接触间隔时间

2024-08-04

接触间隔时间（共4篇）

接触间隔时间篇1

引言

由于节点自由移动、能量受限、无线传输范围有限、节点稀疏、人为或自然的破坏等影响导致通信双方之间的链路频繁断开, 通信链路变得很不可靠, 甚至不存在完整的端到端路径, 传统的无线互联网络路由协议就不再有效。这是一种新型的延迟容忍网络 (DTN:Delay Tolerant Networks) [1]结构于2003年被DTN研究小组提出, 主要是为了解决具有延迟大、误码率高、中断频繁等特征的不同网络的互联和互操作。机会网络 (ON:Opportunistic Networks) 的部分概念就是来源于早期的DTN研究。在机会网络中, 即使节点之间不存在端到端路径, 也可通过简单且可靠的“存储-等待-转发”的传输模式进行信息的传递。由于机会网络具有广泛的应用前景, 近年来针对这类网络的研究也比较多, 但很少考虑节点的接触间隔时间去研究机会网络路由协议缓存管理、拥塞控制等, 如果能较好的分析和研究机会网络的接触间隔时间特性, 那么就能为设计更好的路由算法、更优的缓存管理策略以及优化网络性能提供强有力的依据和保障。

1 相关工作

在机会网络中, 目前研究的热点和重点在于设计路由算法方面。对于路由研究算法, 根据网络的拓扑变化情况, 可以从确定性连接和随机性连接两个方面分类。确定性连接路由方法由Waldir Moreira[2]等人基于人们日常活动提出dLife机会路由协议[3]。然而, 目前大多数提出的路由算法都很少考虑无线链路的间断特性。如果在设计路由算法时, 充分考虑机会网络的链路特性, 那么网络的整体性能会有很大的提升。下面介绍几种经典路由协议:

Epidemic路由协议[4]是由Vahdat和Becker首次针对节点稀疏的Ad Hoc网络提出的路由协议。传染路由的主要思想是采用“存储-携带-转发”模式, 通过节点的移动带来的相遇机会把信息最终传输到目的节点。

为了控制副本数量和减少网络资源的开销等, Spyropoulos[5]等人提出了喷雾等待路由协议。SW路由协议主要分为喷雾 (Spray) 和等待 (Wait) 两个阶段, 在Spray阶段, 源节点产生L份消息副本并分别转发给相遇的L-1个不同邻居节点, 若在此阶段遇到了目的节点, 则消息成功交付, 否则携带消息副本的节点都进入等待阶段;在等待阶段, 携带消息副本的节点不再转发给其它中继节点而是直接交付目的节点。SW路由协议有效的控制消息的副本数, 大大的降低开销。

典型的概率路由算法是Lindgren[6]等人提出的PROPHET (Probabilistic Routing Protocol using History of Encounters and Transitivity) 路由算法。PROPHET路由的信息交互过程类似于Epidemic路由, 只是在其摘要向量中包含了交付概率信息, 交付概率的计算包括概率更新 (update) 、老化 (aging) 及传递 (transitive) 三个方面。

2 基于节点接触间隔时间改进的路由算法

本文考虑节点的接触间隔时间和节点的社会性能研究了一种ICRP (Routing Protocol Based Inter-Contact Time) 路由协议。在ICRP路由算法中, 不仅考虑节点的社会性能去分配消息副本数, 而且考虑了节点间的接触间隔时间去转发消息。

2.1 ICRP路由算法的消息副本数分配策略

不管是SW还是BSW算法对于消息副本数的转发的数量都是固定的, 而没有考虑节点的社会性能去合理的分配消息副本数。本文利用接收消息的节点的社会性能去计算待转发的副本数量, 避免了消息副本数盲目的分配。

(1) 节点的社会性能的计算

相遇节点B的社会性能值可以定义为节点B的邻居历史链表记录的所有相遇节点数减去节点A与B相遇相同的节点数后所剩下的节点数占整个完全集中节点总数的比例, 即

式中, P表示一个节点的社会性能, V表示在节点B的历史信息链表中, 节点A没有相遇的节点数, 即E, F, G, H;S表示两个相遇节点的全集中的所有节点总数, 即A, B, C, D, E, F, G。如图1中, 节点B的社会性能值可以计算为P=4 7。相遇节点的社会性能值大小反映了该节点的活跃性和社会性, 社会性能值越大, 表明该节点越活跃, 与其他节点接触的机会越多。基于这种节点社会性能去分配消息副本数, 可以让更活跃或社会性更好的节点去携带更多的消息副本, 这样消息才能更快的被传输给其他相遇节点或目的节点。

(2) 消息副本数的控制分发策略

节点A转发到B节点的副本数如下:

其中, P是相遇节点的社会性能, M1是节点A转发信息前所携带的副本数, M2是转发给相遇节点B的副本数, 符号“”表示上取整。节点A转发信息后, 自己保留的副本数M1为:

2.2 ICRP路由算法的消息转发策略

ICRP路由算法的消息转发策略包括喷雾阶段和等待阶段。

2.2.1 喷雾阶段 (Spray)

