IR分析范文

IR分析范文（精选7篇）

IR分析 第1篇

脉冲无线电超宽带系统 (impulse radio-ultra wideband, IR-UWB) 由于低频谱密度、低功耗、低成本、抗干扰、高数据速率的特点受到广泛的关注[1]。2002年, 美国联邦通信委员会 (Federal Communications Commission , FCC) 制定并开放了免费使用的UWB频段, 为UWB技术民用化扫清了障碍。目前, IR-UWB技术广泛应用于无线个域网、无线传感网、精确定位、超宽带雷达等方面。

目前, 已经设计出各种接收机结构以应对便携式UWB设备严格的成本和功耗要求[2]。同模拟接收机相比, 数字接收机可以提供更灵活的信号处理能力。然而, 在实际系统应用中, 超宽带信号的数字接收机往往受限于模数转换器的精度和功耗要求。针对上述问题, Hoyos 等人提出多种单比特数字接收机 (单比特模数转换器替代多位宽模数转换器) , 并找到一种通过过采样使接收性能可以达到与全精度采样 (无量化误差的理想采样) 相媲美的接收机方式[3]。Yin等人得到一种最大似然准则下最优的单比特数字接收机, 并给出一种在实际中现实可行的次最优接收机[4]。单比特数字接收机在系统性能、功耗以及复杂度等方面取得了良好折中。

IR-UWB系统采用次纳秒脉冲信号进行数据传输, 具有极高的吞吐率[5]。研究表明, IR-UWB系统对采样时的定时抖动极其敏感, 即使当定时误差在次纳秒级时, 也能引起系统性能的严重下降。文献[7,8,9]分析了模拟接收机下定时抖动对系统性能的影响, 文献[10]研究了全精度采样时的理想数字接收机的定时抖动问题。区别于全精度取样接收机, 单比特数字接收机在通过单比特模数转换器后, 取样信号严重失真, 定时抖动将对系统性能产生更为复杂的影响, 目前尚未有深入的分析研究。

本文研究了基于单比特采样接收的IR-UWB系统中采样抖动对性能的影响。论文给出了采样抖动的简化分析模型, 推导了AWGN信道下全精度采样系统和单比特采样系统的误码率理论解。论文通过仿真实验验证了理论分析的正确性, 并分析比较了全精度采样系统、单比特采样系统在AWGN信道与多径衰落信道下的抗采样抖动性能及其原因。

2 系统分析模型

2.1 接收机结构

基于单比特采样UWB系统的接收机结构见图 1。考虑单用户系统, 采用脉冲相位调制的发送信号为

$s(t)={\displaystyle \sum _{k=-\infty }^{+\infty }d}{}_{k}w{}_{tr}(t-k{\rm T}{}_f)(1)$

式中Tf表示脉冲符号周期, dk∈{+1, -1}表示发送的第k个比特符号, wtr (t) 表示发送的单脉冲波形。

在UWB室内准静态环境中, 信道在脉冲持续时间内可认为是线性时不变的。模数转换器的输入信号为

$r(t)={\displaystyle \sum _{k=-\infty }^{+\infty }d}{}_{k}w{}_{ref}(t-k{\rm T}{}_f)+n{}^{´}(t)(2)$

式中wref (t) =wtr (t) *hchannel (t) *hBPF (t) , 其中*表示卷积运算, hchannel (t) 和hBPF (t) 分别表示信道冲激响应和带通滤波器冲激响应;n′ (t) =n (t) *hBPF (t) , n (t) 表示系统热噪声, 一般认为是单边功率谱密度为N0/2的高斯白噪声。

以奈奎斯特速率对信号进行采样, 若不考虑由模数转换器精度引起的量化失真, 采样过程可看成全精度的信号变换, 输出信号为

$r(k{\rm T}{}_f+i{\rm T})=d{}_{k}w{}_{ref}(i{\rm T})+n{}^{´}(k{\rm T}{}_f+i{\rm T})(3)$

在基于单比特采样UWB系统中, 输入信号通过单比特模数转换, 输出信号特性为

$q{}_{k,i}=\{\begin{array}{l}1,r(k{\rm T}{}_f+i{\rm T})＞0\\ -1,r(k{\rm T}{}_f+i{\rm T})0\end{array}(4)$

其中i=1, , N;qk, i表示第k个符号的第i个采样点的单比特采样结果, 采样瞬间的输入信号极性为正则输出信号为1, 否则为-1。每个符号周期采N个点。第k个符号的采样结果可表示为量化矢量qk=[qk, 1, qk, 2, , qk, N]。

根据采样结果进行解调判决, 匹配滤波接收方式下的判决变量为

$\widehat{d}{}_k^{(mf)}=\mathrm{sgn}\left({\displaystyle \sum _{i=1}^{{\rm N}}q}{}_{k,i}w{}_i\right)=\mathrm{sgn}(\lambda {}_k)(5)$

其中wi=wref (iT) 。尽管文献中已经证明匹配接收机不是最优的单比特接收机, 但在我们所关心的信噪比范围内 (10dB以下) 匹配接收机的性能与最优接收机的性能差距很小[5]。采用匹配接收方式可以更方便地将单比特接收机与全精度接收机做比较。

2.2 采样抖动模型

在对输入信号的采样过程中, 采样时钟的抖动会引起接收性能下降。采样抖动Δj通常被建模成均值为零、方差为σ${}_j^2$的高斯宽平稳随机过程。受采样抖动影响的第i个采样点的采样信号表示成w${}_{ref}^{(j)}$ (iT) =wref (iT+Δji) , 它可以写成[10]

$w{}_{ref}(i{\rm T}+\Delta {}_{ji})\approx \sqrt{1-\frac{E{}_j}{E{}_w}}w{}_{ref}(i{\rm T})+\Delta {}_{ji}w{}_{ref}^{´}(i{\rm T})(6)$

