与电子. 2011(06)
[5]毛刺信号消除电路的研究与实现[J]. 聂阳,赵鹏宇,荆丽丽. 集宁师专学报. 2010(04)
[6]基于FPGA的PCI接口DMA传输的设计与实现[J]. 单天昌,陆达. 计算机技术与发展. 2010(04)
[7]高精度转动惯量测量设备的研制[J]. 丁雪松,李慧鹏,王军,唐文彦. 计量技术. 2007(09)
[8]基于EPM7128的光栅位移测量仪设计[J]. 黄勇. 电子工程师. 2007(08)
[9]基于FPGA的高速可变周期脉冲发生器的设计与实现[J]. 陈满. 国外电子元器件. 2007(03)
[10]FPGA在智能仪表中的应用[J]. 王天雄,严利民,高辉. 电子技术. 2007(02)
硕士论文
[1]基于FPGA的相位光栅干涉位移传感器信号处理系统研究[D]. 钟文斌.华中科技大学 2014
[2]脉冲发生器波形产生模块的设计与实现[D]. 张孝飞.长春工业大学 2012
[3]基于可编程逻辑器件光栅信号采集处理卡的设计[D]. 李建苹.天津大学 2007
本文编号：3403077
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
转动惯量测量设备示意图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-能很好满足转动惯量测量的需求，因此有必要研制一套适用于转动惯量测量的计数控制采集卡，这对实现转动惯量的精确测量具有重要意义，此外可以广泛地应用于其他场合的位移测量、速度测量等中，因此具有重要的工程价值。1.2国内外研究情况1.2.1转动惯量测量系统基本原理在对转动惯性进行测量的时候，共有四种常用方方法，第一种是扭摆法，第二种是复摆法，第三种是线摆法，最后一种是落体法。后三种测量方法原理示意图见图1-2、图1-3和图1-4。前三种方法都是通过对被测物体施加外力，使其偏离平衡位置后撤掉外力，通过测量自动摆动的周期来计算被测物体对于回转轴的转动惯量。将几种转动惯量测量方法进行对比，见表1-1所示。通过对比可以看出精度最高是扭摆法，也是目前最常用的方法。图1-2落体法测量示意图1-吊绳；2-被测物体；3-托盘；4-中心轴线图1-3三线摆测量示意图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-能很好满足转动惯量测量的需求，因此有必要研制一套适用于转动惯量测量的计数控制采集卡，这对实现转动惯量的精确测量具有重要意义，此外可以广泛地应用于其他场合的位移测量、速度测量等中，因此具有重要的工程价值。1.2国内外研究情况1.2.1转动惯量测量系统基本原理在对转动惯性进行测量的时候，共有四种常用方方法，第一种是扭摆法，第二种是复摆法，第三种是线摆法，最后一种是落体法。后三种测量方法原理示意图见图1-2、图1-3和图1-4。前三种方法都是通过对被测物体施加外力，使其偏离平衡位置后撤掉外力，通过测量自动摆动的周期来计算被测物体对于回转轴的转动惯量。将几种转动惯量测量方法进行对比，见表1-1所示。通过对比可以看出精度最高是扭摆法，也是目前最常用的方法。图1-2落体法测量示意图1-吊绳；2-被测物体；3-托盘；4-中心轴线图1-3三线摆测量示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于衍射光栅的干涉式精密位移测量系统[J]. 吕强,李文昊,巴音贺希格,柏杨,刘兆武,王玮. 中国光学. 2017(01)
[2]基于FPGA的变频脉冲信号周期检测系统的设计[J]. 邵帅. 装备制造技术. 2015(06)
[3]基于FPGA光栅数据采集卡的设计[J]. 刘洋. 工具技术. 2015(02)
[4]大中型航行器转动惯量测量系统的设计[J]. 杨云鹏,罗凯,汤浩,李代金. 机械与电子. 2011(06)
[5]毛刺信号消除电路的研究与实现[J]. 聂阳,赵鹏宇,荆丽丽. 集宁师专学报. 2010(04)
[6]基于FPGA的PCI接口DMA传输的设计与实现[J]. 单天昌,陆达. 计算机技术与发展. 2010(04)
[7]高精度转动惯量测量设备的研制[J]. 丁雪松,李慧鹏,王军,唐文彦. 计量技术. 2007(09)
[8]基于EPM7128的光栅位移测量仪设计[J]. 黄勇. 电子工程师. 2007(08)
[9]基于FPGA的高速可变周期脉冲发生器的设计与实现[J]. 陈满. 国外电子元器件. 2007(03)
[10]FPGA在智能仪表中的应用[J]. 王天雄,严利民,高辉. 电子技术. 2007(02)
硕士论文
[1]基于FPGA的相位光栅干涉位移传感器信号处理系统研究[D]. 钟文斌.华中科技大学 2014
[2]脉冲发生器波形产生模块的设计与实现[D]. 张孝飞.长春工业大学 2012
[3]基于可编程逻辑器件光栅信号采集处理卡的设计[D]. 李建苹.天津大学 2007
本文编号：3403077
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/yiqiyibiao/3403077.html
