测试信号

测试信号（精选十篇）

测试信号 篇1

IEEE1641是关于测试和信号定义的技术标准。它为用户提供了描述和控制信号的能力[1],并允许用户选用自己的操作系统和编程语言。用户可以通过信号定义来描述测试需求和测试资源,而不必考虑使用哪一种编程语言。IEEE1641标准是一种层结构模型[2],在模型中对每个层和它的功能进行了描述,每一个层都建立在前一层的基础之上。这种层结构要求每一层必须根据它的前一层进行全面定义。它包括信号建模语言层、基本信号组件层、测试信号框架层和测试过程语言层。对信号进行描述的过程中IEEE1641标准分别从信号名称、定义、角色、端口、参数对信号进行说明,其中信号参数部分分别从参数名称、定义、数据类型、单位、复位值、范围、角色、限定词对信号参数进行说明。

1 信号设计

面向信号自动测试系统信号组件的开发与信号类型定义息息相关,信号类型定义参考了IEEE1641标准和工程实践。信号组件的开发过程中信号是信号角色和信号类型的结合体,其中信号角色与仪器相关,信号类型与信号本身特征有关。一个信号是至少由一个信号参数组成,信号参数内部划分为信号参数定义、信号参数角色和信号参数限定词。

在IVI-3.11:IviSig Class Specification规范中主要定义了以下信号角色[3]:Source,适用于“源”类仪器的信号,包括信号发生器类、电源类仪器等;Sensor和Monitor,适用于“测量”类仪器的信号,包括传感器类、示波器类、万用表类仪器等;Switch,适用于“通路”类仪器,包括开关、矩阵等。

信号参数角色是指信号参数针对某个仪器的信号能力。其中Controllable是指该信号参数可以被仪器控制,如电源输出的电压等;Measurable是指该信号参数可以被仪器测量,如数字万用表测量直流电压;Capability是指不能被仪器测量或控制的信号能力,该能力对于某个信号类型必不可少,如输入电阻等。

信号参数限定词是指同一个信号参数的不同信号描述,它分为电压和电流信号的限定词、功率信号的限定词以及频率信号的限定词。例如对于电压来说其描述方式包括:峰峰值电压、RMS电压、平均电压等。

本文定义的信号是根据IEEE1641划分的[4,5,6,7],在使用时可以根据实际情况修改信号类型定义。下面定义的信号类型实际上是一个信号模板,包含了一个或多个信号类型。例如:ACSIGNAL包含了3种信号AC Voltage,AC Current,AC Power,对应到源(Source)就是交流电压源、交流电流源、交流功率源,对应到传感器(Sensor)就是交流电压表、交流电流表、交流功率计。现以交流信号为例,对信号定义进行说明。

Name:ACSIGNAL

Roles: Source,Sensor,Monitor

Parameters:见表1。

2 信号组件的设计与开发

信号组件的本质是COM组件[8],该类型组件的主要功能在于存储信号参数信息,测试程序将所需信号信息传递给信号组件,数据将被暂存在缓存中,当程序调用具体仪器驱动时这些信号参数将被具体仪器驱动所读取,仪器动作到相应的状态。每个信号组件对应一种信号,该组件为客户程序提供了信号信息的公共存储区,同时测试返回的结果也在该组件下存储。下面以ACVolt信号组件为例,描述信号组件的原理。对于ACVolt信号来说,其信号参数包括Acampl,Freq,Dcoffset三种,信号组件中每个信号参数分别对应4组方法,这些方法是:Setxx,ComGetxx,ComSetxx,Getxx,方法的功能见表2。客户程序和具体仪器驱动之间通过资源分配器交互,双方的数据不能直接传递,因此信号组件成为两者数据交互的桥梁。

面向信号自动测试系统信号组件采用LabWindows/CVI 8.0作为开发环境[9,10],通过创建ActiveX服务器来完成信号组件的开发。现以ACVolt信号为例进行说明。首先创建ActiveX服务器。启动CVI 8.0,创建新工程,命名为“AtpACVoltParam”;选择菜单栏“tools”-“create ActiveX server”项,CVI向导会自动弹出,将服务器名称命名为“AtpACVoltParam”,COM组件生成方式为动态链接库形式“dll”,其他设置不变。然后添加接口和接口方法。对于ACVolt信号来说其接口为“IAtpACVoltParam”,它的3个参数分别是幅值(Ampl)、频率(Freq)、直流偏移量(Dcoffset),接口方法和接口参数如下:

HRESULT SetAcAmpl/SetFreq/SetDcoffset ([in]BSTR Qualifier,[in]double Value,[in]double RangeMax,[in]double RangeMin,[in]double Resolution);

HRESULT COMGetAcAmpl/COMGetFreq/COMGetDcoffset([out]BSTR*Qualifier,[out]double*Value,[out]double*RangeMax,[out]double* RangeMin,[out]double* Resolution);

HRESULT COMSetAcAmpl/COMSetFreq/ COMSetDcoffset ([in]BSTR Qualifier,[in] double Value);

HRESULT GetAcAmpl/GetFreq/GetDcoffset ([out] BSTR* Qualifier,[out] double* Value);

其次要创建接口对象。选择“Edit Objects”按钮,创建“coAtpACVoltParam”对象并将其与接口“IAtpACVoltParam”相关联,并创建回调函数“coAtpACVoltParamCallback ”。最后编辑接口方法实现代码。将“.h”文件中的内容拷贝到自己创建的文件 “AtpACVoltParamImp.c”中,激活绿色标注区内容,并将接口方法的回调函数编辑为默认的返回SOK,删除带有“Tag”标志的结构。Idl文件不需要修改。

3 信号组件的验证

采用LabWindows/CVI 8.0作为开发环境,通过SetAcAmpl函数存储客户程序输入的幅值信息,然后用COMGetAcAmpl函数读取客户程序输入的幅值信息,验证界面如图1所示。这两个函数完成了存储信号参数信息的功能。通过COMSetAcAmpl函数存储测试结果,最后用GetAcAmpl函数读取测试结果,验证界面如图2所示。通过以上验证说明ACVolt信号组件可以实现对信号信息的存储,为下一步面向信号自动测试系统的实现提供参考。

摘要：面向信号测试技术可以为自动测试系统提供更好的测试程序集可移植性和测试仪器可互换性。IEEE1641标准规范了信号定义和描述模型,但并未提出具体实现方法。为从技术上解决信号参数传递和需求存储问题,分析了IEEE1641标准,并根据该标准和工程实践对信号进行设计,给出了信号模板,提出了面向信号自动测试系统信号组件的设计方案,并进行了验证。实验结果表明该设计方案先进可行,可为该领域的研究提供参考。

关键词：面向信号,信号组件,自动测试系统,COM组件

参考文献

[1]严英强,杨锁昌.IEEE1641标准及发展[J].仪表技术,2007(7):25-28.

[2]IEEE Std 1641-2004.Standard for Signal and Test Definition[S].

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[4]李行善,左毅,孙杰.自动测试系统集成技术[M].北京:电子工业出版社,2004.

[5]刘金宁.自动测试系统软件模型与关键实现技术研究[D].石家庄:军械工程学院,2007.

[6]李毓辉,郭群山.一种自动测试系统软件平台的设计[J].微计算机信息,2005,21(5):28-30.

[7]田雨.ATE测试平台通用性与故障诊断的研究与实现[D].成都:电子科技大学,2005.

[8]潘爱民.COM原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2005.

[9]张毅刚,乔立言.虚拟仪器软件开发环境LabWindows/CVI6.0[M].北京:机械工业出版社,2002.

铁路信号测试系统论文 篇2

铁路信号测试系统论文【1】

【摘 要】随着铁路技术的飞速发展，铁路信号系统越来越复杂，设备间和信号间的相关性越来越大，这使得实际中出现的故障呈现复杂化和多样化。

为了更好的发现和诊断故障，保障铁路安全、高效运行，因此研究开发一种新型铁路信号测试系统是十分必要的。

【关键词】铁路信号;测试系统;安全

0.引言

铁路信号系统，通常是由多种机电设备组成的复杂控制系统，对铁路运行的安全、高效、快捷起着重要作用。

为了更好的发现和诊断故障，保障铁路安全、高效运行， 因此研究开发一种新型铁路信号测试系统是十分必要的。

信号设备是铁路运输的耳目，对行车安全关系很大。

它分为信号、联锁设备和闭塞设备三类。

为了保证设备质量，铁路信号设备所命名用的器材和配件，必须符合部颁标准。

当变更设备结构时，须经铁道部批准。

1.对各类信号设备安全的共同要求

各种信号均须符合下列各项要求：①除与机车车辆发生直接相互作用的设备如车辆减速器、限界检查器等以外，信号设备的任何部门不得侵入现行国标 GB146-59规定的建筑接近限界(包括曲线部分的加宽)。

②所有信号设备的安装，均须符合批准的安装标准图和设计图的要求。

③信号设备的联锁关系，必 须与批准的联锁图表一致，并满足《铁路技术管理规程》的要求。

④各种基础或支持物不应有影响强度的裂纹，安装稳固，其倾斜限度不得超过10mm。

信号机柱 应垂直安装，其倾斜限度不应超过36mm。

⑤各种信号设备的机械部分和电气特性，都应符合规定的技术标准。

⑥对设有加锁、加封的信号设备，均应加锁、加封 或装设计数器。

⑦铁路信号设备及其电路，应保护在发生故障时导向安全，以免出现危及行车安全的后果。

⑧凡与交流电源引入、架空线(包括架空线电缆接入)及 轨道电路等外线连接的信号设备，必须设置外部防护设施(雷电防护、安全地线等)。

⑨在交流电力牵引区段的防护要求：a为了保证人身安全，信号设备外缘距接 触网带电部分的距离不得少于2m;b距接触网带电部分5m范围内的金属结构如信号机构、梯子、安全栅网以及继电器箱箱体、转辙握柄等均须接地。

c同一设备接地时，严禁既接向牵引轨条或扼流变压器中点，又接向专用地线。

2.对各类信号设备的具体安全要求

2.1对信号(装置或显示)的安全要求

①对信号的基本要求是显示明确，有足够的显示距离，当发生故障时能给出最大限制的显示，保证行车安全。

②信号机(含表示 器，下同)的显示方向，应使接近的列车或车列容易辩认信号显示，并不致被误认为邻线的信号机。

信号机的显示，均应使其达到最远。

曲线上的信号机，应使接近的列车能尽量不间断地看到它的显示。

③各种信号机及表示器的显示距离，在正常情况下应符合下列规定：a.进站、通过、遮断、防护信号机，不得少于 100m;b.出站、进路、预告、驼峰、驼峰辅助信号机，不得少于400m;c.调车、矮型出站、复示信号机，容许、引导信号机及各种表示器，不得少于 200m;在地形、地物影响视线的地方，进站、通过、预告、遮断、防护信号机的显示距离，最少不得少于200m。