其中w′ref (iT) 表示对wref (iT) 一阶微分。$E{}_w={\displaystyle \sum _{i=1}^{{\rm N}}w}{}_{ref}^2(i{\rm T})‚E{}_j={\displaystyle \sum _{i=1}^{{\rm N}}\sigma }{}_j^2(w{}_{ref}^{´}(i{\rm T})){}^2$分别表示信号能量和由信号转化成抖动的噪声能量。公式第一项表示接收到的有用信号, 第二项表示一阶泰勒近似的抖动噪声分量。考虑到抖动方差较小时, 有Ej/Ew≪1, 式 (6) 简化为

$w{}_{ref}(i{\rm T}+\Delta {}_{ji})\approx w{}_{ref}(i{\rm T})+\Delta {}_{ji}w{}_{ref}^{´}(i{\rm T})(7)$

式中的第二项为抖动分量, 和热噪声是高斯独立的, 因此我们可以将其合并得

$n{}^{(j)}(i{\rm T})=\Delta {}_{ji}w{}_{ref}^{´}(i{\rm T})+n{}^{´}(k{\rm T}{}_f+i{\rm T}+\Delta {}_{ji})(8)$

这个新变量同样满足高斯分布, 方差为

$\sigma {}_{jn}^2(i{\rm T})=\sigma {}_j^2(w{}_{ref}^{´}(i{\rm T})){}^2+\sigma {}_n^2(9)$

所以, 接收信号可以表示为

r (j) (kTf+iT) =r (kTf+iT+Δji)

=dkwref (iT) +n (j) (iT) (10)

在全精度采样下的匹配接收机的误码率为[11]

$BER=Q\left(\sqrt{\frac{E{}_w^2}{\sigma {}_j^{2}E{}_{w{}^{´}w}+\sigma {}_n^{2}E{}_w}}\right)(11)$

其中$E{}_{w{}^{´}w}={\displaystyle \sum _{i=1}^{{\rm N}}(}w{}_{ref}^{´}(i{\rm T})w{}_{ref}(i{\rm T})){}^2$。

2.3 采样抖动下的单比特接收机性能

在单比特数字接收机中, 单比特采样结果服从以下概率分布

$p(q{}_{k,i}^{(j)}|d{}_k)=\{\begin{array}{l}1-\epsilon {}_i^{(j)},q{}_{k,i}^{(j)}=d{}_k\\ \epsilon {}_i^{(j)},q{}_{k,i}^{(j)}\ne d{}_k\end{array}(12)$

其中i=1, , N;ε${}_i^{(j)}$是第i个采样点在热噪声和采样抖动噪声影响下单比特采样结果与发送符号不同时的概率 , 满足

$\epsilon {}_i^{(j)}=Q\left(\sqrt{\frac{w{}_{ref}^2(i{\rm T})}{\sigma {}_j^2(w{}_{ref}^{´}(i{\rm T})){}^2+\sigma {}_n^2}}\right)(13)$

利用矩生成函数可以计算任意线性合并接收机的误码性能[6]。

线性合并准则可表示为

$\widehat{d}{}_k^{(mf,j)}=\mathrm{sgn}(\lambda {}_k^{(j)}),\lambda {}_k^{(j)}={\displaystyle \sum _{i=1}^{{\rm N}}q}{}_{k,i}^{(j)}w{}_i(14)$

矩生成函数Mλ (j) k (s) =E[e-sλ (j) k]为

$\begin{array}{l}{\rm M}{}_{\lambda {}_k^{(j)}}(s)={\displaystyle \prod _{i=0}^{{\rm N}-1}(}\epsilon {}_i^{(j)}\exp (sw{}_i)+\\ (1-\epsilon {}_i^{(j)})\exp (-sw{}_i))(15)\end{array}$

发送符号满足均匀分布, 线性合并接收机的误码率为

$\begin{array}{l}BER={\rm P}(\lambda {}_k＜0|d{}_k=1)\\ =\frac{1}{2\pi j}{\displaystyle {\int }_{c-j\infty }^{c+j\infty }\frac{1}{s}}{\rm M}{}_{\lambda {}_k^{(j)}}(s)\text{d}s(16)\end{array}$

3 仿真结果和性能分析

本节通过仿真实验分别给出加性高斯白噪声信道和多径信道下采样抖动对单比特系统和全精度系统性能的影响。验证了理论分析的正确性。同时, 比较了单比特系统和全精度系统抗采样抖动能力的差异, 并分析原因。

3.1 仿真参数

仿真实验中, 系统发送信号采用高斯二阶微分波形, 为

$w{}_{tr}(t)=\left(1-4\pi \left(\frac{t}{\tau }\right){}^2\right)\exp \left(-2\pi \left(\frac{t}{\tau }\right){}^2\right)(17)$

其中τ表示脉冲形成因子。

多径信道模型为CM1, 包括100路信道实现。奈奎斯特采样T=0.125 ns, 脉冲形成因子τ=0.568 ns。

3.2 加性高斯白噪声信道

图 2 给出了加性高斯白噪声信道下采样抖动不同时, 单比特采样的IR-UWB系统接收信噪比与误码率之间的关系。图中带圆圈的是仿真实验解。采样抖动均方根从0到30ps。从图中可以看出, 在大多数情况下, 仿真实验解和理论分析解非常接近;当采样抖动均方根大于20ps时, 由模型推导出的理论解的准确度下降。 由此可见, 由式 (7) 给出的采样抖动一阶泰勒近似信号模型在小抖动范围内是合理有效的, 它可以在我们所关心的抖动范围内准确给出单比特取样系统的采样抖动噪声容限。

图 3给出了加性高斯白噪声信道下采样抖动不同时, 全精度采样的IR-UWB系统接收信噪比与误码率之间的关系。与单比特系统一样, 在我们感兴趣的采样抖动范围内, 仿真实验解和理论分析解非常接近。图 4比较了在误码率为10-3时不同大小采样抖动下单比特系统和全精度系统分别需要的信噪比。可以看到单比特系统相对于全精度系统需要更大的信噪比, 这是因为单比特采样丢失了大量的信号幅度信息, 采样后信噪比下降。当无采样抖动时, 这种性能损失为2.1dB, 当采样抖动均方根30ps时, 这种性能损失为2.6dB。可见, 在加性高斯白噪声信道下单比特系统的抗采样抖动能力要弱于全精度采样系统。由于发送的是高斯窄脉冲, 信号持续时间内, 瞬间信号幅度是很大的, 微小的采样抖动就能引起较大的信号幅度失真, 导致采样点的信号极性变化, 而单比特采样只能根据信号极性做简单的二值判断, 原本的信号幅度失真在单比特采样下变成了二值误判。瞬间幅度大的点在线性合并时的权重大, 该点若在噪声影响下采样输出极性发生变化将直接影响整个比特符号的解调判决结果。采样抖动对系统性能的影响通过单比特采样接收被放大了。

