基于改进型马赫-曾德干涉仪原理的管道安全预警系统研究

提出了一种采用5根光纤纤芯构成的改进型双Mach-Zehnder干涉仪原理的的分布式光纤管道安全预警系统,系统利用管道同沟铺设的通讯光缆,采集管道沿线的微震动信号,系统使用3×3耦合器得到两路相位差信号,解调外界扰动造成的相位变化,得到两个强相关的信号,使用顺反两个方向光信号经过扰动点的时间差定位扰动点的位置,提高了系统的保护距离和定位精度.     

用基于3×3耦合器的干涉仪解调相移光纤光栅传感信号

提出了一种用非平衡Mach-Zehnder干涉仪解调相移光纤光栅传感信号的新方案.非平衡Mach-Zehnder干涉仪由一只3×3耦合器和一只2×2耦合器构成,作为相移光栅波长移动的解调器.解调器三路输出信号之间互存120°相位差,由高通滤波器、微分器、差分放大器、加法器、积分器等环节组成的解调电路可直接由三路输出信号获取被传感信号.计算机仿真实验的结果验证了该信号传感方案既具有很高的灵敏度,又具有较宽的信号响应带宽.     

一种基于位相调制的光纤电压传感器

一种基于位相调制原理的光纤电压传感器,充分利用3×3光纤定向耦合器的光学特性,使得光路结构更加简单、可靠.光路设计中舍弃了温度效应显著的波片,并利用3×3光纤定向耦合器实现了光的正交干涉.在信号处理中利用软件解调的方式大大简化了硬件电路设计,并消除了由此引入一系列不稳定因素提高了测量结果的可靠性.试验结果表明,该系统有较好的温度稳定性,其精度优于0.91%,可以推广应用于电力系统.     

高分辨率光纤激光振动传感器研究

提出并实现了一种高分辨率光纤激光振动传感器.通过在一段高增益有源光纤上写入光纤Bragg光栅(FBG),激光泵浦后形成光纤激光器,振动信号引起激光器的波长发生变化,采用偏振无关的非平衡Michelson干涉仪将激光波长变化转换为相位变化.干涉仪输出的信号经过光电转换后,使用采集卡转换为数字信号输人计算机,采用相位载波(PGC)解调技术,实现信号的高分辨率解调.试验结果显示:该传感器系统的最小可探测加速度在250Hz时为200 ngn/<平方根,Hz>,解调结果与待测信号具有良好的线性关系.     

基于CORDIC的交流相位跟踪零差补偿方法及其实现

为了消除温度、振动等环境因素在光纤干涉测量中的影响,发展了一种基于交流相位跟踪零差补偿(PTAC)的干涉条纹相位稳定技术。利用马赫-泽德光纤干涉仪结构和杨氏双孔干涉原理实现高密度的余弦分布干涉条纹投射。光纤端面菲涅尔反射与光纤耦合器构成迈克尔逊干涉结构,光电探测器检测迈克尔逊干涉仪的输出信号。相位稳定子系统采用相位生成载波(PGC)方法提取环境因素引起的光纤干涉臂相位差,结合坐标旋转数字式计算机(CORDIC)求解相位差,并生成补偿信号反馈给压电陶瓷(PZT)驱动器,实现条纹相位的稳定。该系统相位解调精度达2.75 mrad,环境因素对干涉条纹相位的影响低于53.43 mrad。实验结果验证了该相位稳定方法的可行性。     

微弱信号相位检测的自适应陷波法及其应用

针对微弱信号因噪声影响造成剧烈的相位变化,采用常规的方法无法检测出其相位的现象,提出了一种自适应陷波方法。该方法采用自适应陷波算法来滤出期望信号,再对陷波后信号进行带宽压缩以提高信噪比,从而准确检测出信号的相位。根据检测方法,研制出以数字信号处理器为核心的检测系统,并应用此系统检测石英晶体输出的微弱信号的相位差。试验表明,对于信噪比小于-60 dB的微弱信号,系统相位检测精度达到2×10-6。     

光电加速度传感器非对称3×3解调系统SOPC设计

介绍了集成光学芯片、光纤质量块简谐振子和可编程片上系统(SOPC)混合集成光学加速度计的设计方法.采用基于3×3耦合器的干涉系统进行光相位的调制.研究了在非对称情况下的解调算法,从而解决了由于非对称性造成解调结果失真的问题.应用SOPC技术设计和实现数字信号处理系统,实现信号处理与数据传输的并行工作,实验证明该系统可以实时、线性地跟踪到加速度信号.实际测量灵敏度为4.62 V/gn,工作频带为1-1 066 Hz.     

