基于酒精选择性填充光子晶体光纤的Sagnac应变传感器

提出了一种基于酒精选择性填充光子晶体光纤的新型Sagnac光纤环应变传感器,实现了对微小应变的高灵敏度测量.利用酒精对光子晶体光纤的选择性填充使之产生双折射效应,并将已经填充好的光子晶体光纤嵌入到Sagnac干涉环中,实现了Sagnac干涉效应.当给光子晶体光纤施加应变时,Sagnac干涉谱的波峰会随着应变变化而变化,实现对应变的测量.实验结果表明,当微应变在0~3 958时,测量微应变的灵敏度能够达到3.66 pm.同时,本结构具有高灵敏度、高稳定性、抗电磁干扰、易于搭建等优点.     

迈克尔逊干涉仪测速的研究

本文是对迈克尔逊干涉仪应用的拓展,利用迈克尔逊干涉仪测量运动物体的速度.以运动的物体替代迈克尔逊干涉仪的一反射镜,形成动态的干涉条纹,用光电二极管探测变化的条纹强度,得到随时间变化的电信号,用示波器记录,采用傅立叶变换方法处理实验信号,计算多普勒频移,测出物体的运动速度.实验表明测得结果误差范围在2%内.     

基于路径估计的卫星双向传播时延差估算方法

利用卫星广播星历,采用坐标旋转修正Sagnac效应,获知信号传播路径;综合考虑Sagnac效应修正和双向伪距离时延差、电离层时延修正、对流层时延修正,对单向传播时延进行建模,提出一种迭代计算卫星双向时间频率传递(TWSTFT)中双向空间传播时延差的方法。利用北斗导航系统中相距3 376 km的两地面站经过位于东经140°的GEO卫星建立的C波段TWSTFT进行2 d实验。实验结果表明:相比于国际权度局推荐的计算方法,该方法能更好地反映实际双向链路的卫星双向传播时延差随卫星运动而改变的情况,并且卫星运动不但使得双向几何距离时延差(包含Sagnac效应修正)出现幅度为0.412 ns、均值偏差为77 ps的日波动,还造成了双向电离层时延差出现最大幅度为0.120 ns、均值偏差为31 ps的日波动,需从双向测量结果中扣除。     

光纤陀螺中的相位差与谐振频率差的推导及理论分析

光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的环形干涉仪,常见的光纤陀螺包括干涉型和谐振型。首先,对于这2种光纤陀螺,本文采用了以惯性空间为参考系的路程叠加法证明了Sagnac效应是一种与介质无关的纯空间延迟,有效折射率n对Sagnac时间差Δt和光程差Δδ均没有影响;其次,对于干涉型光纤陀螺,有效折射率n对Sagnac相移差Δφ也没有影响;再次,对于谐振型光纤陀螺,文中提出了2种方法,即基于激光物理学中的行波谐振腔理论和基于多光束干涉机理,求出谐振环形腔的谐振频率差Δνq的表达式,其与光纤环匝数N无关。最后,得出光纤陀螺中的相位差Δφ和谐振频率差Δνq之间所满足的关系,并分别从数学形式和物理意义上对这一关系作出分析。2种陀螺的光路结构虽不同,但可使用统一的模型表达及分析光学物理量之间的关系。     

嫦娥三号探测器DOR信号本地相关处理与定轨验证

嫦娥三号(CE-3)探测器在我国首次正式使用了X波段差分单向测距(DOR)信号,未来深空探测器将沿用这一信标体制.本文针对DOR信号特点研究了不同于常规VLBI信号处理的本地相关处理方法,并用于CE-3环月段DOR信号的干涉处理.经过带宽综合、射电源校正,获得了高精度较差差分单向测距(Delta-DOR)时延,并成功将测量结果用于探测器定轨.本地相关获得的DOR信号的相位噪声明显小于现有相关处理机,定轨获得的星历与工程中的精密星历差异约为20m,等效时延残差约0.4ns.相比于常规的VLBI信号相关处理机,本地相关更适合于弱信号的处理,可以用于我国未来月球与深空探测项目.     