3.3 多径信道

图 5 给出了多径衰落信道下采样抖动对单比特系统和全精度系统的性能影响。可以看出, 不同于加性高斯白噪声信道, 单比特系统和全精度系统的抗采样抖动能力基本一致。在多径衰落信道下, 原来非常集中的信号能量被分散到整个符号周期, 在线性合并中各个小幅度采样点的权重都较小, 这些点各自受单比特采样影响引起的信号失真对整个比特符号的判决结果的影响并不是那么明显。

4 结论

本文给出了IR-UWB系统采样抖动的简化分析模型, 推导出加性高斯白噪声信道下脉冲相位调制时全精度采样系统和单比特采样系统的误码率表达式。不难发现, 该模型同样适用于其他调制方式。仿真表明, 在实际系统感兴趣的采样抖动范围内 (采样周期125ps, 采样抖动均方根不大于20ps) , 仿真结果与理论分析得到的数学表

达式相符。在加性高斯白噪声信道下, 单比特系统需要付出比全精度系统更大的能量以抵消采样抖动对系统性能的恶化。而在多径衰落信道下, 单比特采样系统的抗采样抖动能力与全精度采样系统基本一致。本文将采样抖动建模成高斯宽平稳过程, 进一步的工作将对非高斯白噪声的采样抖动展开研究。

摘要：研究了基于单比特采样接收的IR-UWB系统中采样抖动对性能的影响。论文给出了采样抖动的简化分析模型, 推导了AWGN信道下全精度采样系统和单比特采样系统的误码率理论解。论文通过仿真实验验证了理论分析的正确性, 并分析比较了全精度采样系统、单比特采样系统在AWGN信道与多径衰落信道下的抗采样抖动性能及其原因。

关键词：单比特数字接收机,脉冲无线电超宽带,采样抖动

参考文献

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[4]H.Yin, Z.Wang, L.Ke and J.Wang.Monobit DigitalReceivers:Design, Performance, and Applications to im-pulse radio[J].IEEE Transaction on Communications, 2009 (Accepted) .

[5] R. Scholtz. Multiple access with time-hopping impulse modulation[C]. MILCOM, 1993, 2: 447-450.

[6]C.W.Helstrom.Calculating error probabilities for inter-symbol and cochannel interference[J].IEEE Trans.Commun., 1986, 34 (5) :430-435.

[7] Uzoma Onunkwo. Timing Jitter in Ultra-Wideband (UWB) Systems[D]. Georgia: Georgia Institute of Technology, 2006.

[8]W.M.Lovelace and J.K.Townsend.The effects oftiming jitter and tracking on the performance of impulseradio[J].IEEE Journal on Selected Areas in Communi-cations, 2002, 20 (9) :1646-1651.

[9] Ismail Guvenc, Huseyin Arslan. Performance evaluation of UWB systems in the presence of timing jitter[C]. proc. IEEE UWBST, 2003: 136-141.

[10] Andrew Fort, Mike Chen, Claude Desset, et al. Impact of sampling jitter on mostly-digital architectures for UWB bio-medical applications[C]. IEEE Conference on Communications (ICC) , Glascow, 2007: 5769-5774.

军校图书馆IR联盟建设探讨 第2篇

一、军校图书馆构建IR联盟的发展背景

自2008 年开始, 在全国军事院校中开始开展建设原生文献资料工作。直到2012 年底, 读者能在其中任何一个军校图书馆网站对原生文献数据库进行访问。由此看来, 军事院校的原生文献资源建设取得了巨大成果。然而, 根据现阶段对原生文献资源共享与利用现状分析, 只有国防科技大学与空军指挥学院图书馆网站建立了具有一定规模的机构知识库, 并且可进行一站式检索功能, 而其他军事院校的图书馆的原生文献资料库还未建立统一检索标准与服务平台, 想要在军网中获得相应的资料, 读者需要从众多原生文献资料库中来寻找, 出现多次重复性操作, 这样一来, 既耗费大量的时间, 又不能确保查找的准确率。因而, 给读者贡献与利用原生文献资料带来很多不便。

现阶段, 有学者提出在军校图书馆中构建IR联盟, 它是和原生文献资源建设的内容、目标大体相同, 并且也都是借助科学理论知识与手段, 对构建原生文献资料的目标和形式进行适当的调整, 实现了对已有原生文献资料平台的改革和创新, 从而便出现了IR联盟平台。因而, 通过对军事院校的原生文献资源数据库进行有效的整合, 可以更好地达到对原生文献资源进行检索和共享的目的, 将原生文献资源效益完全发挥出来。所以, 在军事院校的原生文献资源建设过程中, 主要解决原生文献资源检索和共享的问题, 加快军校IR联盟的构建[1]46。

二、军校图书馆IR联盟与构建目标

1.内涵。原生文献资源库和IR联盟存在一定的区别。其中, IR联盟可储存各种原生资源, 同时又可对所储存的资源予以分析和指导, 从而揭示原生资源所潜在的知识与知识元, 从而再把知识与知识元及关联规则保存到知识库当中。由此看来, 在原生文献资源共享和利用的基础上构建的IR联盟, 主要以用户需求为核心, 由图书管理者所掌握的知识和技能, 针对IR储存的显性、隐性知识和二者间的作用进行科学、合理的管理, 为用户提供更高质量的服务。

