教学课程资源库 更多>>

关键词： 电子稳像   特征点匹配   实时性   ZYNQ  

摘要： 电子稳像技术实现了对抖动视频的去抖,在军用和民用领域应用广泛,为成像、瞄准和定位系统提供了更准确稳定的图像。电子稳像算法主要运用于图像存在平移、旋转和尺度缩放变化的场景,在具有旋转抖动的复杂场景中大多以软件方式实现,其具有算法复杂、耗时长和对处理器速度要求高的特点。特别是车载电子稳像系统,在要求去除平移和旋转抖动的基础上,同时对器件小型化和算法实时性具有较高的需求。系统级芯片软硬协同的工作方式能够弥补单一软件实现算法的不足,以提高系统性能和实时性。因此,构建基于系统级芯片的电子稳像系统具有重要的工程应用价值。 本文针对传统电子稳像系统在平移和旋转模型下实时性低、算法复杂度高的不足,设计了“FPGA+ARM”架构的车载电子稳像系统方案,引入自适应阈值和灰度相似性描述子,构建了基于特征点匹配的ZYNQ实时电子稳像平台,实现了去除视频序列中平移和旋转抖动的核心功能。本文的主要研究工作如下: (1)规划车载电子稳像系统总体方案并设计子单元的功能任务和原理图。综合分析了车载场景电子稳像系统的功能和指标,对系统总体方案进行布局,工作流程进行定义。设计图像采集单元和稳像单元的接口类型和功能任务,并进行了核心器件的选型。对采集和稳像单元的电路原理图和PCB进行设计,确保最终搭建的硬件平台能够为电子稳像系统的设计与实现提供可靠性硬件基础。 (2)设计了基于特征点匹配的电子稳像算法方案。以特征点匹配算法为运动估计的基础,针对传统固定阈值运算耗时较长且只能适用于单一场景的问题,引入自适应阈值,使视频序列中特征点数量分布平滑提高了算法的实时性。在原本描述子的基础上增加灰度相似性比较信息,降低了特征点对的误匹配率并提高了描述子的抗干扰能力。 (3)完成各功能模块的逻辑设计与系统测试。根据ZYNQ软硬协同的特点划分电子稳像系统的算法逻辑。在可编程逻辑端实现了数据采集、卡尔曼滤波和图像平移,基于流水线和滑块实现了特征点检测并设计了阈值更新的简化流程;在处理系统端实现了特征点匹配和图像旋转;通过可变分辨率实现了综合显示功能。经过稳像测试,在具有平移和旋转抖动的场景中实现了小型化、低功耗和高实时性的电子稳像系统,并展现了较高鲁棒性,有望运用于车载平台并达到良好的稳像效果。 通过对静止和运动状态下的抖动视频序列进行稳像实验,本文研究设计的基于特征点检测的电子稳像系统基本实现,能够在具有平移和旋转抖动的场景下实现对720P@30Hz视频的防抖,且具有高集成度、高稳定性、低功耗和高实时性等优点,有望运用于车载平台,具有较好的运用和参考价值。

关键词： 高能物理   TGC探测器   读出电子学系统   架构设计  

摘要： 在高能物理中，探测器的性能测试与标定是一项重要研究内容。探测器测量与标定系统可以对被测探测器的各项性能指标进行测试及标定，发现其质量问题，确定故障位置。本论文所设计的读出电子学系统应用于天府宇宙线研究中心的测量与标定系统内的一款多丝正比探测器TGC。该探测器可以实现对入射粒子的位置分辨。　　TGC探测器属于高密度探测器，拥有良好的位置分辨能力。本课题采用了基于ASIC芯片和FPGA芯片的信号处理模块以及基于单FPGA芯片的数据汇总模块完成探测器的读出任务。在信号处理模块中由一款高精度，低功耗的专用集成电路芯片ASD对探测器输出的双极性信号进行放大，成形，过阈处理，并由FPGA进行数据采样，触发判选;数据汇总模块负责接收汇总处理模块的输出，完成汇总，打包，并发送至后端的DAQ软件。　　在数据收发方面系统使用AURORA协议连接信号处理模块与数据汇总模块，借助TCP/IP协议构建数据汇总模块与PC端DAQ软件之间的通信链路。除此之外，系统还具备完整的触发检查功能，可以实现不同信号处理模块之间的数据对齐。　　在整个TGC读出电子学系统架构完成之后，本论文开展了实验室级测试与探测器联合调试测试。这两项测试的结果证明了TGC读出电子学系统可以实现双极性信号处理并将其读出为代表通道是否有输出的0/1信号，能够对电荷量为15fC到500fC范围的探测器输入信号进行正确读出，且探测效率好于95％，噪声性能良好，运行稳定，能够满足项目的需求，基本达成设计指标要求。