一种用于声源定位的光纤麦克风阵列

声源定位技术用途广泛,近些年来备受关注.目前虽已有商业化的压电麦克风阵列用于声源定位,但在极端环境下使用受限,亟需工作原理不同、能克服特殊环境的新型麦克风.光纤麦克风具有抗电磁干扰、耐腐蚀、防爆、灵敏度高等显著优点,是一种极佳的解决方案.本文利用Sagnac干涉原理与时分复用方法,搭建了一组全光纤麦克风阵列,结构简单,对设备要求低,可实现多点实时声压传感;又将语音处理算法双门限端点检测法与TDOA时延定位技术运用到该光纤系统,成功实现了高精度的声源定位,并可通过再接入EDFA等光放大器件将阵列拓展,实现立体定位与进一步提升精度,具有很强的实用性与广阔的应用前景.     

一种ΔDOR算法的初步实现

ΔDOR(双差分单向测距)技术是一种广泛应用于深空探测的测角技术.中国VLBI(甚长基线干涉测量)网目前使用互相关方法实现ΔDOR技术,然而在信号的信噪比很低时,使用基于互相关方法的相关处理机进行时延测量会有弱信号处理能力不足的局限性.随着更遥远距离的深空探测的推进,对弱信号求时延将成为必然的任务需求.本文将高性能三阶锁相环作为测量信号的频率和相位的基本模块,并由此推导了一种弱信号处理能力较强的基于本地相关的ΔDOR算法.该算法避免了传统本地相关方法中本地模型信号与含噪信号进行互相关运算时引起的算法性能损失问题,同时算法更为简洁.对天问一号数据求残余群时延间接验证了本文提出的算法的可行性,为进一步发展高性能ΔDOR技术提供了一种方案.     

激光振动目标特征提取的研究

本文在迈克尔逊干涉仪基础上,让参考臂以一定速度运动,建立起一套新的探测目标振动的系统。首先根据光干涉理论得到信号表达式,结合时频分析的方法对信号进行处理,理论上证明了这种方法的合理性。然后进行了实验研究,证实了在参考臂运动的条件下,同样可以提取目标的振动特性。     

基于光栅信号控制干涉图数据采样方法研究

该文介绍了红外光谱仪的发展,给出常用He-Ne激光控制干涉图采样的方法,并提出了一种基于光栅信号控制采样的方法。在傅里叶变换红外光谱仪中,干涉仪是其核心部件。红外光谱图由干涉图进行傅里叶逆变换得到,必须对等距离光程差采样才能得到完整干涉图。光栅栅距与位移一一对应关系,不仅保证了等光程差采样,而且光栅副与干涉仪集成,便于红外光谱仪系统小型化。     

光纤激光干涉测速

为了测量运动物体的速度,基于多普勒效应构建了光纤速度干涉仪.系统由光源发射器与接收器、非对称马赫-曾德尔光纤干涉仪、光电接收系统、数据处理4个部分组成.光电接收探测器采集不同时刻运动物体的反射光波形成的干涉条纹,通过对数据进行分析和计算,获得运动物体的运动速度和加速度剖面.在霍普金森杆测量实验中,为获得具有良好对比度的干涉条纹,激光光源谱带宽应优于50kHz,功率稳定度为0.07dB,测速范围和测量精度由光纤干涉仪的延迟光纤长度决定.干涉仪的标定可通过测量延迟光纤长度为100m时的条纹常数来实现.测量结果表明,由干涉信号求得的膛口速度和由光触发脉冲求得的膛口速度之间的误差在1‰以内.     

一种改进的光纤马赫－曾德干涉系统

对光纤马赫－曾德干涉仪及影响其输出稳定性的各种因素进行了分析，提出了消除这些影响的信号处理方案，并通过建立光纤干涉磁强计加以验证。结果表明，所提出的信号处理方案可以有效地消除由于光功率、光频和光的偏振态改变引起的输出不稳定。     

Sagnac/Mach-Zehnder干涉仪分布光纤传感系统实验研究

本文对Sagnac/Mach-Zehnder干涉仪分布光纤传感系统进行了实验研究,作者在实验环境下搭建了该系统,并在多个位置多次进行了扰动模拟实验,验证了Sagnac/Mach-Zehnder干涉仪分布光纤传感系统中使用时域互相关方法对扰动进行定位的理论正确性和实验条件下的可行性,填补了之前研究只有理论分析和仿真而无实验数据的空白。     

基于MATLAB的迈克尔逊干涉仪干涉视频处理

在关于迈克尔逊干涉仪的实验中,通常需要观察大量的干涉条纹吞吐变化以进行下一步的计算,使用CCD采集到条纹变化视频信息后,需要进一步处理以得到条纹吞吐量.基于MATLAB的图像处理功能,使用圆心搜索算法等方法完成了条纹吞吐量的自动识别.解决了迈克尔逊干涉仪条纹变化观察困难的问题,实现了计数自动化,在教学科研领域均有一定的实用价值.     

