针对 3×3 耦合器幅相非对称的光纤水听器解调方法

基于3×3耦合器法的光纤水听器解调容易受耦合器分光比非理想对称特性影响,导致水听器解调结果及测量信号不准确。为解决实际中3×3耦合器普遍存在的幅度、相位非对称引入的解调偏差问题,提出基于微分交叉相乘的干涉信号幅度和相位修正解调方法。通过对三路非对称干涉信号进行两两最小二乘椭圆拟合,得到干涉信号的实际幅度和相位参数,经去直流、归一化消除幅度不对称,并将所得包含非对称相位信息的信号两两微分交叉相乘,经三角函数变换解算信号相位及其修正系数,从而实现对光纤水听器输出信号的准确解调。仿真对比了本文方法和仅考虑幅度非对称情况的解调结果,并分析比较了两种处理方法随声信号频率、幅值变化的解调误差,前者得到接近理想信号波形的解调结果和更小的解调误差。依托消声水池开展了光纤水听器解调实验,在5～30 kHz频率范围对解调方法进行了对比验证,证明了本文解调方法的有效性和稳定性。     

基于ASTFA的广义解调方法及应用

结合自适应最稀疏时频分析（ASTFA）和广义解调的优点提出了基于ASTFA的广义解调方法。该方法首先采用ASTFA对原始信号进行分解,得到分量信号及其相位函数;然后,提取该相位函数的二次项及高次项,获得解调相位函数;之后利用解调相位函数对分量信号进行广义解调;最后对广义解调后的信号进行频域分析,提取特征信息。仿真和实验分析结果表明,基于ASTFA的广义解调方法非常适用于处理多分量频率调制信号,能够有效提取滚动轴承在变速工况下的故障特征信息。     

基于LabVIEW的PGC零差检测技术研究

相位生成载波(PGC)调制和解调技术是干涉型光纤传感器领域非常重要的信号处理技术。简要说明了相位生成载波的调制和解调原理,结合具体的公式推导过程对PGC-DCM解调算法和PGC-Arctan解调算法进行了详细的理论分析。利用LabVIEW软件编写了两种PGC解调过程的仿真程序,实现了对被测信号的解调。对比分析了两种解调结果,对PGC解调中的一些关键参数进行了讨论。该研究结果对于光纤干涉传感器的相位解调技术的改进具有参考价值。     

基于全保偏光纤结构的高稳定性激光相位解调系统

为了实现对激光器相位的准确测量,提出一种基于保偏3×3光纤耦合器的激光器相位解调测量系统。将3×3保偏光纤耦合器的两路输出信号进行光电转换,并利用微分交叉乘法进行相位解调计算,得出相位信息。采用保偏3×3光纤耦合器及保偏延时光纤结构,可省去法拉第旋光器,简化相位解调测量系统结构,并提高外界环境参数波动所导致的测量系统信号的解调稳定性。仿真结果表明:在考虑随机噪声影响时(噪声标准差为0.1),对不含有噪声和含有噪声的相位信号进行解调,两种情况下的解调结果与预设给定值的吻合度较高;前者估计误差为±0.3rad,后者估计误差为-0.3～0.45rad。最后,对这种方法进行了实验验证,实验结果表明:相位解调的实验结果与仿真结果相符,二者的相位波动的功率谱密度吻合度高,相关系数为0.98;10组重复实验结果与仿真结果的相关系数皆在0.98以上;随机两两组合10对实验结果之间的相关系数均在0.99以上,满足测量系统的稳定可靠的要求。     

希尔伯特变换原理在轴承故障诊断中的应用

阐述希尔伯特变换及解调的基本原理，并据此对振动信号进行幅值及相位解调与分析，为旋转机械故障诊断提供早期和准确的故障信息。     

基于共振区幅值-相位解调技术的早期齿轮齿根裂纹故障检测

常用齿轮故障诊断方法中窄带解调分析存在低频干扰的问题,共振解调分析不涉及相位调制信息。针对传统方法的不足,提出了一种以共振频率作为载波的共振区幅值-相位解调技术。方法首先通过快速谱峭度算法寻找齿轮振动信号的共振区,然后在共振区中通过幅值最大搜索法获得共振频率,并以该共振频率为载频进行解调分别得到幅值和相位调制信号。该方法结合共振区对弱信号的放大以及对低频干扰的隔离作用,可有效提取齿轮的故障信息。仿真及试验研究表明,所提出的共振区幅值-相位解调技术可以有效检测早期齿轮齿根裂纹故障信息,是对传统方法的有效补充。     

