基于FPGA和DSP的激光陀螺信号处理电路设计

研究机械抖动激光陀螺的信号读出系统,设计激光陀螺的信号处理电路。光电转换后的微弱电流信号经过前置放大电路转化为电压方波信号,在FPGA中进行鉴相解调以及可逆计数,最后由DSP实现机抖偏频解噪和低通数字滤波。与激光陀螺联合测试并将结果输出至上位机,结果表明设计的电路实现了对激光陀螺输出信号的有效采集,满足激光陀螺功能测试的需要。     

纳米光栅微陀螺前置放大电路的设计与分析

针对纳米光栅微陀螺输出微安甚至皮安级的微弱电流信号,设计微弱电流信号的前置放大电路,研究微弱电流信号检测与电路稳定性的理论,提出一种低成本、低噪声、高信噪比的微弱电流检测方法,即高阻型的I-V转化法,并给出高阻型I-V转化电路的响应带宽计算公式以及电路稳定性的分析方法。通过搭建测试台,对电路性能及功能进行实际测试。实验结果表明:该电路可对皮安级的微弱电流信号进行检测放大,电路灵敏度为10 mV/pA,最大检测误差为1.5%(当输入微弱电流值10 pA时),满足纳米光栅微陀螺的微弱电流检测的需求。     

杯形波动陀螺振型偏移角快速辨识方法

振型偏移角辨识是杯形波动陀螺平衡调节工序的关键步骤.在研究了杯形波动陀螺振型分布与压电电极信号输出关系的基础上,根据陀螺两阶相邻工作模态下其固有轴系分布相差45°的特点,提出了一种基于压电电极输出信号检测的杯形波动陀螺振型偏移角快速辨识方法,该方法可消除杯形波动陀螺压电电极振动传递效率差异对振型测试带来的影响,准确辨识出振型偏移角度,同时可计算出各压电电极振动传递效率的比例关系.采用该方法对杯形波动陀螺原理样机进行振型偏移角辨识,并将辨识结果与激光测振仪对样机的振型测试数据进行比较,结果表明该方法电路实现简单,耗时短,计算准确,可有效提高振型偏移角的辨识效率.研究工作可为杯形波动陀螺平衡调节和测控电路设计提供参考.     

LC谐振放大器

设计并制作一个低压、低功耗LC谐振放大器。整体电路结构如下,输入信号通过一个40dB衰减器进行衰减,再将衰减后的信号送入三级选频放大网络,主要对信号进行选频,后级再次通过Mc2833对信号进行放大,通过AGC自动增益控制网络对信号放大倍数进行自动调节,输出电压有效值1V以上。     

基于ICP压电传感器的冲击波超压存储测试系统设计

针对现有冲击波超压测试系统的不足,设计一款集传感器、调理电路及数据采集电路为一体的存储测试系统。采用存储测试技术原理设计的冲击波超压采集存储测试系统,利用新型ICP压电传感器能够将压电模块与内置电荷放大器集成一体的优势,使输出为放大信号;通过运算放大器和MAX4638的搭配运行,实现增益可调的功能;采用LC-Π型滤波对相应的模拟电压进行滤波处理,放大后的信号再经过Sallen-Key二阶滤波器进行滤波处理。采用FPGA进行数字逻辑控制设计,提高测试系统的稳定性和可靠性,并减小系统体积。经测试表明:在相同测试环境下,冲击波超压持续时间与测试半径成正比,而冲量大小与之成反比。系统已多次参与弹药静爆试验,验证其可靠性、稳定性。     

机抖激光陀螺稳频控制技术

激光陀螺的工作中心频率作为激光陀螺的工作计量基准,其频率的稳定性对激光陀螺的测量精度有着直接的影响．稳定激光陀螺工作中心频率最为有效的方法就是采用主动腔长补偿控制．在对腔长控制原理和方法介绍的基础上,提出了将激光陀螺输出光强信号进行交直流分量分离独立控制的方法,并给出了系统的硬件设计框图,最后介绍了软件设计流程．测试结果表明漂移均方差在0．4°·h-1以内,满足系统的使用要求．     