(1) 节点接触间隔时间的计算

计算节点接触间隔时间时参考文献[7], 在初始状态时, 节点接触间隔时间ET (A, B) 值设为生存周期TTL (Time To Live) 大小, 也就是说节点A与节点B的接触间隔时间无限长, 在消息的TTL内不能相互接触而无法进行通信。图2给出了一个周期T内节点A与节点B的接触间隔时间序列图。

一次接触间隔时间指一对相遇节点从本次相遇结束时刻到下次相遇时的间隔, 即

式中, TiICT是指一次节点接触间隔时间, t s (i+1) 表示更新周期T内节点A和B第i+1次接触时的开始时间, te (i) 代表节点A和节点B第i次接触时的结束时间。

一个更新周期T内, 每个移动节点会保存与它相遇的所有节点的接触间隔时间, 在理想情况下接触间隔时间TiICT全在一个更新周期T内产生。若同一对节点在周期T内相遇n次, 则有n-1个离散的接触间隔时间长度, 且它们相互独立同分布, 则一个周期T内的平均接触间隔时间MICT (Mean Inter-Contact Time) 定义为:

假设一个周期T内的某次节点间接触间隔时间扩展到下一个周期, 则把这次的接触间隔时间放入下一个周期T里计算。因此, 过去的n个周期T内节点A与B的接触间隔时间ET (A, B) 可以由公式 (10) 进行更新。

其中, a (0, 1) , a是一个平滑因子, 它反映了当前的接触间隔时间MICT所占的权重, 使得接触间隔时间偏向于最近一个更新周期内产生的数据。

若一个更新周期内节点A与B没有再次相遇, 在这个更新周期T内, 节点A都没有对节点B的相遇历史信息记录。如果再用过去统计的历史接触间隔时间来判断, 就不能很好地反映出这对节点长时间处于断开状态。本文采用下面办法解决这问题, 当在更新周期T内, 节点A没有再次相遇节点B时, 记上次相遇结束时间为t e (1) , 更新周期T结束时间为Tt, 于是把接触间隔时间MICT=tT-te (1) 代入 (6) 式进行更新, 并把周期结束时间赋给t e (1) 。若下个周期内节点A与B能够相遇, 则MICT=ts (2) -te (1) , 代入式 (7) 进行更新。若下一个周期节点A和B还没相遇, 则令MICT=T, 同样代入式 (11) 进行更新。

接下来考虑两种特殊情况, 第一种情况是倘若节点A和B长时间不能相遇, 接触间隔时间ET (A, B) 会一直增大, 根据式 (7) 继续计算的话会浪费移动节点的计算资源, 因此当两个节点的接触间隔时间增大到TTL时, 即使还未相遇也令其值不在变化。另外一种情况如果节点A和B长时间处于接触状态, 为了反映出两个节点的亲密程度, 可以令MICT=0, 即接触间隔时间为0, 代入 (6) 式进行更新。

此外, 节点之间的接触间隔时间长短反映了接触频率, 如果节点A和节点B之间以及节点B和节点C之间的接触间隔时间小, 接触机会可能多, 那么节点A和节点C接触机会可能性也比较大, 因此节点之间的接触间隔时间具有传递性。每个节点都保存着对所有相遇节点的接触间隔时间值, 若满足:

则节点A与C之间的接触间隔时间可用式 (9) 进行更新:

上式中, ET (A, C) 表示节点A和节点C之间的接触间隔时间值, ET (A, B) 是节点A和节点B之间的接触间隔时间值, ET (B, C) 是节点B和节点C之间的接触间隔时间值。

(2) 消息转发策略

每个节点都保存了与之相遇的所有节点的接触间隔时间信息链表。源节点S产生信息Mi的同时复制成L份副本, 当它在移动过程中遇到其他节点B时, 如果中继节点B与目的节点D的接触间隔时间小于源节点S与目的节点D的接触间隔时间, 即:ET (B, D)

2.2.2 消息等待阶段 (Wait)

经过Spray阶段后, 如果还没遇到目标节点, 则携带消息M且副本数为1的L个中继节点 (包括源节点) 等待去转发, 在BSW算法中, L个中继节点是采用直接交付方式, 一直在等待遇到目的节点, 一旦遇到目的节点就把消息直接交付给它, 至此信息传递成功。而本文的路由算法在等待阶段不采用直接传输的方法, 而是考虑相遇节点到目的节点的接触间隔时间来转发信息。如果相遇节点到目的节点的接触间隔时间小于携带消息的节点到目的节点的接触间隔时间, 就把消息传输给相遇节点, 否者继续等待。

3 仿真实验与结果分析

为了验证ICRP路由算法的性能, 本文采用机会网络仿真工具ONE进行仿真实验, 并与传染路由 (Epidemic) , 概率路由 (PROPHET) 和二元喷雾等待路由 (BSW:Binary Spray and Wait) 进行性能上的比较。

