Aperçu technique

Pour résoudre le problème de la faible précision du calcul en temps réel de la fréquence et de l'amplitude du signal dynamique,L'Orient a proposéYls calcul d'amplitude de fréquence de haute précisionLes Parties法语, cette technologie est une technologie pour la mesure précise de la fréquence et de l'amplitude du signal dynamique, percée dans l'analyseur de signal dynamique généralLimites de précision FFTLe puzzle, algorithme logiciel précision jusqu'à décimal 15~Précision de 16 bits, la précision de fréquence du système de mesure réel combiné logiciel et matériel peut atteindre la précision décimale de 8 bits，Cette méthodePlus que les algorithmes traditionnelsPrécision accrueC'est ça.6~7 ordres de grandeur.

Les facteurs qui influent sur la précision des tests de fréquence sont principalement deux aspects: la source d'horloge matérielle et l'algorithme logiciel. Cet article traite uniquement de l'influence des algorithmes logiciels sur la précision de la fréquence.

I. points douloureux de l'industrie: problèmes avec le calcul de fréquence traditionnel

Instrument virtuel général, forme d'onde dans le domaine temporel après passage par ADC, généralement utiliséFFTMéthodes effectuer une analyse spectrale pour obtenir des résultats tels que la fréquence, l'amplitude, etc. Si la fréquence d'échantillonnage du signal est SF et le nombre de points de calcul FFT est n, alors la résolution de fréquence est DF = SF / N et sa marge d'erreur de fréquence est ± 0,5 DF, lorsque la fréquence réelle du signal n'est pas un multiple entier de la résolution de fréquence, une fuite de spectre sera produite, sa marge d'erreur d'amplitude est0~36,3%- Oui.

Pour améliorer la précision d'amplitude, on utilise souvent des méthodes de fenêtrage ou de lissage, mais ces méthodes ne permettent d'améliorer la précision d'amplitude que dans une certaine mesure, au détriment de la précision de fréquence.

Pour améliorer la précision de la fréquence, on utilise souvent l'augmentation du nombre de points d'analyse n ouZoom FFTLes méthodes d'affinage, qui nécessitent plus de points d'analyse, sont difficiles à réaliser en temps réel et ne garantissent pas une meilleure précision d'amplitude. Permettre aux instruments virtuels d'obtenir des fréquences et des grandeurs de haute précision en temps réel est donc un casse - tête international.

De l'indicateur de précision spécifique, la fréquence générale de l'instrument virtuel, la précision de l'amplitude atteint également 3 à 5 chiffres en décimal,La précision n'est que de six chiffres et l'analyse des calculs est complexe et longue.

II. Solution: proposéeAlgorithme de calcul d'amplitude de fréquence de haute précision yls

Algorithme de calcul d'amplitude de fréquence de haute précision ylsEst proposé par l'OrientMéthode de fréquencemètre et d'amplitomètre de haute précision, une méthode spéciale combinant le calcul dans le domaine temporel et le calcul dans le domaine fréquentiel, basée sur les résultats du calcul FFT pour effectuer à nouveau des calculs optimisés et itératifs, permettant un calcul précis de la fréquence, de l'amplitude et de la phase initiale de plusieurs pics spectraux dans le spectreProcessus algorithmique comme illustré1Montré- Oui.

Figure 1 paramètre élémentaire du signal dynamiqueYuru parapluie PolysaccharideAlgorithme précisDiagramme de processus

Sans tenir compte de l'erreur d'acquisition matérielle, il suffit de faire des calculs rapides en temps réel avec 1024 points de données pour atteindre le décimal 12-Précision à 14 Chiffres，Instruments étrangers utilisésdeMéthode conventionnelle, qui ne peut atteindre que 6~Précision numérique décimale à 7 chiffres，Visible cette méthode améliore la précision 6~7 ordres de grandeur.Image2Pour l'utilisation du signal sinusoïdal produit par le générateur de signal virtuel de l'Est, afin de vérifier la précision de l'algorithme yls, la fréquence du signal est réglée à 123.456789012345 Hz,Taille définie à 123.456789012345 mV， Figure 3 pour l'utilisation de l'estYls haute précision amplitude de fréquenceLa fréquence et l'amplitude reconnues en temps réel par l'algorithme, connues en regard des figures 2 et 3,Yls haute précision amplitude de fréquencePrécision de fréquence et d'amplitude de l'algorithme jusqu'à 12Le BIT.

