二维计数跟踪型激光多普勒测整系统的智能化及其应用

二维计数跟踪型激光多普勒测速系统利用两个计数跟踪光电混合反蚀环路来分离并测量速率的二维分量。通过智能控制，寻找适当的初始光学频移档次，使得乐电信号的有效频率成分分别进入各自对应的信号处理器处理带宽内，同时监视LDA的工作状态，对采集得到的两个环路的光电信号频率及相应的光学频移量，进行一系列的信号处理工作，最终可获得测量点的二维速度分量。二维智能计数跟踪型LDA在非对称突扩管道的流场测量中的应用结果，证实了该套系统的研制是成功的。     

光电混合反馈二维激光多普勒测速仪研究

本文首次提出利用光电混合反馈激光多普勒测速仪的中频频率区分二维速度分量的方法，研制了一种光电混合反馈二维激光测速仪。与现有仪器相比，它具有信号分离简单、信噪比高和动态测量范围宽等特点。文中介绍了该仪器的构成和工作原理，分析了光电流信号的频谱特性和信号分离方法，最后给出了该仪器用于二维流场测量的实验结果。     

基于连续小波变换的瞬时频率提取在光电编码器速度测量中的应用

提出一种新的光电编码器速度测量方法,根据编码器角度测量误差信号中高频分量的渐进特性,通过对角度误差信号进行时频分析,提取编码器的旋转速度。利用功能强大的连续小波变换非平稳信号分析工具,提取角度误差分量的特征。基于连续小波变换,实现了一种称为迭代算法的小波脊提取方法,用于瞬时频率估计。实验结果表明,经过适当的时频分析处理后,角度误差的高频分量可以有效地用于光电编码器的速度测量。该方法能够有效减弱噪声和干扰对测量精度的影响。     

基于连续小波变换的瞬时频率提取在光电编码器速度测量中的应用（英文）

提出一种新的光电编码器速度测量方法,根据编码器角度测量误差信号中高频分量的渐进特性,通过对角度误差信号进行时频分析,提取编码器的旋转速度。利用功能强大的连续小波变换非平稳信号分析工具,提取角度误差分量的特征。基于连续小波变换,实现了一种称为迭代算法的小波脊提取方法,用于瞬时频率估计。实验结果表明,经过适当的时频分析处理后,角度误差的高频分量可以有效地用于光电编码器的速度测量。该方法能够有效减弱噪声和干扰对测量精度的影响。     

基于dsPIC移频电路系统设计

介绍了基于dsPIC的测试系统的结构,以及对移频信号进行测试的原理和算法。采用同时从时域和频域两个分析域着手的方法,避开了利用频谱幅值求取频偏进而获得上下边频的方法,并且运用频谱细化技术,提高了运算处理的速度以及频率测试精度。文中给出了简洁实用的算法。试验结果表明,该方法能够对移频信号进行准确快速的测量。     

一种基于PC微机的新型激光多普勒信号处理器研究

激光多普勒测速(LDA)已成为科学研究中测量固体表面运动速度和复杂流场流动速度的一种强有力的手段,受到普遍的重视.而多普勒信号处理器则在整套测速系统中起着非常关键的作用.基于PC机的LDA信号处理器采用平均周期图法对LDA光电信号进行分析,并利用补零、加窗、频率放大等信号处理措施大大提高了整套系统的噪声适应能力,同时简化了系统的硬件结构.随着PC机的迅速发展,这种信号处理方法必然有着越来越好的发展前景.     

光电器件在原子频标光电检测环路中的应用研究

在被动型原子频标中,光电检测环路是连接物理系统与电子线路间的桥梁,它将物理系统的原子纠偏信号转换成伺服检测电路用信号,整个光电检测环路中主要噪声来源是光谱灯及光电池器件。作为整个物理系统核心光源的光谱灯,其工作参数的稳定与否直接影响原子频标的频率稳定度。而光电池在将光信号转换为电信号的过程中,其内部热噪声、散粒噪声、闪变噪声是决定整个转换过程好坏的关键。针对光谱灯及光电池特性,本文对诸如灯温、灯泡中气体比例,电磁兼容、腔温、调制深度、调制频率等环路参数作了具体的设置的工作,通过光强稳定性、鉴频曲线等实验测试结果选择最佳的参数值,原子频标的稳定度测量实验结果说明本文取得满意的成果。     