3.1 仿真场景设置

本文采用的仿真工具是O N E (O p p o r t u n i s t i c Networking Environment) [8], 移动模型是基于地图的移动模型MBM (map-based mobility) , 实验场景是模拟芬兰首都赫尔辛基Helsinki城镇里的一个4500´3400m2大小的区域, 共分布着126个节点, 这些节点分成了5组, 第一组是由80个节点组成的行人组 (Pedestrians) ;第二组是由40个节点组成汽车组 (Taxis) ;第三、四和五组是电车组 (Trams) , 每组分别由2个节点组成。行人组里的每个节点的移动速度为0.5-1.5m/s, 传输半径为10m;汽车组里每个节点的移动速度是2.7-13.9m/s, 传输半径也是10m;无轨电车组里每个节点的移动速度是7-10m/s, 传输半径为50m;停等时间都是1010～�30s。消息生存周期TTL为18 000s, 副本数L为6, 仿真时间为360 000s, 平滑因子a为0.75。

3.2 仿真结果与分析

本文研究的ICRP路由协议主要从交付率 (delivery ratio) 、平均端到端时延 (Average End-to-End delay) 和开销 (overhead ratio) 三个性能指标进行比较分析。考虑节点的缓存和仿真时间的变化, 与Epidemic, PROPHET和Binary Spray and Wait (BSW) 三种协议作比较, 评估本文的ICRP路由算法。

(1) 成功交付率 (delivery ratio)

从图3可以看出, 无论是随着节点缓存还是仿真时间变化, ICRP路由协议在成功交付率都要优于Epidemic, PROPHET和BSW这三种协议。在图3 (a) 中, 本文研究的ICRP协议在成功交付率方面要明显优于其他三种协议, 同时只要节点缓存达到30M时, ICRP协议就具有95%以上的成功交付率, 而且ICRP和BSW协议类似, 信息交付率不会随着节点缓存的增大而增大, 而是保持平稳, 这表明了ICRP和BSW协议都不是很依赖于节点缓存的增大而提高成功交付率;而Epidemic和PROPHET这两种协议想要达到较高的交付率, 都要去增大节点的缓存。

图3 (b) 给出的是信息成功交付率随仿真时间的变化曲线图, ICRP和BSW协议随着仿真时间的增加, 交付率会缓慢增加;而Epidemic和PROPHET协议随着仿真时间的增加, 交付率反而缓慢下降, 这是因为Epidemic和PROPHET协议没有采用副本数量控制策略, 随着仿真时间的增加, 网络中消息副本数会越来越多, 导致网络拥塞, 从而降低了成功交付率。

(2) 平均端到端时延 (Average End-to-End delay)

图4为本文的ICRP路由算法与其他三种路由算法在平均端到端时延上的比较。从图4 (a) 明显看出ICRP路由协议在平均端到端时延上低于另外三种路由协议。这是因为本文的ICRP路由协议不仅采用了副本控制策略, 同时采用节点接触间隔时间转发消息, 因此大大降低了平均端到端时延。ICRP路由协议和BSW协议一样, 平均端到端时延受节点缓存影响较少。

从图4 (b) 也看出随着仿真时间的变化, ICRP协议中的平均端到端平均时延也明显低于另外三种路由协议。

(3) 开销 (overhead ratio)

图5 (a) 和 (b) 分别描述了开销随着节点缓存大小和仿真时间变化的曲线图。在图5 (a) 中, 随着节点缓存大小增大, ICRP和BSW在开销上基本保持不变, 且明显低于Epidemic协议和PROPHET协议, 说明节点缓存大小对ICRP和BSW都影响很小。图5b) 中, 随着仿真时间的增大, ICRP协议和BSW协议的开销基本变化不大, 且明显低于Epidemic协议和PROPHET协议;而Epidemic协议和PROPHET协议随着仿真时间增加, 网络中副本数也增多, 导致网络拥塞, 丢弃的副本数也增多, 最终开销也随之增加。

综上所述, 无论是在成功交付率、平均端到端时延还是在开销上, 本文所改进的ICRP路由协议比起BSW协议、Epidemic协议和PROPHET协议都有较大的改善, 从而验证了本文所研究的路由协议的具有较好的性能。

4 结束语

本文考虑了节点接触间隔时间的无线链路特性, 研究了ICRP路由算法。ICRP路由算法不仅根据节点的性能去计算转发的副本数量, 同时考虑了节点的接触间隔时间去转发消息, 并用ONE进行了性能仿真。仿真结果表明, 本文的ICRP路由算法在成功交付率、平均端到端时延以及开销上比BSW、Epidemic和PROPHET三种路由算法有更好的性能。

参考文献

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[2] Moreira W, Mendes P, Sargento S.Opportunistic routing based on daily routines[C].World of wireless, mobile and multimedia networks (WoWMoM) , 2012 IEEE international symposium on a.IEEE, 2012:1-6

[3] Chang J H, Jan R H.Message ferry routing algorithm for data collection in partitioned and buffer-limited wireless sensor networks[J].Journal of information science and engineering, 2012, 28:655-669

[4] A.Vahdat and D.Becket.Epidemic routing for partially connected ad hoc networks.Technical report CS-2006, duke university, 2000, 04

