基于可调谐二极管激光吸收光谱技术的水汽测温研究

采用可调谐二极管激光吸收光谱法(TDLAS)的波长调制技术,实现气体温度的测量。通过波长调制的原理测量温度,考虑到H2O在大气中、工业生产中普遍存在的优势,选择H2O在1397nm附近谱线对,分别测量了谱线对在400℃、600℃、800℃、1000℃、1100℃5个温度测量点的二次谐波信号,通过分析二次谐波信号的峰—峰比值与温度的关系,获得温度测量值。实验结果表明,在400~1100℃温度范围内,系统测量的温度误差最大值不超过0.113%。     

基于TDLAS的二氧化碳浓度检测系统及压强补偿研究

在利用可调谐二极管激光吸收光谱技术测量二氧化碳气体浓度的过程中,气体压强的变化会对吸收谱线展宽、波长调制系数和二次谐波信号幅值产生影响。基于可调谐二极管激光吸收光谱技术,在不同的压强下利用二次谐波峰峰值和一次谐波平均值测量二氧化碳气体的浓度,通过压强补偿抑制气室内压强变化所带来的测量误差。实验结果表明:利用压力补偿后系统的测量误差在2%以内,可以有效地抑制气体压强变化的影响,提高二氧化碳气体浓度测量的精度。     

CO激光在非线性晶体ZnGeP2和GaSe中的混频效应（英文）

为了获得2.15～1 500μm的相干光源,研究了CO激光在高质量非线性晶体ZnGeP2和GaSe中的混频效应。为了提高转换效率,在激光锁模方式下对CO激光器的二次谐波、和频和差频的产生进行了研究。结果显示,利用GaSe晶体和ZnGeP2晶体,调Q多谱线CO激光辐射的谱线内倍频效率分别大于0.3%和1.1%。采用ZnGeP2晶体进行倍频时,可调谐锁膜CO激光器的转换效率为12.5%。模拟结果显示,二次谐波与和频产生的输出光谱相同。相邻谱线下,和频和差频的产生过程中,基波和一次谐波可以分别在4.0～5.0μm和100～≥1 200μm(太赫兹范围)形成振荡。利用锁模CO激光器在ZnGeP2晶体中的混频效应,可以得到2.15～≥1 500μm的相干光源,同时转换效率可达到甚至高于12.5%。     

精密控制谐振腔获得合成孔径激光雷达信号的方法

为获得高效的合成孔径激光雷达信号,提出一种通过精密控制谐振腔提高激光线性调频信号有效功率的方法,并描述了激光器的调频实现.首先,分析驱动信号获得其傅里叶谱,获知调腔信号有效功率低的原因在于调腔器件对信号高次谐波响应较差;通过在谐振腔驱动电路中引入了高次谐波响应模块,最终有效地减小了信号调频波形下降沿,提高了合成孔径激光...     

线路单相接地故障熄弧时刻捕捉算法

针对带并联电抗器的电力线路瞬时性单相接地故障,为确保自适应重合闸成功并最大限度缩短非全相运行时间,提出了一种基于单频信号全相位快速傅里叶变换(ap FFT)相位谱平坦特性的熄弧时刻捕捉算法。对故障相端电压信号进行全相位FFT计算,分析二次电弧熄弧前后故障相端电压信号的全相位FFT频谱特征,在二次电弧熄弧前,由于过渡电阻的高度非线性,故障相端电压中有剧烈变化的高频信号,其全相位FFT相位谱不具平坦性;二次电弧熄灭后,过渡电阻消失进入恢复电压阶段,高频信号平稳变化,其全相位FFT相位谱较平坦。通过分析高次谐波相位谱平坦特性的变化,可准确捕捉二次电弧熄弧时刻。ATP-EMTP仿真结果表明,该方法计算简单,受故障位置、过渡电阻、功角等因素影响小。实际故障录波数据的分析结果验证了所提方法的有效性。     

基于二次谐波检测技术的智能瓦斯监测系统

提出了一种基于光谱吸收原理的瓦斯检测方法,即二次谐波检测法.在瓦斯检测过程中,一次谐波作为误差反馈信号,将光源的波长精确的锁定在瓦斯气体的吸收峰值上,二次谐波信号用于检测气体浓度,利用二次谐波和一次谐波的比值来消除由于光源的不稳定和变化等所引起的检测误差,提高了瓦斯检测系统的可靠性,减少了安全隐患,在一定程度上,避免了矿井事故的发生.     