一种改进的激光多普勒测量光纤光路

为了解决传统激光多普勒差频测量光路存在的光功率损耗大、参考光功率不可控等问题,在传统激光多普勒光路中增加了光纤环形器,设计了一个全光纤激光多普勒差频测量光路,并分析计算了传统光路和改进光路中各光纤无源器件的光功率损耗和整体光路中光的利用率。通过搭建激光多普勒测量系统,采用两种光路对音叉振动进行测量,设计了两种光路的对比性试验;采用光功率计实测了两种光路的输出光功率,进而计算出其光利用率;同时,采用数字示波器实时观测两种光路光电探测器输出的多普勒频移信号波形,并从信号幅值、信号对比度和信噪比等方面进行了分析计算。试验结果表明:分析计算结果和实测结果相吻合,改进的激光多普勒测量光路提高了光的利用率;可通过不同分光比的光纤耦合分束器来控制参考光光功率,使得输出的多普勒频移信号幅值增大,信号信噪比和对比度都有所提高。     

科氏质量流量计相位差的一种高精度估计方法

科氏质量流量计是一种用于直接测量质量流量的流量计,其测量精度易受环境噪声的影响。为提高其精度,提出了一种高斯噪声背景下的科氏质量流量计相位差估计新方法。当传感器信号频率在较小范围内缓慢波动时,通过锁相环实现整周期采样。采用离散傅里叶变换计算两路传感器信号的相位差,并实现了219点离散傅里叶变换,以获得精确的相位估计值。与快速傅里叶变换相比,所提出方法具有计算量小、计算速度快等优点,大大降低了数据处理容量。仿真结果表明:当信噪比高于0dB时,该方法的相位估计误差小于0.12°。     

光纤光栅干涉式波长解调器的设计

基于光信号干涉测量的原理,对采用2×2和3×3耦合器构成非平衡M-Z干涉仪进行光纤光栅波长信号解调的方法,进行了详细理论分析,构建了完整的实验测试系统.实验表明,系统测量的分辨率可达到1 pm,测量精度3 pm.     

基于压电陶瓷相位调制器的外调制相位生成载波法研究

对基于压电换能器PZT(Piezoelectric Transducer)的外调制相位生成载波PGC(Phase-Generated Carrier)法进行了深入的理论分析和实验研究.PZT光纤相位调制器利用电致伸缩效应来改变缠绕在其上面的光纤的长度,进而实现对光纤中光相位的周期性调制.在马赫曾德尔光纤干涉仪MZI(Mach-Zehnder Interferometer)的参考臂中加入该光纤相位调制器便可以将载波信号调制到光纤干涉仪的输出信号当中.计算机仿真分析了调制参数对PGC解调结果的影响.并通过实验验证了这种调制解调方案的可行性.利用美国国家仪器公司的数据采集系统及Labview编写的解调算法,在臂长为200 m的MZI中成功实现了相位解调,恢复出MZI传感臂中的原始相位信息,解调信号与原始信号的相关系数在0.99以上.     

突发MPSK信号调制识别技术研究

针对非协作通信中的短时突发信号调制方式识别问题,提出了一种基于小波变换的信号相位差统计识别方法,实现了对二相相移键控(BPSK)、四相相移键控(QPSK)、八相相移键控(8PSK)这3种多进制相移键控(MPSK)信号的识别。该方法首先需要估计信号符号速率;然后对希尔比特变换后的待识别信号进行小波变换,提取信号瞬时相位信息并计算其相邻码元相位差序列;最后对相位差信息进行直方图统计,并通过改进的二值削波谱峰搜索算法对其进行峰值搜索,再通过峰值判断输入信号的类型。试验结果表明,在码元数目为150、信噪比大于1 d B时,3种信号调制方式的识别率平均可达96%以上。该算法计算量小,易于工程实现,具有良好的抗频偏性。改进的峰值搜索算法也适用于解决其他各种基于波峰搜索的问题。     

用于监测阀门泄漏的超高动态范围全光纤超声传感系统

本文提出了一种超高动态范围的全光纤超声传感系统,针对阀门发生泄漏时伴随产生的声发射现象,利用光纤的光弹效应,将声发射现象产生的超声信号转换为光纤中传输的光信号的相位变化,由光路干涉结构将光信号的相位改变量转换为两路干涉输出信号的幅度量,通过相位解调还原算法和功率谱分析,实现对超声信号的探测和提取。经过阀门泄漏实地测试验证了全光纤超声传感系统的实用性和可行性,并在实验室条件下对系统的动态范围进行了具体的测试分析。     