基于时延自相关与变模态分解的故障诊断方法

在故障诊断领域,时延自相关已是一种重要的信号处理工具,而变模态分解则是新兴起的信号处理方法.文中利用时延自相关函数对信号进行降噪处理,再对提取的时延自相相关函数进行变模态分解,选择有效本征模态函数提取出故障频率.模拟仿真与故障实验结果表明:该方法更能有效地抑制噪声,凸显故障特征信息,在旋转机械故障诊断领域具有广泛的应用前景.     

广义相关时延估计方法在漏水检测定位中的应用

广义相关时间延迟估计是解决时间延迟估计的重要方法.文章分析了应用广义相关时延估计方法处理管道泄漏噪声信号时间延迟估计问题.研究了广义相关时延估计方法在管道泄漏信号时延估计应用中的关键技术.计算机仿真结果表明广义相关时延估计方法可以有效的应用于管道漏检测定位中.     

弓形结构冷原子干涉重力测量精度分析

为了提高冷原子干涉测量重力的精度,提出了一种弓形结构干涉方案.该方案通过改变施加在冷原子上的Raman脉冲的方向和数量,构造出弓形结构的干涉路径.根据激光传播相位得到干涉相位差和重力加速度的线性关系,其比例系数决定了干涉仪的灵敏度;利用费曼路径积分的方法计算原子波包的传播相位,并应用微扰理论分析重力梯度误差和地球自转误差;使用矩阵方法分析原子波包干涉不重合误差.与Mach-Zehnder型和四单向脉冲干涉仪相比,弓形结构的重力梯度误差和波包不重合误差均得到降低.又推导了含有多个弓形结构的干涉仪相位差与光脉冲相位和重力加速度的关系式,发现随着弓形结构数量的增加,干涉仪的灵敏度不断提高,但其提高的程度递减.     

一种基于信息最大化的时延混合盲分离算法

Bell和Sejnowski提出了一种基于信息最大化的方法能够分离瞬时混合信号,一般称之为传统的信息最大化方法.本文对传统的信息最大化方法进行了扩展,使之能够适用于更普遍存在的时延混合情况,并给出了一个能够处理时延混合信号的网络结构.通过最大化网络传输的信息量,本文推导出了网络中的时延和权的自适应方程.     

对光纤Mach-Zehnder干涉仪的干涉场研究

研究了光纤Mach-Zehnder干涉仪的干涉场的特性,并对影响干涉效果的因素进行了分析,得到了干涉条纹的分布及获得高对比度干涉条纹的方法.     

光纤周界报警系统中基于时域的信号特征参数提取方法

为提高光纤周界报警系统对入侵事件报警的实时性和准确性,设计了一种高效的基于时域的干涉信号特征参数提取算法,并搭建了迈克尔逊光纤干涉仪原理的光纤周界报警系统用以验证该算法.经过对敲击、切割、攀爬和刮风等四种典型扰动事件的干涉信号特征参数的提取,并输入模式识别系统进行事件甄别,实验数据表明系统的报警准确率达到90％以上.     

实时测量表面形貌的正弦调制半导体激光干涉仪

设计了一种实时测量表面形貌的正弦相位调制半导体激光干涉仪,对其抗干扰的实时测量原理进行了分析．在该正弦相位调制干涉仪中,利用高速图像传感器探测干涉信号,该干涉信号通过信号处理电路实时鉴相得到被测表面所对应的相位分布,即可实时获得待测量物体的表面形貌．在实验中,测量了楔形光学平板的表面形貌,测量点为30×30个,测量时间小于10ms,重复测量精度为4．3nm．实验结果表明该正弦相位调制干涉仪的有效性．