[5] Spyropoulos T, Psounis K, Raghavendra C S.Spray and wait:an efficient routing scheme for intermittently connected mobile networks[C].Proceedings of the 2005 ACM Sigcomm workshop on delay-tolerant networking.ACM, 2005:252-259

[6] Lindgren A, Doria A, Schelén O.Probabilistic routing in intermittently connected networks[J].ACM Sigmobile E mobile computing and communications review, 2003, 7 (3) :19-20

[7]张翼, 周四望.基于历史相遇间隔的机会网络路由协议[J].计算机工程, 2011, 37 (14) :85~87

[8] Ker nen A, Ott J, K rkk inen T.The ONE simulator for DTN protocol evaluation[C].Proceedings of the 2nd international conference on simulation tools and techniques.ICST, 2009:55

微机保护装置检修间隔时间探讨篇2

关键词：状态检修,最佳检修间隔时间,微机保护装置,马尔柯夫,人为失误率,自检率

1 前言

随着电网的发展和技术进步, 定期检修存在的问题也日益显现出来, 既存在检修过度, 也存在检修不足, 两者都会造成设备老化速度加快, 运行寿命下降。

微机保护装置的检修特点, 一是“检”的工作量较少, 二是微机保护的维修是“板”级维修, “板”级维修一般只需要把维修部位定位到某个插件板。正是上述检修特点决定了微机保护装置特别适宜于开展状态检修;另外现代微机保护有自检功能, 从而适用于状态检修。

现在开展的二次设备的状态检修更多的是从微机保护的外设入手, 诸如二次回路, 电缆绝缘等, 很少涉及到微机保护内电子设备, 而该类设备是微机保护的核心。为此在进行二次设备状态检修时, 有必要从核心设备的状态上进行评估。当前对保护的电子设备状态检修研究活动较少, 主要有三个方面的原因:

1) 微机保护装置不同于一次机械装置设备, 它属于电子产品, 其寿命的相关数据获取较为困难。

2) 对微机与电子设备的状态检修研究得较少, 现有研究数据考虑的不很全面, 所得出的结果不够准确。

3) 微机保护装置的基础数据为厂家内部资料, 信息收集较为困难。

可以依据保护装置可靠率变化来选择选择最佳检修间隔时间, 从而避免了保护装置的故障, 同时也不造成浪费。为此文中通过运用马尔柯夫随机过程对保护装置的最佳检修间隔时间研究, 通过实例表明该方法是可行的, 并分析了人为失误率和保护装置的自检对最佳间隔检修时间的影响。

2 影响继电保护装置可靠性的因素

2.1 人为因素

安装人员未能按设计要求正确接线或接线中极性不正确等误接线问题;检修和运行人员的误碰误操作问题在不少电网都曾发生过。因此人为失误率可通过统计得出一个具体的数值。

2.2 继电保护系统硬件装置

1) 继电保护装置:

继电保护装置实际上是一台特殊的计算机, 其中与继电保护可靠性密切相关的模块有:电源供应模块 (PSU) ;中央处理模块 (CPU) ;数字量输入模块 (DI) ;模拟量输入模块 (AI) ;数字量输出模块 (DO) 。

2) 二次回路:

由于回路绝缘不良老化、裸露导致接地或者由于回路元件连接接触不良、松动而造成的故障在继电保护系统故障中占有一定比例。

3) 继电保护的辅助装置:

包括交流电压切换箱、三相操作继电器箱及分相操作继电器箱等产品, 其主要用作二次回路的切换及作为断路器操作的辅助控制, 以满足断路器的控制操作。在电力系统继电保护中这些辅助装置起着极为重要的作用, 因此应关注其动作可靠性。

4) 装置的通信、通道及接口:

高频保护的收发讯机、纵联差动保护的光纤、微波的通信接口及综合自动化系统的通信网络与接口等是这些装置系统的一个薄弱环节, 易于发生通信阻断的故障, 直接影响装置的正确动作。

二次回路, 继电保护的辅助装置与装置的通信、通道及接口所传输的信号与数字量都需要集中于继电保护装置CPU处理, 因此二次回路, 继电保护的辅助装置与装置的通信、通道及接口出现的故障率可折算在继电保护装置相关的模块中。

2.3 继电保护软件因素

软件出错将导致保护装置出现误动或拒动, 目前影响我国微机保护软件可靠性的因素归结下来有:需求分析定义不够准确、软件结构设计失误以及编码有误和测试不规范与定值输入出错等等。然而在使用期软件的失效率是很小的, 可以近似认为是一个定值, 如果在使用期间, 软件版本进行升级, 那么其失效率将会降低。

3 最佳检修间隔时间求解

继电保护系统属于可修复系统, 因此其装置的工作过程是一马尔柯夫随机过程, 因此, 可采用状态空间法来求解其可靠性指标。为此需建立系统状态空间方程, 并做如下假设:

1) 数字继电保护装置软件失效和硬件失效是相互独立的;

2) 软件已经很成熟, 其误动失效率、和拒动失效率可认为是一不变的常数;

