Technische Übersicht

Um das Problem der geringen Genauigkeit der Echtzeitberechnung von dynamischen Signalfrequenzen und -amplituden zu lösen,Der Osten hat vorgeschlagenYLS Hochpräzise FrequenzberechnungParteienGesetzDiese Technologie ist eine Technologie zur präzisen Frequenz- und Amplitudenmessung dynamischer Signale, die den allgemeinen dynamischen Signalanalysator durchbricht.FFT GenauigkeitsbegrenzungSchwierigkeitenGenauigkeit von Software-Algorithmen bis zu 15 Dezimalen~16-Bit-Genauigkeit, Software-Hardware-Kombination des tatsächlichen Messsystems mit einer Frequenzgenauigkeit von bis zu 8-Bit-Dezimalgenauigkeit，Diese MethodeMehr als herkömmliche AlgorithmenVerbesserte GenauigkeitJa.6~7 Größengruppen.

Zwei Faktoren beeinflussen die Genauigkeit des Frequenztests: Hardware-Uhrenquellen und Software-Algorithmen. Dieser Artikel behandelt nur die Auswirkungen von Software-Algorithmen auf die Frequenzgenauigkeit.

Schmerzpunkte in der Industrie: Probleme der traditionellen Frequenzberechnung

Allgemeine virtuelle Instrumente, nach dem ADC-Zeitbereich Wellenform, in der Regel verwendetFFTDie Methode führt eine Spektrumanalyse durch, um Ergebnisse wie Frequenz, Amplitude usw. zu erhalten. Wenn die Signalabgabefrequenz SF ist und der FFT-Berechnungspunkt N ist, dann ist die Frequenzauflösung df = SF / N, dessen Frequenzfehlerbereich ± 0,5 df ist, wenn die tatsächliche Signalfrequenz nicht das Ganzzahlfache der Frequenzauflösung ist, wird eine Spektrumleckage erzeugt, deren Fehlerbereich ist0~36.3%.

Um die Breitengenauigkeit zu verbessern, werden häufig Fenster- oder Gleitmethoden verwendet, aber diese Methoden können die Breitengenauigkeit nur bis zu einem gewissen Grad auf Kosten der Frequenzpräzision verbessern.

Um die Frequenzpräzision zu verbessern, wird häufig ein erhöhter Analysepunkt N verwendet oderZoom FFTDiese Methoden erfordern mehr Analysepunkte, die es schwierig machen, Echtzeit-Berechnungen zu realisieren, und können keine Verbesserung der Genauigkeit garantieren. Deshalb ist es eine internationale Herausforderung, virtuelle Instrumente in Echtzeit mit hoher Präzision von Frequenzen und Amplituden zu erhalten.

Aus der Sicht der spezifischen Genauigkeitsindikatoren erreichen die Frequenz und die Genauigkeit des virtuellen Instruments im Allgemeinen 3 bis 5 Bits.Nur sechs Bit Genauigkeit erreicht und die Berechnungsanalyse ist komplex und zeitaufwendig.

2. Lösung: vorgeschlagenYLS Hochpräzisionsalgorithmus zur Berechnung der Frequenzmarge

YLS Hochpräzisionsalgorithmus zur Berechnung der FrequenzmargeVorgelegt vom Osten.Hochpräzise Frequenzmeter und Amplitometer-Methode, eine spezielle Methode, die die Berechnung des Zeitbereichs und die Berechnung des Frequenzbereiches kombiniert, basierend auf den Ergebnissen der FFT-Berechnung erneut optimiert und iteriert wird, um die Frequenz, Amplitude und Präphase mehrerer Spektrumspitzpunkte im Spektrum genau zu berechnenAlgorithmus wie dargestellt1gezeigt.

