基于AD8302的激光外差干涉信号解调技术

为了改善传统硬件相位测量中存在电路复杂、测量精度低、工作频带宽窄等诸多缺陷,利用AD8302的良好高频测相能力,设计了一种新的激光外差干涉信号处理系统,分析了其工作原理,并取得了静态、动态实验数据。结果表明,系统测量误差小于0.5,使外差干涉理论测量分辨率提高到0.088nm,更有利于微振动信号的测量。     

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。     

基于相干包络解调的窄线宽测量算法研究

激光线宽对光学相干探测系统的探测范围、精度和噪声特性都有重要影响。为精确测量半导体激光器的线宽值,提出了通过解调短延时自外差的干涉谱来实现高精度窄激光线宽测量的新方法。搭建短延时的自外差干涉测量系统,得到半导体激光器的干涉谱,通过设计算法对干涉谱的相干包络进行解调,最终获得了严格的洛伦兹线型谱和相应的谱线宽度,通过理论分析、仿真和实验验证了该方法的可行性。该方法可以忽略因1/f频率噪声产生高斯展宽带来的影响,与传统线宽测量方法相比,该方法的测量结果更加精确。     

多光束激光外差测量磁致伸缩系数的方法

提出了一种多光束激光外差测量磁致伸缩系数的方法。基于激光外差技术和多普勒效应,把待测参数信息加载到外差信号的频率差中,通过对外差信号作快速傅里叶变换(FFT)解调后可以同时得到多个待测参数值,对待测参数加权平均处理最终可以提高待测参数的测量精度。利用Matlab仿真模拟了不同电流条件下待测样品的磁致伸缩系数,结果表明相对误差仅为0.48%。     

高精度幅相检测系统的设计

为了提高幅相检测精度、简化电路、扩展频率范围,设计了一种基于AD8302高精度幅度相位检测系统。通过分析AD8302的特点以及工作原理,提出了几种提高相位检测精度的方法,并设计采用AD8302、DDS和单片机组成高精度幅相检测系统,成功地解决了AD8302相位检测过程中存在的二值性、非线性、移相以及校准问题,实现两路模拟输入信号的相位差和幅度差的精确测量。测试结果表明基于AD8302的幅相检测系统具有精度高、抗干扰能力强等优点。     

空间引力波探测激光外差干涉信号模拟系统

由于激光外差干涉测量系统光机平台无法模拟多普勒频移,并且商用信号发生器无法实现多种类、高复杂度的星间外差干涉信号模拟,不能对空间引力波探测的相位计进行全面测试。通过分析外差干涉信号的特性,研究信号模拟系统的实现原理及方法,设计了空间引力波探测激光外差干涉信号模拟系统。首先,应用直接数字合成器（DDS）模拟外差干涉信号。其次,通过频率偏移方式模拟多普勒效应,应用混合同余算法生成散粒噪声并调制到外差干涉信号中。最后,基于FPGA搭建系统硬件平台,通过示波器及频谱分析仪分析生成信号的时频特性。实验结果表明,信号模拟系统在2~20 MHz的频率范围内杂波抑制度为?53 dBc,谐波（二次）抑制达到?47 dBc,生成信号的时频特性符合理论预期,满足空间引力波探测相位计的地面测试需求。     

基于外差解调的分布式光纤传感系统设计

提出了一种基于双脉冲外差解调的分布式光纤传感系统。从理论上分析了系统的传感原理及信号解调方法。根据系统结构及原理,搭建了双脉冲外差分布式光纤传感实验系统,并进行了初步的实验研究。实验结果表明,在传感距离为300m的情况下可以将末端施加的干扰信号解调出来。     

光源混合频率调制的光热干涉工作点无源控制方法研究

提出了一种光源混合频率调制的闭环工作点无源控制方法,通过直接高频调制光源的方式从单路干涉信号中提取出相位漂移信号,并利用低频控制信号对光源直接调制的方式予以补偿。通过高频、低频调制信号的配合,解决了单路干涉信号的工作点跟踪问题,以无源控制的方式保证干涉测量系统始终工作在最灵敏的线性区域。测试了光源在不同调制频率下的调制特性,比较了系统开、闭环状态下工作点的变化趋势,无源闭环工作点控制法与相位载波解调算法的对比解调结果表明,两种方法解调结果相关度超过99%,证明该方法可行。     

