Технический обзор

Для решения проблемы низкой точности вычислений в реальном времени частоты и амплитуды динамических сигналов,Восток предложилВысокоточные вычисления частоты YLSквадратЗаконТехнология, используемая для точного измерения частоты и амплитуды динамических сигналов, прорвалась через общий анализатор динамических сигналовОграничения точности FFTПроблемыПрограммное обеспечение с точностью до 15~16 - битная точность, программное и аппаратное обеспечение в сочетании с фактической точностью частоты системы измерения до десятичной 8 - битной точности，Этот методБольше, чем традиционные алгоритмы.Повышение точностиВот так.6~Семь порядков.

Факторы, влияющие на точность тестирования частоты, в основном связаны с двумя аспектами: аппаратным источником времени и программным алгоритмом. В этой статье обсуждается только влияние алгоритмов программного обеспечения на точность частоты.

Болезненные точки в отрасли: проблемы традиционных частотных вычислений

Виртуальные инструменты общего назначения, формы волн временной области после ADC, обычно используютсяФФТМетод проведения спектрального анализа для получения частоты, амплитуды и других результатов. Если частота выборки сигнала SF, а точка вычисления FFT N, то частотное разрешение df = SF / N, диапазон частотных ошибок ± 0,5 df, когда фактическая частота сигнала не в два раза больше целого разрешения частоты, будет возникать утечка спектра, диапазон амплитудных ошибок составляет0~36,3%А.

Для повышения точности амплитуды часто используются методы добавления окон или сглаживания, но эти методы могут только в определенной степени улучшить точность амплитуды за счет точности частоты.

Для повышения точности частоты часто используются дополнительные аналитические точки N илиЗум FFTТакие методы уточнения требуют большего количества аналитических точек, что затрудняет выполнение операций в реальном времени и не гарантирует повышения точности амплитуды. Поэтому получение виртуальными приборами высокоточных частот и амплитуд в режиме реального времени является международной проблемой.

С точки зрения конкретных показателей точности, частота и амплитудная точность обычных виртуальных приборов также достигают от 3 до 5 бит в десятичной системе,Можно достичь только 6 - битной точности, а вычислительный анализ очень сложный и трудоемкий.

II. РЕШЕНИЯ: ПРЕДЛАГАЕМЫЕвысокоточный алгоритм вычисления амплитуды частоты YLS

высокоточный алгоритм вычисления амплитуды частоты YLSЭто было предложено Востоком.Высокоточный частотомер и амплитудный метод - это специальный метод, сочетающий в себе вычисления временной области и диапазона частот. Оптимизированные и итерационные вычисления, основанные на расчетах FFT, позволяют точно рассчитать частоту, амплитуду и начальную фазу нескольких пиковых точек спектраАлгоритмический процесс как диаграмма1ПоказатьА.

Рисунок 1 Основные параметры динамического сигналаЮланский зонтикТочный алгоритмблок-схема

Без учета ошибок сбора аппаратного обеспечения, быстрые вычисления в реальном времени с использованием только 1024 точек данных могут достигать десятичной 12-14 Точность.，Используются зарубежные приборы.的Обычный метод, достигающий только 6~7 - разрядная десятичная точность，Это позволяет повысить точность 6.~Семь порядков.рисунок2Для использования синусоидальных сигналов, генерируемых виртуальным генератором сигналов на Востоке, частота сигнала устанавливается как 1 для проверки точности алгоритма YLS23.456789012345 Гц,Диапазон 123.456789012345 mV， Рисунок 3 Использование ВостокаВысокоточная частотная амплитуда YLSЧастота и амплитуда, распознаваемые алгоритмом в реальном времени, показаны на диаграммах 2 и 3,Высокоточная частотная амплитуда YLSЧастота и точность до 1.2Биты.

Диаграмма 2 Частота и амплитуда сигналов, генерируемых аналоговыми источниками

Рисунок 3 YLSЧастота и амплитуда, показанные программным обеспечением для высокоточных вычислений амплитуды частоты

Поскольку точность алгоритма YLS намного выше, чем точность измерения аппаратной системы, встроенные частотные и амплитудные ошибки аппаратной системы могут быть точно измерены заранее с помощью стандартного источника сигнала и алгоритма YLS, а затем скорректированы в режиме онлайн во время измерения частоты и амплитуды в реальном времени. На самом деле процесс выглядит как диаграмма.4Как показано, этот метод позволяет прибору измерять точность частоты с 10 без ссылки на внешние часы.-5Или 10-6Увеличить вес до 10-8Повышение 2-3Порядковый уровень.

рисунок4 Процедура калибровки частоты аппаратного обеспечения на основе алгоритма YLS

III. Измеренные эффекты

3.1Результаты экспертной оценки

25 ноября 2012 года - Авиационная промышленность.304Результаты испытаний, проведенных группой из шести экспертов из Института, Китайской академии метрологии и Пекинской академии метрологии и испытаний, показывают (ниже приводится выдержка из отчета об испытаниях):

1.Юланский зонтикМетод высокоточных частотных измерений:

Ошибка программного обеспечения составляет1Х10-12~1Х10-14Типичным значением является4Х10-14• диапазон ошибок измерения аппаратной системы составляет1Х10-8,Типичным значением является6Х10-10В то время как обычныеФФТМетод измерения погрешности в диапазоне1Х10-4 ~ 4Х10-3А.