谐振式光纤陀螺的数字检测方案及其优化设计

提出了一种基于 DSP 芯片实现的双频率数字调制谐振式光纤陀螺系统的闭环检测方案。在此方案中,利用带通滤波器从探测器的输出光强信号中提取其基波频率的正弦信号,通过相关检测原理去掉干扰的噪声,并利用低通滤波器提取与探测器输出光强幅度直接成正比的直流信号,将其转换成相应的谐振频差,利用此频差即可求得陀螺的旋转角速度。此方案检测线路简单,操作方便,基于 DSP 芯片的实现则大大提高了系统处理速度。同时,还利用 Matlab 软件对检测系统中的滤波器参数进行了优化设计,提高了系统的检测精度。     

发动机支撑结构微小信号测试电路设计

通过测量发动机支撑结构应变信号分析车辆实际行驶过程中发动机的受力情况。特种车辆动力舱内部具有环境温度高、噪声来源复杂等特点,影响测试电路对微小信号的萃取。为解决发动机支撑结构小信号不易获取、测量不准确等问题,该文设计一种以仪表放大器为核心的测试电路,可以对微伏级的微小电压信号采集放大。电路采用差分放大,隔离放大等设计具有抑制共模干扰、抑制温漂、稳定性好和抗干扰性强等特点。模拟台架实验结果显示测试系统可以有效获取微小应变信号,信号质量较好。     

三轴激光陀螺放电状态监控

对三轴激光陀螺的结构及串扰现象作了简要介绍,提出了放电状态监控电路的必要性.基于所设计的高压稳流电源电路,提出在高压电源每一稳流支路加入一路模拟开关,来控制稳流和状态监控的时序,从而通过监测采样电阻的端电压来实现放电状态的监控,并详细阐述了三轴放电状态监控电路的软硬件实现.最后对电路进行了实验测试,三轴激光陀螺在5s内的点燃率达到100%,电流的长期稳定度优于1×10-4,验证了状态监控电路的可行性和可靠性.     

基于运放测试大输入范围ADC电路的设计

为测试大输入范围的ADC电路,综合考虑测试机的输出信号能力以及ADC输入范围要求,设计出合适的放大电路来扩展ATE输出信号范围,并根据噪声分析理论以及ADC电路参数测试对运放性能的要求选择前端驱动放大器。通过测试ADI公司AD7894的实例对比使用两种不同运放电路的实际测试效果表明计算公式有效可行,放大器的分析选择科学合理,为基于运放扩展ATE输出信号范围测试大输入范围ADC电路的设计提供可靠依据。     

基于环形激光陀螺调制输出的寻北系统

利用环形激光陀螺对角速度输入量具有较高灵敏度的特点,提出了一种新型的激光陀螺寻北系统,将一环形激光陀螺垂直安3 水平的恒速转台上,使输入轴与台面平行,通过测量地球自转角速度的向向分量,实现寻北过程,通过与其对称放的加速度计可以测量出由于轴系安装和系统调平引起的台面倾斜误差,从而对激光陀螺的数据出量进行补偿,同时采用单周期多位置采集技术和多周期重复测量的方法,有效地抑制了激光陀螺的测量噪声,最大限度地减少了随机误差和系统误差的影响,提出了系统的寻北精度,适合多种领域的需要。     

基于锁相技术的微机械陀螺闭环驱动电路

传统的闭环驱动电路其输出信号的频率与微机械陀螺驱动方向的固有频率存在一定偏差,且频率抖动较大,系统的建立时间较长．基于上述不足,在分析微机械陀螺闭环驱动方式工作原理的基础上,提出一种基于锁相技术的闭环驱动电路方案,电路进入稳定工作状态时,交流驱动电压与驱动方向敏感电流的相位及频率一致．微机械陀螺在驱动方向谐振,显著改善了输出信号的频率特性．仿真结果表明,这种闭环驱动电路输出信号频率与微机械陀螺驱动模态固有频率完全一致,频率抖动及系统建立时间分别是传统闭环驱动电路的38％和50％．通过实验验证了该方法的可行性     

