采用相关辨识的光纤陀螺动态特性测试方法

动态特性是光纤陀螺的一项重要技术指标,传统的机械转台无法提供测试条件.提出了一种基于相关辨识的光纤陀螺动态特性测试方法;根据全数字闭环光纤陀螺采用数字阶梯波反馈实现闭环控制的工作原理,通过在闭环反馈信号中叠加伪随机信号的方法来进行动态特性测试.将反馈阶梯波上叠加的伪随机信号作为辨识输入信号,光纤陀螺闭环数字输出作为辨识...     

方波调制误差对光纤陀螺的影响分析与实验

根据数字闭环光纤陀螺的方波调制、解调原理,指出调制方波的频率、相位和占空比不理想是造成方波调制误差的原因。讨论了周期脉冲干扰的频率和相位特征,利用周期脉冲干扰的傅里叶级数推导出了方波调制误差的数学模型。建立了带有方波调制误差的闭环光纤陀螺简化模型,推导出了方波调制误差和陀螺输出偏置误差的关系。通过仿真和测试分析了调制方波的周期、相位、占空比、光纤环的群延时以及放大电路的增益带宽对陀螺输出偏置的影响。最后,给出了一种利用周期脉冲干扰波形检测方波调制误差的简易方法。     

数据挖掘的光纤光栅传感器复用解调技术

针对现有技术获得的光信号采样点之间的欧式距离较大,导致解调后信号还原度不高,为此提出基于数据挖掘算法的光纤光栅传感器复用解调技术。利用数据挖掘与分割聚类的基本思想,将光纤光栅传感器信号采样点中的噪声信号剥离,并提取信道中调制信号的相位信息;根据提取结果利用内调制与外调制相结合的双重方法获取光信号相位差净值,完成对光纤光栅传感器复用信号的解调,并保留了原始基带信号中的细节信息。实验测试结果表明,提出解调技术的信号还原度优于传统技术,解调后信号的相位变化与初始信号趋于一致,说明该技术具有极高的应用价值。     

光学微腔相位调制解调技术分析及实现

理论分析了相位调制的原理及锁相放大器的解调原理。利用多光束干涉原理对微腔的谐振特性进行了分析并对其及环形谐振腔进行了相位调制解调仿真分析。设计搭建了基于光学谐振腔的相位调制解调系统。基于搭建的光学谐振腔的相位调制解调系统利用正弦波对微腔进行了调制解调测试, 得到了良好的测试结果并使用光纤环形谐振腔验证了调制解调系统及调制方法的可行性, 得到了光纤谐振腔的低频调制解调信号及边带调制解调信号, 为进一步研究光学谐振腔谐振点的跟踪锁定奠定了基础。     

光学微腔相位调制解调技术分析及实现

理论分析了相位调制的原理及锁相放大器的解调原理。利用多光束干涉原理对微腔的谐振特性进行了分析并对其及环形谐振腔进行了相位调制解调仿真分析。设计搭建了基于光学谐振腔的相位调制解调系统。基于搭建的光学谐振腔的相位调制解调系统利用正弦波对微腔进行了调制解调测试,得到了良好的测试结果并使用光纤环形谐振腔验证了调制解调系统及调制方法的可行性,得到了光纤谐振腔的低频调制解调信号及边带调制解调信号,为进一步研究光学谐振腔谐振点的跟踪锁定奠定了基础。     

全数字闭环IFOG的关键技术研究

介绍了全数字闭环光纤陀螺的结构及其优势。对全数字闭环陀螺设计中光学传感、相位调制、闭环控制等关键技术分别作了详尽的分析和探讨，为其长足的发展和应用提供了可行性方案。     

闭环光纤陀螺方波调制失真的影响与消除

数字闭环光纤陀螺仪测量角速度时,采用方波调制引起的各种失真会对输出结果产生影响。基于傅里叶级数建立包含失真噪声的闭环光纤陀螺方波调制、解调信号模型,对各种调制失真引起的输出误差进行了仿真分析,并提出一种双极型归零脉冲方波解调方法,用于消除方波调制闭环光纤陀螺仪的输出信号误差。仿真结果表明:采用常规方波解调时,调制信号的相位失真、方波脉宽失真、谐波失真以及梳状噪声脉冲对光纤陀螺仪输出有很大影响,测量角速度相对误差可达1%量级。采用双极型归零脉冲方波解调时,上述调制失真的影响都得到有效的减小,陀螺仪测量角速度相对误差只有0.1%量级,降低了一个数量级,说明文中提出的双极型归零脉冲方波解调方法对提高闭环陀螺的测量精度和稳定性有重要意义。     

