一种激光外差干涉非线性误差新颖测量方法

为了精确测量激光外差干涉非线性误差,提出了一种新的激光外差干涉非线性误差测量方法。通过对来自激光外差干涉测量臂的输出信号直接进行数据采集和频谱分析,分离出非线性误差的一次谐波和二次谐波分量,得到非线性误差相对测量信号之间的幅度比值;通过建立激光外差干涉非线性误差与幅度比值之间的模型,实现对激光外差干涉非线性误差的精确测量。实验结果表明,应用非线性幅度模型和频谱分析的方法能够精确地测量激光外差干涉非线性误差,相对其它测量方法具有结构简单、易于实现、避免传感器引入非线性误差等优点。     

基于幅频特性曲线的光电经纬仪跟踪性能评价

提出了一种测试光电经纬仪幅频特性曲线以及利用该特性曲线评价伺服控制系统跟踪性能的方法。论证了利用频率特性、传递函数、微分（或差分）方程描述同一个系统时所具有的等价关系,给出了利用光电经纬仪幅频特性曲线评价跟踪性能的意义和优势。描述了动态靶标连续调频运动模式下,光电经纬仪跟踪靶标目标时跟踪误差信号的WVD分布。通过分析跟踪误差的WVD分布可知跟踪误差信号为一系列谐波信号的叠加,因目前缺少准确分离该谐波信号的工具和算法,导致无法利用时频分析工具获取幅频特性曲线。因此提出采用间接方式利用线性调频信号测试光电经纬仪幅频特性曲线。最后给出了利用特性曲线评价光电经纬仪跟踪伺服系统性能的方法。     

FBG传感器和电阻应变仪的振动监测特性

将光纤布拉格光栅（FBG）传感器和电阻应变片固定在等强度梁上,研究了两种传感器的振动监测性能,总结比较了其优缺点。通过固定在等强度梁末端的电机来产生振动,测试了FBG 传感器和电阻应变片监测到随时间变化的振动信号,并分析了振动信号经傅里叶变换（FFT）的频谱图。实验结果表明,FBG 传感器和电阻应变片监测到振动信号的时域图基本一致,但是FBG 传感器监测到振动信号经FFT 变换的频谱图出现较明显的二次谐波和三次谐波,电阻应变仪监测到的频谱图出现的谐波较弱。在实验中还观察到,在有电磁干扰情况下,电阻应变仪监测不到振动信号,而FBG 传感器正常工作,不受电磁干扰。     

次谐波调制下光注入DFB-LD结构的可调谐光电振荡器

为实现具有高频谱纯度、低相位噪声的宽带可调谐微波信号生成,提出并通过实验验证了一种次谐波信号调制下光注入半导体激光器结构的光电振荡器,其原理为通过利用光注入半导体激光器的单周期（P1）振荡工作状态和波长选择放大特性实现可调微波信号生成,并进一步通过在光电振荡环路中引入次谐波信号调制对系统生成微波信号的频率稳定性、边模抑制比与频谱纯度进行优化。实验结果表明,文中方案提出的光电振荡器可以生成输出功率大于5 dBm,频率调谐范围为12~18 GHz的微波信号。同时,系统生成的微波信号的3 dB带宽为100 kHz,边模抑制比可达 51 dB,且信号在频偏量为100 Hz和10 kHz处的相位噪声分别为?78 dBc/Hz和?109 dBc/Hz。此外,光电振荡器生成微波信号的频率调谐范围只受系统中使用的各类光电器件工作带宽的限制,通过采用具有更大带宽的光电器件可以实现更高频率的微波信号生成。     

245 GHz接收机芯片片外测试与实验

为了实现太赫兹气体频谱分析传感器,对245 GHz次谐波接收机芯片的片外测试展开研究。建立了245 GHz次谐波接收机片外测试系统以及基于245 GHz接收机芯片及发射机芯片的气体频谱分析传感器片外展示测试系统,对245 GHz次谐波接收机芯片转换增益和带宽进行测试。片外测试系统得到15 dB转换增益和15 GHz带宽;片外展示测试系统得到9 dB转换增益和16 GHz带宽。片外测试系统和片外展示测试系统结果基本吻合。在片外展示测试系统中加入气腔,即构成气体频谱分析传感器。与现有同类型传感器相比,本文的次谐波接收机具有高增益、高带宽、集成本地振荡信号、低功耗等优势,非常适用于消费电子领域小体积的智能气体频谱分析传感器。     

