相位凝固技术中干涉信号调制解调误差分析

为了进一步减小基于相位凝固技术的激光反馈干涉系统测量运动物体微位移时的测量误差,采用MATLAB数值仿真及曲线拟合的方法,对移相间隔和外腔反射面振动幅度引起的系统误差进行了理论分析。在系统实验中依据相位凝固原理对物体运动产生的干涉信号进行采样,获取多组光功率曲线,在光功率曲线上实时判向并标记特征点。根据特征点重构被测物体的微位移曲线,对重构得到的微位移台阶曲线进行多项式拟合以提高测量精度。结果表明,在固定移相间隔为/5、激光器波长为1550nm的情况下,测量分辨率优于/20(77.5nm),实际测量的绝对误差最大值为47.98nm,峰峰值误差平均值小于1nm。相位凝固技术调制解调干涉信号为微位移的方向辨识和高精度测量提供了新的解决方案。     

基于激光光栅载波技术的微位移测量方法

为了提高微位移测量精度,提出一种基于激光光栅载波技术的微位移测量方法.首先根据分析旋光原理采集尺寸与偏振光沿光轴的厚度比,根据琼斯矩阵计算微位移与位移方向,然后根据激光光栅干涉条纹图计算光强,计算弯曲条纹和光栅条纹进行相位解调,获得待测量物微位移变形相位,最后根据解调出相位值得到微位移.实验证明,本方法获得了高精度微位...     

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。     

小波分析在激光自混合干涉位移传感器中的应用

为减小激光自混合干涉位移传感器测量误差,提 出了基于小波分析的自混合干涉信号 处理方法。在进行全相位快速傅里叶变 换(FFT)解调相位之前,利用离散小波分解、重构去除自混合干涉归一化信号的奇异点 ,有效降低调制电流斜率突变引入的高次 谐波干扰,同时去除高频随机噪声干扰。简述了自混合干涉位移测量原理,介 绍了基于小波分析的自混合干涉信号处理算法原理并进行了算法仿真,采用数值仿 真分析了系统反馈水平及调制参数对测量误差的影响,利用压 电陶瓷(PZT)对自混合干涉位移测量系统进行标定。结果表明,位移测量误差减小到2.45nm。应用小波分析处理干涉信号可减小激光自混合干涉位移传感器的 测量误差。     

载波相位误差对解调性能的影响分析

对MPSK、QAM信号载波相位误差对于解调性能的影响进行了定量分析,推导给出了载波估计方差较小时BPSK、QPSK信号载波相位误差对解调性能影响的表达式。根据定量分析结果,载波估计方差较小时对BPSK、QPSK信号载波估计方差与误码率的关系进行了仿真,仿真结果和理论分析结果是一致的。结果表明在Es/N0为2、载波估计方差小于1×10-2的情况下,载波相位误差对于解调性能的影响小于0.2 dB。     

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。     

单频长基线激光干涉仪的在线稳定性监测方法

研究了一种长基线激光干涉仪的在线稳定性监测技术,可用于纳米量级的位移和振动测量。构建了一个臂长22m的激光干涉仪用于位移和振动测量。基于相位生成载波(PGC)解调技术,通过在相位调制载波中增加已知频率、固定幅值的指示信号,利用指示信号的幅度变化,实现激光干涉仪的工作状态监测,以及测量环境的变化与波动的指示。实验结果表明,加入已知幅度频率的指示信号可以实现激光干涉仪在线运行状态的监测。该方法的优点是没有增加硬件负载,可实现激光干涉仪的在线稳定性监测,简化了干涉仪调试过程,提高了运行效率。     