全光纤电流互感器的新型调制解调方案研究

介绍了一种采用新型调制解调方案的全光纤电流互感器。该方案采用归零方波调制相位调制器,以正弦波信号作为本振信号实现模拟相干解调,对采样信号做数字信号处理(有限脉冲响应滤波、滑动平均滤波)完成阶梯波反馈补偿并实现电流闭环检测。对实验结果的分析表明,该方案能实现大电流闭环检测,在室温条件下、额定电流1000 A时达到IEC 60044-8:2002标准0.2级,具有实际应用价值。     

相位敏感光时域反射系统低频响应性能优化

相位敏感光时域反射系统以其分布式光纤传感技术的优势在分布式水听、压裂微地震检测、自然灾害预警等低频监测领域具有极高的应用前景。文中对系统中脉冲斩波信号与频率调制信号时钟不同源的问题予以验证,并对其产生的影响进行理论分析;设计双路同步时钟源驱动产生脉冲斩波信号和频率调制信号,降低每个脉冲重复周期中频率调制信号的随机低频相位噪声,提高探测脉冲光的相位稳定性;采用时钟同源和时钟非同源两种方式对典型的基于外差相干检测的相位敏感光时域反射系统的声光调制器进行驱动,由信号发生器驱动缠有光纤的压电陶瓷,产生不同频段的扰动信号。实验结果表明:在同一测试条件下,前者在低频段的信噪比、相位解调质量、频率响应方面均优于后者,最小响应频率为0.1 Hz,相对提高两个数量级,降低了系统中低频噪声干扰。该方法易于实现,可与现有的低频性能优化方法或结构兼容,进一步提高系统低频响应性能。     

相移光纤光栅对超声波信号的频率响应特性研究

为实现利用相移光纤Bragg光栅(phase-shifted fiber Bragg grating, PS-FBG)代替压电陶瓷(piezoelectric ceramics, PZT)进行结构损伤检测,本文研究 了PS-FBG对 100 kHz—1.5 MHz范围内的超声波信号的频率 响应特性。搭建了超声波激励信号的产生平台和高灵敏度光 纤光栅平衡传感系统,利用幅度分析法对连续超声波激励下的传感器响应信号进行分析。由 于薄板存在共 振频率的问题,使用时间长度为0.5 ms的突发型激励信号,并用能量 分析法评估传感器的响应情况。 实验 结果表明,PS-FBG传感器的频率响应在±3.49 dB范围内,由此可得 PS-FBG传感器对100 kHz—1.5 MHz范围内的 超声波信号具有宽谱响应的特性。     

数字闭环加速度计带宽测试方法的研究

为了消除传统电模拟法引入的激励信号对力矩器驱动模块造成的影响,提出了一种在数字闭环加速度计系统反馈回路数模转换器输入端叠加一个激励信号来测试系统带宽的方法.通过对该方法的电激励模型进行分析,表明在带宽测试时系统反馈回路D/A输入端叠加激励信号可以等效为外界输入的加速度.搭建测试平台测试系统带宽,实验表明,用该方法测得的数字闭环加速度计系统带宽与传统机械振动法的测试结果相接近.该方法未增加其它电路,降低了系统的复杂度,消除了电模拟法外加激励信号源对力矩器驱动模块的影响.此外,该方法操作快速简单、便于在线测试,可满足大多数数字闭环加速度计的带宽测试要求.     