激光陀螺随机噪声参数估计和滤波方法研究

激光陀螺(RLG)中随机噪声是影响其精度的一个重要因素,针对其噪声的特殊性质,采用小波方法去除随机噪声,提高激光陀螺的精度。通过小波分析的参数估计方法获得噪声参数,并用小波阈值滤波方法去除噪声,对某型号的RLG的滤波结果表明了该方法的有效性。     

CEL gyroscope with injected squeezed vacuum

It is shown that the injection of a squeezed vacuum into a correlated emission ring laser gyroscope enhances the sensitivity of the device. In particular, it is demonstrated that if the phase of the injected squeezed vacuum is chosen appropriately, then the output is squeezed in the phase quadrature. This may lead to complete suppression of the shot noise in the signal.     

基于峰值检测的MEMS器件微弱电容检测电路

针对MEMS器件研制中微弱信号的检测问题,提出了一种适用于电容式MEMS器件的微弱电容检测电路.此电路采用峰值检测技术,原理及结构简单;只检测待测电容的变化量,既可用于差分式检测,也可应用于单一待测电容的情况.首先利用正弦载波信号和微分电路对电容量进行载波调制,再通过减法电路得到幅值与电容变化量成比例的正弦信号,最后采用峰值检测方法解调信号,得到直流量输出.利用微小可调电容进行标定,结果表明检测电路的线性度良好,灵敏度约为3.631V/pF,精度达到0.2%.利用该检测电路检测MEMS陀螺上振动频率为2.85kHz的梳齿驱动器的电容量变化,输出信号频率为（2.85±0.02）kHz,误差低于0.7%,说明该电路能够应用于MEMS器件的微弱电容检测.     

应用于激光闪光法测量热扩散率装置的微弱信号放大调理技术研究

针对激光闪光法热扩散率测量装置中光伏型探测器输出信号微弱、易受干扰的问题,设计了微弱信号放大调理电路。应用输入保护环技术增强抗干扰能力,精选电子元器件提高测量准确度,应用开尔文开关技术实现自动切换功能避免导通电阻的干扰。经实验证明,本文研制的微弱信号放大调理电路具有较好的重复性、较小的波动度和长期稳定性,为激光闪光法热扩散率测量装置的应用提供了重要技术保障。     

Mode-locked ring laser with output pulse width of 0.4 ps

The output pulse width of a mode-locked ring laser composed of an erbium-doped fiber amplifier, Mach-Zehnder optical modulator, and optical band-pass filter depends largely on the repetition frequency and the wavelength characteristics of these optical circuit elements. In previous experiments, the output pulse width was in the order of 5 ps at a repetition frequency of 5 GHz. The principal reason was that the narrow passage band of the optical circuit elements made it extremely difficult to generate an ultra-short optical pulse. Consequently, we examined how to narrow the optical pulse width by flattening the wavelength characteristics of these optical circuit elements. Furthermore, we drove the optical modulator in the cavity using a frequency multiplier to operate at an effectively higher frequency By widening the wavelength passage band of all the devices in the optical circuit, we achieved an output pulse width of 0.4 ps at a repetition frequency of 5 GHz; the pulse peak power was more than +23 dBm, and the time-bandwidth product was 0.34. We successfully tested an ultra-short optical pulse source with an output pulse width of 0.4 ps with no external pulse compression using a mode-locked ring laser     

The Optical Signal Generator and Phase-locked Loop Based on a Triangularly Phase-modulated Fibre-optic Gyroscope

Abstract

A novel optical signal generator with purely sinusoidal waveform output has been demonstrated by applying a triangular phase modulation waveform to a fibre-optic gyroscope (FOG). A frequency-multiplied output in the format of an optical signal could be generated. An optical-type electrical phase-locked-loop system based on the intensity-modulated light source and this triangularly phase-modulated FOG has also been demonstrated.