基于自适应技术的铁路FSK信号检测

铁路通信系统中主要采用的信号制式为国产移频信号和UM71信号,其表现形式均为二进制频移键控信号。采用自适应技术,分别以信号中的两个载频作为自适应滤波器的期望信号,提取其中某一频率分量,进而得到调制信号的包络求解调制频率,并结合后续频域算法得到两个载频的精确值。以铁路实测数据作为分析对象验证算法,实现了对信号的高精度检测。     

水下声信号的激光干涉测量

为准确测量水下目标的发声频率,在光学暗室下建立了基于激光干涉法探测水下目标的实验系统。当水下声源引起水表面波动时,用激光照射水面,携带声波信息的水面散射光与参考光干涉,利用精密光学测量装置探测光程差的改变,通过数据采集和处理系统从干涉信号的频谱分析图中解调出水下声信号的频率信息。干涉信号的频谱分析图中存在以水下声信号频率为中心的频带,频带宽度与自然水表面波引起的多普勒频移有关。实验结果表明,水下发声目标引起水表面波动的振幅在纳米级,系统可以实时探测出4～15kHz的水下声信号,且测量标准偏差7Hz。该系统可满足水下目标识别技术的实时性、准确性等要求。     

基于双频超声波多普勒的血流量测量理论模型及仿真

文章提出双频超声波多普勒血流量测量的理论模型,并加以理论证明,在此基础上通过Matlab对其进行仿真,得到双频超声波多普勒血流量测量的理论结果.即两束多普勒信号虽然载波的频率不同,但是经过带通滤波和低通滤波等一系列处理后,两柬多普勒频移信号的频谱分布规律没有发生改变.经运算可使多普勒频移信号得到加强,而噪声信号的功率谱得到有效抑制.     

计数型激光测速仪信号处理器及其应用研究

讨论了计数型多普勒信号处理器,着重介绍计数型信号处理器的工作原理,及各主要硬件部分的构成原理和具体结构.其主体部分采用包括集成计数器、存储器、比较器为主的全硬件设计,具有响应快和精度高的特点.通过合理设计闪烁包络检测单元、计数器主体部分和计数有效性判别电路,既增强了处理器的噪声适应能力,进一步提高了仪器的处理速度.并应用于双锥水力旋流器内部流场的研究,证实了零轴向速度包络面将流场分为内外旋流区的特点,得到了包络面为一柱锥联合面及其与旋流器结构参数之间的关系.     

基于DSP的宽动态范围莫尔条纹计数与精密细分技术

为莫尔条纹的计数与细分提供了一种基于DSP(数字信号处理器)的高速软件解决方案。它能有效的解决传统系统中计数电路与细分功能不能无缝匹配的问题,提高测量的准确性。由于采用了高速信号处理和闪烁采样技术,采用该方案的系统能处理宽动态范围的莫尔条纹信号。提供的实例能对从直流到1MHz的莫尔条纹信号进行计数与细分,对于1μm光学分辨率的光栅测长系统来说,其相应的最高测量速度为1000mm/s,细分步长可以达到nm级。     

激光干涉测量中条纹计数的CPLD设计及实现

使用CPLD设计并实现了采用干涉条纹进行测量的光学测量系统中的计数电路部分,取代了传统的多元件分立的电路设计,达到了很好的效果,满足了光学干涉测量准确快速测量的要求。此分析适用于一般条纹计数系统。     

Sensing volume and biasing corrections for dual counter LDA processors

Most operable Laser Doppler Anemometry (LDA) systems employ the fringe mode geometrical configuration with a counting type signal processor. The fringes are contained within an ellipsoid volume, which is commonly described as the sensing volume of the LDA. Generally, the dimensions of the focusing volume are determined from the waist diameter of the beams and their intersection angle. However, the electronic processing system exerts several constraints upon the size of the focusing volume. In this study we will address ourselves to the constraints of the dual counter processing system, which is based on the individual realization mode of the LDA. Correction equations will be derived for the sensing volume and the individual realization biasing and applied to two-component flow fields, measured by a one-dimensional LDA system.     