而对于军校图书馆的IR联盟来说, 它指的是多个相同兵种联系较为紧密的院校以其中某个院校作为基地, 构建一个IR联盟, 在经过这几个院校的共同合作, 把各自的原生文献资源库加以整合, 为用户提供高效的数字化服务。IR联盟的建立具有很多的优势, 集中表现在以下几个方面:第一, 减少成本消耗, 只需将各个军事院校的高端技术人员集中在一起;第二, 增加了相同专业学科的文献资源, 便于用户共享与使用;第三, 使用相同的建库标准, 有利于加强各个院校间的沟通与交流;第四, 用户可获得任何所需的文献资源。除此之外, 不同院校经过合作, 能够实现不同类型的IR数据库间数据共享与利用。

2.构建目标。早前, 军事院校的图书馆便提出了“全军院校一个馆”的口号, 其中一部分数字源已实现了统一购买与配发。然而, 各个兵种院校关于原生文献资源相交部分的共享与利用却始终未实现过。现阶段, 军事院校IR联盟构建的核心目标指的是:在经过全方位的沟通之后, 加强各个成员院校之间的沟通与交流, 以提高整体水平, 促进原生文献资源建设, 充分发挥各自数据库功能, 为读者提供一个高质量的咨询服务平台。从当前发展现状分析, 全军30 多所军事院校都有各自的特点, 而IR联盟建设则是促进军事院校快速发展的一个良好平台, 在各个成员院校中都设有共享与利用的平台, 经过对资源的科学整合, 以期最终达到构建特色资源的目的。

三、关于军校图书馆构建IR联盟的策略探究

1.构建内容。军事院校的原生文献资源主要涉及三点, 即科研、教学以及管理资源。这些资源和普通高校的资源有一定的差别, 军事院校的原生文献资源的军校特色是非常强的。它不仅是军校的重要学术资源, 而且又是军校开展政治工作的最原始的材料, 这些都不能从外界引入, 因而, 军校的原生文献资源大部分不能对外出版。

在军校图书馆构建IR联盟过程中, 常按照军事技术学特点进行划分, 并且遵循军队政治工作开展要求予以建设的, 这样一来, IR联盟不仅有专业方面的区别, 而且又具有一定的横向联系;不仅独立应用, 而且又可跨库进行操作。因而, IR联盟成为包揽所有军事理论知识的一个总知识库, 同时为各个联盟成员院校实现分布式集成检索打下牢固基础。

2.构建步骤。首先, 在军校图书馆中构建IR联盟过程中, 必须要构建一个“统一的门户网站”, 这样便实现了系统同时发布、权限进行统一管理的功能。其次, 引入先进的“元数据整合”技术, 从而实现对IR联盟的一切数据资源予以整合和衔接, 使其具有统一检索的功能。并且也能提升IR联盟检索结果的准确率。再次, 军事院校IR联盟的构建, 除围绕用户管理静态的数字资源之外, 也应协同用户完成自主标引、推荐一家评论等各项活动, 同时结合用户动态需求提供更高层次的服务。最后, 军事院校原生文献资料库的建设多数情况都是站在便于图书馆建设角度进行考虑的, 根据院校、系别的静态线形方式展现研究成果, 只是具有按照字顺方式进行浏览的功能, 而缺乏按照主题浏览的功能。但是, 在完成IR联盟建设之后, 针对内容揭示的知识加以组织, 更加关注知识和知识间的这种关联, 可对各个相关知识网予以浏览。解决原生文献资源库检索不能解决的问题。

3.建设策略。从整体上来说, 军校图书馆IR联盟构建是一项十分复杂的建设工程。而且还会受不同院校管理机制、资金、技术力量等因素的影响。所以, 在构建IR联盟时, 必须要进行全面分析和考虑。对每个联盟成员院校的发展现状展开深入的调查, 同时借鉴国防科技大等军事院校构建IR联盟的经验, 提出一个更加完善的构建军校图书馆IR联盟的实施方案。除此之外, 还要把各个联盟成员院校的数字信息资源予以整合和挖掘, 从而构建一标准化的检索入口与统一的信息资源体系, 将信息资源系统进行对接, 实现原生文献资源共享与利用的目的。

(1) 相关部门给予一定的支持。无论是在国外还是在国内, 大部分军事院校的图书馆都已完成IR联盟的建设, 并且在运营方面得到相应部门的技术支持和资金支持。由国家总部机关为每个军事院校图书馆提供50 万元建设经费, 主要应用于建设原生文献资源建设, 同时为军校图书馆IR联盟的构建打下牢固的基础。所以, 每个军校图书馆要抓好构建原生文献资源的机会, 努力向财政获取资助金, 建立一个专项工作组, 同时制订完善的建设方案与应对措施, 共同探究IR联盟的合作模式, 从而便于用户进行联机检索。

(2) 严格执行IR联盟资源建设标准。在完成军校图书馆IR联盟建设后, 必须有与之对应的IR共享机制, 其中标准化是此机制运营首要遵循的原则之一。若在构建知识库过程中缺少标准化原则, 如同在数字化资源建设初期出现的“信息孤岛”现象一样, 难以再构建出一个统一共享机制。然而, 对于IR联盟建设标准化指的是为能够在规定范围内获得一良好的秩序, 继而针对出现的问题编制一可反复应用的活动准则。而标准化原则的实施主要目的是为提升IR联盟的服务质量[2]78。

(3) 确保IR联盟系统存储的安全性与可靠性。IR联盟建设是为进一步推动军校图书馆原生文献资源的共享和利用。也就是说, IR联盟共享要求各个参与主体在满足时代发展需求的基础上平等的参与到其中。因而, IR联盟能够为信息资源共享搭建一良好的服务平台。然而, 此平台还能够为成员联盟提供一模式化共享方式和协议。所以, IR联盟规划、标准、共享等标准的建立都要有较强的安全性与可靠性。再结合学科分类的设计情况予以编制和应用。当在IR共享中, 受多种因素的影响而降低了它的安全性与可靠性, 那么不能将其应用在实践当中, 而且逐步被信息资源体系所淘汰。

(4) 构建不同级别的IR联盟认证方式。对军事院校的用户来说, 授权级别主要分为教研共享、本系共享以及本校共享;应用多种经过加密的安全机制;建立一套多级别的数字资源流程, 确保IR资源的质量。如果遇到构建涉密专业数据库时, 必须经过专家组的审核, 待审核合格之后才可发布与利用。

总体来说, 基于原生文献资源共享和利用的IR联盟的构建, 丰富了军校图书馆知识服务体系的内涵, 进一步提高了服务水平, 扩大了知识服务的范围。所以, 总军部和各大军校图书馆对IR联盟建设要非常重视。这样一来, 可使更多军队院校结合自身实际情况选用最佳的方式积极、主动地参与到IR联盟构建当中, 为各个军校所取得的学术成果有更广阔的共享空间。

参考文献

[1]李春花.军校图书馆文职馆员的人格塑造研究[J].兰台世界, 2012 (5) .

