基于希尔伯特变换的光纤分布式声波测量技术

提出了一种基于希尔伯特变换的相位解调算法，并以此构建了新型光纤分布式声波测量系统，在不劣化解调结果的前提下，极大地简化了相位解调光时域反射系统中的光路结构。通过理论与实验，证明了新算法可以正确、稳定地解调外加正弦信号的幅值、频率及位置信息，实现分布式振动信号的准确测量。     

基于激光自混合散斑干涉的微小流量检测

为实现对激光自混合散斑干涉的微小流量的检测,提出了一种基于激光自混合散斑干涉检测方法。 通过检测得到自混合散斑干涉信号,并对信号进行频谱分析得到流体的平均频率,利用平均频率与流速的拟合 直线进一步获得流量与平均频率的关系,从而精确求解流体微小流量。理论分析和实验表明,该方法可以简单 高效测量微小流量,测量相对误差小于1． 13%。     

基于DDS的激光自混合干涉信号模拟发生器

激光自混合干涉技术是一种新型光干涉传感测量技术,可用于微位移、微振动、距离、形貌以及激光器线宽展宽因数等物理量的测量.在这些测量传感器研制开发过程中,若有一台激光自混合干涉信号模拟发生器,将会使处理电路的调试工作更加方便.以直接数字频率合成(DDS)技术为核心、ATmega32单片机为工具设计了一种激光自混合干涉信号模拟发生器,能够合成48种激光自混合干涉信号,合成频率能在50~1400 Hz之间调节,幅值在0.4~10 V区间内连续可调.此信号发生器为基于激光自混合干涉的传感器设计制作提供了基础.     

基于法布里-珀罗干涉的全光纤振动检测仪

在传统的振动测量中,激光监测装置只能测量电机的单个参数.为实现对轴中心高为56 mm及以上电机的机械振动测量,建立了双通道独立测量系统.该系统可用于同时测量电机转轴的速度以及转轴产生的振动.该实验基于法布里-珀罗干涉、散斑干涉原理得到含有振动信号和速度信号的混合信号,将合成信号分解后,运用希尔伯特变换解调振动信号以及自相关函数处理速度信号.实验结果表明,振动测量误差小于255 nm,速度测量相对误差小于0.11％.该系统结构紧凑,操作简单,易于实现,具有非接触性、抗电磁干扰强、高精度等优点.     

基于独立分量分析的非均匀采样弱信号频域检测

非均匀采样可以在对模数转化器件的采样频率要求较低的情况下,提取超出Nyquist采样定理限制的频率.当包含两个幅值相差大于10%信号的混合信号经过非均匀采样后,由于采样的伪随机性会产生频谱噪声,因此从幅值谱中辨别不出幅值很小的弱信号.根据非均匀采样的幅值谱识别出大信号频率,构造模拟源信号,以混合信号作为另一个源信号,根据独立分量分析(ICA)对幅值不敏感的特点,使用FastICA算法从混合信号的频谱中成功分离出幅值为强信号幅值五百万分之一的弱信号.在弱信号检测过程中,提出利用互相关系数进行"扫相"处理,以解决大信号相位匹配的问题.在相位匹配存在0.70%误差的情况下,成功分离出幅值为强信号幅值0.06%的弱信号.     

光外差干涉对超声振动信号的解调

为了解调出微弱超声振动信号,设计了具有较高检测灵敏度的外差干涉系统。实验没有采用特殊的线偏振激光,而是采用普通氦氖激光器作为光源,然后通过PBS来产生相同的线偏振光;再让两束P光在光电检测器中形成外差干涉。实验结果显示,获得了幅值较大的外差干涉信号,幅值将近70 mV,频率达到了79.37 MHz,与标准的80 MHz的相对误差频率仅为0.7%;同时得到当振动信号频率为5 kHz,幅值为1 V时通过解调获得的超声振动信号最明显。     

移相干涉图的旋转误差研究

提出了一种在移相干涉术中干涉图之间的相对旋转误差的修正方法.由于环境振动,图像传感器的微小相对旋转导致移相干涉图之间的相对误差并降低测量精度.以其中一幅干涉图作为空间方向基准,将其他干涉图与之比较.通过计算得到相对旋转误差角θ,在相应的移相干涉算法中反向旋转θ,达到修正旋转误差的目的.     

基于频率分析的激光多普勒微小振动测量

研究振动幅度小于激光半波长的微小振动的测量方法.利用自己混合型半导体激光器的特点,大大简化了干涉系统的光路结构.同时,根据激光多普勒振动测量原理,分析了在波数σ＜1后采用频率分析方法测量的合理性,并实测了小到 90 nm的超声微小振动.实验结果表明,当最大多普勒频率等于振动频率时为该方法的测量极限.     

实时混合模拟误差的理论分析及试验验证

为研究实时混合模拟中幅值比率误差和时滞对试验结果的影响,选用弹簧作为试验子结构进行研究,观测和分析了测量位移与计算位移之间的微小误差.假定在试验过程中幅值比率误差和时滞处处相等,采用时滞微分方程建立了实时混合模拟的数学模型,给出了微时滞下自由振动和简谐振动的近似解.结果表明,理论分析结果与试验结果较为相似,说明所提数学模型具有合理性和准确性.误差会导致作用在试验子结构上的外力失真,并影响了数值子结构的位移峰值和稳态振幅.理论分析结果与试验结果之间的微小差异主要受假设简化、测量噪声、累积误差等因素的影响.     