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PLC的激光干涉高分辨率位移测量研究

针对当前激光干涉高分辨率位移测量误差大的问题,设计了基于PLC的激光干涉高分辨率位移测量系统。首先接收激光干涉仪发射信号,然后将激光干涉信号进行光电转换,通过可编程逻辑控制得到激光干涉高分辨率位移测量结果,并将结果显示给用户,测试结果表明,本系统的激光干涉高分辨率位移测量精度超过92%,激光干涉高分辨率位移测量灵敏度高,获得理想的测量结果,并且激光干涉高分辨率位移测量结果明显优于其他系统,具有更高的应用价值。     

一种用于干涉型光纤传感器动态相移测量的J0-J1法

提出了一种用于干涉型光纤传感器动态相移测量的J0-J1法,实现了无源零差检测,而且信号解调算法简单,检测频带宽。详细介绍了该方法的基本检测原理,并对解调误差进行了理论分析与仿真,得出了系统能够检测的最大动态相移幅度与干涉仪的工作点允许变化的范围相互制约的结论。编写了实时的信号采集、处理程序,对某一干涉型光纤水听器探头的声压灵敏度进行了测量。在频带20~1300Hz上,平均声压灵敏度为-162dB(0dB=1rad/μPa),波动<±1.0dB,单频点500Hz的灵敏度变化<±0.5dB,与采用相位载波(PGC)调制解调法测量的结果基本一致,验证了J0-J1法的可行性。     

基于直接相位解调的双光纤法布里-珀罗位移传感器

条纹计数法解调精度受限,而常用的高精度外差调频解调法(如相位生成载波法、线性调频法),在光源调频过程中伴生有幅度调制并且调制解调系统复杂。提出了一种基于双光纤光路相位解调的法布里-珀罗(F-P)位移传感器,原理上省去了光源调频过程,在提高检测精度的同时,成本与条纹计数法相当。与已有报道的双光路结构不同的是,该传感器对两干涉光路之间相位差无严格要求,安装调节简单,降低了传感器的工艺难度。位移测量实验结果表明,该传感器在0～500μm的测量范围内,线性度为1.1%,误差限值为±3μm。     

基于LabVIEW的光纤水听器闭环工作点控制系统

介绍了一种基于LabVIEW的干涉型光纤水听器闭环工作点控制系统.该系统通过调节光源频率,利用非平衡干涉仪两臂的光程差产生补偿相位,实现了工作点的控制,从而避免了在干涉仪中引入压电陶瓷(PZT),提高了系统的稳定性与可靠性.同时,对传统的信号解调算法进行了改进,提高了解调精度和动态范围.利用该系统对某一干涉型光纤水听器的声压相位灵敏度进行了测量.在频带102～2×103 Hz上,平均灵敏度为-162 dB,频响波动＜±1.0 dB,与采用相位载波(PGC)调制解调方法测量的结果基本一致,验证了该系统的可行性.     

干涉型光纤传感的相位载波调制解调算法

相位载波调制解调算法是干涉测量的关键技术之一。阐述了相位载波的调制解调原理,说明了相关参数的最佳选取数值,介绍了两种传统的相位载波解调算法,描述了相位载波算法存在的有限的动态范围问题、伴生调幅问题、载波相位延迟问题和相应的解决办法。最后总结相位载波调制解调算法的问题并展望了光纤传感器的发展趋势。     

基于基频混频的相位生成载波调制解调方法研究

提出了干涉型光纤传感器的相位生成载波(PGC)解调的一种改进方法。在传感信号的幅度较小的情况下,该解调方法只由基频信号对输入信号混频,就可以得到与原始传感信号波形成正比的信号,从而提高整个解调过程的效率。仿真分析及实验结果都验证了改进算法的可行性。在基于马赫-曾德尔干涉仪(MZI)以及外调制方式的信号检测实验中,采用该解调方法所得信号和原信号相关系数达0.99以上。     