基于TDLAS-WMS的甲烷泄漏遥测系统研制

针对甲烷气体泄漏高精度、非接触和远距离探测的需求，提出一种基于TDLAS-WMS的甲烷泄漏遥测系统。该系统采用高级精简指令集机器(ARM)和现场可编程门阵列(FPGA)双核架构，FPGA实现数字锁相解调提取一次谐波(1f)和二次谐波(2f)信号，ARM通过串行外设接口(SPI)实时接收FPGA解调的1f、2f信号并传送至Labview进行谐波信号分析和甲烷浓度在线解调。通过2f/1f信号处理技术消除光强与靶标反射系数的变化对系统测量结果的影响。研究同等实验条件下0～90 m范围内谐波信号与探测距离的关系，结果表明，2f/1f信号处理技术对噪声抑制效果显著。测量不同积分浓度的谐波信号，采用最小二乘法对2f/1f和气体积分浓度数据进行线性拟合，获得系统标定线性度，为0.9966。对系统误差进行实验测量和分析，在0～2000×10^-6 m范围内，系统测量最大相对误差为-3.66%，最小为-0.23%。利用1500×10^-6 m甲烷浓度的二次谐波信号评估系统的检测下限为70.5×10^-6 m。结果表明，设计和研制的甲烷泄漏遥测系...     

线性光电耦合器的进一步线性化

对采用线性光电耦合器的模拟信号隔离器进行了理论和实验研究,提出了一种临界点线性加减补偿算法。线性光电耦合器工作于低功耗端,最终误差呈开口向上或向下的抛物线形状,以误差抛物线的顶点为临界点,对左右分支同时进行线性加(或减)操作可改善信号传输的线性度。结果表明,其线性度小于0.003%,极限精度小于0.01%。模拟信号隔离器的线性度和精度均提高1个数量级以上,满足工农业生产尤其是军事应用的更高要求。     

一种在线式超低量程浊度高精度测量传感器研制

本文基于浊度90.散射检测原理,设计并制备了在线式超低量程浊度检测传感器.采用发散角为±4°、波长为850nm的高亮红外LED作为光源,以LED前端透镜结构替代原传感器所需光源准直结构,降低传感器复杂度、缩小体积并提高稳定性;采用灵敏度高、噪声低、体积小的硅光电倍增管作为光敏探测元件;配合所设计的后端微弱信号采集、处理...     

高阶最优LPC根值筛选的共振峰估计算法研究

为解决线性预测（LP）共振峰检测误差较大的问题,针对高阶LP提取共振峰中伪根难以去除及极点交互带来的频谱混叠,提出一种基于高阶最优LP系数根值筛选的共振峰估计算法。考虑提高LP的阶次,获取含有更高线性峰值拟合精度的线性系统根值。采用语音数字共振模型约束共振峰的根幅值范围,滤除非共振峰频率值对应的伪根。结合功率加权来预加重信号的主要频谱成分,提高频谱峰值频率区分度。实验结果表明,所提算法消除了高阶邻近极点间的相互干扰,去除了非共振峰谐波对应的高阶伪根,与其他算法相比,所提算法定位语音信号共振峰频率的误差更低,更能稳定精确地检测共振峰。     

用LED作光源的光纤乙炔气体传感器的研究

基于气体的近红外吸收机理,介绍了一种用LED作光源的光谱吸收型光纤乙炔气体传感器.该系统利用布拉格光纤光栅和压电陶瓷(PZT)的窄带滤波特性,对宽带光源LED进行波长调制,获得与乙炔气体吸收峰相对应的窄带反射出射光.利用谐波检测原理,获得探测器输出信号的二次谐波信号,以此二次谐波信号与光纤光栅透射光强的比值作为系统的输...     