Figure 2 Fréquence et amplitude du signal généré par la source de signal analogique

Figure 3 ylsFréquence et grandeur affichées par le logiciel de calcul d'amplitude de fréquence de haute précision

Comme la précision de l'algorithme yls est beaucoup plus élevée que la précision de mesure d'un système matériel, il est possible de mesurer avec précision l'erreur de fréquence intrinsèque et l'erreur d'amplitude du système matériel à l'aide d'une source de signal standard et de l'algorithme yls, puis de corriger en ligne les résultats de fréquence et d'amplitude lors de la mesure en temps réel. Son processus de mise en œuvre est illustré4Comme montré, cette méthode permet à l'instrument d'obtenir une précision de mesure de fréquence de 10 sans utiliser de référence d'horloge externe.-5Ou 10-6Augmentation de l'ordre de 10-8Améliorer 2-3Un ordre de grandeur.

Image4 Processus d'étalonnage d'amplitude de fréquence matérielle basé sur l'algorithme yls

Iii. Effet mesuré

3.1Résultats des avis d'experts

25 novembre 2012, par Avic Industries304Un rapport d'essai réalisé par un groupe de six experts de l'Institut, de l'Académie chinoise des sciences métrologiques et de l'Académie des sciences de l'essai et de la métrologie de Pékin indique (ci - dessous un extrait du rapport d'essai):

1.Yuru parapluie PolysaccharideTechnique de mesure de fréquence de haute précision:

La marge d'erreur de l'algorithme logiciel est1×10-12~1×10-14, les valeurs typiques sont4×10-14; la marge d'erreur de mesure du système matériel est1×10-8,Les valeurs typiques sont6×10-10Tandis que la routineFFTLa marge d'erreur de mesure de la méthode est1×10-4 ~ 4×10-3- Oui.

2.Yuru parapluie PolysaccharideTechnique de mesure d'amplitude de haute précision:

La marge d'erreur de l'algorithme logiciel est1×10-12~1×10-14, les valeurs typiques sont5×10-14; la marge d'erreur de mesure du système matériel est1×10-3,Les valeurs typiques sont7×10-4. et conventionnelFFTLa marge d'erreur de mesure de la méthode est 8×10-2 ~ 3×10-1- Oui.

3. La technologie d'étalonnage de l'amplitude de fréquence est utilisée dans un appareil d'acquisition étranger:

Erreur de fréquence par6×10-7 ~2×10-5Augmenté à9×10-8À l'intérieur, amélioration maximale1105Le multiple; Erreur de magnitude par3×10-3Augmenté à2×10-4À l'intérieur, amélioration maximale73Le multiple.

4. Technologie d'étalonnage d'amplitude de fréquence pour utilisation domestiqueINVInstrument d'acquisition:

Erreur de fréquence par3×10-7~4×10-6Augmenté à4×10-8À l'intérieur, amélioration maximale99Le multiple; Erreur de magnitude par5×10-3 Augmenté à7×10-4À l'intérieur, amélioration maximale368Le multiple.

3.2 Fréquence et amplitude logiciel algorithme précision contraste

Utiliser un pays étrangerL'instrument est comparé à l'algorithme de précision de l'Orient, dont les résultats sont5Et figure6Montré, l'abscisse dans les deux figures est la fréquence d'échantillonnage du signal et l'ordonnée est la précision de la mesure, le sens exprimé par les deux figures est le contraste de précision de l'analyse d'un signal d'une certaine grandeur et fréquence fixes en utilisant des fréquences d'échantillonnage différentes, le nombre de points d'analyse est de 1024Le point. Comme on peut le voir sur les figures 5 et 6, la précision de l'algorithme de fréquence et d'amplitude de haute précision proposé par l'Orient varie très peu avec la fréquence d'échantillonnage, tandis que la précision de la fréquence et de l'amplitude du fabricant de comparaison diminue rapidement avec l'augmentation de la fréquence d'échantillonnage, car le nombre de points d'échantillonnage est inchangé et la fréquence d'échantillonnage est augmentée, ce qui entraîne une diminution de la précision de l'algorithme traditionnel basé sur la FFT, alors que l'algorithme de haute précision de l'Orient est très peu affecté.