锅炉IR型吹灰器的达标检修 第3篇

6#锅炉一共安装了30台IK型吹灰器、98台IR型吹灰器。其中, IK型吹灰器主要针对高温过热器管屏、高温再热器管屏以及竖井烟道的受热面积灰进行吹扫;IR型吹灰器主要针对锅炉水冷壁, 对水冷壁受热面上的结焦进行吹扫。在运行过程中, IK型吹灰器对受热面的积灰吹扫效果显著, 但IR型吹灰器吹灰效果并不明显, 这是在6#技术改造性大修之前便有了的结论, 从6#大修过程中, 对炉膛水冷壁的检查中发现, 不仅仅是吹灰效果不明显, 而且还存在着严重的安全隐患:当时山东电建一公司在IR型吹灰器的安装过程中, 没有严格按照标准进行吹灰器喷咀与水冷壁的距离调整, 使得水冷壁受热面管壁出现大面积的冲刷减薄, 严重影响锅炉安全, 如果IR型吹灰器不进行达标改造, 那么在今后会造成频繁停机、停炉。为此, 在6#大修之前, 便根据检修规程、设备运行特点制订了检修和改造标准。

二、措施和标准

1. 标准

(1) 吹灰器在进入炉膛内部打开阀门时, 枪管头部的喷咀距水冷壁距离不低于50mm。距离小了, 对水冷壁受热面的冲刷过于强烈, 不利于受热面的安全;距离大了, 吹灰效果降低, 而且由于枪头加长, 使得螺纹端向炉膛内部伸出更多, 容易造成枪头的烧损。喷咀喷出的蒸汽流向与枪管基面的夹角为30°左右, 夹角过大, 将影响吹灰器对水冷壁受热面的吹扫效果;夹角过小, 吹灰器将对水冷壁形成过吹现象。

(2) 从吹灰效果来考虑, 吹灰器从打开阀门开始吹灰, 到吹扫一周退回, 此时应保证吹灰器行程足以让吹灰器开始第二圈的吹扫, 方能够保证吹扫效果, 也能满足吹灰器安全退回的需要。

(3) 改造后的吹灰器, 在运行过程中, 不能影响日常维护、设备消缺及抢修, 也不能增加更多的泄漏点。

2. 措施

(1) 将98台IR型吹灰器全部解体, 对吹灰器枪头进行拆解和调整使吹灰器在运行吹扫过程中与水冷壁的距离符合标准。本着节约的原则, 将原本都需要用气焊割除废弃的枪头又全部拆卸下来, 重新利用。

(2) 吹灰器枪头的调整不仅与吹灰器有关, 还与水冷壁有着密切的关系。水冷壁受热面外管壁至水冷壁炉外保温处吹灰器接口箱也是影响到吹灰器在吹扫时喷咀与水冷壁距离的重要因素。而每一台吹灰器所在的水冷壁与炉外吹灰器接口箱的厚度、距离并不一致, 为此, 检修人员利用自己所制作的专用量具从吹灰器第一层开始, 逐台对接口箱与水冷壁受热面的距离进行测量并将数值进行记录, 测算每一台吹灰器枪头需要调整的量, 然后再对枪头进行调整, 使每一台吹灰器枪头喷咀与水冷壁受热面的距离都保持在50mm。

(3) 为了保证吹灰枪头不致因为长时间在高温高压的环境之下工作导致枪头烧弯变形, 或是烧断的现象发生, 采取了加固焊接的措施。吹灰枪头的安装一般是采用螺纹管段的外螺纹与螺纹管的内螺纹进行连接, 此种连接方式容易因为高温高压的蒸汽在运行过程中对枪头形成的压力而使枪头脱落。为避免此情况的发生, 在将枪头调整到位之后, 用电焊将枪头螺纹连接的地方焊牢。

三、总结

改造后机组运行近5个月, 利用停机机会, 进行了实地查验, 没有发现吹灰器对水冷壁造成的冲刷痕迹, 由此证明此次改造达到了预期目标。

参考文献

[1]许晋源, 徐通模.燃烧学[M].北京:机械工业出版社, 1984.

IR分析 第4篇

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IR分析 第5篇

所谓逆变器,是指整流器的逆向变换器,其作用是通过半导体功率开关器件(如SCR,GTO,GTR,IGBT等)的开通和关断作用,把直流电能变换成交流电能的一种电力电子变换器。随着逆变技术的发展,逆变器应用得越来越广泛,它将各种各样的直流电能变换成不同的稳定的或变化形式的交流电能,满足各种场合的需要。逆变器的其中一个重要应用场合就是交流电机调速系统。逆变器将直流电源经过逆向变换,输出三相对称的且频率可控制的正弦电源,从而达到电机速度的平滑无级变频调速。逆变技术也由二电平逆变发展到多电平逆变,而其中三电平逆变因其电路实现相对简单,可应用性高,并且比三电平逆变器有着多个优点而得到重点的关注。交流电机调速系统中的逆变器,其功率开关器件普遍使用绝缘栅双极晶体管IGBT,它集中了功率场效应晶体管(MOSFET)和大功率双极型晶体管(GTR)的优点,采用电压型驱动,驱动功率小,导通时通态压降小,而且其集电极-射极之间能承受的最大电压以及通态时的电流完全能够满足绝大部分的驱动需要。