④各种信号机开放后，均应按《铁路技术管 理规程》规定的条件，在列车或车列运行的适当时期及时关闭，若恢复定位状态。

⑤进站、出站、进路、通过和防护信号机的灯光熄灭、显示不明或显示不正确时， 均应视为停车信号。

⑥色灯信号机的机构及灯光配列形式，应符合规定的标准。

以两个基本灯光组成一种信号显示时，应在一条垂直线上，并应有一定的间隔。

由两 个同色灯光组成的一种信号显示时，其颜色一致。

2.2对联锁设备的安全要求

为保证站内的列车运行、调车作业安全，站内正线、到发线上的道岔，及联锁区范围内的道岔，均须与有关信号 机联锁。

区间内正线上的道岔，也必须与有关信号机或闭塞设备联锁。

①各种联锁设备均须满足下列安全、要求：a.当进路上的道岔开通位置不正确、或敌对信号 机未关闭时，防护该进路的信号机不能开放;信号机开放后，该进路上的.有关道岔不能扳动，其敌对信号机不能开放。

b.正线上的出站信号机未开放时，进站信号 机不能开放为通过信号;主体信号机未开放时，其预告信号机不能开放;色灯复示信号机应保证不间断地检查主体信号机的开放条件。

c.装有转换锁闭器、电动或 电空转辙机的道岔，当第一连接杆处的尖轨与基本轨间有4mm及其以上间隙时，不能锁闭或开放信号机。

②电气集中联锁设备还应保证下列要求：a.当机车车辆 通过道岔时，该道岔不能转换。

b.向有车占用的线路排列列车进路时，有关信号机不能开放。

c.能监督道岔是否被挤，并能在挤岔的同时，使防护该进路的信号 机自动关闭。

3.对闭塞设备的安全要求

①区间内正线上的道岔必须与闭塞设备联锁，当区间道岔未开通正线时，两端站不得开放有关信号机。

②当列车或后部补机需由区间返回原发车站时，自动闭塞或半自动闭塞应设钥匙路签。

在钥匙路签未放入原设 备以前，掺有钥匙路签的列车或后部补机占用的区间，不得解除闭塞，出站信号机不得开放。

③自动闭塞设备应保证：当闭塞分区被占用或轨道电路失效时，防护该 分区的信号机自动关闭;当进站及通过信号机红灯灭灯时，其前一个信号机应自动显示红灯;当闭塞设备中任何元件或部件发生故障时，不得出现信号的升级显示; 在站内控制台上应有相应的区间情况的表示。

④继电半自动闭塞设备应满足下列要求：①出站(或通过)信号机开放的条件是，单线区间在得到对方站的同意接车信 号后，双线区间在得到对方站的列车到达信号后。

②电锁器联锁的车站，操纵发车手柄(或按钮)后，电气集中联锁的车站，出站信号机开放后，均不能按正常办法 取消闭塞。

③列车从发车站进入区间后，出站信号机应自动关闭，并使双方站闭塞机处于闭塞状态，在列车到达接车站以前不能解除，有关出站信号机，不能开放。

4.基于ARM9的通用铁路信号测试系统的研究

一种基于ARM9的通用铁路信号测试系统，用以帮助 工作人员发现和分析诊断故障。

整个系统分为两大部分，即基于单片机的前端采集部分和基于ARM9的主板部分，两部分之间通过双口RAM进行双机通信。

被动声呐信号测试跟踪方法综述 篇3

关键词 声呐信号；测试；跟踪

中图分类号 TN 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)112-0142-01

水下目标隐身技术的迅猛发展必然促使反隐身技术的进步。作为水下目标探测的第一选择，声呐首当其冲应该接受这一严峻挑战。弱目标信号的检测、跟踪和参数估计成为目前水声信号处理研究的重点和难点。本文主要就被动声呐信号测试、跟踪方法的研究现状进行分析与探讨。

1 被动声呐弱信号检测方法

在水声信号处理领域，对微弱信号检测的需求最初出现在水雷的探测研究方面；随着增大自导作用距离要求的提出，在鱼雷自导信号处理中，也提出了微弱信号检测、估计以至识别的要求；伴随着水下隐身目标的出现，弱信号的检测日益成为声呐信号处理研究的重点。

解决水下隐身目标的探测问题，可能的技术途径有：采用超低频（1Hz—100Hz）被动声呐（单纯的被动声呐），这种方法需要超大尺寸（300米以上）基阵，工程实现造价高、难度大；采用被动合成孔径技术，这方面的技术难题尚未攻克；采用主、被动低频拖曳线列阵声呐，由于拖曳式线列阵声呐具有很大的基阵孔径，在很低的频率上仍有较大的指向性指数（DI），便于低频信号的接收。工作频率的降低，既使传播衰减（TL）大为降低，又使得目标信号中相对较强的低频成分，特别是低频线谱，能够得到有效的接收。由于拖曳式线列阵声呐的声学模块远离拖曳平台，平台本身噪声的影响大为减少，同时，通过调整基阵的拖曳深度。可以选择较好的传播条件。可见，拖曳式线列阵声呐无疑是一种有效的远距离探测水下目标的装备。另一方面，工作于低频的主动声呐，具有避开消声瓦吸声频段、低频声波海水吸收小利于远程探测、可以提供目标距离和运动参数等优越之处。因此，主、被动拖曳线列阵声呐是解决水下隐身目标探测问题的有效手段。

2 被动声呐信号跟踪方法

水下多目标跟踪技术的研究，对于海防、区域防御、作战监视、海上安全作业及海洋开发等领域有着广泛的应用价值和重要的战略意义，因此，在近四十年来这一问题受到许多发达国家的密切关注。

多目标跟踪问题的研究至今已有40多年的历史。在最近的20多年中，多目标跟踪问题已经受到许多科学家与工程师们的极大关注，在理论研究和技术应用方面已取得了很大的成就。据资料报道，国外现役的新型鱼雷中已普遍采用了多目标定位和跟踪技术，瑞典的TP2000、法国的海膳均具有同时定位、跟踪多个目标的能力，英国的矛鱼在近距离能对目标的多个亮点进行定位，进而获得目标形状和尺寸信息。

水下多目标跟踪主要包括：目标模型、自适应跟踪算法、数据关联、跟踪维持等几方面关键技术内容。

目标运动模型是多目标跟踪的关键要素之一，也是一个复杂而又棘手的问题。在建立目标运动模型时，一般的原则是所建立的运动模型既要符合目标运动实际，又要便于数学处理。30多年来，有不少学者对运动模型问题进行了探讨，其具有代表性的有：

CV模型和CA模型，CV模型即-二阶常速模型，它假设目标作匀速运动，目标的机动加速度服从均值为零、方差为s2的高斯白噪声分布。CA模型，即三阶常加速度模型，它假设目标作匀加速运动，目标的机动加速度为常数，机动加速度的一阶导数服从均值为零、方差为s2的高斯白噪声分布。

Singer模型，Singery-1970年提出了目标机动加速度的一阶时间相关模型，即辛格模型。辛格模型用有色噪声来描述目标的机动加速度，它假定机动加速度为一个平稳的时间相关随机过程，其统计特性服从均值为零、方差为s2的均匀分布。该有色噪声经过白化后，目标的机动加速度可用一输入为白噪声的一阶时间相关模型来表示。Singer模型多年来一直受到重视，其主要原因是它采用了比白噪声更切合实际的有色噪声来描述目标的机动加速度。

“当前”统计模型，我国学者周宏仁在80年代初提出了机动目标“当前”统计模型，他指出，在一个确定的战术场合下，更令人关心的是目标机动的“当前”统计状态。机动目标“当前”统计模型在本质上仍然是非零均值时间相关模型，其机动加速度的“当前”概率密度用修正的瑞利分布描述，均值为“当前”加速度的预测值，随机机动加速度在时间轴上仍符合一阶时间相关过程。

跟踪滤波和预测，跟踪滤波和预测的目的是估计当前和未来时刻目标的运动状态，包括位置、速度和加速度等。线性系统基本的跟踪滤波与预测方法有：线性自回归滤波，两点外推滤波，维纳滤波，加权最小二乘滤波，a-b与a-b-g滤波，卡尔曼滤波和简化的卡尔曼滤波等。采用何种滤波，主要取决于事先能掌握多少先验知识。如果能事先掌握动态噪声和量测误差的统计特性，当然要采用估计精度较高的最小方差估计算法，包括维纳滤波，a-b与a-b-g滤波，卡尔曼滤波和简化的卡尔曼滤波。

多目标数据关联实际上就是解决阵空间覆盖区域中的重复跟踪问题，而且能区分各个不同的目标。关联结果的好坏直接影响到系统的正确判决。

多目标数据关联方法通常有两种：一类是基于统计的方法，另一类是基于模糊数学的方法。统计的方法包括加权法、独立序贯法、经典分配法、广义经典分配法、独立双门限法、最近邻域法、（修止）K近邻域法等等。模糊航迹关联算法包括模糊双门限航迹关联算法、模糊综合函数的航迹关联算法、模糊综合评判航迹关联算法等。

当目标比较稀疏时，最近邻域（Nearest—Neighborhood）法、加权法和修正法相比，加权法处理速度最快，存储与通讯量适中，性能比修正法略差，但明显好于最近邻域法；但在密集目标环境下和／或交叉、分叉及机动航迹较多的场合，这三种经典方法均不如其他各种方法。序贯法和双门限法均适用于密集目标环境下和／或交叉、分叉及机动航迹较多的场合，双门限法在计算速度、关联检验效果上均优于序贯法，处理速度较快。它们的存储与通讯量相当，它们都要求局部跟踪系统提供状态估计协方差。双门限法的缺点就是要事先确定L／R的取值，并且不能直接推广产生多局部节点情况下的多维分配算法。而序贯法则可直接推广到多局部节点构成多维分配算法。从总体上看，相关序贯法不如独立序贯法，相关双门限法也不如独立双门限法好。而（修正）K近邻域法的处理速度和独立双门限法接近，但明显快于序贯法和相关门限法，并且存储和通讯量都远低于序贯法和双门限法。它们的性能略差于双门限法和独立序贯法，但好于相关序贯法，算法的复杂度与双门限法类似，需要实现设定K／N参数，与序贯法和双门限法相比，（修正）K近邻域法最大优点是对局部跟踪系统没有要求，修止K近邻域法在运算速度和关联性能上要比K近邻域法稍微好一些，而且算法结构相对简单，易于实现。

3 结束语

随着隐形材料以及隐形技术的应用，传统被动声呐的地位受到了动摇，微弱（低信噪比）声呐信号的检测也就成为水声信号处理的研究重点和难点。同时，随着信号处理理论的发展，微弱信号的检测、跟踪方法将更广泛地应用在雷达、声呐、地震学和生物医学等科学领域。

参考文献

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[5]马令坤,黄建国,谢达.基于多通道差分的自适应噪声抵消方法[J].兵工学报,2008,29:10.