超大电流量值传递用光纤电流传感技术

面向工业、国防及重大科学研究领域超大电流在线计量的迫切需求,提出基于光纤电流传感器量程自扩展特性实现超大电流计量标准的量值传递。基于微分琼斯矩阵方法,建立了光纤敏感环路的数学模型,揭示了线性双折射对传感器量程自扩展特性的影响机理,并证明了采用椭圆双折射光纤的电流传感器具有良好的量程自扩展能力,可通过光纤圈数对Faraday效应的比例放大作用,利用小电流实现传感器在超大电流下的等效校准。研制了干涉式数字闭环柔性光纤电流传感器,可在不断开载流母线的情况下直接形成敏感环路,实现在线计量。样机性能测试结果表明:在直流等效10~210 kA范围内,样机的测量准确度优于0.1%;在工频额定等效25 kA条件下,样机的比差准确度满足IEC60044-8 0.2 S级要求;样机的带宽大于10 kHz。     

改善高精度数字闭环光纤陀螺阈值方法研究

研究了改善高精度光纤陀螺阈值的方法,提出导致阈值增大的原因是陀螺存在死区,而死区主要由调制解调电路中的电子交叉耦合干扰引起。对光纤陀螺仪的数字闭环传递模型进行了修正,增加了反馈通道对前向通道中探测器输出信号的电子交叉耦合干扰项,并利用此模型对死区进行了实时动态仿真,仿真分析结果基本和实验现象吻合。与采取随机调制的方法不同,本文主要采取优化电子电路设计、改善电路电磁兼容性等方法抑制死区,同样取得了较好的效果。提出了一种新的测试光纤陀螺仪的阈值方法,测试结果表明,优化设计后,陀螺仪的阈值与陀螺的噪声水平相当。     

数字调制谐振式光纤陀螺中阶梯波复位误差的分析

谐振式光纤陀螺(R-FOG)是采用环形谐振腔来增强Sagnac效应的，其检测方案可以分为开环和闭环，在电路实现上，根据相位调制器控制信号的不同，又分为模拟调制和数字调制。相比而言，其数字闭环检测方案具有动态范围大、灵敏度高的特点。在数字调制的谐振式光纤陀螺中，其阶梯波的复位高度V2π是否精确，会对旋转角速度的测量和标度因数的线性度产生影响。从理论上分析了不精确的复位高度V2π对系统的影响，指出不精确的V2π将使谐振腔中的交叉耦合电场和直通耦合电场之间不会形成最佳相消干涉，从而产生误差。利用探测器输出总电场的表达式，以双频率调制的谐振式光纤陀螺为例，对引入的误差作了定量的数值计算，最后给出了克服误差的几种方法。     

基于2DPSK 的多载频雷达组网系统

利用现有雷达平台设计了一种基于二进制差分相移键控（2DPSK ）的多载频雷达组网系统,对编队内各部雷达分配对应的频率资源,将雷达组网数据进行2DPSK调制后上变频至对应的载频发送,在各雷达接收端进行解调接收,以实现雷达数据的有效传输。仿真及试验结果表明：采用2DPSK调制解调方法能有效实现组网数据的可靠传输,具有一定的抗干扰能力。     

Resonator fiber optic gyro using digital serrodyne modulation

A resonator fiber optic gyro using digital serrodyne modulation for control the input lightwave frequency is proposed. In the system, phase modulators in an integrated waveguide circuit are used, instead of an acousto-optical modulator (AOM) frequency shifters with bulky shapes. With operating the signal digitally, it becomes easy to track the resonant frequency by the feedback with a higher accuracy. Errors due to nonideal digital serrodyne waveform are analyzed and are shown to be small enough. Performances of this system are experimentally demonstrated, under open-loop and closed-loop operation. The proposed scheme can implement the ways to reduce the noises without increasing the number of optical elements     

用于光纤电流传感器SLD光源的温度控制系统

为减小高压电网中光纤电流传感器超辐射发光二极管（super luminescent diode,SLD）光源温度特性对测量准确度的影响,提出了一种模拟温度控制系统对光源温度进行恒温控制。根据设计要求,介绍了各重要环节的设计过程。分析了通过搭建合适的温度采集电桥,可以得到与温度近似成线性关系的输出差分信号。在频域上建立了系统的数学模型,计算了系统的传递函数,得到了比例-积分-微分（proportional-integral-derivative,PID）控制器各参数对时域上输出的影响。在实验室中搭建了用于光纤电流传感器SLD 光源的温控系统,对温控系统进行了定温与温度循环实验,实验结果表明:该控制系统可以实现对温度的实时控制,使光纤电流传感器测量准确度满足0.2 级工业要求。