2.Юланский зонтикМетод высокоточных амплитудных измерений:

Ошибка программного обеспечения составляет1Х10-12~1Х10-14Типичным значением является5Х10-14• диапазон ошибок измерения аппаратной системы составляет1Х10-3,Типичным значением является7Х10-4В то время как обычныеФФТМетод измерения погрешности в диапазоне 8Х10-2 ~ 3Х10-1А.

3. Технология калибровки амплитуды частоты используется для коллектора за рубежом:

Частотные ошибки от6Х10-7 ~2Х10-5Увеличить до9Х10-8Внутри, максимальное повышение1105В два раза; Ошибка амплитуды состоит из3Х10-3Увеличить до2Х10-4Внутри, максимальное повышение73В два раза больше.

4. Применение технологии калибровки частотных амплитуд в странеИНВПрибор сбора:

Частотные ошибки от3Х10-7~4Х10-6Увеличить до4Х10-8Внутри, максимальное повышение99В два раза; Ошибка амплитуды состоит из5Х10-3 Увеличить до7Х10-4Внутри, максимальное повышение368В два раза больше.

3.2 Сравнение точности алгоритмов частоты и амплитуды

Использовать зарубежнуюПрибор сравнивается с точным алгоритмом Востока, результаты которого показаны на рисунке5& Диаграмма6Как показано, поперечные координаты на обеих диаграммах представляют собой частоту отбора сигнала, продольные координаты - точность измерения, значение двух диаграмм - точность анализа сигнала определенной фиксированной амплитуды и частоты с использованием разных частот отбора проб, точка анализа - 1024Точка. Как видно из рисунков 5 и 6, точность высокоточных алгоритмов частоты и амплитуды, предложенных Востоком, изменяется с частотой отбора проб очень мало, а точность частоты и амплитуды контрастного производителя быстро уменьшается с увеличением частоты отбора проб, поскольку количество точек отбора проб остается неизменным, частота отбора проб увеличивается, а цикл сбора сигнала уменьшается, что приводит к снижению точности традиционных алгоритмов, основанных на FFT, в то время как восточные высокоточные алгоритмы страдают очень мало.

рисунок5 Сравнение точности восточных алгоритмов с частотными алгоритмами зарубежных производителей

рисунок6 Сравнение точности алгоритмов восточных и зарубежных производителей

3.3 Точность измерений в аппаратных и программных системах

Применение высокоточных частотно - амплитудных технологий для восточных и международных системТри прибора для сравнительного тестирования, результаты7Как показано, горизонтальные координаты на рисунке 7 - это частота сигнала, а вертикальные координаты - точность измерения. На рисунке 7 показано значение частотного и амплитудного анализа с использованием фиксированной частоты отбора проб и анализа сигналов с различными частотами точек. По мере изменения частоты сигнала точность анализа алгоритма высокой точности, используемого на Востоке, в основном остается неизменной, в то время как точность трех других систем за рубежом оказывает большее влияние на частоту сигнала, основная причина заключается в том, что частота отбора проб и количество точек анализа остаются неизменными, чем ниже частота сигнала, тем меньше количество циклов сигнала, собранного на основе алгоритма FFT, тем ниже точность, в то время как восточные алгоритмы высокой точности в основном не затрагиваются.

рисунок7Восточная система и международныйТочность измерений частоты производителя

IV. Случаи применения

Мост Гонконг - Чжухай - Макао - это длинный мост через море, который был назван иностранными СМИ « одним из семи чудес современного мира». Это означает, что потенциал строительства мостов в нашей стране достиг продвинутого уровня.уровень. Общая длина моста Гонконг - Чжухай - Макао55 км, даУстановите мост, двойной рабочий остров, туннель в качестве одного из морских коридоров.

Условия строительства моста Гонконг - Чжухай - МакаоОчень.Плохо.МногиеКлючевые инженерные технологииОтсутствие опыта. Например, технология туннелей для затопления, мост Гонконг - Чжухай - Макао общей протяженностью около 55 километров, имеет почти 30 километров, расположенных на морском дне, объем работгигантскийБольшой,И многое нужно решить.Технические проблемы. В Европе есть столетняя технология туннелей, но основная технология находится в руках нескольких стран, таких как Нидерланды и Германия, для менястранаЭто технология.的Затраты на технические консультации по высоким ценамИ, наконец,мыСамостоятельно.Инновационный путьА.

вСамое важное звено проекта- Да.НаиболееПоследняя секцияУстановкаВ процессе, через высокоточные датчики и ВосточныйВысокоточная частотная амплитуда YLSАлгоритм для проведения подводных прецизионных испытаний осадочных труб, в то время как внешняя сторона подводной прецизионной системы измерения и управления была предложена 10~15Миллиарды юаней. Конструктивное отклонение установки отстойника10 смИ в конце концов, было достигнуто отклонение на одном конце.0,8 ммОтклонение на другом конце2,6 ммТочная установка, успешное завершение задачи по установке отстойника, Восточное программное обеспечение вОсадок моста Харбор - ЧжуцзянНа рисунке 8 показано изображение в системе контроля положения стыковки.А.

рисунокВосемь портовых мостов.Программное обеспечение Oriental для мониторинга положения стыковки