3) 系统具有自诊断能力, 因此可将硬件拒动失效分为不能被自检测出的拒动失效模式和可被自检测出的拒动失效模式2种, 同理, 硬件的误动失效也分为可被自检与不可被自检;

4) 不可被自检的硬件拒动失效可在定期检修时被发现并被修复, 软件拒动失效在软件不断升级过程中被修复, 在分析时认为这2种拒动修复率都为。软件误动失效的修复率为, 其他失效状态的修复率为。硬件失效能被自检测出的概率设为一常数用表示。

各状态之间的转换关系可用图2表示。

在上面的假设中:状态0表示正常工作状态, 状态1表示不可自检的硬件拒动状态, 状态2表示表示可自检的硬件拒动状态, 状态3表示不可自检的硬件误动状态, 状态4表示可自检的硬件误动状态, 状态5表示软件误动状态, 状态6表示软件拒动状态。λhj, λhj, λsw, λsj表示各状态之间转换之间的故障率。

那么设状态转移方程A为:

求解方程

得P0, 即为不考虑人为因素的保护装置可靠率, 那么考虑人为失误率因素后, 装置的可靠率σ=p0 (1-H) t, t表示两次检修的间隔时间/h-1, H为人为失误率。

依据全国的2002～2005年继电保护可靠率的统计, 全国继电保护平均可靠率为91%, 如果低于这个可靠率, 那么该套保护将需要进行检修, 那么依此便可推导出当某套保护低于该可靠率的时间t, 即为检修的间隔最佳时间。

4 最佳检修间隔时间影响因素

在分析过程中发现影响最佳检修间隔时间主要因素是自检率和人为失误率。

对于有自检的微机保护装置来说, 可以通过自检的方式检出装置的潜在故障, 避免保护的误动和系统发生故障时保护的拒动。从图3中可以看出, 随着自检率的降低, 保护装置的最佳检修间隔时间也随之变小, 当微机保护的自检率趋于零时, 最佳检修间隔时间将变化到很小的值, 因此自检的存在可增大定期检修的间隔。对无自检的保护装置, 则有必要严格执行定期检修, 且此周期比有自检保护装置的检修周期要短得多。

从图4中可以发现随着人为失误率的增加, 保护装置的最佳检修间隔时间以一个数量的间隔时间逐步减小, 因此在实践过程中减小人为失误率对于提高保护装置的可靠性以及延长保护的检修间隔时间是至关重要的。

5 结束语

状态检修是根据设备运行工况而适时进行的预知性检修, 进行状态检修可以避免人员工时以及交通等成本的的浪费。而设备的可靠率是其运行工况重要指标, 因此要依据可靠率来指导状态检修。由于微机保护装置是电子产品, 运行一段时间, 受周围环境和寿命等影响, 其可靠率必然下降, 间隔多长时间对微机保护装置进行检修值得研究, 以上通过运用马尔柯夫随机过程对保护装置的最佳检修间隔时间研究, 通过实例验证了该方法的可行性, 并分析了人为失误率和保护装置的自检对最佳间隔检修时间的影响。

参考文献

[1]马碧燕.继电保护系统可靠性的综合定量计算[M].广东工业大学, 硕士学位论文.

[2]陈德树.继电保护运行状况评价方法的探讨[J].电网技术, 2000, 24 (3) :1-2.

接触间隔时间篇3

随着空间探测技术的发展,空间的等离子体成分探测显得越来越重要,尤其对现在正在进行的深空探测,如探月计划。而空间等离子成分探测最主要的方法就是飞行时间法,既通过测量粒子飞过一定距离所需要的时间来鉴别粒子成分。

目前,国外在等离子体成分探测方面技术已经很成熟,如1984年AMPTE/IRM上的超热离子电荷分析器[1];1996年FAST上的飞行时间法能量角质谱仪(TEAMS),Cluster Ⅱ上的离子成分和分布函数分析器(CODIF)。然而在国内,该技术还刚刚处于起步阶段,存在很多难点,其中最关键的就是:快电子学技术,也就是说如何用电子学的方法测量出起始脉冲和停止脉冲之间的时间间隔,既粒子的飞行时间,约为纳秒量级,将是整个等离子成分探测器的关键。也是目前国内离子成分探测中所面临的难题,为了能够探索出一种测量这种纳秒量级时间间隔的方法,首先必须模拟出来这种纳秒量级的时间信号,从而找出一种测量该时间间隔的最好方法。本文将主要研究基于飞行时间法的纳秒量级时间间隔测量技术。

2 设计原理及系统组成

纳秒量级时间间隔测量系统由CPU模块、时间间隔测量模块、数据传输模块三部分组成,其逻辑框图如图1所示。

其中CPU模块主要功能是模拟纳秒量级脉冲信号、接收时间间隔测量模块的数据、FIFO缓存、发送数据到数据传输模块、控制数据传输模块的时序,是整个测量系统的前提和控制中心。时间间隔测量模块主要用来测量纳秒量级的时间间隔,同时把时间信号转换为数字信号。数据传输模块接收数据,并进行数据处理,同时将数据传输到PC机。PC机用来存储数据,同时发送指令到数据传输模块。