基于偏振光的散射式浊度仪的设计与实现

针对常用光学浊度测量方法容易受背景光影响引起测量误差的问题,提出了一种基于偏振光的垂直散射式浊度测量方案.利用偏振片的起偏和检偏功能,实现偏振光的产生与检测,有效地降低了背景光带来的测量误差.运用低漂移、低噪声的高性能运放电路实现电路系统的驱动与信号处理,提高浊度的测量精度.实验结果显示,在不同的背景光条件下,该浊度仪能够准确测量0～400 NTU浊度范围内的待测溶液的浊度,且测量精度在5％F.S以内,表明该浊度仪具有较强的抗干扰能力.     

基于极大倾角光纤光栅的龙门架低频振动传感系统的性能研究

提出了一种光强解调型极大倾角光纤光栅(Excessively Tilted Fiber Grating,ExTFG)的龙门架低频振动传感器。首先分析Ex-TFG振动传感的基本原理和传感特性,实验分析Ex-TFG的偏振相关谐振峰的损耗强度与横向压力的关系;然后通过弹性膜片将PZT的振动信号转换为对传感器的横向压力;再通过光电探测模块把光信号转化为电信号;并且对输出信号进行FFT变换分析。实验结果表明,所设计的传感系统对正弦信号频率响应时间为0.045s,检测范围为1~10Hz,平均误差为0.085Hz,最大误差率为1.4%,幅度响应的线性度为96.46%,传感性能良好,其FFT变换主频分量占80%以上,对低频振动信号的传感与检测具有一定的指导意义。     

水质浊度红外光检测及聚类灰色融合预测模型

为了对水处理过程中水质浊度进行实时、准确检测,设计了基于红外光的散射浊度检测系统,并提出一种聚类灰色融合的预测模型对水质浊度的变化趋势进行有效预测。利用890 nm波长的红外发光二极管作为发光器件,光敏二极管作为接收器,检测装置响应时间短,零点误差小。采用灰色预测算法和聚类融合的方法对传感器所采集的数据进行处理,将聚类融合处理后的数据作为灰色预测控制的输入数据,灰色预测控制的输出数据与融合数据进行对比分析,确定预测浊度值。通过实际项目进行了数据跟踪和运算,聚类灰色融合算法的浊度预测输出值和实测值的平均误差值为0.008 7 NTU,聚类灰色融合算法预测性能优于单一的灰色预测算法,能够保证水质浊度参数的平稳,满足了水质的要求。     

Symbol error probability analysis of a multiuser detector for M-PSKsignals based on successive cancellation

A narrow-band multiuser receiver based on successive signal detection and subtraction, is considered. The symbol error probability (SEP) for M-PSK modulated signals is evaluated and analytical approximations for the SEP of the individual signals are presented and compared with results obtained from simulations. For geometrically related signal amplitudes, a constant minimum distance can be guaranteed independent of the number of signals. The required amplitude ratio is shown to be related to M and the number of co-channel signals. Optimizing the transmitted power for the different signals while ensuring the same SEP is then addressed and closed-form expressions of the signal amplitude ratios are derived. The effect of inaccurately estimated signal parameters due to noise is also analyzed. SEP results are presented for synchronous signals in an additive white Gaussian noise environment     

基于高斯函数的光谱叠加信号处理仿真研究

针对重金属离子敏光纤传感器阵列光谱信号叠加引起的多种离子浓度测量误差较大的问题,采用高斯函数对重金属离子敏光纤传感器阵列信号进行建模。在利用Matlab对光纤传感器阵列光谱叠加信号进行分离和相对误差分析的基础上提出了一种误差修正的方法。从仿真结果可知,这种算法可以减小由于重金属离子敏感膜的离子间干扰引起的光谱重叠误差,为实际光纤传感器阵列的制作和光谱信号处理提供了理论依据。     

利用计时器芯片和脉冲占空比调制的光电式电压传感器

提出一种利用计时器芯片和脉冲占空比调制的光 电式电压传感器,用于测量直流高电压。利用计时 器芯片ICM7555,可以将被测直流高电压转换为脉冲占空比调制信号, 并驱动发光二极管(LED)产生脉冲光 传感信号;利用单根多模塑料光纤将光传感信号传输到光电探测器及信号处理电路,即可获 得光电传感信 号,通过测量其脉冲占空比,即可解调出被测高电压。分别采用输出脉冲频率和脉冲占空比 作为电压传感 信号,实验测量了10 kV直流高电压,并比较分析了测量结果的相对 误差。结果表明,采用输出脉冲占空 比作为电压传感信号时,传感器的相对误差更小,此时测量结果的引用误差低于0. 6%。     