分布式布拉格反射光纤激光器自混合尾纤调制技术

激光自混合干涉技术是一种新型测量技术,其具有结构简单、紧凑、易准直等优点,因而广泛应用于振动测量领域.采用压电陶瓷尾纤调制技术,对分布式布拉格反射光纤激光器自混合干涉系统进行调制,最终实现了对外界物体振动信号的重构.重构结果表明,当外界振动物体峰峰值在λ/4到2λ范围时,重构振动信号的峰峰值误差低于0.3%.     

基于光子技术的实时频率测量方法

研究了一种基于光子技术的实时频率测量方法,该方法利用两个级联强度调制器构成光子混频结构.通过理论分析与模拟仿真,设计了光通道与射频通道延时差,以优化测量带宽,同时保证测量精度.由于测量系统对微波信号实现混频后,输出的直流光功率与频率存在对应关系,利用光功率计对直流光功率进行监测,便可实现实时频率测量.该系统未采用光电探测器,极大地降低了系统成本.实验结果表明,在1~6GHz频率下,测量误差低于±0.12GHz.     

光反馈自混合干涉系统模型中的参数研究

在外腔简谐振动条件下,研究半导体激光器的光反馈自混合干涉系统模型中的测量参数.经计算仿真分析,得到了外腔运动参数及激光器本身参数的变化对光反馈自混合信号波形的影响规律.结论表明,利用光反馈自混合干涉效应可以进行多参数传感测量.     

基于FFT的互感式电流信号检测装置的设计

为解决对电路中电流信号的实时监测及谐波分析问题,利用传感器技术设计出一套高精度基于FFT( Fast Fourier Transform) 的互感式电流信号检测装置。该装置可对环路电流信号进行非接触式测量,硬件电路包括互感式电流传感器和检波电路,软件部分以STM32 为主控制器,对信号进行傅立叶变换得到频率和幅度信息。这种以微处理器为核心的测量装置可以实现测量自动化和功能多样化,在工业领域具有一定的应用价值。经实验检测,该系统的频率分辨率可达到1 Hz,幅度分辨率可达到0． 5 mA,测量电流信号频率误差小于2% ,幅度误差小于5%。     

多功能数字频率计的设计与研究

为精准测量信号频率等参数,设计了一种以STC89C52RC单片机为控制核心、由三极管3DG120、施密特触发器74HC14和分频器74HC4040等构成信号处理电路,可以测量信号频率、周期、脉冲宽度等参数的多功能数字频率计。该频率计通过RS232串口将单片机测量的数据传送至上位机,利用上位机软件集中显示所测信号的频率、周期、脉宽、占空比等各参数测量值并描绘出所测信号波形,给出了单元模块设计电路和配套的软件设计,并提出小信号测量时抗干扰的一些办法。实验表明,系统结构简单,是对电子计数器多功能和多用途的扩展型设计和研究,频率测量误差低于0.1%,达到设计技术指标,具有良好的人机交互性,其中信号频率测量范围为1~50MHz,可测小信号,幅值低于0.5 mV,能满足实际测量要求。     

自参考式光纤气体传感数据处理方法

气体检测是光纤传感领域的一大研究热点．在强度吸收型气体传感系统中,吸收致光强变化的检测直接影响到气体浓度的解调精度．以内腔吸收式气体传感系统为例,采用自参考式数据处理方法实现气体吸收谱线的自动识别与浓度解调．根据朗伯．比尔（L-B）定律,理论推导了光强检测误差对浓度解调误差的影响．采用自参考式浓度解调算法,提取了乙炔气体的吸光度曲线,并从理论和实验2方面计算了气体吸收峰的吸光度．分别采用自参考式和预参考式解调算法,再结合2种不同的拟合线型,计算了500组实验数据中9条乙炔气体吸收谱线的吸光度．结果表明,采用自参考式解调算法．Lorentzian拟合时解调误差最小且不超过250×10^-6．再结合波长扫描理论,浓度传感的解调精度可得到进一步提升．     

基于霍尔传感器的制动踏板行程测量系统设计

为了解决驾驶模拟器中对制动踏板行程的数据采集需求,使其能精确判断出制动踏板所处的位置,设计了一种由2个霍尔传感器、7个小磁块和1个单片机控制系统组成的制动踏板行程测量系统,并介绍了其原理与实现方法。采用霍尔效应原理来测量制动踏板的行程,通过霍尔传感器感应到磁块后输出脉冲信号,将脉冲信号进行反向和相位解调处理后输入单片机控制系统;单片机控制系统根据脉冲信号计算得到制动踏板行程。结果表明,该测量系统的测量误差小于等于±3%,测量性能稳定,且具有体积小、成本低等优点,可以满足对制动踏板行程进行测量的需要。     

基于磁光调制及基频信号检测的高精度波片测量

为提高波片相位延迟量的准确性,提出了一种基于磁光调制的波片相位延迟量测量方法.在标准1/4波片和检偏器之间插入磁光调制器,调整元件转角使出射光强只剩下偶次谐波成分,利用该特性,通过检测基频成分的残余量而非整个光强信号来进行波片相位延迟量的精密测量.利用琼斯矩阵推导了相应的理论公式并建立了波片测量系统,误差分析表明当环境温度变化范围为0.1℃时,系统测量不确定优于5',对1/2波片和1/4波片的重复测量实验表明测量标准偏差约为2'.      

宽频光隔离放大器设计及试验研究

针对电力系统信号测量要求的抗干扰能力强、二次设备安全及宽频带的要求,设计一种宽频光隔离放大器,对隔离放大器的设计原理进行详细介绍,通过对隔离放大器各模块电路的传输特性分析,建立了相应的系统传递函数.仿真试验和实物试验结果表明,该隔离放大器将传输频带提升至1 MHz以上,工频信号传输精度误差小于0.2％,抗干扰能力有效增强,满足电力系统信号测量的实际需求.