2.1 CPU模块

该模块主要是由FPGA芯片、电源转换电路、时钟模块及配置电路组成。其中最主要的部分为FPGA芯片,它是整个CPU模块的核心。

CPU模块的主要功能:

(1) 模拟纳秒量级脉冲信号[2]。利用现有的技术方法模拟出来,时间间隔为纳秒量级的脉冲信号,为验证后续测量系统做准备。

(2) 接收时间间隔测量模块的数据,将时间间隔测量模块数据存储到内部FIFO。

(3) FIFO缓存、发送数据到数据传输模块。利用FPGA内部的逻辑门,通过编程实现2个4 kB的FIFO,用于缓存数据,同时将数据发送到数据传输模块。

(4) 控制测量模块和数据传输模块的时序。作为整个测量系统的控制中心,为后续的测量模块和数据传输模块提供时序控制和读、写方式等。

其中模拟纳秒量级脉冲信号是整个CPU模块的关键,在本系统中,通过选用了Xilinx公司Virtex-2系列FPGA,利用其内部的DCM(数字时钟管理器,Digital Clock Manager)模块将时钟信号倍频到300 MHz左右,通过计数的方法来产生起始脉冲和停止脉冲,从而产生纳秒量级的时间间隔信号。

2.2 时间间隔测量模块

时间间隔测量系统是整个电子学系统的关键。它的性能的好坏直接决定着时间间隔测量系统的精度。本测量方案选用了德国ACAM公司的高精度时间间隔测量芯片TDC-GP1。

该芯片采用44引脚TQFP封装,具有TDC测量单元、16位算术逻辑单元、RLC测量单元及与8位处理器的接口单元4个主要功能模块。其性能指标如下[3]:

① 双通道,250 ps的分辨率或者单通道125 ps的分辨率。

② 每个通道可进行四次采样,排序则可达8次采样。

③ 两个通道的分辨率完全相同,双脉冲分辨率大约为15 ns。

④ 有两个测量范围:3 ns～7.6 μs;60 ns～200 ms(有前置配器,只使用于单通道)。

⑤ 双通道的8个事件可以一个一个的任意测量,没有最小时间间隔限制。

⑥ 分辨率调整模式:通过软件对分辨率进行石英准确性调整。

⑦ 有四个端口用来测量电阻、电容和电感。测量输入的边缘灵敏性是可调的。

⑧ 有效的内置16位运算器,测量结果可以被校准或者乘以一个24位的整数。

⑨ 运算器用于计算的时间是独立于外部时钟的,整个校准和乘法的时间大约为4 μs。

⑩ 内部最多可存储4个校准值或者8个非校准测量值。

校准和控制时钟频率为500 kHz～35 MHz(高于100 MHz将用到内部的前置配器)。

工业温度范围为-40～+85 ℃;工作电压:2.7～5.5 V;低功耗,可用电池驱动。

TDC-GP1提供了三种测量方式供用户选择,其具体参数和时序逻辑如下所示:

(1) 测量范围一

GP1提供了两个测量通道,每个通道的分辨率是250 ps,它基本的测量范围是15位。两个通道具有完全相同的分辨率,共用一个START信号和至多四个独立的STOP输入信号进行比较,最小时限为15 ns。START和STOP信号必须持续2.5 ns以上,否则芯片无法辨识。STOP信号之间可进行相互的比较,无最小时限。量程为3 ns～7.6 μs。两个通道可进行排序,这样可使1通道允许8个脉冲输入,但通道2的STOP 输入被忽略。测量时序如图2所示。

(2) 测量范围二

为进行大量程时间测量,芯片引入了一个16 位的前置配器。该模式下芯片只有通道1可用,正常精度模式下允许4个脉冲输入。STOP 信号之间不能相互比较,仅STOP与STSRT信号可进行比较。最大量程60 ns～200 ms。测量时序如图3所示。

其测量原理如下:输入START信号芯片内部迅速测量出这个信号与下一个校准时钟上升沿的时差tPC1,之后计数器开始工作,得到此前置配器的工作周期数period。这时重新激活芯片内部测量单元,测量出输入的STOP信号的第一个脉冲上升沿与下一个校准时钟上升沿的时差tPC2,tPC3是STOP信号的第二个脉冲上升沿与校准时钟上升沿的时差。tcal1十一个校准时钟周期,tcal2是两个校准时钟周期。根据图6可以得出START信号与STOP信号第一个脉冲的时间间隔为:

undefined

cc表示前置配器的计数值。

(3) 精度可调整模式

在此模式下两通道数值有非常精确的校准环路,精度可以通过程序中的设置来调整,精度可调整模式不需要START信号。因此最多只能通过通道1和通道2共引入8个STOP输入,此时任意两个STOP信号均可以进行比较,量程为3 ns～3.8 μs,但芯片耗电量比较大,大约为25 mA。其测量时序如图4所示。

上述三种测量方式,各自都有自己的特点,适用于不同的条件,测量的分辨率也有很大不同。在具体应用中,可以根据所测等离子体的能量范围和通道个数以及所要求的分辨率,来具体的选择适用哪种模式。