信号集中监测便携测试终端 篇4

近年来, 随着铁路信号集中监测系统的不断建设和投入使用, 信号集中监测系统已经成为铁路信号设备监测、维护和诊断的重要手段, 并在信号设备的维护中发挥着越来越重要的作用。

当铁路信号设备发生故障时, 由于信号集中监测系统的监测点还不足以准确定位故障, 铁路现场工区及车间的信号维护人员需要细致测量故障周围节点电压等数值, 而测量点一般距离信号集中监测系统的站机较远, 信号工程师查看信号集中监测的监测结果不方便, 影响了及时排除故障、缩小排障时间、快速恢复行车运行等工作。能否将信号集中监测的监测结果和测试仪表结合起来, 使维修人员在测量时能方便的观察信号集中监测的结果, 是我们应及时解决的问题。运用信号集中监测便携终端可以将信号集中监测的监测结果能在测试仪表上显示, 同时也可以查询信号设备的图纸, 也可以将测试的视频图像通过信号集中监测网络传送给铁路现场的工区、车间或电务段, 方便铁路现场的车间和电务段指挥故障的排除。

1 系统组成

信号集中监测便携终端系统由控制计算机、测量单元、无线通信单元、视频采集单元和测试终端等组成。见图1:

1.1 控制计算机

控制计算机完成接收信号集中监测系统站机发送的数据并显示;控制测量单元完成模拟量和开关量的测量, 并将测量结果发送至站机;完成各种用户操作;分析监测结果和测量结果, 并得出分析结果;控制视频摄像头, 并将视频图像和故障现象传回车间或电务段等进行远程辅助决策。见图2:

1.2 无线通信单元和天线

控制计算机通过无线通信单元和天线与信号集中监测的站机进行通信。

1.3 视频采集单元

视频采集单元完成采集视频信号、数字化和压缩处理过程。

1.4 测量单元

测量单元在控制计算机的控制下完成被监测信号设备的监测模拟量和开关量的测量任务。

1.5 测试终端软件

测试终端软件控制完成显示、测量、查看设备图纸、专家诊断、记录和远程辅助决策等功能。

2 系统功能

2.1 站机数据传送与显示

信号集中监测便携式测试终端通过无线通信单元 (3G无线网络或者WLAN) 与信号集中监测系统进行通信, 以实现测量结果的上传、查询接收站机数据、查看设备图纸以及在线故障诊断、视频在线分析等。

2.2 模拟量、开关量的测量

便携式测试终端的测量单元可提供多个模拟量和开关量测试接口, 通过便携终端计算机完成对信号机械室室内和室外的多路模拟量和开关量进行测试, 测试结果通过便携式测试终端进行分析, 同时将结果上传到信号集中监测站机服务器保存, 以便日后便携式测试终端查询分析。

2.3 监测结果的诊断与分析

便携终端计算机在完成多路模拟量和开关量的测量后, 将测量结果上传到信号集中监测站机服务器上的诊断系统, 并综合利用图纸、信号集中监测的监测结果以及专家在线诊断, 实现对测量结果或疑难故障的判定。

2.4 视频采集与传送

对于某些无法通过测量诊断出结果的故障现象, 或其他需要综合现场情况进行诊断分析的情况, 可通过视频采集单元将其记录并实时传送到铁路现场的车间或电务段进行远程辅助决策分析。

3 系统解决的问题

3.1

使用信号集中监测便携测试终端, 在故障发生后可以立即迅速掌握故障设备实时的参数状态, 对故障做出快速响应, 并可以远程查看有关信息, 从而有效减少故障延时时间。

3.2

在铁路现场可以在对故障设备数据进行测量的同时, 对比信号集中监测的数据, 提高查找故障的效率, 且信号集中监测便携测试终端内置信号设备图纸, 方便查看, 节省查找纸质图纸的时间, 并结合测量结果对故障进行快速诊断。

3.3

信号集中监测便携测试终端能够实现多路模拟量和开关量的测试, 包括电压、电流、载频、低频等数据的测量, 并能够根据图纸位置记录测试点和测试结果, 便于电路和数值的分析比较。

3.4

可实现故障现场及故障设备视频的远程传送, 将现场故障现象及时传送到铁路现场归属的车间及电务段, 便于车间及电务段的技术人员对故障进行在线诊断, 快速协助现场信号工程师定位故障点。

3.5

节约由于距离事故地点较远而带来的时间成本, 并且也大大降低了由于要驱车赶往现场带来的经济成本和安全隐患。

4 系统特点

4.1 智能化:

通过分析各单元的数据, 进行分析判断。

4.2 辅助诊断:

指导现场维护人员进行故障处理和辅助诊断。

4.3 网络化:

通过3G或WLAN无线网络及信号集中监测网络, 可以传输高质量的图像、声音、控制信号, 非常方便地供管理者随时随地查看设备图像和现场图像。

4.4 灵活实用性:

整个系统的设计贯彻以铁路用户需求为准则, 面向铁路一线的用户, 非常的人性化, 操作方便、实用性强。

4.5 可扩展性:

系统预留接口, 具有较强的兼容性和可扩展性, 便于对系统的充实完善和升级。

5 结束语

信号集中监测便携测试终端结合信号集中监测系统和视频传输技术进行开发, 实现在信号设备故障时, 对信号机械室室内和室外的多路模拟量和开关量的测试、在线查看设备图纸、实时将现场视频传输到铁路一线的车间或电务段进行远程辅助决策等。该便携测试终端可以快速定位故障部位, 实现信号设备故障查找和诊断的科学性和及时性, 为铁路运输安全提供必要的维护和管理手段。

摘要：信号集中监测便携测试终端主要用于解决信号集中监测系统监测点不够多, 不足以准确定位故障的问题, 完成信号设备的多路模拟量和开关量测试、在线查看设备图纸和远程辅助决策等功能。

关键词：信号集中监测系统,无线网络,视频传输,模拟量,开关量

参考文献

[1]铁路信号集中监测系统技术条件, 运基信号[2010]709号文, 2010

[2]铁路信号集中监测系统安全要求, 运基信号[2011]377号文, 2011

测试信号 篇5

1、在车站范围内，列车和调车车列由某一指定地点运行至另一指定地点所经过的路段称做进 路。

2、从排列进路到列车或车列通过了该进路是一过程，我们称该过程为进路控制过程。进路控制过程可分为进路建 立 和进 路 解 锁两个大的阶段。

3、信号、道岔和进路必须按照一定程序并满足一定条件才能动作和建立的这种约束称做联 锁。

4、单线车站正线的进站道岔为车 站 两 端 向 不 同 线 路 开 通位臵为定位，由左侧行车制决定。双线车站正线上的进站道岔，为向各该正线开通的位臵为定位

5、在铁路信号系统中，凡是涉及行车安全的继电器电路都必须采用安 全 型继电器。

6、安全技术首先是从铁路信号开始的。故 障 导 向 安 全是铁路信号领域必须贯彻的原则

7、为了记录按压每个进路铵钮的动作，一般对应每个进路按钮设臵一个AJ。但是，对应每个单臵调车进路按钮应设臵1AJ、2AJ、AJ三个按钮继电器。

8、在建立进路的过程中，从按压进路按钮起到进路选出这一阶段所涉及的各个继电器电路统称选 择 组电路。

9、所谓超限界绝缘系指具有以下两个特征的绝缘：一是绝缘节的设臵位臵距道岔警冲标不足3.5m；二是该绝缘节两侧的两个道岔之间没有双动关系（即这两个道岔各有自己的控制电路）。

10、列车用的信号机应在列车驶 入 进 路 后立即关闭；调车用的信号机则根据作业需要应在列 车 出 清 接近区 段，或当接近区段留有车辆时，待车列出清调车信号内方第一道岔区段后才自动关闭。

11、信号机的允许显示因故熄灭时（允许灯泡的灯丝断丝），应自动改点禁止显示——红灯。

12、调车中途返回解锁有两种情况：一是牵出进路全部区段都没有解锁；二是牵出进路有一部分区段已经解锁，还留有一部分区段没有解锁。

13、信号开放后车已经接近，即进路处于接近锁闭状态时，要想改变进路，必须先使进路解锁，这时必须用人工延时解锁的办法，从信号 2 关闭时算起，接车进路和正线发车进路，要延时3分钟解锁，侧线发车进路和调车进路，要延时30秒。

14、信号开放以后，在车列驶入进路以前，若进路中某段轨道电路瞬时故障导致信号机自动关闭。在轨道电路故障自动消失且进路仍处于锁闭状态时，允许值班员再次按下该进路的始 端按钮，让 FKJ 再度励磁吸起，信号机可再次开放。