两路微振动信号的光纤F-P腔干涉测量

法布里-珀罗(F-P)腔传感器结构简单,复用能力强,对导致其腔长发生变化的物理量灵敏度高,在超精密测量领域日益受到重视。为了使用一套光纤F-P腔测量两个目标,设计了两路反馈信号光纤F-P腔干涉系统,同时开展两路微振动信号测量。对两路微振动反馈F-P腔干涉信号,经多次取包络分解,得到了高、低频信号频谱,进而计算出待测目标振幅。实验结果表明,通过低频信号恢复待测目标振幅的误差为1.32%,通过高频信号恢复待测目标振幅的误差为6.63%。该方法有效实现了两路反馈光纤F-P腔干涉信号的分离,拓展了测量通道,提高了抗干扰能力。     

基于场效应管的光电式电流传感器

提出一种新型光电式电流传感器。利用电流取样电阻将被测电流转换为电压,并利用场效应管(FET)的转移特性和发光二极管(LED)将被测电流信号转换为光强度信号,再将光信号由塑料光纤(POF)传输到光电探测器(PD),可以实现直流电流(DC)、方波脉冲电流(PC)以及工频交流电流(AC)的光学传感。综合利用FET的转移特性和PD的开路电压,并合理选择FET的静态工作点,可以实现DC的线性传感。在0.03～17.00A范围内,DC测量的非线性误差低于0.44%;方波脉冲电流响应的延迟时间约为160ns。本文提出的传感器具有响应速度快、结构简单、成本低和可实现绝缘测量等优点。     

Study on denoising of continuous spectrum on-line monitoring signal of water quality with micro-reagents based on HHT

A continuous spectrum water quality on-line monitoring signal processing method based on Hilbert-Huang transform (HHT) is proposed in this paper, which combines the micro-reagent water quality on-line monitoring technology of sequential injection. The modulation signal and spectrum curve of each intrinsic mode function (IMF) component of the original spectrum signal were obtained by empirical mode decomposition (EMD). The water sample data of different concentrations in the continuous spectrum on-line monitoring system was analyzed by the HHT model. The noise signal was excavated to realize the noise reduction processing, and the reconstruction of the continuous spectrum signal was realized after the noise reduction processing was completed. The research results show that this method can effectively reduce the noise of continuous spectrum signals according to different signal-to-noise characteristics of continuous spectrum, and has convenient use, fast processing speed, and high resolution in the time-frequency domain, which effectively improves the stability and accuracy of the micro-reagent continuous spectrum water quality on-line monitoring system.     

温度和浊度对罗丹明B示踪检测的影响及校正

由于环境污染日益严重，对污染物进行追踪具有必要性，使用示踪剂罗丹明B进行追踪实验是对污染物溯源的一种有效方式，但在使用罗丹明B荧光传感器进行原位污染物追踪检测中，温度浊度等环境因素变化会对测量结果造成影响，因此需对温度和浊度两个主要环境因素进行补偿校正，从而提高罗丹明B检测准确度。利用荧光分光光度计检测不同浓度罗丹明B荧光光谱，并采用偏最小二乘法（PLS）进行光谱数据分析与建立标准曲线。测量并分析了温度10~60 ℃和浊度0~55 NTU范围的罗丹明B荧光光谱，结果表明罗丹明B的荧光强度与温度呈负相关性，与浊度呈正相关性。由于罗丹明B浓度差值变化率与温度和浊度呈良好线性关系，因此利用罗丹明B浓度差值变化率对不同环境进行补偿校正。在温度和浊度补偿校正之后，浓度检测结果的相对误差分别小于0.48%和0.34%，提高了罗丹明B在不同环境中的检测准确度，并对温度和浊度共同影响时的检测结果进行分析，建立共同补偿校正模型。为抑制温度和浊度对罗丹明B原位检测的干扰提供了一种修正思路。