在该测量系统中,需要两个通道同时测量,而且需要大量程测量,所以选择测量范围一,具体的寄存器配置如下:Reg0:0x48;Reg1:0x4B;Reg2:0x01;Reg3:0xXX;Reg4:0x40;Reg5:0xXX;Reg6:0x02;Reg7:0x01;Reg8:0x00;Reg9:0x00;Reg10:0x80。

2.3 数据传输模块

该模块主要包括USB2.0控制器(Cy7c68013-128)、PC机,以及驱动和固件程序等。在整个测量系统中,为了更好的与PC机进行通信,并获得很快的数据传输的速度,最终选用USB接口(Universal Serial Bus),它是一种新的接口标准,有很多优点如即插即用、支持热插拔、传输速度快、可通过扩展连接多达127个 USB 设备等。

本设计选用的是Cypress公司的EZ-USBFX2系列芯片中的CY7C68013,这是一种带USB接口的单片机芯片,虽然采用低价的8051单片机,但仍然能获得很高的速度。它包括一个8051处理器、一个串行接口引擎(SIE)、一个USB收发器、一个8.5 kB片上RAM、一个4 kB FIFO存储器及一个通用可编程接口(GPIF)。

通过系统软件的设计就能实现数据的传输,包括固件、应用程序和驱动程序的设计。

3 实验结果

通过实验证明,该测量系统能测量出时间间隔范围为3.5 ns～7.2 μs,分辨率能达到500 ps。测量误差在2%左右,其中时间间隔越短,误差越大。部分实验结果如表1所示。

4 主要问题

由于整个电路系统产生和测量的是纳秒量级的脉冲信号,对于如此高频率的信号,很容易受外部信号的干扰,因此在电路板的制作过程中,如何来屏蔽外部干扰信号,提高抗干扰能力,目前是一个急需解决的问题,这对整个测量系统的准确性有着非常重要的意义。另一个问题就是整个测量系统的核心器件TDC-GP1的温度范围只有-40～+85 ℃,是否能够经受得起恶劣的空间环境考验,只有通过老化实验和环境模拟试验验证,才能进一步应用到空间探测中。

5 结语

通过实验证明,该测量系统测量范围为3.5 ns～7.2 μs,测量误差在允许范围之内,其主要性能指标能满足测量要求,具有一定的实用价值。由于电路中有纳秒量级的高频信号,因此在后续的电路设计中,将进一步提高抗干扰能力。以满足我国深空探测中等离子成分探测的需要。

参考文献

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[2]James R Armstrong,Gray F Gail.VHDL Design Represen-tation and Synthesis[M].北京:机械工业出版社,2003.

[3]刘国福,张?,刘波.TDC-GP1高精度时间间隔测量芯片及应用[J].单片机与嵌入式系统应用,2004(11):38-40.

收蚁间隔时间对专业化共育的影响篇4

可见, 小蚕共育产业化趋向越来越明显。小蚕共育产业化, 一方面提高了小蚕共育室的活力, 另一方面又产生了许多新的问题。叶质是比较突出的问题之一。专业化生产后, 共育室不再饲养大蚕, 桑园生产的桑叶全部用于共育小蚕, 但由于桑叶的生长发育与小蚕生长发育不同步, 普遍存在叶质偏老的现象, 使小蚕生长发育减缓, 蚕体小, 体质弱, 入眠迟, 入眠慢。通过在专业化共育中不同收蚁间隔时间观察, 可了解叶子生长状况及其对小蚕发育的影响, 为生产提供指导。

1 材料与方法

1.1 时间、品种和地点

生产观察时间是2007年5月2日至30日, 在本站的新望小蚕共育室进行。桑品种为两年生桂桑优62号, 蚕品种为邕宁蚕种场生产的两广二号。

1.2 生产观察设计

1.2.1 收蚁间隔时间。

收蚁间隔时间设计以大蚕户生产周期为主要依据。大蚕户一造的生产周期为15~18天 (含上蔟售茧消毒时间) , 因此, 设6d、8d、15d三个收蚁间隔时间处理。

1.2.2 批次及收蚁量安排。

6d、8d、15d三个处理分别收蚁4批、3批、2批。各批收蚁量以用完当批应采桑叶量为依据。

1.2.3 桑园确定。

选择共育室自有成片桑园, 按生产性能基本一致的原则分为三份, 每份桑园的桑叶固定饲养一个处理的小蚕, 6d处理、8d处理、15d处理桑园面积分别为0.341公顷、0.337公顷、0.33公顷。

1.2.4 小蚕饲养采用箱式一日两回育省力化共育技术。

1.3 生产观察调查项目与方法

1.3.1 采叶位与用叶量。

收蚁前, 抽取100条枝条调查当批可用叶片数, 测定当批应采桑叶产量, 确定收蚁张数。收蚁采叶位定为4叶位, 各龄用叶从1龄起自上而下采摘, 直至满足当批用叶, 采摘时记录采叶位, 称量记录每龄用叶量。