二、单选题（共10个小题，每小题2分，共20分）

1、捺形渡线道岔反位操纵继电器的励磁网路线是：（A）A.3、4线 B.5、6线 C.1、2线 D.7线

2、当办理下行列车通过作业时，只须按压哪两个按钮就可把下行列车通过进路选出来。（A）

A.XTA和XLZA B.XTA和SLZA C.XTA和STA D.XTA和SLA

3、道岔区段有车时，道岔不应转换，此种锁闭叫做（A）A.区段锁闭 B.进路锁闭 C.单独锁闭 D.接近锁闭

4、两路主、副电源必须自动互相切换，即一路停电时能自动倒换到另一路。在转换过程中，断电时间不得超过（B）A.0.2s B.0.15s C.0.1s D.0.3s 3

5、当列车或车列未驶入接近区段时，允许操作人员立即使进路解锁而不会危及行车安全，习惯上称这种解锁方式为（C）A.正常解锁 B.人工解锁 C.取消进路 D.进路解锁

6、当单臵调车进路按钮作为变通按钮使用时，它的按钮继电器吸起的是（C）

A.1AJ和AJ B.1AJ和2AJ C.1AJ、2AJ和AJ D.2AJ和AJ

7、检查进路选排一致性的继电器是（A）A.KJ B.XJJ C.KJ和ZJ D.XJJ和ZJ

8、在8线，检查本咽喉区没有建立敌对进路时通过（C）的后接点来实现的。

A.KJ B.XJJ C.KJ和ZJ D.KJ和XJJ

9、引导信号应显示（B）灯光 A.红 B.红和白 C.白 D.黄

10、当道岔启动电路已经动作后，如果车随即驶入道岔区段，则应保证使转辙机（C），不要受上述区段锁闭的限制。

A.停止转换 B.反向转换 C.继续转换到底 D.停止转换并回转

三、判断题（共15个小题，每小题1分，共15分）

1、防护道岔、带动道岔都必须进行联锁条件的检查，防护道岔、带动道岔不在防护的位臵，进路就不能建立。错。带动道岔不检查联锁条件。

2、所谓安全型继电器是指它的结构必须符合故障-安全原则，是一种不对称器件，在故障情况下使前接点闭合的概率远大于后接点闭合的概率。

错。前接点闭合的概率远小于后接点闭合的概率。3、4个方向继电器同时只允许其中一个方向继电器励磁吸起，并保持到整条进路全部选出为止。对。

4、股道有车占用时不允许向其排列调车进路。错。应为允许

5、允许两端同时向无岔区段办理调车作业。错。不允许同时向无岔区段调车。

6、联锁设备、调度集中设备都是安全性设备。错。调度集中设备不属于安全性设备。

7、故障-安全混线防护位臵法的关键在于继电器和电源必须分设在可能混线位臵的同侧。错。应为两侧。

8、依照按压进路始端按钮和进路的终端按钮先后顺序，能确定进路的运行方向和进路的不同性质。错。不能区分进路的性质。

9、调车按钮可兼做列车进路的变更按钮，也能兼做调车进路的变更按钮。

错。调车按钮不能兼做调车进路的变更按钮

10、在执行组电路中，由于一些继电器电路的逻辑条件涉及到信号、道岔和道岔区段，因此，它们的电路具有网络形状。错。应为站场形状。

11、在尖轨和基本轨之间夹有障碍物（如道碴等）而使道岔不能转换到极处，再操纵时，应使道岔能向反方向转换，以防电机过载。对。

12、检查另一咽喉区没有建立迎面的敌对进路。是通过检查另一咽喉该股道处的照查继电器GJJ的前接点来实现。

错。应为ZCJ继电器。

13、道岔位臵正确，用DBJ或FBJ的前接点来证明，把道岔锁在规定的位臵用1SJ、2SJ或SJ的前接点来实施。错。应为锁闭继电器的后接点。

14、为防护守车“跳动”所可能引起的道岔中途转换事故，利用FDGJ的缓放性能，采取了车出清道岔区段后，延迟30秒解锁的防护措施。错。应为3秒。

15、在6502电气集中电路里对应每一道岔区段设一个锁闭继电器。错。应为每组道岔。

四、简答题（共5个小题，每小题5分，共25分）

1、进路建立到解锁分哪5个阶段？

答：1．道岔转换阶段；2。进路选排一致检查阶段；3．进路锁闭阶段；4．开放信号阶段；5.进路解锁阶段

2、什么叫超限绝缘检查？

在检查道岔轨道区段空闲时，还必须注意是否要检查超限界绝缘节另一侧的非进路内道岔区段的空闲状态。习惯上称这种检查为超限界绝缘检查。

3、开放信号前先检查什么灯丝完整，即确实是在点什么灯？ 答：检查红灯灯丝完整，在点红灯。

4、引导锁闭有哪几种及锁闭方式？ 答：引导锁闭分为两种；

一种是按进路锁闭方式的，叫引导进路锁闭；另一种是把全咽喉所有的联锁道岔都锁闭的方式叫引导总锁闭。

5、什么叫联锁？

答：信号、道岔和进路必须按照一定程序并满足一定条件才能动作和建立的这种约束称做联锁。

五、论述题或应用题（共2个小题，每小题10分，共20分）

1、简述继电器 DCJ 和 FCJ、DBJ 和 FBJ、KJ、ZJ的名称和作用。答：概括地说，道岔操纵继电器 DCJ 和 FCJ 是为了选道岔位臵用的，道岔表示继电器DBJ 和 FBJ 是反映道岔位臵用的，开始继电器KJ 和 终端ZJ 是记录进路的始端位臵和终端位臵用的，而 KJ 是兼作检查进路选排一致性的。

2、选择组电路共有哪几条网路，各网路的作用是什么？ 答： 共有6条网路，作用如下： 1、2线是“八”字撇形渡线道岔反位操纵继电器网路；

3、4线是“八”字捺形渡线道岔反位操纵继电器网路；

测试信号 篇6

关键词电缆故障;测试信号;小波去噪;算法改进

中图分类号TM文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)081-0119-01

由于不经处理的原始测试信号容易畸变,现场测试人员很难通过此信号判断出故障距离。所以,各电缆故障测试仪的厂家在仪器里都有对信号进行处理,使得有用的信号得以保留,无用的信号得以屏蔽,最后得到的波形尽量与典型波形接近,便于测试人员判断。小波分析作为一种新型的时频分析方法,由于其具有良好的时频局部性,并且具有Mallat快速算法,因此受到了越来越多的关注。运用小波进行一维信号消噪处理是小波分析的一个重要应用之一,小波变换可以同时进行时频分析,具有时频局部化和变分辨率特性,因此特别适合于处理非平稳信号。由于信号和噪声的模极大值在小波变换下呈现出的不同的变换趋势,因此小波去噪是基于模极大值原理的。Mallat利用奇异信号和随机噪声在小波变换各尺度空间中模极大值的不同传播特性,提出了基于模极大值的小波消噪方法,该方法经过对模极大值的处理之后,存在一个由模极大值重构小波系数的问题,计算比较复杂。另外一种比较简单的方法是对各个尺度上的小波系数进行重新整定,然后进行小波重构。

1小波消噪方法的改进探讨

1.1软阈值消噪法的基本原理

对于信号f(t)L2(R),如果在t0附近满足

(1)

(k为正常数),则称α是f(t)在t。处的李氏指数,它是表示信号奇异性的一个数字特征。如果信号变化越平滑,李氏指数α就越大。如果信号的李氏指数α>0,则该信号的小波变换系数模极大值随着尺度的增大而增大,如果α<0,则该信号的小波变换系数模极大值随着尺度的增大而减小。

理论上已经证明:白噪声的李氏指数α<0,它的小波变换系数模极大值随着尺度的增大而减小,而阶跃信号的李氏指数α=0,它的小波变换系数模极大值不变。反射波的上升沿或下降沿部分与阶跃信号的跳跃部分基本相同,且受电缆衰减的影响,其陡度有所降低,李氏指数α>0,小波变换系数模极大值随着尺度的增大而增大。小波系数经过这样处理后就可以认为经过处理的小波系数是由信号引起的,对处理后的小波进行重构就可以得到消噪后的信号,具体过程如下:

1)对含有噪声的信号进行二进小波分解,得到各尺度的小波系数;

2)取,对小波系数进行如下处理:

3)经过处理后的系数进行重构得到去噪声后的信号。

1.2改进后的软阈值消噪法

传统的软阈值消噪法中的阈值λ是固定不变的,这种消噪方法计算比较简单,是一种相对粗略的消噪方法。但是我们知道,随着尺度的增加,白噪声的小波系数极大值逐渐减少,而有用信号的小波变换系数的极大值随着尺度增大而增大,原来软阈值法没有很好的利用这一规律。可以想象如果所设定的软阈值系数λ能够随着分解尺度等增加而逐渐减小,可以使得噪声信号衰减很多,而有用信号则得到更大地保留。根据电联测距信号与噪声信号的不同点,采用了改进的软阈值消噪法,结果表明可以有效的消除噪声信号,信噪比大大提高。

由于采用200MHz的采样频率采集信号,样本信号在第一尺度上的高频分量绝大部分是噪声。因此,强制把保留信号的第一制度上的小波变化系数估计值置零。

假定噪声幅值的分布符合正态分布,选用式(3)来估计噪声在第一尺度上的小波变换系数模极大值λt(若保证噪声幅值绝对值大于λt的概率小于0.1%,K取3.3)。由于噪声的小波变化系数随着尺度的增大而缓慢变小,利用式(4)估计噪声在尺度j2上的小波变化系数模极大值λj,然后利用式(5)计算保留信号的小波变化系数估计值,最后根据重构保留信号。

2结语

小波消噪对非平稳信号的噪声消除具有无可比拟的优点。在实际工程应用中,所分析的信号可能包含许多尖峰或突变部分,且噪声不是平稳的白噪声,对这种信号进行分析处理,首先要做预处理,将噪声去除,提取有用信号。对于这种信号的消噪,传统的Fourior分析显得无能为力。因为Fourior分析是将信号变换到频域中进行分析,不能给出信号在某个时间点的变化情况,因此信号在时轴上的任一突变都会影响信号的整个频谱。而小波分析由于能同时在时频域中对信号进行分析,所以他能有效区别信号中的突变部分和噪声,从而实现非平稳信号的消噪。利用小波分析理论的优势,根据噪声信号和真实信号在不同小波分解尺度上的传播特性,提出了利用改进的软阈值消噪方法对测距信号进行消噪处理,结果表明,该方法可以有效地消除白噪声信号的干扰,为故障测距提供良好的条件,该方法也可以应用于其它领域一维信号的消噪。利用数学的方法对现有的电缆故障测距仪进行升级改造是以后测距仪的一个发展方向。

参考文献

[1]张晖.电缆故障探测的发展[J].湖北电力,2006,30(4).