电机转子初始位置检测新方法研究

针对转子磁钢内埋式永磁同步电动机(PMSM)无速度传感器控制系统,提出一种新型转子初始位置检测方法。该方法通过注入高频旋转电压,在定子绕组中产生包含转子空间位置信息的高频电流。与传统高频注入法不同的是,采用离散傅里叶变换(DFT)对高频电流进行解调。避免了传统外差法解调时使用大量滤波器造成信号相位延迟,同时该方法与注入信号初始相位无关,相比于外差法,提取出的转子位置角度更精确,而且结构简单非常适用于数字系统。仿真和基于dSPACE实验平台上验证了该方法的有效性与可行性。     

干涉型光纤水听器移频正交解调方法

干涉型光纤水听器将目标声压信号调制在激光相位上,需要进行相位解调才能恢复出目标声压信号。提出一种干涉型光纤水听器移频正交解调方法,采用移频与延时装置产生一个具有固定光频差的激光脉冲对,配合光纤水听器单元的两条干涉臂之间的特定程差,形成正交信号,同时利用干涉脉冲和参考脉冲的幅值比例关系,主要依靠简单的数学乘加运算即可实现相位解调。实测结果表明,本方法解调结果准确,抗光功率波动干扰能力强,本底噪声性能优异,可以满足光纤水听器的实际应用需求。     

正交解调Pound-Drever-Hall激光稳频系统设计

分析了传统Pound-Drever-Hall(PDH)激光稳频方法的工作原理,设计了一种基于正交解调原理的PDH激光稳频方案。该方案采用直接数字频率合成器同时产生两路频率均为10 MHz的正弦和余弦信号,其中正弦信号分为两路:一路用于驱动电光相位调制器以产生相位边带,另一路与余弦信号一起作为相位解调的参考信号。经相位调制后的激光束耦合进入F-P参考腔,所产生的光外差干涉信号由光电探测器进行探测,其输出信号分别与两路正交参考信号进行混频,经低通滤波后得到误差信号的两个正交分量,二者经A/D转换后进入微处理器进行正交相敏检波运算,即可得到PDH稳频系统的误差信号。建立了正交解调PDH激光鉴频实验系统,对F-P参考腔的腔长进行线性扫描,观察到了鉴频曲线,其鉴频灵敏度为1.82 V/MHz,最大频率变化量为5.48 MHz。实验结果表明,所设计的正交解调PDH稳频方案可行。     

基于激光干涉法的谐振式高加速度振动传感器校准技术研究

校准是保证振动传感器测量结果准确和可靠的重要手段。针对传统中频校准装置无法提供高加速度振动激励以及高加速度振动量值无法溯源的问题,开展基于激光干涉法的谐振式高加速度振动传感器校准技术研究。基于谐振原理建立谐振式高加速度振动发生装置,实现高加速度振动发生;建立外差激光干涉法绝对振动校准系统,通过对外差激光干涉信号的直接采集和解调,实现了高加速度振动测量和校准。实验结果表明,该系统能够在140-2929 Hz频率范围、100-10000 m/s²加速度范围内实现振动传感器的灵敏度幅值与相位的有效校准。     

双路信号相位同步测量系统设计与实现

为了实现2维外差干涉位移测量中信号相位的精确同步探测,采用整周期计数与脉冲填充相结合的方法,利用同一时钟基准,对双路信号进行同步检测与并行处理,设计并实现了一种基于现场可编程门阵列的双路外差干涉信号相位同步测量系统。该系统在100kHz载波频率下测量分辨率可以达到0.18,双路信号下的相位同步测量误差同样为0.18。结果表明,该系统实现了整小数相位的精确测量,确保了双路信号相位的实时同步探测,能够满足各种2维外差干涉位移测量系统对相位同步测量的需求。     