1.3.2 入眠整齐度。

观察记录各龄始眠时间和眠定时间, 以始眠至眠定时间长短判定入眠整齐度。始眠至眠定时间小于5小时评价为齐一, 5至7小时评价为基本齐一, 7小时以上评价为不齐一。

1.3.3 起蚕体重。

各龄起蚕饷食前, 取100条起眠蚕用天平秤称量并记录各龄起蚕体重。

1.3.4 发育经过。

观察并记录各龄饷食 (收蚁) 和眠定时间, 推算各龄发育经过时间。

2 结果与分析

2.1 不同收蚁间隔时间对采叶位的影响

对小蚕而言, 叶位是叶子老嫩的重要参考指标。表1为各处理各龄所采叶位观察记录结果。从结果可见:以用完预定面积应采桑叶量为原则确定各批收蚁量后, 各处理的1龄采叶位一致, 桑叶老嫩适中, 叶质达到1龄小蚕生长要求;间隔6d、8d处理2龄采叶位符合叶位要求, 叶质达到2龄小蚕生长要求, 15d处理2龄采叶位提高, 叶质基本达到2龄小蚕生长要求;6d、8d处理3龄采叶位偏大, 叶质偏老且老嫩不一, 已达不到3龄小蚕生长要求, 15d处理3龄采叶位过低, 叶质明显过老。

注:试验时间2007年5月。

2.2 不同收蚁间隔时间及不同采叶位对用叶量的影响

在同等蚁量同等饲养条件下, 叶质好用叶量则少;反之则多。对各处理的各批各龄用叶量进行统计, 结果如下表2。结果表明:6d、8d两处理的1至3龄平均张种用叶量没有明显差异, 分别为23.7公斤和23.8公斤, 同一处理不同批次的1至3龄平均张种用叶量没有明显差异;15d处理的1至3龄平均张种用叶量增加至25.5公斤, 比6d处理增加1.8公斤, 增7.6%、比8d处理增加1.7公斤, 增7.1%, 特别是15d处理第二批次的1至3龄平均张种用叶量达到26.4公斤, 分别比6d、8d处理增加2.7公斤、2.6公斤, 分别增11.4%、10.9%。

注:试验时间2007年5月。

2.3 不同收蚁间隔时间不同采叶位对小蚕入眠整齐度的影响

在同等饲养条件下, 叶质好小蚕发育入眠则整齐。表3是各处理的各批各龄入眠时间记录。根据入眠记录, 各处理1至2龄入眠均齐一, 6d处理、8d处理3龄入眠评价基本齐一, 15d处理3龄入眠要提青分批, 评价不齐一。

注:试验时间2007年5月。

2.4 不同收蚁间隔时间及不同采叶位对小蚕龄期发育经过的影响

在同等饲养条件下, 叶质好则发育快。对各处理的各批各龄蚕发育记录进行整理, 各处理的各批各龄蚕的发育经过如表4。结果表明:6d、8d处理1至3龄发育经过无明显差异, 基本能按正常发育进度发育。15d处理1至2龄的发育经过与6d、8d处理1至2龄发育经过无明显差异, 3龄发育进度与6d、8d处理3龄发育进度明显减慢, 经过延长。

注:试验时间2007年5月。

2.5 不同收蚁间隔时间、不同采叶位对小蚕体重的影响

在同等蚁量、同等饲养条件下, 叶质好则眠起蚕体重较重。表5是各处理的各批各龄100条眠起蚕体重统计结果。可见, 在蚁蚕体重基本一致的情况下, 6d、8d、15d处理的2至3龄各批各龄起眠蚕的体重没有明显差异, 15d处理4龄起眠蚕的体重明显下降, 平均体重比6d、8d处理下降1.9克, 下降10.6%。

注:试验时间2007年5月;体重为蚁蚕或起蚕体重。

3 小结

3.1 桑叶叶质对小蚕的生长发育具有显著影响。上述试验结果表明:在专业化共育条件下, 收蚁间隔时间对共育叶质及小蚕发育有明显的影响, 随着收蚁间隔时间增加, 3龄小蚕的采叶位提高, 叶质下降, 发育减慢, 体重下降。

3.2 试验结果还表明:专业化共育条件下, 批次间隔6至8天收蚁基本能确保各龄小蚕对叶质的要求, 确保小蚕整齐、健康。

3.3 批次间隔6至8天收蚁, 共育室会造成批次重叠, 对蚕室布局、消毒防病、工作安排有更高要求, 要做到各龄小蚕室和工作人员专一。

摘要：广西小蚕共育专业化已大势所趋, 然而, 桑叶叶质差是专业化共育中遇到的新难题。通过进行不同收蚁间隔时间, 观察叶质及小蚕发育的变化, 结果是:收蚁间隔时间对共育叶质及小蚕发育有明显的影响, 间隔6至8天基本能确保各龄小蚕对叶质的要求, 达到小蚕发育整齐、健壮。

关键词：专业化共育,收蚁时间,叶质,发育,试验

参考文献

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[3]梁昌林, 等.钟山县小蚕共育技术[J].广西蚕业, 2006, (2) :30-33.

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