A readout for large arrays of microwave kinetic inductance detectors

Microwave kinetic inductance detectors (MKIDs) are superconducting detectors capable of counting single photons and measuring their energy in the UV, optical, and near-IR. MKIDs feature intrinsic frequency domain multiplexing (FDM) at microwave frequencies, allowing the construction and readout of large arrays. Due to the microwave FDM, MKIDs do not require the complex cryogenic multiplexing electronics used for similar detectors, such as transition edge sensors, but instead transfer this complexity to room temperature electronics where they present a formidable signal processing challenge. In this paper, we describe the first successful effort to build a readout for a photon counting optical/near-IR astronomical instrument, the ARray Camera for Optical to Near-infrared Spectrophotometry. This readout is based on open source hardware developed by the Collaboration for Astronomy Signal Processing and Electronics Research. Designed principally for radio telescope backends, it is flexible enough to be used for a variety of signal processing applications.     

SIPM在脉冲光检测系统中的应用研究

为了实现硅光电倍增管(silicon photomultiplier,SIPM)对超出光子计数极限的微弱脉冲光信号的测量,建立了基于SIPM积分工作模式的脉冲光检测系统。测试了SIPM在同一光信号照射下,偏置电压与增益以及信噪比之间的关系,并测试了同一增益条件下,SIPM对不同光信号的响应特性。结果表明:SIPM在积分工作模式下,其增益可以达到104以上,并随着偏置电压的增加而指数增长;其信噪比也随着电压的增加而增加,在光强比较微弱的情况下,SIPM对光强是线性响应的。所设计的系统可以在一定程度上替代光电倍增管进行微弱脉冲光信号的测量。     

基于数字锁相环的FPGA多通道频率测量系统设计

针对传统频率测量电路复杂、采集速度较慢的问题,基于FPGA(现场可编程逻辑门阵列),采用全数字锁相环对待测量信号进行倍频,辅以自适应时钟模块、计数模块和串口接收发送模块,设计了多通道频率测量系统,从而达到精简电路并实现对多路待测信号的快速精准测量。实验结果表明,对于100 Hz~10 MHz频率的稳定信号,测量时间仅为100 ms,与标准频率计相比,相对误差<0.5 ppm(1 ppm=10-6)。可用于多路频率信号的实时采集测量。     

基于锁相技术和磁光调制的旋光角度检测

根据法拉第磁光效应和锁相基本原理,研究了经磁光调制后的偏振光通过旋光物质后的偏转情况,分析了透射光信号中的与调制频率相同的基频信号和二倍于调制频率的倍频信号。通过对基频幅值和倍频幅值进行比较,提出了一种测量旋光角度的计算方法,根据旋光角和磁偏角两者之间的关系,提出了一种用标准石英管来标定法拉第磁光效应中磁偏角大小的方法,并对其进行了实验研究,证明了这种测量方法的可行性。     

Fringe counting method for synthetic phase with frequency-modulated laser diodes

Fringe counting method with laser diodes (LDs) for displacement measurement has been constructed. Two LDs are frequency modulated by mutually inverted sawtooth currents on an unbalanced two-beam interferometer. The mutually inverted sawtooth-current modulation of LDs produces interference fringe signals with opposite signs for respective wavelengths. The two fringe signals are fed to an electronic mixer to produce a synthetic fringe signal with a reduced sensitivity to the synthetic wavelength. Synthetic fringe pulses derived from the synthetic fringe signal make a fringe counting system possible for faster movement of the tested mirror.     

Online tracking of instantaneous frequency and amplitude of dynamical system response

This paper presents a sliding-window tracking (SWT) method for accurate tracking of the instantaneous frequency and amplitude of arbitrary dynamic response by processing only three (or more) most recent data points. Teager–Kaiser algorithm (TKA) is a well-known four-point method for online tracking of frequency and amplitude. Because finite difference is used in TKA, its accuracy is easily destroyed by measurement and/or signal-processing noise. Moreover, because TKA assumes the processed signal to be a pure harmonic, any moving average in the signal can destroy the accuracy of TKA. On the other hand, because SWT uses a constant and a pair of windowed regular harmonics to fit the data and estimate the instantaneous frequency and amplitude, the influence of any moving average is eliminated. Moreover, noise filtering is an implicit capability of SWT when more than three data points are used, and this capability increases with the number of processed data points. To compare the accuracy of SWT and TKA, Hilbert–Huang transform is used to extract accurate time-varying frequencies and amplitudes by processing the whole data set without assuming the signal to be harmonic. Frequency and amplitude trackings of different amplitude- and frequency-modulated signals, vibrato in music, and nonlinear stationary and non-stationary dynamic signals are studied. Results show that SWT is more accurate, robust, and versatile than TKA for online tracking of frequency and amplitude.