1 三电平逆变器结构

三电平逆变器的拓扑结构发展至今,主要有二极管箝位式、飞跨电容式和独立电源式三种。与传统的两电平逆变器相比,三电平逆变器的优点主要有两点:同于波形多了一个台阶,输出的电压和电流中所含的谐波减少,这一点对于提高电机速度的平稳性起到重大作用;每一个开关器件所承受的最大电压为母线电压的一半,而传统的为母线电压,这一点令到使用同样的IGBT,其逆变器输出的电压可以更高。

二极管箝位式三电平逆变器主电路原理图如图1。

从图1可知,三个桥臂的输出分别接电机的A、B、C三相绕组。以电源电压Udc的低压端为电压参考点,则当Q1、Q2导通,Q3、Q4截止时,桥臂输出电压为Udc;当Q1、Q2截止,Q3、Q4导通时,输出的电压为0;当Q1、Q4截止,Q2、Q4导通时,输出的电压为0.5Udc。也就是说每个桥臂可以输出三种电压,三电平逆变器由此而来。改变各个桥臂输出的电压而达到改变各相绕组两端的电压而控制电机旋转。

一个三电平逆变器就需要1 2个IGBT,而每一个IGBT都需要一个可独立控制的驱动电路,每个驱动电路的输出电压的参考电位为相应的IGBT的集电极电位,令到各个IGBT的基极-集电极间产生电压差而达到驱动的目的。

2 IGBT驱动器件的比较

目前市场上IGBT的驱动芯片主要有日本三菱公司的M57958、M57959,富士公司的EXB840、EXB841、EXB850、EXB851以及美国的UNITROD E推出的UC3726和UC3717驱动电路集成对。以上所提到的驱动模块不但价格昂贵,而且每一驱动模块只能驱动一个IGBT,每个IGBT都需要独立电源,因此对于一个三相的三电平逆变器来说,它需要多路的独立电源,以致增大成本,降低可靠性。[1]

鉴于以上原因的考虑,本文选用IR公司推出的IR2110驱动模块。该模块采用自举驱动的方法,只需一个电源,就能产生两个可独立控制的输出。它对比起其它的驱动模块,不但价格便宜,而且节省电源,简化电路硬件的复杂性。

3 IR2110功能原理及主要特点

IR2110是一种双通道高压、高速电压型功率开关器件栅极驱动器,具有独立的高端和低端输出驱动通道,其内部功能原理框图如图2所示。它包括输入/输出逻辑电路、电平移位电路、输出驱动电路欠压保护和自举电路部分等。各引脚的功能分别是:1脚(LO)是低通道输出;2脚(COM)是公共端;3端(VCC)是低端固定电源电压;5端(U S)是高端浮置电源偏移电压;6脚(UB)是高端浮置电源电压;7脚(HO)是高端输出;9脚(VDD)是逻辑电路电源电压;1 0脚(HIN)是高通道逻辑输入;1 1端(SD)是输入关闭端,可用于过流过压保护;1 2脚(LIN)是低通道输入端;1 3脚(VSS)是逻辑电路的接地端。

由于浮置电源采用自举电源,IR2110高端工作电压可达500V。输出的栅极驱动电压范围为10~20V,逻辑电源电压范围为5~20V,输出最大电流为2A,可直接驱动大功率的IGBT。使用单个电源供电的IR2110典型应用电路的输出并不具有负偏压,用于驱动桥式电路时,由于密勒效应的作用,在开通与关断时刻,容易在栅极上产生干扰,造成上下桥臂的短路。针对这个不足,对IR2110的典型应用电路进行改进,使其驱动输出具有负偏压。[2]

4 应用IR2110的三电平逆变器设计

根据三电平逆变器的结构原理和IR2110的工作原理,设计出逆变器其中一个桥臂驱动电路的原理图,如图3所示,其余两桥臂设计方法相同。

通过改变四个IGBT的开关状态,就可以使桥臂输出不同的电压,达到控制电机的需要。从图3可知,每一个驱动芯片驱动两个IGBT,共有两组驱动电路。以Q1、Q2的驱动电路来说明,D1为快速恢复二极管,在有限的充电时间内可以快速导通,为自举电容C1、C3充电,以补充消耗掉的电荷,保证浮置电源有足够的电压驱动IGBT;由于供电电源时不时需要对C1、C3充电,势必影响电源的稳定性,而C2、C4则起到防止电源电压波动的作用;C5、ZD1和C6、ZD2构成两组负偏压,在关闭IGBT时其栅极大约有-5V的偏置电压,加快关闭所需的时间,同时又可以防止误导通;电阻R2、R3串接在驱动输出与IGBT栅极间,阻过小则易产生振荡,过大则会延长IGBT的开通时间,加大IGBT开通时的功率损耗,其取值大小一般需要参考IGBT的说明文档。

驱动芯片U1、U2所用的电源分别为V1、V2,同理可知,驱动Q5、Q6的芯片电源为V3,驱动Q9、Q10的芯片电源为V4,因为Q4、Q8、Q12有公共接通点,所以驱动余下4个IGBT的芯片可以共用V2电源。因此,驱动12个IGBT只需4个独立电源就足够了,这四个电源必须是隔离的,没有公共参考点。由于需供电的芯片数不同,所以V2的功率为最大,而电源V1、V3、V4的功率可以设计成一样大。5结束语

IR2110驱动电路相对简单,成本低,具有浮置电源,具有负偏压偏置,具有广泛应用的优势。本文介绍的IR2110在三电平逆变器中的应用就大大发挥了其优势,大大减少芯片的供电电源数目,降低成本,简化电路。

摘要：介绍了在二极管箝位式三电平逆变器中使用IR2110作为驱动芯片的电路设计。

关键词：IR2110,三电平逆变器,驱动电路

参考文献

[1]陶海敏,何湘宁.IR2110在驱动大功率IGBT模块中的应用.电工技术杂志.2002,(9):44-46

IR分析 第6篇

关键词：阴极保护,极化探头,IR降,极化探头法,试片断电法,管道瞬间断电法

西北油田分公司油气外输系统绝大部分管线采用外加电流阴极保护法或外加电流+牺牲阳极对管线进行保护。按保护范围分为:站外油气管线阴极保护、站内管线及储罐阴极保护。

1 阴极保护运行中存在的问题

依据SY/T5919-2009《埋地钢质管道阴极保护技术管理规程》, 判断地下管道阴极保护系统是否达到完全保护的准则为:

