用于光纤F-P声压传感器的直流补偿解调技术研究

提出了一种改进的双腔直流补偿技术，用于解调非本征法布里-珀罗干涉(EFPI)光纤传感器，以消除腔长差与入射光波长相匹配的要求。通过消除直流分量和校准信号相位，可以从具有任意相位差的原始信号中获 得两路正交信号。通过理论仿真，制作了具有不同腔长差的EFPI光纤传感器，对所提出的方法进行了试验验证。 结果表明，该方法在解调双 F P腔 EFPI传感器时，不需要保证初始相位差恒定，且对腔长漂移不敏感，具有良好的 稳定性和实用价值。     

基于石墨烯膜的光纤Fabry-Perot腔干涉特性分析

针对以新型材料石墨烯为膜片的光纤法珀压力传感器,应用圆薄膜大挠度弹性理论,利用有限元法分析了均布载荷下石墨烯膜的挠度形变;并基于Fabry-Perot干涉仪原理,建立了光纤Fabry-Perot腔压力传感的数学模型.根据石墨烯膜折射率特性,分析了层数、入射光角度等参数对石墨烯膜反射率的影响,获取了腔长损耗以及薄膜挠度形变导致腔长变化而引起的干涉光谱变化规律.仿真结果表明,增加薄膜层数可提高反射率、改善干涉性能;但随着载荷增加,其对挠度形变的影响表现为反向递减效应.8层石墨烯薄膜可获得0.715%的反射率,且当腔长为40μm时,直径25μm薄膜的理论压力灵敏度约为10nm/kPa.这为基于多层石墨烯的膜片式光纤压力传感器的设计提供了理论依据.      

变采样率全数字相位载波解调技术

基于相位载波(PGC,Phase Generated Carrier)解调各环节的信号频率范围,提出变采样率解调方案,解决高采样频率下的实时全数字PGC解调问题.对干涉输出信号采用高采样率进行模数转换,提高解调带宽和动态范围.对混频相乘和低通滤波后的环节采用降低采样率处理,减少实时数字信号处理的运算量.设计变采样率全数字PGC解调系统,采用现场可编程门阵列(FPGA,Field Programmable Gate Arrays)并行实现混频相乘和低通滤波环节,采用数字信号处理器(DSP, Digital Signal Processor)实现后续解调环节,实现采样率高达1MHz的实时解调.实验结果表明频率为5kHz、幅度为1rad的被测信号可以被有效解调.      

光纤光栅解调仪校准方法研究

介绍了光纤光栅传感解调系统的工作原理、结构和应用,提出设计了一种光纤光栅解调仪校准传递件,传递件以F?P(法布里-珀罗,以下简称F?P)标准具为核心器件,利用LabVIEW开发环境设计编写波长扫描程序,配合以可调谐激光器与光功率计完成测量。所研制的标准传递件的测量不确定度2.4pm(k=2),其波长月稳定性在1.5pm。     

SDUV方法中组织振动信号提取算法比较

组织振动信号的提取是剪切波频散超声振动成像技术(SDUV)方法中的重要步骤.目前,SDUV方法中有两种常用的组织振动信号提取算法,正交解调法(QDM)和互功率谱法(CSM),但是未见比较这两种算法提取质量差异的相关研究.因此,构造了不同信噪比(SNR_U)的参数化仿真超声回波信号模型,分别使用QDM和CSM从超声回波信号中提取组织振动信号,比较了两种方法的提取效果与计算效率.实验结果表明,当SNR_U≥35 dB,两种算法在相同信噪比下提取出的信号所分离出的振动相位结果相近,标准差均小于1°,对于剪切波波速的计算结果没有太大影响.CSM的计算效率低于QDM的计算效率.因此,当SNR_U<35 dB,为了减小振动信号初始相位的提取误差,应该使用CSM提取组织的振动信号.当SNR_U≥35 dB,应该选择QDM提取组织的振动信号,以减少信号处理时间.本研究的发现有助于提高SDUV方法的检测效率.     

计算机解调技术在电容传感器中的应用

长期以来,电容传感器用一些调幅原理的测量仪器存在着噪声大、稳定性较差有缺点,很难进一步提高仪器的精度及频响。为此,我们提出采用计算机解调技术,即利用A/D转换,直接对调幅信号的峰值点采样完成测量信号的解调和处理的新方法,取代以往仪器中的模拟电路解调方法,并且得到了满意的实验结果。本文详细地叙述了计算机解调方法的原那、方案、实验、结论,认为这种方法可应用于各种调幅信号的解调中。     

基于Kalman滤波解调的半球谐振陀螺全角控制方案及仿真

针对半球谐振陀螺全角模式控制中的信号处理与控制环节复杂、高精度数字解算对全角控制效果和陀螺精度有直接影响的问题,对半球谐振陀螺全角控制方法进行研究.以非理想半球谐振子为控制对象,给出一种半球谐振陀螺的全角控制方案.针对振型信号的高精度解算问题,提出一种基于Kalman滤波的数字解调方法.仿真结果表明,基于Kalman滤波解调的全角控制系统能实现快速解调和稳定控制.     