视频格式转换用测试信号图 篇7

随着我国数字电视和高清晰度电视广播业务的迅速发展, 数字高、标清电视同播和节目源共享以及国内外电视节目交换的情况将会越来越多，并且会长期存在下去;因此, 电视制式转换设备，特别是上下变换设备的需求量和生产量也将会越来越大。生产商怎样才能证明自己产品的质量和性能是合格的?用户如何才能得知自己购买商品的质量和性能是满足需求的?均需要由客观测试和主观评价两者来衡量, 即通过主客观评价, 包括制式转换后的视频格式和视频指标的客观测量以及图像质量的主观评价等来给出。

也许从事视频测量的同行们, 在试图使用常用的数字分量测试信号和常规的视频测量方法来测量含信号格式转换的视频系统或设备时, 都有过同样的经历:被测系统的输出信号波形除彩条信号以外, 大都发生了较大的变化, 诸如信号幅度超标了, 甚至超出了标准规定的最大量化范围而受到限幅导致了非线性失真;或者有的输出信号波形的形状变得不是原来的样子, 以致于不能用常规的方法进行测量;或者可以用常规的方法进行测量却得不到正确的测量结果, 等等。

为了解决上述含信号格式转换的视频处理系统视频指标测量所需要的有效测试信号, 我们对有关问题进行了反复研究和实验, 希望通过本文的分析、研究以及据此得出解决问题的初步设想, 并且研究制作出高、标清测试信号图及其提供的测试信号用于上变换器和下变换器的测试, 与关心和有兴趣的同行进行交流和探讨, 也许对相关问题的解决会有所启发和帮助。

2 串行数字分量测试信号不能有效用于格式转换系统测量的主要根源

众所周知, 目前我们所见到的数字视频测试信号发生器提供的串行数字分量测试信号, 在用于测量一般 (即不含格式转换) 的视频处理系统或设备时, 每种信号 (除彩条信号以外) 的亮度分量和色差分量是分别根据各自信号的特点和测试的需求单独设计的, 它们之间在电平和频率或时间宽度上并没有必然的联系;但是, 由于三个分量在被测视频处理系统中是各行其道, 互不相干的, 所以经过系统之后输出信号各分量的波形只决定于各自通道的性能或保真度, 不会出现由于测试信号本身不同分量之间的相互关系而引起的信号畸变导致无法测试, 或测试结果无效之类的问题。

然而, 当使用这些信号来测量含格式转换的视频系统或设备(例如上变换器和下变换器)时, 即使在正常情况下也会出现被测系统输出信号波形发生较大改变, 使我们用常规的方法无法进行测量或者可以测量却得不到正确测量结果。因为这些被测设备内部包含了信号格式转换处理, 如上变换器或下变换器中包含了从标清(SD)色差分量信号向高清(HD)色差分量信号的转换或从高清色差分量信号向标清色差分量信号的转换;而SDTV系统和HDTV系统两者之间的亮度信号和色差信号的导出式是不相同的[1][2], 所以在格式转换过程中, 不能由色差分量直接进行转换, 中间必须经过基色分量作桥梁, 这样一来原本在电平和频率或时间宽度上没有必然关系的亮度和色差分量信号之间就发生了关系, 致使其被测系统或设备输出的信号波形就出现较大的改变, 轻则输出信号电平已在不合法的范围 (例如用五阶梯信号测量上变换器或下变换器的非线性失真时, 变换器输出的五阶梯信号有的分量超出了合法的范围) , 重则当信号的幅度超出了系统的最大量化范围时, 就会受到限幅造成额外的非线性失真, 如图1所示的亮度信号;或者输出信号发生了较大的变化, 已经不是原来信号波形的样子了, 例如, 用多波群信号测量频响时, 上、下变换器输出的亮度多波群信号各频波已经不是单一频率的正弦波了, 而是含有两个频率的正弦波, 如图2、3所示, 所以无法用常规的方法进行准确的测量;又例如, 用2T正弦平方波和条脉冲信号测量下变换器的线性失真 (K系数) 时, 由于其输出信号不仅受到亮度和色差信号之间的相互影响, 使其输出信号电平超出了系统的最大标称量化范围而受到限幅导致波形失真, 而且还受到SDTV系统模拟视频标称带宽的限制, 致使高频分量丢失而造成输出波形更大的失真, 如图4所示的2T条脉冲波形, 在这种情况下即便可以采用常规的方法进行测量, 而测量结果也是不正确的。由于上述种种情况的存在, 到目前为止, 仍不可能对这些含有信号格式转换处理的视频系统或设备进行有效的常规视频指标测量。

3 解决格式转换系统测试信号的思路和实现方法

根据以上分析, 我们认为可以有效用于格式转换系统的测试信号首先必须是合法、有效的实体电视图像信号。正如大家所知, 如果测试信号是来自某个实体电视图像或图形, 电视图像或图形的基色 (RGB) 分量电平是标准、合法 (有效) 的, 由此转换生成的任何其他格式图像信号就肯定是合法有效的, 就不会出现输出信号电平超标而受到限幅, 造成输出波形失真。所以, 我们根据这一基本原理, 并且以基色分量为基础、采用程序设计的方法生成制作电视测试信号图来提供测试信号。只要在图像程序设计时满足标准测试信号各个色差分量的电平、频率或时间宽度等方面的要求, 就可以确保测试信号既符合标准，同时又能克服目前常用数字视频信号发生器提供的数字分量测试信号所存在的不合法或无效，甚至会使格式转换以后的输出信号电平超标, 从而受到限幅导致信号失真等问题。

其次，有效用于格式转换系统的测试信号，必须确保亮度分量和色差分量信号在格式变换系统的格式转换过程中两者之间不会发生关系。最简单的解决办法就是使每种测试信号(除彩条信号以外)的三个分量不在同一时刻输出，或者说它们并非是同一个实体电视图三个分量。实现这一目的的方法就是使每种测试信号的三个分量分别由测试信号图中不同位置上的图像来提供。常用数字视频信号发生器的串行数字分量测试信号之所以在被测系统中进行格式转换时原本没有关系的三个分量发生了关系，就是因它每种测试信号的三个分量表示方法或输出方法实质上是作为同一个视频图像的三个分量来给出的结果。

图5 8所示即为来自基于RGB分量、用程序设计、生成制作的测试信号图, 即《SDTV测试信号图》和《HDTV测试信号图》提供的各种分量测试信号, 在经过上述某上、下变换器处理后输出信号波形的实例。从这些波形图可知, 采用常规的视频测量方法, 就可以对含格式转换系统输出的信号进行常规视频指标的测量。

但是, 对于用《HDTV测试信号图》提供的2T正弦平方波和条脉冲信号来测量下变换器的K系数时, 其输出信号波形 (如图8所示, 因篇幅受限色差波形从略) 仍存在不能获得正确测量结果的问题。因为高清亮度模拟视频30MHz[2]的上限频率和色差模拟视频15MHz[2]的上限频率分别对应的2T和2TC正弦平方波[3], 在“压缩模式”或者“切边模式”下变换后的2T和2TC正弦平方波所对应的视频上限频率分别为14.55MHz和7.27MHz, 远远高于SDTV系统的模拟视频的上限频率 (亮度5.75MHz和色差2.75MHz) [1];即使下变换系统在理想情况下输出信号也会受到SDTV系统带宽的限制导致输出波形和幅度的改变, 而不能获得正确的测量结果。

注：*括弧中频率为上变换前标清多波群信号的频率, 上变换后其频率除了与高、标清电视系统的基本参数有关以外, 还与“变换模式”相关。例如在“拉伸模式”上变换后其频率应为变换前标清频率的2.0625倍。

**括弧中频率为下变换前高清多波群信号的频率, 下变换后其频率除了与高、标清电视系统的基本参数有关以外, 还与“变换模式”相关。例如在“压缩模式”下变换后其频率应为下变换前高清频率的2.0625分之一。

第三, 根据以上分析, 我们对2T正弦平方波和条脉冲信号在下变换以后, 受SDTV系统标称带宽限制导致测量结果不正确给出的解决方法是:将下变换转换前的高清2T正弦平方波测试信号对应的视频上限频率降低到使在指定的“变换模式”下变换后的2T正弦平方波信号所对应的视频上限频率, 刚好是SDTV系统模拟视频标称带宽的上限频率。例如, 当指定的下变换模式为“压缩模式”时, 变换前的亮度2T (包括色差2TC) 正弦平方波信号所对应的亮度模拟视频上限频率和色差模拟视频上限频率应该分别是11.859375MHz和5.671875MHz。

为了与《HDTV测试信号图》相区别, 也为了方便使用, 我们将专门用于下变换器测试的信号集中制作在另一张图上, 即为《HDTV测试信号图 (1) 》, 同时将其它的测试信号作了相应的调整, 其中特别要强调的是多波群信号也作了与2T和2Tc正弦平方波信号同样的调整, 即将下变换前的高清多波群测试信号的频率降低到使在“压缩模式”下变换后的多波群的频率, 刚好是SDTV系统多波群测试信号的频率, 即亮度多波群信号的上限频率和色差多波群信号的上限频率应该分别是5.75MHz和2.75MHz;那么也就是说, 下变换前的高清亮度多波群信号的上限频率和色差多波群信号的上限频率应该分别降低到了11.859375MHz和5.671875MHz。这样一来, 专用于下变换测试的《HDTV测试信号图 (1) 》在“压缩模式”下变换后进行测试时, 就与测试标清信号一样简单了。