基于FPGA数字相位调制光外差激光稳频系统设计

为了实现中心波长为1064nm的单频光纤激光器的稳频,采用相位调制光外差（PDH）激光稳频技术,搭建稳频系统光路。分析了相位调制光外差稳频信号以及误差信号特征;设计基于现场可编程门阵列（FPGA）的数字式解调和反馈控制电路,在FPGA中实现对相位调制光外差稳频信号的数字解调,再经数模转换器输出获得误差信号。结果表明,在FPGA中能成功实现对相位调制光外差信号的解调,经Allan方差计算,频率漂移的方差值可达10-11,即所设计的数字系统实现了较高的稳频精度。     

相位调制光外差稳频信号检测技术

在高功率条件下,由于受到多种因素的影响,单频光纤激光器输出激光的谱线宽度大幅展宽,输出激光的稳定性也不高。相位调制光外差稳频（PDH）技术在高功率条件下可以实现高频率稳定性。为实现对中心波长为1 064 nm的单频光纤激光器的稳频,理论分析了PDH稳频系统的原理并搭建PDH稳频系统。实验发现100 MHz相位调制光外差信号的检测是稳频系统的关键。实验中首先利用自行设计的探测器前置放大电路,基于Si探测器,实现了信号的探测和放大;其次,设计解调电路,通过将光电转换后的信号与参考信号进行混频实现解调,得到鉴频曲线,实现对光外差信号的检测。     

基于AD9959的高精度多通道雷达信号源设计

现代相控阵雷达为了保证空间功率合成精度需要高精度的雷达信号,设计实现了一种以AD9959为核心的高精度多通道雷达信号源。信号源利用多片AD9959产生32路正弦波、线性调频以及相位编码等多种信号形式,并设计采用AD8302对多路信号的幅度和相位进行检测与调整。该信号源已应用实际工程中,现场实验结果表明,该信号源系统产生的高频信号频率稳定度高、相位幅度一致性好,完全满足对信号源的性能指标的要求。     

相位解调实现低频水表面声波振幅探测

为了实现低频水表面声波振幅准确探测和时变声信号的跟踪识别,提出了一种基于相位解调的激光干涉探测方法。该方法在参考光路中引入高频载波,利用相位生成载波技术的反正切解调算法,并结合高频载波初相位和调制深度的测定,可实现水表面声波的准确识别。在实验室环境下搭建了一套水表面声波探测系统,实验结果表明:该方法对水表面声波微振幅的测量重复性不超过1 nm。同时该系统能够实时跟踪水下声源的变化,对幅度受到正弦调制的水下声源信号进行了水表面声波振幅检测,实验结果证明了该方法识别时变声信号的正确性。     

基于外差解调的偏振分集接收技术的研究

利用三态偏振分集求平方和的方法解决基于外差解调算法的干涉型光纤传感系统中偏振衰落问题。首先理论分析了偏振分集接收的基本原理,并推导了三态偏振分集平方和法在外差解调系统中的可行性,然后制作了无偏振补偿的光栅型水听器单元进行验证,理论仿真与实验结果表明采用三态偏振分集平方和法可以有效抑制传感单元内的偏振衰落现象,为新型的光栅干涉型传感系统的实用化提供解决方案。     

一种基于FPGA的激光干涉低频振动校准方法

针对现有外差激光干涉法存在低频振动校准时采集及处理数据量大,导致处理系统内存不足或处理时间长等问题。基于FPGA的外差激光干涉仪输出S/PDIF信号解码提出了一种低频加速度计振动校准方法,其能够在减少数据处理量的同时保证校准精度。实验结果表明,该方法能够实现0.1~10 Hz频率范围内的高精度灵敏度幅值与相位校准。     

基于PGC解调的激光多普勒语音检测系统

提出了一种可实现非接触、远距离、高灵敏度的激光多普勒语音检测系统.该系统采用压电陶瓷(PZT)对迈克尔逊干涉仪的参考信号进行调制,利用相位产生载波法(PGC)对干涉信号解调,提高了零差干涉法的抗干扰性,并且具有光路简单、成本低等优点.推导了干涉信号的解析表达式,数值分析了PGC解调参数的最优值.实验结果表明:该系统能动...