Abbildung 1 Grundparameter des dynamischen SignalsYLSPräziser AlgorithmusAblaufdiagramm

Dezimal12 ohne Berücksichtigung von Hardwareerfassungsfehlern durch schnelle Echtzeitberechnungen mit nur 1024 Punkten-Genauigkeit 14，Ausländische Geräte verwendetderDie übliche Methode kann nur 6 erreichen.~7-Bit-Dezimalgenauigkeit，Diese Methode erhöht die Genauigkeit 6~7 Größengruppen.Diagramm2Zur Verwendung des Sinus-Signals, das vom virtuellen Signalgenerator Orient erzeugt wird, wird die Signalfrequenz auf 1 eingestellt, um die Genauigkeit des YLS-Algorithmus zu überprüfen.23.456789012345 Hz,Wert auf 1 festlegen23.456789012345 mV， Abbildung 3 für den OstenYLS HochpräzisionsfrequenzbereichAlgorithmus erkennt die Frequenz und Amplitude in Echtzeit, im Vergleich zu Abbildung 2 und Abbildung 3 bekannt,YLS HochpräzisionsfrequenzbereichFrequenz- und Amplitudengenauigkeit bis zu 12Platz.

Abbildung 2 Frequenz und Amplitude des Signals, das von einer analogen Signalquelle erzeugt wird

Abbildung 3 YLSHochpräzise Frequenz- und Amplitude-Berechnungssoftware, die Frequenz und Amplitude anzeigt

Da die Genauigkeit des YLS-Algorithmus deutlich höher ist als die Messgenauigkeit des Hardwaresystems, können die inhärenten Frequenz- und Amplitudenfehler des Hardwaresystems im Voraus mit einer Standardsignalquelle und dem YLS-Algorithmus genau gemessen werden und die Frequenz- und Amplitudenergebnisse anschließend während der Echtzeitmessung online korrigiert werden. Der Umsetzungsprozess ist wie dargestellt4Wie gezeigt, ermöglicht diese Methode es dem Instrument, die Frequenzmessungsgenauigkeit von 10 ohne die Verwendung einer externen Uhrenreferenz zu erhöhen.-5oder 10-6Erhöhung der Größe auf 10-8Erhöhung 2-3eine Menge.

Diagramm4 Hardware-Frequenz-Amplitude-Kalibrierungsprozess basierend auf YLS-Algorithmen

III. Prüfung der Wirkung

3.1Expertenbewertungsergebnisse

25. November 2012 von der Luftfahrtindustrie304Ein Testbericht von sechs Experten des Instituts, des chinesischen Instituts für Metrologie und des Pekinger Instituts für Metrologie zeigt (nachstehend ein Auszug aus dem Testbericht):

1.YLSHochpräzise Frequenzmessungstechnik:

Der Fehlerbereich des Software-Algorithmus beträgt1×10-12~1×10-14Typischer Wert ist4×10-14Der Messfehlerbereich des Hardwaresystems beträgt1×10-8,Typischer Wert ist6×10-10und regelmäßigFFTDer Messfehlerbereich beträgt1×10-4 ~ 4×10-3.

2.YLSHochpräzise Messtechnik:

Der Fehlerbereich des Software-Algorithmus beträgt1×10-12~1×10-14Typischer Wert ist5×10-14Der Messfehlerbereich des Hardwaresystems beträgt1×10-3,Typischer Wert ist7×10-4und regelmäßig.FFTDer Messfehlerbereich beträgt 8×10-2 ~ 3×10-1.

3. Frequenzbereibung Kalibrierungstechnik für ein ausländisches Akzeptor:

Frequenzfehler durch6×10-7 ~2×10-5Erhöhen auf9×10-8Innerhalb der maximalen Verbesserung1105doppelt; Wertfehler durch3×10-3Erhöhen auf2×10-4Innerhalb der maximalen Verbesserung73doppelt.

4. Frequenzkalibrierungstechnik für inländische AnwendungenINVSammler:

Frequenzfehler durch3×10-7~4×10-6Erhöhen auf4×10-8Innerhalb der maximalen Verbesserung99doppelt; Wertfehler durch5×10-3 Erhöhen auf7×10-4Innerhalb der maximalen Verbesserung368doppelt.