光寻址电位传感器的噪声分析与信号处理方法研究

鉴于光寻址电位传感器(LAPS)的响应信号较弱,传统的抽取频域基波分量的方法易受信号漂移和随机噪声的影响,提出了一种基于频域分量均方根和卡尔曼滤波的两步信号处理方法。基于光寻址电位传感器件的理论模型构建了其等效电路模型,推导得到输出信号的表达式,分析了漂移与噪声产生的原因及其抑制方法。通过实验检测了不同pH值的溶液,并采集了系统输出的光电流信号。求取信号傅里叶变换后频域中的基波分量、二次谐波分量、三次谐波分量的谱线幅值的均方根,然后对归一化电流-偏压(I-V)特性曲线进行卡尔曼滤波。实验结果表明,相对于单纯抽取基波分量的方法,基于频域分量均方根和卡尔曼滤波的两步信号处理方法使检测结果的均方差(MSE)降低了97%,显著减少了信号漂移和随机噪声对检测结果的影响。     

倒频谱

倒频谱分析是一种二次分析技术，是对功率谱的对数值进行傅立叶逆变换的结果。该分析方法受传感器的测点位置及传输途径的影响小，能将原来频谱图上成族的边频带谱线简化为单根谱线，以便提取、分析原频谱图上肉眼难以识别的周期性信号。但是进行多段平均的功率谱取对数后。功率谱中与调制边频带无关的噪声和其他信号也都得到较大的权系数而放大．降低了信噪比。     

基于ITD和切片双谱的滚动轴承局部损伤故障诊断

针对滚动轴承局部损伤故障诊断问题,提出一种基于本征时间尺度分解(ITD)和切片双谱的故障诊断方法。首先利用ITD方法将轴承故障信号分解为若干个合理旋转(PR)分量,然后对PR分量进行包络解调,并计算其切片双谱,提取轴承故障信号由于二次相位耦合产生的非线性特征,确定轴承故障类型。为加快分解速度并减少分解运算量,对ITD方法迭代终止条件进行改进。对仿真信号的分析表明,ITD方法对信噪比较低的信号具有很好的分解效果,并验证了切片双谱在抑制噪声和剔除非二次相位耦合谐波方面的优势。     

基于波长调制技术的甲烷气体浓度检测的研究

与谐波检测相结合的波长调制技术是目前检测有害气体的主要方法。主要是用实验的方法找到了甲烷气体在1 650 nm附近的一根吸收线,然后采用正弦信号对激光器的驱动进行了调制,实现了甲烷气体浓度的谐波检测。用锁相放大器RS830来提取二次谐波,然后根据锁相放大器的原理,用LabVIEW软件实现了锁相放大器的设计,来提取一次谐波信号,节约了成本。由气体吸收室中的GRIN透镜引起的标准具效应是影响检测灵敏度的主要原因,最后对该噪声和其他可能的影响进行了分析。     

基于加窗频移算法的谐波和间谐波检测方法

在电力系统谐波和间谐波的检测中,加窗插值算法在一定程度上解决了频谱泄漏问题,但在非同步采样下,存在非同步采样误差。该文将频移算法引入到FFT算法检测谐波和间谐波中,该方法首先对原始采样信号离散后进行数据加窗截断,来抑制谐波间频谱泄漏,再利用频谱搬移的方法使采样序列的峰值谱线与同步采样的真实谱线重合,以减小或消除同步误差,最后对频移信号进行FFT,计算出各次谐波参数。通过对加窗插值算法和加窗频移算法的实验仿真比较,结果证明了在噪声干扰下加窗频移算法具有更高的分析精度和良好的抗噪性。     

基于双树复小波系数层间相关性的非线性超声谐波提取方法

非线性超声信号具有非平稳性、非线性和高次谐波信噪比低的特点,为提高非线性超声无损检测技术对缺陷的表征能力,提出一种基于双树复小波系数层间相关性结合软阈值滤波算法的超声谐波提取方法。首先采用双树复小波将信号分解为基频和二倍频等不同频带的分量;由于各分量存在一定程度的频率混叠,利用小波系数层间相关性对各分量信号滤波,消除频率混叠并得到修正后的细节子波;然后结合软阈值算法对修正后的小波系数进一步降噪;最后将滤波降噪后的各分量系数重构,即可实现对非线性超声信号中基波和二次谐波信号的提取。实验结果表明,该算法滤波效果良好,有效地提取了二次谐波信号,提高了非线性超声检测结果的准确性和鲁棒性。     

基于多音激励的NVNA多谐波/互调相位参考实现方法

基于阶跃恢复二极管(step recovery diode,SRD)的脉冲发生器在正弦波激励下输出的脉冲序列具有显著的频域谐波非线性,可为非线性网络矢量分析仪(nonlinear vector network analyzer,NVNA)和大信号网络分析仪(large signal network analy-zer,LSNA)等非线性网络测量平台提供有效的谐波相位参考信号。进一步开发其互调非线性特性的应用,提出一种基于多音信号激励SRD脉冲发生器的NVNA多谐波/互调相位参考实现方案。该方案可以在原有的各次谐波频点附近提供丰富的互调谱线,为未来的"谐波+互调"非线性微波网络测量研究提供相位参考,有效地拓展NVNA对复杂调制信号的测量功能。实验表明:SRD脉冲发生器具有较强的互调非线性,在三音激励下便可获得不少于七音的可用谐波互调谱线;该方案获得的相位参考信号具有小于±0.6°的相位测量随机不确定度,完全满足NVNA的指标要求;互调谱线的分辨率可以任意设置,从几十MHz到百Hz以下。其灵活性和频率分辨率指标优于目前所有的谐波相位参考。     

提高光栅莫尔条纹信号质量的滤波方法

针对莫尔条纹信号的质量问题提出一种相位差滤波法.将指示光栅上四场裂相方式中每场细分为多个不同相位的行组合,利用行组合间的不同相位排列关系来消弱高次谐波的分量,从而提高莫尔条纹信号的质量.首先,介绍了莫尔条纹的傅里叶级数表达式,对莫尔条纹的各次谐波特性进行了分析.然后,以指示光栅的图案设计为例,阐明该滤波方法消除二次、三...     