齿轮传动链故障监测系统的信号分析和研究

研究了故障监测系统和故障信息的调制和解调,根据有限长度调制信号的初相位,相位差及相位调制量,对机械故障进行实时监测,针对齿轮箱故障诊断和相应监测系统的设计应用,实现了远程对调相信号的解调和相位调制信号的提取,解决了PLC和微机齿轮传动链故障监测系统的数据监测,系统抗干扰及数据通讯中的一些问题。     

EIT高精度数字解调方法误差分析

EIT测量中,阻抗信息解调方法的精度直接关系到信息提取和EIT成像的质量。数字解调方法与模拟解调方法相比具有抗噪声能力强和设计灵活等优点。高精度数字解调方法是提取EIT复阻抗全信息的重要手段。本文深入研究了采样同步时延和相位抖动对高精度数字解调方法的误差影响,并且采用FPGA验证了EIT解调时的相位误差,实验结果表明合理选择激励频率和采样时钟能提高数字相位解调的精度,这与理论分析完全一致。     

IRIG-B码数字解调技术

论述了一种IRIG-B格式时间码(交流(AC)码)的数字解调技术。在介绍IRIG-B码格式后,对数字解调技术的原理、方法及实现作了全面讨论分析,并提出了IRIG-B码在波形失真畸变时的解调方法及相位的识别技术和精度的保证措施。     

干涉测量低频水下声源频率的改进算法

为了实现低频段水下发生目标频率的准确识别,搭建了一套激光干涉测量系统。在相位生成载波解调技术的基础上,提出了一种改进的基于相位生成载波反正切算法的解调方式。在光学暗室下利用分立光学元件搭建了一套干涉实验系统,在参考光路引入水面波动作为高频载波,利用水表面漫反射的主反光与参考光干涉获得干涉信号。以相位生成载波解调技术的反正切算法为基础,引入高频载波信号的一倍和二倍正弦混频。通过功率比较的算法在两组正交信号当中筛选功率较强的一组进行解调,避免了载波初相位导致的正交信号消隐引起的解调失真。最后,在模拟的低频大幅度海浪扰动情况下进行了探测实验,取得了良好的解调效果。实验结果表明:水下声源的低频探测下限约为30 Hz;100Hz以上频段的频率探测精度优于1Hz。改进的反正切解调算法能够避免解调失真,具有很强的抗干扰能力。     

啁啾光栅解调的FBG传感阵列系统研究

本文针对分布式Bragg光栅测量系统解调速度慢的问题,利用Bragg光栅在均匀啁啾光栅中产生时延的线性关系,提出负载波相位调制技术和啁啾光纤光栅相结合的方法,将波长变化转变为相位变化实现波长信号的解调.实验表明该解调方案有效可行,且可获得较高的测量精度和响应速度.     

基于非对称滤波的解调频法的原理研究

从调频信号边频分量的幅值相位特征出发，分析了平方解调法不能对调频信号进行解调的原因。分析过程中发现由于调频信号栽波频率左右两侧的边频分量的相位具有一种特殊的对称性，和调幅信号完全不同，使得常用的解调方法不再适用于调频信号。针对上述问题，从打破调频信号边频分量的特殊对称性出发，利用非对称滤波法（滤波器的中心频率远离载波频率）对调频信号进行滤波，用常规解调法就可以进行解调。通过对调频信号边频相位的非对称特性的分析和研究，为寻找更好的解调频方法提供了新的思路。     