3.2 Präzisionsvergleich von Software-Algorithmen für Frequenz und Amplitude

Verwendung im AuslandDas Instrument wird mit dem Präzisionsalgorithmus des Ostens verglichen, das Ergebnis ist dargestellt5und Diagramme6Wie gezeigt, sind die Querkoordinaten in den beiden Diagrammen die Probenaufnahmefrequenz des Signals, die Längskoordinaten die Messgenauigkeit, und die Bedeutung der beiden Diagramme ist, dass verschiedene Probenaufnahmefrequenzen verwendet werden, um den Genauigkeitsvergleich eines bestimmten Signals mit einem festen Amplitudwert und einer Frequenz zu analysieren.024Punkt. Aus den Abbildungen 5 und 6 kann ersichtlich sein, dass die Präzision der von Osten vorgeschlagenen hohen Präzisionsfrequenz und -amplitude-Algorithmen mit der Abtastfrequenz sehr klein variiert, während die Frequenz und -amplitude der Hersteller mit der Erhöhung der Abtastfrequenz schnell sinkt, da die Abtastpunktzahl unverändert ist und die Abtastfrequenz nach der Erhöhung der Abtastfrequenz der Signalzyklus weniger ist, was zu einer Verringerung der Präzision des traditionellen FFT-basierten Algorithmus führt, während der hohe Präzisionsalgorithmus im Osten sehr wenig betroffen ist.

Diagramm5 Präzisionsvergleich des östlichen Algorithmus mit Frequenzalgorithmen ausländischer Hersteller

Diagramm6 Präzisionsvergleich der östlichen Algorithmen mit ausländischen Herstellern

3.3 Präzisionsvergleich von Software- und Hardwaresystemen

Systeme des Ostens und der internationalenDie drei Instrumente wurden im Vergleich getestet, die Ergebnisse sind7Die Querkoordinaten in Abbildung 7 sind die Signalfrequenz und die Längskoordinaten die Messgenauigkeit. Die Bedeutung des Ausdrucks in Abbildung 7 ist die Analyse der Frequenz und der Amplitude mit einer festen Probenaufnahmefrequenz und einem Signal mit unterschiedlichen Frequenzen der Analysepunkte. Mit der Änderung der Signalfrequenz ist die analytische Genauigkeit des hochpräzisen Algorithmus im Osten im wesentlichen unverändert, während die Genauigkeit der anderen drei ausländischen Systeme die Signalfrequenz beeinflusst hat, was den Grund dafür hat, dass die Probenahmefrequenz und die Anzahl der Analysepunkte unverändert sind, je niedriger die Signalfrequenz ist, desto weniger Signalzyklen erfasst werden, desto niedriger ist die Genauigkeit des FFT-Algorithmus, und der hochpräzise Algorithmus im Osten ist im wesentlichen nicht beeinflusst.

Diagramm7Orientalisches System und InternationaleHersteller Frequenzmessungsgenauigkeitsvergleich

IV. Anwendungsfälle

Die HKSAR-Brücke ist eine lange Überseebrücke, die von ausländischen Medien als "eines der sieben Wunder der modernen Welt" bezeichnet wurde. Es repräsentiert die fortgeschrittene Brückenbau-Kapazität unseres Landes.EbeneDie gesamte Länge der Brücke55 Kilometer, ja.Überseegang mit einer Brücke, einer doppelten künstlichen Insel und einem Tunnel.

Bauumgebung der BrückesehrSchlecht.VieleSchlüsseltechnologienMangelnde ErfahrungZum Beispiel die Tunnel-Technologie, die insgesamt etwa 55 Kilometer lang ist, hat die HKSAR-Brücke fast 30 Kilometer auf dem Meeresboden, die BaumengeRiesigeGroß,Vieles muss gelöst werden.Technische Probleme. In Europa gibt es hundert Jahre Tunnel-Technologie, aber die Kerntechnologie ist in den Händen von wenigen Ländern wie den Niederlanden und Deutschland.StaatEs ist Technologie.derKosten für die hohe technische BeratungSchließlich.wirNur selbstständig.Der Weg zur Innovation.

inWichtigste Aspekte des Projekts——am meistenLetzter AbschnittInstallationDurch einen hochpräzisen Sensor und dieYLS HochpräzisionsfrequenzbereichAlgorithmen zur Präzisionsprüfung von Ablagerungen unter Wasser, während Präzisionsmesssysteme unter Wasser von Außenbereichen angeboten10~15Milliarden Yuan. Das Design-Abweichungsziel für die sedimentative Installation ist10 cmUnd schließlich eine Abweichung.0,8 mmDie andere Abweichung2,6 mmPräzise Installation, erfolgreiche Fertigstellung der Installationsaufgaben, die Oriental-Software inHongkou-Brücke zerstörtBild in der Docking-Positionsüberwachung in Abbildung 8.

Diagramm8 Brücke zerstörtDocking Position Monitoring Oriental Software Bildschirm