EMAT非线性高次谐波提取方法与电路设计

由于电磁超声换能器(EMAT)非线性高次谐波信号微弱且通常湮没于基频和噪声信号中,EMAT高次谐波信号的提取对于提高EMAT纳米级微结构缺陷非接触原位检测精度、降低检测成本具有重要的作用。文中研究了脉冲激励下EMAT微弱信号宽带前置放大后时域和频域信号特征,分析了EMAT接收信号超外差调频放大方法以及非线性高次谐波信号幅值、相位提取的互相关锁相检波方法的理论基础,并针对实测的EMAT信号进行了高次谐波提取分析。同时,研究了EMAT非线性高次谐波提取电路设计方法。研究结果对深入研究开发EMAT非线性检测器具有重要的理论和实际意义。     

一种射频功放“谐波+互调”复杂非线性测量方法

提出了一种针对射频功放在调制信号激励下的"谐波+互调"复杂非线性测量方法。利用超低占空比Pulsed-RF信号驱动SRD脉冲发生器,该方法能够获得一种特殊的脉冲序列作为相位参考信号,并用于构建新型的非线性矢量网络分析仪NVNA测量装置。该相位参考信号能够在原有的各次谐波频点附件生成大量高频谱分辨率的调制谱线,从而保证NVNA实现"谐波+互调"复杂非线性的测量表征。实验表明,该方法在各次谐波频段可测量不少于180个有效频点,相位谱测量准确度可以达到±1°,能够获得射频功放在调制信号激励下的时频域行为特性。     

利用动态靶标谐波特性评价光电经纬仪的跟踪性能

提出了一种利用动态靶标实现光电经纬仪跟踪性能等效正弦评价的新方法。分析了动态靶标目标及相应跟踪误差的幅度谱和功率谱特性,提出将动态靶标看作由有限项基频谐波和整数倍基频高次谐波的加权和组成的谐波源。根据被检光电经纬仪跟踪性能设计等效正弦信号,利用动态靶标产生与等效正弦信号同频率的谐波信号完成光电经纬仪跟踪误差系统在该频率下幅频特性函数值的测试。等效正弦的幅值和测得的幅频特性值乘积即为跟踪等效正弦信号的跟踪误差最大值,从而实现了跟踪性能评价。利用该方法测得方位方向的最大跟踪误差为0.65′,远小于4′的指标要求,而利用动态靶标直接检测的值为4.7′。实验表明该方法准确、可行,同时避免了直接利用动态靶标检测时可能使跟踪伺服系统出现过度校正的问题。     

主动遥感探测海底可燃冰的正演研究

本文提出利用光学成像干涉技术主动遥感探测可燃冰的温度、压强、浓度物理量。通过光纤将海面上波长为1.65μm的激光传输到海底,激发海底可燃冰,将CH4发射的1.65μm附近相距很近的10条谱线用光纤收集传回到海面上,经过成像干涉系统,在CCD相机上得到5条成像干涉条纹,选择两条相邻干涉条纹的灰度值,利用"转动谱线测温法"和洛伦兹线型即可获得海底可燃冰CH4的温度、压强、浓度等参量。实验得出CH4的正演成像干涉图,并得到CCD上的电子计数1.68×105远远大于拟用CCD噪声400e,系统的最大信噪比为291,窄带干涉滤光片可在16°视场内区分CH4的10条目标谱线,CH4的温度和浓度探测精度分别为1K和3%。研究表明,该成像干涉系统可用于遥感探测海底可燃冰。     

基于TDLS的光谱吸收型CO_2传感器仿真与实验研究

文中采用可调谐半导体激光器光谱吸收技术(TDLS),针对激光调制参数设置问题,建立CO_2气体光谱吸收理论模型,分析光谱吸收后产生基波、二次谐波信号与气体浓度的关系。使用Simulink进行仿真,研究激光器调谐系数对谐波强度的影响,并优化了实验系统的设计参数。通过搭建CO_2检测系统,进行气体浓度定标测试,得到气体浓度与谐波强度的关系,采用叠加平均和积分的方法处理检测信号,使系统性能得到显著提高。由此实现了CO_2气体高精度检测,为谐波检测技术的实际应用提供了参考。     

脉冲反转和小波变换在非线性超声检测中的应用

为提高非线性超声检测技术的准确性和鲁棒性,文中将脉冲反转技术和信号小波系数相关性滤波算法结合用于处理非线性超声检测信号。利用脉冲反转技术抑制实验仪器产生的奇数次谐波信号,再根据信号小波系数相关性算法滤除噪声。实验结果表明:上述信号处理方法能有效提取频率纯净的二次谐波,提高了超声非线性系数表征试件粘接强度的能力。