利用正弦相位调制干涉仪探测声辐射激励的固体表面微振动

为了提取固体表面的微振动信息,本文提出了一种基于正弦相位调制干涉仪和实时归一化PGC-DCM算法的探测方法。采用归一化PGC-DCM算法实现载波相位调制深度和载波相位延迟的计算,然后对正交干涉信号分量进行预归一化,再经过运算消去干涉信号条纹的对比度系数,实现正交干涉信号分量的完全归一化,最后利用微分交叉相乘原理实现干涉信号相位的解调。利用数值仿真证明了解调算法的有效性,并在光学暗室环境中搭建了一套正弦相位调制干涉系统,对多种不同频谱特征的固体表面微振动进行探测实验和信息解调;实验结果表明,所提方法能够准确探测固体表面的微振动信息,在3 kHz的被测微振动频率范围内,干涉信号相位解调的平均信噪失真比为33.0956 dB,动态范围优于22.75 dB。     

基于采集相位的瞬时测频技术

介绍了通过采集接收信号的相位参数,利用对采集信号的相位参数进行双回路解调和选用高速率数字信号处理器(DSP)构成的瞬时测频技术,适用于雷达侦察测频系统。讨论了随机相位波动产生频率误差,给出了在测量频率范围内随机相位波动产生的频率误差的最大均方根值误差。     

QPSK扩频调制信号载波跟踪环路设计

扩频接收基带通常需要载波跟踪环来完成本地载波与接收信号载波的同步,科斯塔斯环是常用的非相干载波相位跟踪环,具有较好的鉴相特性。本文基于常规的单路单载波解调的科斯塔斯环原理,对科斯塔斯环做了改进,提出了对双通道平衡QPSK扩频基带所用载波跟踪环科斯塔斯环的改进方法,并推导出环路误差鉴相信号,用Matlab进行了仿真实验,结果证明利用本环路可实现载波稳定跟踪。     

基于小波变换的激光干涉微位移变化量测量方法

为了克服传统快速傅里叶频谱分析方法不适用于非平稳信号的缺点,实现基于全光纤激光干涉微位移信号变化量的精确测量,研究了基于连续小波变换(CWT)非平稳信号分析的相位解调算法。分析了在信号的频带上如何利用小波脊提取数字信号的瞬时特征,并在提取的特征基础上,得到小波脊的相位,完成对信号相位的提取,进而得到物体的位移信息。根据处理方法,进行了理论分析、计算机模拟和相关的验证性实验,对采集的位移干涉信号进行处理得到待测位移量,并与傅里叶变换相位提取方法的测试结果进行了比较分析,证明该方法具有更高的精度,对各种信号处理都具有很强的稳健性。实验结果表明此算法精确度高、复杂度低,具有广泛的应用前景。     

高分辨率光纤激光传感系统

提出并实现了一种基于光纤光栅(FBG)激光器的高分辨率光纤传感系统。通过在一段高增益有源光纤写入光纤光栅形成光纤激光传感器,待测信号作用在激光器上引起激光频率变化,采用偏振无关的非平衡迈克耳孙光纤干涉仪将激光频率变化转化为干涉仪相位变化。干涉仪输出的信号经过光电转换后,用采集卡转换为数字信号输入计算机,最后利用改进的归一化相位载波(PGC)解调技术,实现信号的高分辨率解调。实验表明该传感系统的动态应变分辨率达到了5.6×10-4nε/Hz,并且解调结果与待测信号具有良好的线性关系。     

正弦相位调制位移干涉测量技术中调制频率的优化选择

针对正弦相位调制(SPM)干涉测量技术用于位移测量时,调制频率对干涉信号相位解调的影响,提出一种调制频率的优化选择依据.通过对干涉信号的频谱进行分析,发现当被测位移幅度较小时,较小的调制频率即可满足相位解调的要求;而当被测位移较大时,必须相应地增大调制频率,才能获得比较准确的测量结果.模拟计算以及实验结果表明,被测位移信号的幅度每增大四分之一测量光源波长,调制频率需要相应增大4倍于被测信号频率的大小,才能满足正弦相位调制位移干涉测量技术信号处理的需要.