不同传感器精度下的地形辅助导航系统性能评估

为完成地形辅助导航系统的传感器选型以及改进地形匹配算法和地形辅助导航系统可靠性的研究,开展了传感器精度对地形匹配概率的影响研究.针对不同的地形,分析了高度表误差、速度误差和航向角误差对地形匹配概率的影响,并根据实际要求通过仿真计算确定地形匹配系统中各传感器的误差范围.利用丘陵、山地和高山地等大量地形数据进行测试验证,仿真结果表明:在地形匹配概率大于90%时,速度误差小于2.2 m/s,航向角误差小于0.6°,高度表噪声标准差小于16.4 m.     

三轴磁传感器正交性校正的矢量校准方法

提出一种基于误差分离的矢量校准法用于三轴感应式磁传感器的正交性校正.建立了正交性校正的矢量校准数学模型，针对校正过程中的安装误差进行误差项分离校正，结合卡尔曼滤波与最小二乘法对模型参数进行求解得到正交性校正矩阵.仿真和实验结果表明，基于矢量校准数学模型的校准方法可行且有效，在输入磁场2.5nT情况下，测量误差由传统方法的0.0962nT减小到0.0019nT.此方法已应用于某星载感应式磁力仪的正交性校正.      

基于F-P腔的激光频率稳定传递方法

量子传感的发展需要频率高度稳定的激光器为基础,且实现大失谐激光频率稳定通常是提高其精度和灵敏度的关键。针对大失谐激光稳频问题,提出了一种利用法布里-珀罗（F-P）腔传递激光频率稳定性的方法。以饱和吸收稳频法锁定的激光器频率为参考,基于锁相原理,锁定F-P腔长度。利用F-P腔长度这个稳定的参考点,实现目标激光器的频率的精确锁定。实验将目标激光器波长锁定于767.001 nm,失谐频率为150 GHz,锁定后的频率漂移为1 MHz/h。该方法解决了激光大失谐稳频问题,对工程实践和科学研究有重要意义。      

基于EFPI-FBG结构的光纤复合传感器研究

研究了一种基于非本征型Fabry-Perot干涉仪(EFPI)和光纤Bragg光栅(FBG)串联结构构成的EFPI-FBG光纤复合传感器,用于实现对压力和温度信号的同步测量。传感器选用熔融石英作为压力敏感材料,利用飞秒激光焊接技术实现传感器探头结构的封装。对传感器的工作原理进行了分析,制作并封装传感器工程样机,搭建测试系统,对传感器的性能进行了灵敏度及交叉敏感性分析。结果表明,该传感器在0.8 MPa范围内的灵敏度约为-0.729μm/MPa,在50℃~200℃范围的温度灵敏度为0.009 nm/℃,传感器压力测量最大允许误差为±4.12%FS。该EFPI-FBG复合传感器有望应用于压力—温度双参数测量需求的技术领域。     

一种新的相位检测方案

介绍一种以正交鉴相为基础。以MCS-51单片微机为核心的相位检测方案的设计思想和实验结果。     

微波复合调制信号校准系统研究

微波复合调制信号校准系统是导弹制导专测设备的校准设备,主要用于确认导弹制导系统技术性能,使其能够满足规定的技术指标,保证其处于良好的技术状态。过去多采用人工手动操作、分散拆卸的校准方法,不仅耗时费力,校准的准确度也难以保证。目前模拟信号的解调普遍采用硬件实现,尝试将模拟信号采用一定的算法解调并根据解调的原基带信号测量相关参数,实现解调测量软件化。     

电缆长度辅助的光纤陀螺测斜仪组合测量方法

为实现光纤陀螺(FOG)测斜仪高精度长时间测量,结合测井作业方式,提出基于卡尔曼滤波技术的电缆长度信息辅助的组合测量方法.介绍了捷联惯性测量系统(ISS)误差模型和电缆长度测量模型,设计了组合测量方法的总体方案,建立了组合测量系统误差状态模型及量测更新模型.采用半实物仿真计算对本文提出的组合测量方法进行了验证.仿真结果表明:14 400 s的仿真过程,井斜角误差小于0.02°,工具面角误差小于0.12°,方位角误差小于0.98°,位置误差小于47.5 m.相比纯惯性测量,误差得到了有效的抑制,保证了仪器长时间保精度的测量,提高了仪器的性能.      

双星定姿技术试验研究

本文深入探讨了双星定姿方法,仅利用2颗GPS卫星进行了实际的双星定姿试验.文中综合应用长短基线法和序列优化法求解整周模糊度.试验结果表明,当基线长约1m时,该方法定姿成功率达90%以上,定姿均方差优于0.5°