图9 10所示为某下变换器输入下变换专用测试信号图《HDTV测试信号图 (1) 》, 经“压缩模式”下变换后输出的多波群信号和亮度2T条脉冲信号波形的实例。

4 标清电视和高清电视测试信号图

以下介绍我们根据GB/T14857-1993《演播室数字电视编码参数规范》和GY/T155-2000《高清晰度电视节目制作及交换用视频参数值》的有关规定, 以及标清和高清电视常用视频测试信号的类型和要求, 并且基于基色分量, 用程序设计、制作的数字高、标清电视视频测试信号图及其所提供的测试信号。

4.1 HDTV、SDTV测试信号图

《SDTV测试信号图》和《HDTV测试信号图》及专门用于下变换测试的《HDTV测试信号图 (1) 》如图11～13所示, 它们包含了视频测量中最常用的测试信号。这些测试信号图从上到下依次为“测试信号图的名称”, 接着是75%彩条信号图和100%彩条信号图, 亮度五阶梯信号图及蓝色差五阶梯信号图和红色差五阶梯信号图, 亮度多波群信号图及蓝色差多波群信号图和红色差多波群信号图, 亮度2T正弦平方波和条脉冲信号图及蓝色差2TC正弦平方波和条脉冲信号图、红色差2TC正弦平方波和条脉冲信号图, 亮度大斜坡信号图和亮度小斜坡信号图, 蓝色差大斜坡信号图和蓝色差小斜坡信号图, 红色差大斜坡信号图和红色差小斜坡信号图以及50%视频电平的灰度信号图等, 共18种测试信号组成。每种测试信号图在SDTV测试信号图中大约各占20 30行的图像高度, 在HDTV测试信号图中大约各占40 50行的图像高度。

4.2 SDTV和HDTV测试信号图提供的测试信号波形及其主要参数

由于篇幅有限《SDTV测试信号图》提供的测试信号波形及其主要参数、《HDTV测试信号图》提供的测试信号波形及其主要参数和专用于“压缩模式”下变换器测试的《HDTV测试信号图 (1) 》提供的测试信号波形及其主要参数从略。

来自以上三个测试信号图提供的测试信号, 除了彩条信号的三个色差分量是由图中同一位置提供的, 即所谓“同时输出” (见彩条信号波形图) 以外, 其他的同一种类型测试信号的三个分量信号是分别由上下相邻三个测试信号图像位置提供的 (见测试信号波形图-从略) , 所以是“时分输出”的。因为, 只有采用不同位置的图像提供不同色差分量的测试信号, 才能使同一种测试信号的三个分量实现所谓“时分输出”, 在通过含信号格式处理的视频系统或设备时才能互不相干;而且事实上也只有采用不同位置的图像提供不同分量的测试信号, 才有可能在电平和频率或时间宽度等方面均满足标准测试信号的要求。虽然具有色差测试信号输出的图像位置也能同时提供另外的两个分量 (参见色差测试信号并列显示的YPbPr波形图-从略) , 但是因为另外的两个分量从其波形图可知, 或者因其电平, 或者因其频率或时间宽度不满足标准测试信号的要求而不用作测试信号。这些信息我们可以从WFM700波形监示器的显示屏上一目了然:从显示波形的左下方所显示的数字中 (625i/50.00或1080i/50.00等) , 可以知道显示的是SD信号还是HD信号;从屏幕右上角所显示的数据中, 可以看到所显示的波形是选择在测试图的哪一场的哪一行上, 并且在选行改变的过程中通过观察波形保持不变的范围, 可以得知该测试信号所占的行数;从屏幕的下端所显示的“波形菜单”中, 可以看出所显示的波形是选择在YPbPr三个分量并列显示, 还是只显示了其中某个有用的测试信号分量;另外, 还可以根据显示波形的横坐标和纵坐标的刻度得出显示波形的时间宽度和电压幅度, 等等。

5 测试信号图的存储和使用

首先, 是要将《S D T V测试信号图》、《H D T V测试信号图》和《HDTV测试信号图 (1) 》的图像文件数据或视频信号无压缩 (或浅压缩) 地分别存储或记录到能够满足GB/T17953-2000《4∶2∶2数字分量图像信号的接口》或GY/T157-2000《演播室高清晰度电视数字视频信号接口》要求的标清或高清视频信号源设备或录/放像设备中;当我们在使用这些测试信号图提供的测试信号进行视频指标测量时, 就可以由这些视频信号源设备或录放设备输出所需测试信号图, 送到被测视频系统或设备的输入端;同时根据所要测试的视频参数, 将连接到被测系统或设备输出端的选行示波器或视频测量仪, 选行在被测系统输出测试信号图相应信号图像位置的任意行上, 即可获得所需要的被测分量信号, 并且采用常规的视频测量方法进行测量。同样, 也可以用上述方法将选行示波器或视频测量仪的输入端连接到测试信号图像源设备或录放设备输出信号端, 选行在《测试信号图》相应信号图像位置的任意行上, 即可观察和测量该测试信号图所提供的各种分量测试信号波形及其视频指标。

6 结束语

面对当今越来越多的诸如上变换器和下变换器这种含有信号格式转换的视频处理系统或设备的研制、生产和使用等领域的测试需求, 我们基于采用基色分量和程序设计、生成制作的《SDTV测试信号图》和《HDTV测试信号图》及《HDTV测试信号图 (1) 》等数字视频测试信号图, 能够提供“时分输出”的、并且符合标准规范的数字视频各个色差分量的测试信号, 不仅克服了目前数字视频信号发生器提供的串行数字分量测试信号存在非法、无效, 在格式转换之后其电平可能超标受到限幅而导致信号波形失真的问题;而且, 还避免了数字串行测试信号的三个分量, 在视频格式转换中原本在电平、频率或时间宽度上没有必然联系的亮、色分量信号之间发生关系, 导致的输出波形发生畸变, 从而无法采用常规的方法进行测量;同时, 专用于高清下变换的《HDTV测试信号图 (1) 》又解决了下变换信号受到SDTV系统带宽的限制, 致使高频分量丢失造成额外的波形失真, 较好地解决了格式转换这种特殊视频处理系统或设备进行有效视频指标的测量问题, 使含信号格式转换处理的视频系统或设备的客观视频指标测量得以实现。

本文主要是以目前需求量较大的高、标清电视的上、下变换这种视频格式转换系统的测试信号存在的问题作为例子来进行分析、研究的, 并在此基础上提出了解决问题的思路和实现的方法以及制作出一种适合这种视频格式转换系统的测试信号图。上述分析、研究和提出解决问题的思路和实现方法同样也适用于其他信号格式转换系统用测试信号的分析、研究及解决问题的思路和方法。当《SDTV测试信号图》和《HDTV测试信号图》用于其它视频格式转换系统的测量时, 我们可以根据转换目标视频格式基本参数的具体情况, 或者不加任何改动, 就像《SDTV测试信号图》用于上变换系统测试那样, 《SDTV测试信号图》也可用于D/A变换系统的测试;或者加以适当的改动, 就像《HDTV测试信号图》用于下变换系统测试, 需要对2T条信号和多波群信号作适当的改动, 而成为《HDTV测试信号图 (1) 》那样, 即可满足下变换测试的要求。

另外, 比起用价格昂贵的高、标清数字视频测试信号发生器提供数字分量测试信号, 《SDTV测试信号图》和《HDTV测试信号图》作为廉价的数字高、标清视频测试信号源, 同样可以用作一般视频系统或设备客观视频指标的测试信号和系统运行的监视信号, 也具有较好的使用价值。

参考文献

[1]GB/T14857-1993《演播室数字电视编码参数规范》.

[2]GY/T155-200《0高清晰度电视节目制作及交换用视频参数值》.

铁路信号电缆接地方式与测试探讨 篇8

关键词：铁路信号电缆,接地,贯通地线,测试

一、引言

近年来随着我国铁路的建设和发展, 铁路运输系统的安全性受到国家和社会各个领域的高度关注, 在信息科学技术发展的推动下, 电气化铁道的被逐渐应用的我国的铁路建设中, 电气化铁道中的信号电缆是铁路信号控制信息传递的物理载体, 也是铁路联调联试的重要环节, 是铁路系统中重要的组成部分。

二、对铁路信号电缆单、双端接地方式的分析

高速铁路的列车能够安全运行, 首要的条件就是铁路信号电缆的通信情况正常。由于在铁路沿线常常布有很多电线, 而且这些电缆线都置于钢筋混凝土的电缆槽中, 其中, 信号电缆预置于电缆槽里侧, 电力电缆置于外侧, 通信电缆在电缆槽中间, 所以电线产生的电磁场会直接影响到信号电缆的电动势, 从而影响到信号电缆的信号传递, 甚至较大的电磁场会击穿信号电缆的绝缘层, 导致信号电缆运行故障, 危及列车的安全行使。目前, 信号电缆的外层接地方式主要包括单端接地和双端接地两种, 采用单端接地的信号电缆接地方式, 信号电缆的外层不具屏蔽作用, 屏蔽层无电流;采用双端接地的方式, 信号电缆的外层能有效的屏蔽电磁干扰, 保护电缆芯线。但是, 由于双端接地时, 当综合地线出现回流, 电流会经过金属保护层, 又由金属层对芯线的感应使得芯线产生了新的、纵向的电动势, 使得外界电流与信号电缆芯线的距离更加接近。

三、铁路信号电缆接地方式的LEF测试

要想更加合理的分析单、双端铁路这两种接地方式, 需要通过实际的测试及理论的计算, 通常电缆信号的测试方式为LEF, 通过室内模拟测试方案进行单、双端铁路信号电缆的LEF值得大小, 通过理论值的计算对比, 来分析比较两种接地方式。

3.1单端接地信号电缆LEF测试的原理及方式

单端信号电缆在进行LEF测试时, 取一定长度的电缆与贯通电线以平行的方式进行放置, 信号电缆的一段垂直与贯通地线相连接, 以此获得LEF的基准电位, 将信号电缆的绝缘层、保护层等外层部位作为接地点, 共同与贯通地线连接在一起, 很明显, 信号电缆外皮仅有一点和贯通地线相连。在室内设计的LEF模拟测试方案下, 在关停电线中设置电流大小为50Hz的干扰电流, 通过电流传感器测试电流, 与此同时在信号电缆的另一端测量电缆芯线中的LEF值, 在测试重要保证两端测量数据的同步性, 这样才能更加客观的进行相关数据的分析。