关键词： 电源系统   特征参数   可靠性   寿命预测  

摘要： 为掌握某型战机电源模块中MOSFET器件对机载产品运行可靠性的影响程度,针对目前军机维修中该类型器件失效导致的故障率居高不下的现实问题,本文搭建了MOSFET器件特征参数采集平台,并针对两款军用器件开展可靠性试验,并实时采集特征参数的过程数据,最后在此基础上提取导通电阻Rds (on)作为寿命预测数据,建立可靠的寿命预测ARIMA模型,实现对性能退化的MOSFET器件的准确定位,并及时维护或更换,保证机载产品能够在预测的寿命范围内完成预期功能,切实保障飞机电源系统的可靠性与安全性。

关键词： 能馈型电子负载   模拟负载   并网逆变器   能量回馈   控制策略  

摘要： 伴随着新能源技术的不断发展,电源种类的设备也在推陈出新,人们对电源类型的需求也在扩大。电源故障会导致居民生活不便,甚者会有生命安全。所以,电源设备在出厂前需经过空载或满载测试。早期一般采用静态电阻对电源进行测试。该方式缺点多例如:负载类型存在限制、不能改变阻值、电阻会消耗电能并会发出热量,该方案较为原始且落后。目前,电源类型不断更新,已不能满足其测试要求。电子负载因此应运而生。本课题选用的是能馈型电子负载,主要目的是测试36V日常直流电源,电流纹波小于3%。被测直流电源具备电流大、电压低等特点。为完成能量回馈至电网目标,先将被测电源进行升压至400V,能馈型直流电子负载需对其进行升压最后再逆变。其具有三级拓扑结构,本课题会对其拓扑结构进行详细叙述,首先揭示其工作原理;主要对升压环节、逆变环节,能量回馈等环节进行介绍,最后实现并网电流单位功率因数并网。1、分析电子负载原理,在电源型和电流源型中进行选择,对系统总体方案进行设计,给出关键技术和质量要求。2、分析DC/DC变换器结构和设计过程,DC/DC升压电路由两级电路组成,分别是Boost电路加移相全桥电路。升压电路采用PI策略,主要目的使被测电源输出电流可以快速跟随指令电流,然后对PI参数进行设定,实现升压电路模拟各种负载工作模式的功能。3、从能馈型电子负载的逆变环节出发,分析三相并网逆变器工作原理,选定电流作为控制变量。设定完整的并网控制策略,采用控制变量法对参数进行设定,完成入网电流的单位功率因数并网的目标。4、在Matlab/Simulink中搭建仿真对上述策略进行检验;在dSPACE平台进行实验;对数据进行分析,对电流波形进行记录验证;最后可得以上控制目标已经实现。文中图(80)个,表(5)个,参考文献(53)篇。

关键词： 读出电子学   硅探测器   闪烁体   SiPM   ASIC   ZYNQ  

摘要： 伽玛射线暴是宇宙学尺度上,恒星级天体爆发过程中产生的某一方向伽玛射线强度瞬时增强又迅速减弱的现象,揭示着宇宙学距离起源,伽马射线暴探测是当前天文学研究最活跃的方向之一。伽马射线探测的核心需求有两个,一个是在保证较大视场的前提下,提高位置分辨能力,另一个是提升能量分辨能力。这些探测需求的提升都使得伽马射线探测技术逐渐向着大规模,高集成度的方向演化,这对与之匹配的读出电子学技术也提出了新的需求。本文设计了基于闪烁晶体和硅漂移探测器的双模式读出电子学系统,整套电子学系统由两个分系统构成,一个是与大面积闪烁晶体探测器阵列匹配的位置读出电子学系统,另一个是与硅漂移探测器匹配的能量读出电子学系统。两者同步监测,可以兼顾伽马暴射线观测的有效面积,角分辨率和能量分辨率等指标。论文主要研究内容及工作如下:1、位置读出电子学设计与实现:针对由闪烁晶体阵列和硅光电倍增管（Silicon photomultiplier,Si PM）构成的大面积双平面高分辨率位置探测器,设计优化了读出电子学系统。根据硅光电倍增管输出特性设计了前置放大器;为确保探测信息的准确性及对触发信号进行筛选的需求设计了阈值电路,根据数字化需求,设计模数转换电路;选用ZYNQ作为单平面读出控制处理中心,同时检测本平面各通道单元状态,将真实触发事件以自定义帧格式数据包的形式通过高速以太网接口实现数据上报;根据硅光电倍增管特性设计了自动温度电压调整模块,实时根据环境温度对硅光电倍增管偏压进行微调以确保其增益稳定。并为解决双平面时钟同步问题设计了时钟同步控制电路,为两层探测平面提供同步时钟,根据上位机指令同时对两层探测平面实现同步启停控制。位置读出系统研制完成后进行了充分的实验测试,测试结果表明位置探测分辨率为2cm2,探测面积为1m2,触发分辨率3.2n C,偏压调整最小值为10m V,读出通道数量为400通道。提升了射线位置分辨能力。2、能量读出电子学设计与实现:针对硅漂移探测器体积小,读出通道多的特点,使用先进的专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit,ASIC）芯片代替传统分立元件,设计并制作了以ASIC+ZYNQ为核心的读出电子学系统,包括硬件电路实现和ASIC驱动逻辑设计。实现了32通道能量信号精准采集,并将采集的数据通过高速以太网接口实现数据上传。能量读出系统研制完成后进行了充分的实验测试,测试结果表明读出系统可实现对0到50f C的探测器信号进行读出,能量分辨率为0.1f C,各通道噪声基线为50m V,积分非线性优于4%,通道一致性良好。系统具有优良的能量探测能力。