基于FPGA技术的相位敏感型振动传感系统

针对相位敏感型振动传感系统数据量庞大、数据解调缓慢的问题,在搭建相位敏感型振动传感系统的基础上,开发了基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的信号解调系统,采用了可提升数据存储效率的三级缓存结构,设计了振动幅度动态阈值调整算法,构建了振动特征量矩阵,实现了外界振动事件的定位与系统解调速度的优化。实验结果表明,系统可实现10 km光纤上振动信号的准确检测与定位,定位误差保持在20 m以内,信号解调速度可提升约20 ms,从而有效解决了系统数据解调缓慢的问题,为相位敏感型振动传感系统实时响应优化提供了借鉴。     

用于OFDR振动传感的改进型相位生成载波算法研究

基于光频域反射（optical frequency domain reflectometry,OFDR）的振动传感技术由于其抗电磁干扰、抗腐蚀、安装方便,且具有精准的定位能力等,引起了许多的关注。而相位解调算法是OFDR振动传感的关键技术。应用于OFDR振动传感的相位解调算法有很多种,但都或多或少受调制深度或者光强大小的影响。为了同时减少这两种因素对解调结果的影响,提出了一种改进的相位生成载波算法,通过数学计算消除解调信号中的光强项和调制深度项等非线性项。分别从理论和仿真两方面与传统算法作对比,验证了改进型算法的性能,证实其可以同时减少上述两种因素对解调结果的影响。该算法可用于提高振动传感系统的稳定性。     

激光干涉仪的信号处理系统——激光干涉仪技术综述之三

介绍了激光干涉仪的信号处理方法,分析了单频激光干涉仪中消除直流漂移的方法,双频激光干涉仪中的减法器、频率解调、相位解调技术的特点。     

电磁层析成像系统的数据采集与处理

提出适用于EMT的基于相位反馈搜索的信号解调方法。这种双模式系统要求数据采集和处理部分同时解调安装在不同角度的检测线圈的实部和虚部信息。     

干涉型光纤水听器PGC数字式零差解调系统的开发

相位生成载波的零差解调技术被频繁用于干涉型光纤水听器的信号解调.然而由于模拟电路的电子元件间存在阻抗不匹配、过载等问题,因此解调系统不能达到最佳性能.为了克服上述问题,在LabVIEW平台下开发了PGC数字零差解调系统,并进行计算机仿真.结果表明,PGC数字零差解调系统具有很好的稳定性和实际可行性.     

基于数字式锁相环的双向差动相位解调法设计

设计了应用于高精度干涉测量系统的双向差动相位解调法,利用锁相环的分频特性对测量信号进行降频处理,增加计数脉冲的数量,再结合双向差动相位解调法对信号进行鉴相,从而提高测量分辨力.在He-Ne双频激光外差偏振干涉信号处理实验装置中进行了实验,证明了该方法能够提高测量精度.     

基于3×3耦合器的双马赫-曾德尔干涉仪数字化相位解调

由于马赫-曾德尔（Mach-Zehnder）光纤干涉传感系统的定位精度在实际应用中受到初始相位偏移的影响,本文针对系统的光路结构,提出了一种基于3×3耦合器的被动数字化解调方法。利用3×3耦合器的2路输出信号构成椭圆曲线,在约束条件下对信号系数进行最小二乘拟合,然后采用微分交叉相乘法解调出相位信号。与传统的解调方法相比,提出的方法降低了对耦合器高对称性的要求,不需限制其它参数;约束条件下椭圆拟合的鲁棒性好,尤其是对于椭圆度较差的数据点具有很强的适应能力,适用于微弱振动信号的解调。仿真结果和现场实验数据证明该方法切实有效,运算量小,利用现场数据解调出的相位信号相关性达到0.992 0;互相关计算显示其在总长43 km的管道上的定位误差为81.2 m,有效提高了系统性能。     

基于三波长强度解调的光纤EFPI解调系统

基于三波长正交的特性和强度解调的原理,设计搭建了一种针对EFPI(非本征型法布里-珀罗干涉型传感器)的解调系统。利用相位实时补偿的方式,该解调系统克服了传统强度解调中腔长解调范围受限的缺点,同时兼具解调速度快的优点。在瞬间释压实验中,结果表明该解调系统实现了腔长变化范围大于1μm的解调,且解调腔长精度达到0.01μm。在高频正弦电压驱动实验中,该系统可成功分辨频率为5 k Hz的信号,且解调精度为0.01μm。