3.2双端接地信号电缆LEF测试的原理及方式

铁路信号电缆双端接地的条件下其感应电动势的测试原理与单端接地方式的测试方式基本相似, 信号电缆上有固定间隔距离的两点接地, 即为双端接地, 信号电缆与贯通地线的距离要根据题录的实际情况确定, LEF同贯通地线的长度、信号电缆的长度为正比例关系, 通过对机理的体现、方案的可行性以及实际测试条件等因素的考虑来确定信号电缆和贯通地线的长度, 以及相关辅助线路和电缆之间的距离。双端接地的信号电缆外皮同样会有传导电流通过, 故而在测试过程中要通过电流传感器的仪器保证数据测得的同步性。在双端接地的信号电缆感应电动势测试过程中, 需要用到的材料和仪器主要有带宽40~lk Hz, 精度±1%的电流传感器, 输出电流为100V的大功率电流源, 滤波器截止频率500 Hz、精度为±0.5%的存储记录仪, 铜质环保型的35mm2的贯通地线, 以及长度为20米的内屏蔽数字信号电缆。应注意的是, 经过对测试条件的分析可知信号电缆的LEF的产生是因为贯通地线和相关辅助线路的叠加, 所以, 贯通地线电流产生的感应电动势的确定要根据测试数据和相关物理推算。

四、总结

综上所述, 铁路信号电缆的接地端统一接综合贯通地线, 受铁路的自耦变压器供电方式和信号电缆统一接综合贯通地线等因素的决定, 电缆的电动式为纵向电动势, 在进行单、双端接地方式的信号电缆感应电动势的测试时采用的方式为LEF测试方案, 在模拟测试时要根据一定的原理和方式获得相关数据以便于实际和理论的对比。

参考文献

[1]刘伟.铁路信号室外信息监测的设计与应用[J].黑龙江科技信息.2010 (32)

[2]赵秀春.浅析电缆故障造成延时的原因及对策[J].铁道通信信号.2005 (11)

遥控爆炸系统的TB信号测试 篇9

1 遥控爆炸系统的概况及控制过程

炸药震源同步控制系统也叫遥控爆炸系统, 是地震勘探的主要辅助设备之一, 随着地震勘探技术和地震仪器的不断发展, 并为了满足勘探市场的需求, 遥控爆炸系统从高压炮盒发展到无线电控制的智能遥控爆炸系统。

遥控爆炸系统由编码器、译码器和电台通讯设备组成, 编码器在仪器车上, 译码器跟随炮点移动, 由于两者不在同一个地点, 所以需要通过无线电台进行通讯以及信号数据的传输和返回。在仪器车上的编码器接收到地震仪器发出的点火命令以后通过无线电台向译码器发送同步码和启动码, 译码器接收、解编、验证启动码后再确认与编码器的同步, 然后产生译码器钟TB, 同时编码器也会向仪器发送钟TB, 采集系统就开始采集地震数据, 与此同时高压作用到雷管而起爆所产生的验证TB和井口信号通过电台返回给编码器进行处理。编码器与译码器其实是相同的, 只是改变参数设置成了编码器或者译码器, 目前常用的编译码器有SHOT PRO、SHOT PRO II和BOOM BOX三种类型。

2 常用的遥控爆炸系统测试方法

2.1 示波器回路法

20世纪60年代, 在勘探事业发展的初期, 是使用的矿用爆炸机引爆电雷管。用雷管线在炸药包外困成死结, 另用一块1.5V电池接到仪器的示波器检流计回路, 当雷管线被炸断时所产生的负脉冲就被当作是爆炸信号。这种方法可能会因为炮线捆扎不紧而炸不断雷管线或者下药等过程中造成了雷管线的破皮短路或者漏电等现象而造成了断点不清或者无信号返回。虽然勘探初期所使用的这种测试方法的废炮率很高, 但是记录的却是真正无误的起爆信号。随着技术的发展, 对于环境和安全的高要求, 这种既麻烦又危险的方法已经不再使用了。

2.2 雷管电阻测试法

由于单次反射法被多次覆盖勘探所代替, 对于爆炸机的要求也越来越高, 进而诞生出了高压爆炸机。高压爆炸机起爆电路上串联了一个变压器, 起爆电流通过变压器时会感应一个信号, 就以此信号代替起爆的真实信号, 但是有一个前提, 就是在300V高压下引爆两发毫秒级电雷管的时差为1ms, 以此为基础的验证TB信号才能代替起爆的真实信号, 否则就是假信号, 所采集的数据也是虚假的。

测试遥控爆炸机时, 首先在高压点火端的两个接线柱上直接接上一个几欧姆或者十几欧姆的电阻, 或者用雷管线在安全距离以外连接一发雷管, 在跟仪器确认爆炸机序列号是正确的以后便可充电等待, 仪器发出点火信号引爆电阻或者雷管, 引爆后通过无线通讯设备回传给仪器, 仪器记录数据进行分析, 验证爆炸机是否合格, 然后连续进行五次, 并且要求五次是连续合格才算是测试成功。这种方法其实是在模拟地震生产, 跟真正的生产原理是一样的, 区别在于只用仪器的辅助道记录了TB信号数据而没有采集生产数据, 而且在野外施工过程中如果出现连续五炮没有TB信号或者出现延迟那这五炮全部是废炮, 不予采用。由于这种方法方便快捷而且雷管和电阻的成本低廉, 所以是现在国内外比较主流的一种测试爆炸机的方法。但是高压爆炸机其实是爆炸机内部电路的电容在完全充电后再放电引爆电雷管, 引爆电雷管或者击穿电阻后爆炸机译码器产生的验证TB返回编码器, 但是无论是电雷管还是电阻都有一定的阻抗, 要击穿就必然会花费一定的时间, 而这段时间无形中就会延长了验证TB和钟TB的时差。经多次反复试验证明, 这个时差是很微小的, 达到了微秒级, 不会影响生产数据的真实性, 否则也不会在国内外广泛的运用, 而且现在所使用的Pelten公司生产的SHOT PRO系列能通过软件调整TB延迟。但是如果设备存在老旧或维修不善等问题也会发生时差超标的现象, 而且经过仪器初级处理后的这个微秒级的时差是看不出来的, 所以一旦出现这个现象还仍然在继续生产的话就会发生生产事故造成巨大的经济损失, 如果没有及时发现而上交的地质数据有误也会对以后油气储藏的判断造成不可估量的影响。现在有一些国外的甲方公司已经不认可这种爆炸机测试方法了。

2.3 电感效应法

在初中我们就学过电感和互感, 而且电流的传播速度在电阻很小的情况下几乎相当于光速, 以这种近乎于光速的互感效应产生的信号能极大的满足目前对于爆炸机同步性的时差范围的测试。检波器内部磁芯就是由磁缸和磁靴组成的, 本身就是一个很强的磁场, 磁缸外部缠绕着漆包线。所以就想到了利用电感产生信号来测试遥控爆炸系统, 如图1所示。

在爆炸机点火端连接一段约50cm长的雷管线并将中间部分在检波器外壳处缠绕。由于点火的瞬时电流最大能达到40A, 如果直接施加到采集单元上会击穿电路板或者保护电路, 这也是不将高压点火柱直接连接到采集单元而是通过互感效应将电流进行衰减后再连接到采集单元的原因。自制的雷管线线圈和检波器磁芯线圈形成了两个同轴的互感线圈, 因为电流大小和线圈缠绕匝数成反比, 检波器磁芯的线圈匝数达到上千, 所以雷管线缠绕15圈到20圈即可, 不能缠绕过多, 否则衰减电流不够小的话会烧坏采集单元, 如图2所示。

爆炸机充电后由仪器发出点火命令, 雷管线圈的两端电压瞬间由400V高压衰减到0, 电流也由强变弱, 产生一个变化的磁场, 必然也会在检波器内部线圈感应出一个由强变弱的电流, 但是电流流向刚好相反, 连接检波器的采集单元则将这次电流变化的规律及强度由两次光电转换后传送给仪器进行分析。仪器记录的高压起跳时间就是爆炸机的点火时间。通过实验对比, 高压信号在验证TB和钟TB之间, 是完全符合技术指标的。需要额外说明一点就是, 由电磁学中的左手定理我们可以知道, 检波器磁芯起跳方向取决于雷管线的绕向和高压点火柱的连接方向即磁感线方向和电流方向, 野外生产中一般都是要求采集道初至是下跳, 所以如果绘制出的数据纸质记录显示是上跳, 排除检波器芯体焊反等问题, 只需将点火柱两端接线调换改变雷管线圈的电流流向即可出现下跳, 如图3所示。

3 结语

爆炸信号是衡量地震采集数据真实与否的一个十分重要的标量, 它能确保原始采集数据的准确无误, 它包含在地震采集的每一炮的资料里面, 所以按要求应当在现场实时进行的, 但是目前为了追求效益一般只是在开工后的前几炮会认真比对, 而且要每一炮都比对确实工作量比较大。不过出现差错的话一天的辛苦工作都会被全盘否决, 因此要引起施工人员相当的重视。本文的测试方法提供一些参考, 随着技术的发展应该会有更方便实用更科学的方法出现。

摘要：只有达到同步采集即激发源激发的时间和仪器开始采集数据的时间达到一致, 才能说明采集的数据是真实有效的, 而要实现同步采集就要靠遥控爆炸系统, 所以遥控爆炸系统对于地震数据的真实性起到了决定性的作用, 而遥控爆炸系统主要是由编译码器和无线通讯设备组成, 文章主要对遥控爆炸系统的几种测试方法进行分析比对, 希望能进一步完善测试方法以达到更好的效果。

关键词：遥控爆炸系统,同步采集,编译码器

参考文献

[1]廖声刚.获得准确验证TB和钟TB时差数据的方法[J].物探装备, 2005, 15 (2) :100-102.