(1) 一般地区为-850m v (C S E, 下同) 或更负;

(2) 保护电位最高不超过-1200mv;

(3) 特殊情况可采用阴极极化与去极化电位差大于或等于100mv指标

在实际运行中, 我们一直采取将阴极保护系统通电电位控制在-0.850~-1.50V的保护范围内运行, 由于管地电位含有IR降, 所以不能真实反应管道的真正保护电位。

由于管道穿越沙漠、戈壁、河流、农田等区域, 土壤电阻率差异大, 沿线的IR降变化也较大。根据前期测试数据, 管道沿线大部分地区IR降在0.3v~0.5v左右, 少数地区IR降为0.2v或0.7v左右。

2 消除IR降的主要方法

2.1 近参比法

此方法是在测试桩的管道埋设表面安置参比电极。因参比电极和管道表面之间的土壤距离变小, 而使IR降变小。这种方法克服了地表参比点位置差异可能造成的误差, 不过对于高电阻、大电流状态下, 参比电极位置又没有对准覆盖层缺陷时, IR降所产生的误差仍然存在。这种方法还会破坏管道已经形成的电位场, 所以检测完成后必须回填深坑, 待下次检测还需要重新开挖, 检测工作量大。

2.2 瞬间断电测量法

恒电位仪输出端安装同步断路, 使恒电位仪通电12s, 断电3s。断电后, 管道电位瞬间降落下来, 管道外防腐层破损漏铁处与周围电解质 (土壤) 形成的双电层电位, 不会产生去极化。

但这种方法要求同时中断所有提供阴极保护的电连接。我们大部分管线除了采用外加电流的阴极保护外, 在保护薄弱区域或保护盲区均采用牺牲阳极进行补充。同时断开几十处电流源, 非常麻烦。

2.3 试片断电法

做法是在测试点处埋设一个裸试片, 其材质、埋设状态与管道相同, 试片和管道通过电缆连接, 这就模拟了管道防腐层的缺陷点, 由管道提供保护电流进行极化。测量时, 只需要断开试片和管道的连接导线, 就可以测得试片断电电位, 由试片电位代表管道电位, 避免了切断管道主保护电流以及其他电连接的麻烦。

当存在杂散电流、二次电流干扰时, 用测量数据表示参比电极和试片间电解质 (土壤) 上产生的IR降, 产生的误差将很大。这种由非阴极保护电流造成的欧姆压降, 称作非欧姆压降。

2.4 极化探头法

采用极化探头的试片断电法, 能有效避免外界电流的流入, 消除了非欧姆压降, 因此极化探头法的电位误差最小。经综合比较, 我们决定采用此方法消除保护电位测量值中的IR降。

3 主要改造内容

根据管线的输送介质、敷设环境的不同, 每隔5km在测试桩处安装了极化探头或试片。分别在重油管线、天然气管线和凝析油管线上埋设了123组极化探头和试片。

3.1 试片、极化探头结构

试片是模拟管道防腐层的缺陷点, 本次选择了材质为20#钢、直径为5mm的圆形试片。试片通过焊接连接着一根导线, 焊接点用环氧树脂密封, 通过导线将试片与管道连接。试片的另一面直接与大地接触。

极化探头分为上、下两个腔室, 上腔室为参比电极安装室, 下腔室安装有极化试片、自腐蚀试片、保湿剂。上腔室与下腔室、下腔室与极化试片通过导电盐桥连接。极化探头有3根导线分别与参比电极、极化试片、自腐蚀试片相连接。极化试片的连接导线既用作试片的极化线又兼作电位的测量线。

极化探头法可以测到最接近真实值的管道阴极保护极化电位, 因此更适用于杂散电流区域的电位测量。

3.2 试片、极化探头的安装

(1) 探头使用前, 先用自来水浸泡底部24小时。

(2) 配置填包料, 填充料的构成为:石膏粉75%, 膨润土20%, 无水硫酸纳5%。在混合罐中加入与填包料体积比为1:1的水充分搅拌。

(3) 在管道一侧, 与管道中心线的水平距离大约为0.1~0.5米的位置处钻孔或开挖探头放置坑, 深度等同于管道中心线的深度。将配制好的填包料与探头直接放入钻孔或开挖的土坑中, 保证探头周围均匀分布有5~10c m厚的填包料;也可预先将配制好的填包料与探头一并放入渗透性良好的天然纤维织品中, 然后整体填装。探头和填包料安装好后, 在其周围浇水, 保证填包料充分润湿。取出与管道贴近的土壤放置于探头回填料周围, 并压实土壤。为避免电流在探头试片上的优先分布, 对于阳极和管道临近的情况, 探头与管道的放置距离应小于管道和阳极的距离。

(4) 放置过程中尽量减少探头连接部的电缆受力, 放置平稳后稍微用力按压探头顶部务必使试片和微渗封端与地面充分接触。

(5) 在施工回填过程中, 应用过筛子的细土回填, 避免损伤电缆和探头。探头被回填覆土后, 在外面浇适量水, 并进行一次检测。如果能够获得稳定读数, 说明探头正常, 再进行电缆沟的回填。在沙漠等干燥地段, 应在附近同时安装一根用于浇水的PVC地漏。