干涉型光纤水听器虚拟检测软件的设计和实现

为达到虚拟检测光纤水听器信号的软件程序设计的目的,采用其输出信号特点,依据非NI采集卡特性,对3×3耦合解调原理和数学模型进行分析和比较,做了干涉型光纤水听器ITT虚拟检测方案,通过调用动态链接库开发基于Lab-VIEW的数据采集程序,编写数据处理和显示程序,开发光纤水听器3×3耦合器零差解调法虚拟检测系统。得到该虚拟检测系统具有很好的幅值适应性和低频特性的结论。     

基于相干小波变换的信号相位差估计

精确地估计两列信号间的传输延迟在工程上有着重要的意义。傅里叶变换方法很难区分或识别信号的瞬时变化,而小波变换方法是一种时间窗和频率窗都可改变的时频局部化的分析方法,在非平稳信号的分析方面具有明显的优势。给出应用Morlet小波变换的相干性实现两信号相位差估计的算法,在不同信噪比条件下,对算法的估计性能进行了仿真研究。仿真研究结果表明,在低信噪比的条件下,基于小波变换的相位差估计方法可以实现信号相位差的精确估计。通过与基于离散时间傅里叶变换方法的比较,验证了小波变换方法在估计信号相位差方面的优越性。该方法还可用于对非平稳信号相位差的估计。     

改进的HHT及其在颤振试验数据处理中的应用

颤振试验数据往往具有信噪比低、模态密集及非平稳现象严重等特点,对数据处理精度提出较高的要求.为精确提取颤振模态参数,对颤振边界进行准确预测,提出了一种改进的希尔伯特黄变换算法,算法首先对测试信号进行移频处理,降低模态混叠程度,然后进行EMD分解,并对分解结果进行希尔伯特变换得到相应的瞬时幅值和瞬时相位,最后通过曲线拟合识别颤振模态参数.通过理论分析和数值仿真完成相应的特性研究,并采用实测颤振试验数据进行了分析验证,结果表明,改进的希尔伯特黄变换方法可以较精确地提取颤振模态参数和预测颤振临界速度,从而满足现行颤振试验数据处理的要求.     

基于全相位频谱校正的TMBOC信号的捕获

针对使用传统部分匹配滤波器（PMF）结合快速傅里叶变换（FFT）无法精确捕获时分复用二进制偏移载波（TMBOC）调制信号的问题,提出一种基于全相位频谱校正的捕获方法。首先通过PMF过程对接收信号进行部分相关运算,再使用全相位快速傅里叶变换（apFFT）算法对多普勒效应进行补偿,最后结合全相位频谱校正技术对功率谱进行校正。仿真结果表明,在同一条件下,该算法比PMF-FFT加窗算法检测概率提高了3 dB左右,并有效缩短了捕获时间。该算法可比PMF-FFT加窗算法更精确捕获TMBOC信号。     

相位编码脉冲串的相参性识别算法研究

本文提出了一种相位编码脉冲串的相参性识别算法,通过检测脉冲相位的线性度判别序列的相参性。该算法通过M次方运算将相位编码信号变换成正弦波信号,再通过相参积累,有效地提高了信号的信噪比。文中讨论了算法的信噪比门限,并通过仿真实验加以验证。仿真实验表明,本方法可以在一定信噪比条件下实现对相位编码脉冲串相参性的识别。本文算法有助于实现对脉冲多普勒雷达的识别和告警,对研制数字射频存储器也具有重要意义。     

基于FFT幅度和相位插值的频率估计改进算法

针对基于FFT的插值算法在信噪比较低或信号的实际频率与估计频率之间的相对偏差较小时,存在插值方向错误的情况,通过结合其中分段相位差法与Rife算法的优点提出了一种改进算法,该算法可以解决在低信噪比情况下当估计偏差δ接近零时,Rife算法估计误差较大、而当δ接近0.5时相位差法误差大的问题。算法仿真实验结果表明：改进算法在低信噪比条件下的频率估计精度高于Rife算法和分段相位差法,稳定性也比较高,具有很好的应用价值。     

基于光纤光栅PGCD的材料冲击试验研究

光纤光栅抗电磁干扰和易于构成分布式光纤传感网络,对设备健康监测和高频应力作用下的材料力学性能测试具有独特优势。波长编码信号解调系统的频率低是制约光纤光栅传感器在高频信号环境下使用的关键问题之一,采用M-Z干涉技术,设计了一套基于相位载波(PGC)的相位解调方法的光纤光栅高频解调系统,对正弦信号激励和冲击试验产生的信号进行了测试和分析,取得了比较理想的试验结果,实现了10 kHz频率范围内高频信号的检测。