基于FPGA的信号测试系统设计 篇10

硬件电路的软件化是电路设计的发展趋势。采用FPGA/CPLD可编程控制器件, 可利用计算机软件的方式对目标器件进行设计, 而以硬件的形式实现。借助于大规模集成的FPGA/CPLD和高效的设计软件, 用户不仅可通过直接对芯片结构的设计实行多种数字逻辑系统功能, 而且由于管脚定义的灵活性, 减轻了电路图设计和电路板设计的工作量及难度;同时, 这种基于可编程芯片的设计大大减少了芯片的数量, 缩小了系统的体积, 提高了系统的可靠性[1,2]。

层次化的设计方法是软件工程中的重要方法。超高速集成电路硬件描述语言 (Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language, VHDL) 采用自顶向下 (top-down) 的层次化设计方法, 按照数字系统的功能描述, 把系统分为若干个功能模块, 再把每个模块划分为不同层次, 从高层次到低层次逐步细化, 直到可以直接用库中的元件来实现为止。自顶向下的设计方法克服了大规模电子系统高复杂度带来的问题, 各子系统可同时设计, 加快了设计速度, 且系统的可移植性好, 增加了一次性设计成功的可能性[3,4]。

本文采用Quartus Ⅱ软件作为开发环境, 以VHDL语言作为编程语言, 设计兼有幅值测量和频率计功能的信号测试系统, 该系统经LED显示测试结果。

1 总体设计方案

本信号测试系统采用模块化设计方案, 将整个系统分解为几个相对独立的功能模块, 分别进行设计, 最后进行整合, 形成统一的具有一定功能的系统。

基于FPGA的信号测试系统实现的功能:对输入周期信号进行幅值和频率测量, 并将测试结果通过LED数码管显示。

本设计采用的主控制器FPGA芯片为EP1C12Q240C8N, 显示部分采用串行接口8位LED数码管智能显示芯片HD7279A。

该信号测试系统结构框图如图1所示。虚线框内各模块的功能由FPGA芯片实现, FPGA芯片相应管脚与外围设备相连, 实现信息的处理与交互。测试与控制模块为系统的主控制模块, 是系统的核心, 完成对数据流的控制与处理任务;分频器子模块对系统时钟信号进行分频, 得到所需时钟脉冲送给相应功能模块;频率计子模块实现对输入脉冲 (待测信号经比较器处理得到) 的频率测量, 并将测量结果送给测试与控制主模块, 以备分析处理;HD7279控制器子模块实现FPGA与数码管显示与键盘控制的交互, FPGA的数据分析测试结果通过该模块送LED显示, 键盘的控制信息也可通过该模块传递给测试与控制主模块。

2 系统设计与实现

基于FPGA的信号测试系统的主要功能性模块有:测试与控制主模块、分频器、频率计、HD7279控制器。系统设计与实现主要为各功能性模块的设计。

2.1 测试与控制模块设计与实现

测试与控制主模块电路符号如图2所示。其中, CLK, RSTN分别为该模块的时钟和复位信号。该模块的主要功能性设计包括:读取HD7279输入键值, 对ADC0809进行时序控制, 数据分析与处理。

本设计中频率值保留4位有效数字, 故测试与控制主模块与频率计的数据接口为count0～3, 考虑到HD7279的译码方式, 测试与控制主模块将频率计的计数值进行一定处理, 送到数据线DBUS。

测试与控制主模块与HD7279控制器接口信号包括:WRN (对HD7279控制器的写信号) , RDN (外对HD7279控制器的读信号) , ABUS (地址信号) , DBUS (数据信号) , RDKYEN (数据读取有效键值标志) , DKEY (键值信号) 。通过这些接口信号, 实现数据的传递, 即读取HD7279输入键值, 以及将测试数据写入HD7279控制器, 进而由数码管显示。

测试与控制主模块集成了ADC0809接口。ADC0809转换后的数据经ADD管脚送入主模块;A/D转换完毕产生中断, ADC0809中断信号输出端口与ADINT管脚相连;ADCS为主模块对ADC0809的片选信号;ADRD为主模块对ADC0809的读控制信号, 与ADC0809的读信号输入端口相连;ADWR为主模块对ADC0809的写控制信号, 与ADC0809的写信号输入端口相连。

对ADC0809的时序控制部分是该模块设计的难点。根据ADC0809的标准时序进行设计。ADC0809控制器时序仿真图如图3所示。

图3中, 对0～7状态的说明如下:

0状态:空闲状态, 下一个状态进入1状态。

1状态:选择A/D转换通道, 下一个状态进入2状态。由于ADC0809有8个A/D转换通道, 所以在这一周期进行通道选择。

2状态:用ADWR信号提供一个A/D转换起动脉冲, 使A/D开始转换, 下一个状态进入3状态。

3状态:从数据手册可以看出, 由从A/D起动脉冲到A/D开始转换需要有一定的响应时间, 在这段时间内, ADINT信号 (对应数据手册上为EOC信号) 仍为高电平, 由于A/D转换还没开始, 这时候如果读取A/D值的话, 为上一次的A/D转换值。当检测到ADINT信号变为低电平后, 下一个状态进入4状态。

4状态:A/D转换时间。A/D从得到采样值到转换完成是需要一定时间的, 当A/D转换完成后, ADINT将变为低电平。下一个状态进入5状态。

5状态:由于检测到A/D转换已经完成, 即可以通过数据总线读取A/D转换值。

6状态:在6状态到来的时钟下降沿, 锁存读取A/D转换值, 并持续数据保持状态。下一个状态进入状态7。

7状态:一次A/D转换及读取A/D转换值完成, 下一个状态将进入0状态, 开始一次新的状态循环[5]。

2.2 分频器设计与实现

该信号测试系统需要三种不同频率的时钟, 为了增加程序的可读性和可移植性, 设计带有形式参数的分频器模块, 从而通过调用该模块得到所需时钟脉冲[6,7]。

分频器模块电路符号如图4所示[8]。模块名为div, 输入端有两个, 分别为clk, clr。其中, clk为系统时钟, 作为分频的标准时钟;clr为清零端, 高电平有效;q为输出端, 输出所需时钟。设该模块的形式参数为divnx2, 通过设置该参数, 得到不同频率的时钟。系统时钟为50 MHz, 对应EP1C12Q240C8N芯片的153管脚。

在应用分频器模块时, 只需设置参数divnx2, 即可得到分频后的频率:系统时钟/ (2*divnx2) 。分频器模块对应的程序如下:

本系统中设置参数divnx2分别为4, 50, 200, 得到6.25 MHz, 500 kHz, 125 kHz的时钟, 依次用于测试与控制主模块时钟、ADC0809时钟、HD7279时序的状态机时钟。

2.3 频率计设计与实现

为了测试信号的频率, 首先需要将信号接入比较器, 以得到周期性脉冲信号。本设计采用TLC339CN比较器, 待测周期信号由比较器输入, 输出脉冲信号与FPGA频率计模块输入管脚相连, 对其信号频率进行测试。

本系统待设计的频率计为4位十进制数字频率计, 需由三种器件组成, 即:测频控制信号发生器、有时钟使能的十进制计数器、16位锁存器[1,9]。

频率测量的基本原理是计算每秒钟内待测信号的脉冲个数[1]。频率计电路符号如图5所示。其中, rstn为系统复位信号, 由EP1C12Q240C8N芯片的131管脚提供;clk为系统时钟50 MHz, 由153管脚提供;signalin为待测信号输入端。

用VHDL语言设计频率计所需的三种器件。频率计中锁存器的输出值OUT0～3和测试与控制主模块数据接口count0～3对应连接, 送入该模块进行数据处理。

2.4 HD7279控制器设计与实现

FPGA控制HD7279的功能由HD7279控制器模块完成[10]。HD7279控制器功能模块电路符号如图6所示。

HD7279控制器程序由VHDL语言设计。

HD7279控制模块和测试与控制模块的信号控制过程为:当有键按下时, 产生HD7279的键盘信号KEY7279, 有效键值使能信号KEYEN被触发, 同时该使能信号赋给测试与控制模块的数据读取有效键值标志RDKEYEN, 从而将有效键值OUT7279传递给测试与控制模块的DKEY。

HD7279控制器还包括对测试数据的显示。根据HD7279数码显示部分的译码方式, 设计从数据到显示码的解码模块。经解码模块译码后的HD7279数据信号赋给DAT7279, 并通过地址信号ADDR控制由哪个数码管进行显示。实现当外部写信号WRN有效时, 实现对测试数据进行显示的功能。其中, DBUS (数据信号) 由主模块的DBUS (数据信号) 传递到HD7279控制器。

3 实验结果

基于FPGA的信号测试系统采用Cyclone芯片EP1C12Q240C8N。程序下载适配后, 只需在信号输入端接入待测信号, 即可测量信号的幅值和频率。测量结果由HD7279的LED八段数码管进行显示, 前3个LED显示信号幅值, 单位为伏特;后4个LED显示信号频率, 单位为Hz或kHz, 最后一个数码管小数点是否点亮来控制测量范围。

经测试, 该信号测试系统测量结果可靠, 性能稳定。

4 结 语

基于FPGA的信号测试系统利用Quartus Ⅱ软件工作平台进行编译和综合仿真后, 下载到FPGA芯片EP1C12Q240C8N中, 并搭建硬件电路进行硬件验证与实现。

基于FPGA的信号测试系统硬件电路简捷, 体积小, 功耗低, 性能稳定, 并且易于修改, 具有较高的整体性能和可靠性[6]。该系统作为独立的仪表或是其他仪器仪表的辅助部分, 升级和维护方便, 可进行广泛应用与拓展。

摘要：详细阐述用于测试周期信号的基于FPGA的信号测试系统的构成及设计方案。运用FPGA开发软件QuartusⅡ设计兼有幅值测量和频率计功能的信号测试系统。采用模块化设计方案, 将信号测试系统分解为测试与控制、分频器、频率计、7279控制器四个主要功能性模块, 应用VHDL语言实现模块功能性设计, 并将测试结果经LED显示。该系统采用Cyclone芯片EP1C12Q240C8N, 设计灵活, 操作简单, 性能可靠。

关键词：FPGA,分频器,频率计,控制器

参考文献

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[3]郑亚民, 董晓舟.可编程逻辑开发软件QuartusⅡ[M].北京:国防工业出版社, 2006.

[4]方芳.VHDL及其在数字频率计中的应用[J].科技与经济, 2006 (12) :84-86.

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[6]周润景, 图雅, 张丽敏.基于QuartusⅡ的FPGA/CPLD数字系统设计实例[M].北京:电子工业出版社, 2007.

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