Image5 Algorithme oriental comparé à la précision de l'algorithme de fréquence des fabricants étrangers

Image6 Algorithme oriental comparé à la précision de l'algorithme d'échelle des fabricants étrangers

3.3 Comparaison de la précision de mesure des systèmes logiciels et matériels

Systèmes orientaux et internationaux pour l'application de la technologie d'amplitude de fréquence de haute précisionLes trois instruments ont été testés en comparaison, les résultats sont illustrés7On a représenté sur la figure 7 la fréquence du signal en abscisse et la précision de la mesure en ordonnée. La signification exprimée sur la figure 7 est une analyse de fréquence et d'amplitude utilisant des fréquences d'échantillonnage fixes et des signaux de fréquences différentes pour le nombre de points d'analyse. Avec le changement de fréquence du signal, la précision de l'analyse de l'algorithme de haute précision de l'Est est essentiellement inchangée, tandis que la précision des trois autres systèmes étrangers a un impact relativement important sur la fréquence du signal, la raison fondamentale étant que la fréquence d'échantillonnage et le nombre de points d'analyse sont inchangés, moins la fréquence du signal est acquise, moins la précision basée sur l'algorithme FFT est élevée, et l'algorithme de haute précision de l'est n'est pas affecté.

Image7Système oriental et internationalTableau comparatif de la précision de mesure de fréquence des fabricants

Iv. Cas d'application

Le Harbour zhuhao Bridge est un long pont qui traverse la mer et a été nommé « l'une des sept merveilles du monde moderne» par les médias étrangers. Il représente la capacité de construction de pont de notre pays à l'état avancéniveau. toute la longueur du pont de Hong Zhou ao55 kilomètres, ouiTraversée de la mer avec pont, île duplex, tunnel en un seul.

Environnement de construction du pont Harbour zhuanaoTrèsMauvais.NombreuxTechniques d'ingénierie clésManque d'expériencePar exemple, la technologie des tunnels coulés, le pont de Hong Kong zhuhao, d'une longueur totale d'environ 55 km, a près de 30 km sous la mer, le volume des travauxLe géantGrand,Et beaucoup à résoudreDifficultés techniques. L'Europe a cent ans de technologie de tunnel coulé, mais la technologie de base est entre les mains de quelques pays tels que les pays - Bas, l'Allemagne et d'autres, pour moiPaysEst la technologiedeFrais de consultation technique au prix exorbitant, finalementNousSeule l’autonomie par soi - mêmeLa voie de l'innovation- Oui.

DansLe lien le plus important de l'ingénierie– –le plusDernière section de pipeL'installation deAu cours du processus, par des capteurs de haute précision avec EasternYls haute précision amplitude de fréquenceAlgorithme, pour réaliser l'essai de précision sous - marine du tube coulé, tandis que le système de mesure et de contrôle de précision sous - Marin externe avait un prix ouvert 10~15Milliards de RMB. L'objectif de déviation de conception pour l'installation de tuyaux immergés est10 cmEt finalement atteint une déviation d'une extrémité0,8 mmDéviation à l'autre extrémité2,6 mmL'installation précise, l'achèvement satisfaisant de la tâche d'installation de tuyau coulé, le logiciel d'EasternTuyau coulé du pont Harbour PearlL'image dans la surveillance d'attitude d'amarrage est montrée à la figure 8- Oui.

Image8 tuyau coulé du pont Harbour PearlImage du logiciel Docking posture Monitoring