关键词： 晶圆缺陷检测   电子光学   多电子束检测   微透镜阵列  

摘要： 随着半导体技术的发展,集成电路的制造工艺和技术水平不断提高,晶圆制造加工过程中引入的缺陷对芯片造成的影响也越来越严重,因此晶圆缺陷检测在整个半导体工艺流程中至关重要。按检测设备的发射源来分,缺陷检测可以分为光学检测和电子束检测。虽然电子束检测相比光学检测方法具有分辨率高、景深大、检测灵敏度高等优点,但由于常规电子束检测设备采用的是单电子束结构,其具有检测速度缓慢、吞吐量低下的问题,因此目前电子束检测难以用于大批量的集成电路芯片的缺陷检测工作中。为了提升电子束检测效率,可以实现高通量并行电子束检测的多电子束系统被提出,并受到越来越多的关注。在四种主流的多电子束系统的设计结构中,多电子源结构很难获得性能一致的大量电子源,而单源单光柱结构虽然制造工艺相对简单但像差严重。因此解决了上述问题的单源多光柱结构成为了较为理想的多电子束系统实现方向。本文以单源多光柱结构为基础,设计了一种用于高通量电子束检测的微透镜阵列系统。本系统是多电子束检测设备的核心结构,可利用系统内设计的子束成型板将电子源产生的单一高能电子束分成大量并行电子束。在所设计的静电透镜和扫描偏转电极等结构的作用下,这些电子束最终在成像平面上成为并行的纳米级电子束扫描探针。本文使用COMSOL Multiphysics仿真软件对系统的各个模块和整体结构进行建模和仿真分析,在电子光学结构和参数设计过程中还使用了SIMION仿真软件进行了交叉验证。论文主要研究内容与研究结果如下:1.微透镜阵列的系统设计。基于扫描电镜、常规电子束检测设备和单源多光柱多电子束系统的结构和参数,本文设计了微透镜阵列系统的整体结构,对系统输入和输出提出了设计约束性指标。系统具体包括两层子束成型板、聚焦透镜、限束板、扫描电极和投影透镜。经过准直的高能电子束会在子束成型板的作用下分束、成型,经过分束的电子束在静电透镜和扫描电极的作用后,可在像平面实现纳米级扫描探针。理想情况下,系统可实现多达1万个微光柱和49万个电子束扫描探针。2.微透镜阵列系统的具体模块设计与仿真。针对微透镜阵列系统的整体结构,本文对其中聚焦透镜和投影透镜组成的双透镜系统、子束成型板、以及扫描电极分别进行了具体的结构和参数设计。设计过程中考虑到了制造工艺和模块散热的情况。最终以整体系统中单个微光柱为例,对微透镜阵列进行了联合仿真分析。系统可实现133倍的缩束倍率、成像束斑大小在18.4nm左右、系统景深在4μm左右、像点扫描范围在±2.34μm左右,以上输出参数实现了系统的设计约束指标。又在条件允许范围内对多个微光柱进行仿真,结果也满足设计约束指标。3.系统误差分析。本文以单光柱联合仿真模型为基础,参照系统结构和实际工艺流程,对微透镜阵列系统使用和制造过程中可能出现的电子束入射误差和系统结构误差进行了仿真与分析,具体包括电子倾角、散角、加工形位误差和装配误差。本文对以上误差进行参数化扫描,得到了系统可忍受的最大误差参数,为后续的设备制造和装配提供理论参考。

关键词： 课程思政   隐性融合   四有”青年  

摘要： 电子线路系统设计课程思政建设主要通过充分挖掘电子线路系统设计课程知识点中的德育资源，以隐性融合的方式，使学生在理解和掌握电子线路设计专业知识的同时，培养正确的价值观，并能正确理解和应用唯物辩证法知识，深刻理解习近平新时代中国特色社会主义思想的基本内涵，作新时代有理想、有道德、有文化、有纪律的“四有”青年。

关键词： 测评系统   电工电子   实验教学  

摘要： 针对电工电子实验教学中存在简单重复测量、数据记录量大、实验报告生成效率及透明度低等问题，设计了一种具有网络通信与引导式操作功能的测评系统。电工设备层采用基于Modbus协议的智能数字仪表，使学生完成实验数据的实时读取与记录。学生与教师的终端通过测评系统软件，实现具有限时性的过程化实验项目测评功能，最后利用网络服务器完成实验报告的远程存储与查询。测评系统软件采用模块化架构，对实验项目操作流程与过程化考评机制进行了优化，在多项实验项目的教学应用中展现出良好的人机交互性能，提高了实验效率与质量。