(6) 电缆沟回填后, 将电缆引入已有的测试桩上, 再次进行测试, 如果仪表有稳定读数, 说明安装成功。

4 实施效果

2011年10月以来, 我们对试片/极化探头的管线极化电位进行了测试, 并根据测试结果, 调整恒电位仪输出模式及输出功率, 使管线得到有效保护。

5 结论

(1) 在聚氨酯保温管道上采用外加电流阴极保护会产生较大的IR降, 对测试结果的影响较大, 通常需要恒电位仪的输出功率比其他防护类型的管线大。

(2) 在有IR降的情况下, 通电电位看似过保护的, 实际上可能还没有达到标准。

(3) 极化探头法是一种很好的消除管道IR降的电位测试方法, 它可以消除其他电连接和杂散电流对测量结果的影响, 而且不存在断电后的极化率差异。

参考文献

IR分析 第7篇

现代化汽车越来越朝着自动化、智能化发展, 车辆的控制系统也越加完善, 车辆的控制系统需要处理由转速传感器、油门开度传感器、踏板角位移传感器等各个类型传感器输入的信号, 车辆主控系统如何抗干扰、如何快速滤除干扰获得目标波形数据成为影响车辆主控系统运行速度和控制有效性的一个主要问题。在模拟信号的传播、A/D转换的过程中, 仅仅使用硬件的方式进行抗干扰滤波已很难满足现代车辆尤其是越野车行驶地形复杂、振动大、干扰多样化的特点。本文将详细介绍软件抗干扰措施里IIR滤波器的设计与实现。

1 IIR数字滤波器设计方法

在一般情况下, 模拟滤波器都具有无限长单位冲激响应, 这与IIR滤波器具有相似性。因此, IIR设计的基本思想是使用映射方法将模拟滤波器变成所需的数字滤波器。该熟知的模拟滤波器映射到所需的数字滤波器的设计。这种方法优点:模拟滤波器设计方法是很成熟的, 各种模拟滤波器设计方法和映射表已经一应俱全, 设计会简单、精准。另一种设计方法是软件辅助设计法, 该方法是最优化设计方法中的一个。首先确定一个优化方式, 如使所要求的理想的频率响应幅度|Hd (ejw) |与实际频率响应幅度|H (ejw) |的最大误差最小的方法, 或均方误差最小化的方法等等。这种设计方法优点是无限优化能有效滤除并得到想要的数据, 缺点是需要大量的迭代, 并且没有固定的闭合响应函数式[1,2]。

2 硬件实现方法

1) 可编程逻辑器件。包括CPLD和FPGA, 内部逻辑模块具有非常完整、非常丰富的内部资源, 非常适合实现IIR数字滤波器, 比较DSP芯片和可编程逻辑器件利弊可知, 这种方法的优点是可扩展性和更强大的并行性。

2) 单片机。专门用于数字信号区域的数字信号处理芯片, 内部预先写好的大量的DSP功能函数, 我们可以容易地调用这些函数来实现各种功能的IIR滤波器。但因为不同的公司和不同的系列, 数字信号处理芯片的编程代码差距很大, 延缓了开发速度, 以及滤波的速度有很大的关系与芯片的性能。

3) 数字集成电路。单片数字集成电路, 或者使用多芯片的数字集成电路串联在一起来实现滤波, 我们可以很容易地实现IIR数字滤波器的功能。但是一个单片集成电路缺乏强大的性能, 而多芯片集成电路级联的功耗太高, 体积过大, 这种方法没有非常好的前景[3]。

3 计算机软件设计

在滤波器的实际设计过程, 整个计算量是很大的。当滤波器的阶是比较高, 则有大量的计算量, 且在设计过程中更改滤波器种类或参数时需重新计算。

完成滤波器的频率响应设计时需要重新检查, 以获得相位频率振幅频率响应特性, 计算量是很大的。数字滤波器通常时, 设计的类型和阶数不一定完全确定, 它往往是根据滤波效果和目标要求进行不断调整, 以实现优化设计。在这种条件下, 滤波器的设计将运行大量复杂的计算, 简单的靠公式运算和通过一个简单的程序是难以在很短的时间设计成功。采用计算机辅助设计, 可以有效和快速地进行设计。

3.1 程序设计法

通常采用的是根据原型转换法原理实现的四种IIR数字滤波器设计函数:butter (巴特沃斯函数) 、cheby1 (切比雪夫I型函数) 、cheby2 (切比雪夫Ⅱ型函数) 、ellip (椭圆滤波器函数) 及yulewalk函数。

给定采样频率为7000 Hz, 通带截至频率为800 Hz, 阻带截至频率为1500 Hz, 通带衰减为3d B, 阻带衰减为60d B。分别采用各个函数设计巴特沃斯滤波器、椭圆滤波器、切比雪夫I型滤波器、切比雪夫II型滤波器和yulewalk滤波器。

该方法可以在程序段调整滤波器参数, 试验部分程序见图1、图2, 在模拟试验中, 可以通过调整滤波器的参数, 找出最适合车辆某部分控制系统的滤波器。

3.2 采用FDATOOL工具设计

FDATOOl (Filter Design&Analysis Tool) 是专门MATLAB的信号处理工具箱, 它使滤波器的分析和设计具体、灵活、简便, 并且可以使用多种方式设计IIR滤波器。从MATLAB界面下点start→Toolboxes→Filter Design→Filter Design&Analysis Tool即可进入。IIR设计时选择正确的按钮, 以下如图3所示是FDATOOL工具设计IIR低通滤波器举例。

可以看出FDATOOL设计滤波器非常方便, 另外它还具有以下功能:1) 点击左上角的File→Generate M-File, 可以根据你设计的滤波器自动生成程序代码。2) 单击Targets→XILINX Coefficient (.COE) File菜单直接生成FPGA所需的滤波器系数配置文件。

IIR滤波器设计成功后, 通过串口直接传至ECU, 根据滤波效果进一步调整滤波器参数, 这是一个循序渐进不断优化的过程。

摘要：针对车辆主控系统抗干扰的问题, 讨论了对传感器输入信号的软件滤波, 介绍了车辆主控系统可采取的硬件实现方法。针对各种干扰的不同, 利用MATLAB软件设计了易于硬件实现的IIR数字滤波器。通过调整滤波器参数, 循序渐进地优化IIR数字滤波器, 达到最优滤波效果, 增强了车辆主控系统的运行速度和控制有效性。

关键词：主控系统,MATLAB,IIR,数字滤波器

参考文献

[1]张贤达.现代信号处理[M].北京:清华大学出版社, 1995.

[2]钱同慧.数字信号处理[M].北京:机械工业出版社, 2005.