双弹光调制器动态耦合及控制的一种新方法

针对双弹光调制器(PEM)中各调制器本征频率差异及其随温度变化造成的调制效率降低问题,提出了基于中心频率控制的解决方案。首先,建立了PEM机械特性等效电路,分析了驱动电压、驱动频率和谐振频率的动态耦合关系,确定了大光程差条件下驱动信号加载方法;其次,结合不同谐振频率PEM的幅频、相频特性曲线,提出了基于中心频率的双PEM控制方法;最后,采用数字频率合成(DDS)技术和数字锁相环(DPLL)技术对双PEM进行驱动及谐振频率漂移跟踪,使各PEM处于同频同相状态。实验结果表明,本文控制方法能够使双PEM调制光程差达到单个PEM的2倍,达到1 080μm。     

弹光调制器的频率漂移特性及其傅里叶变换光谱的稳定性研究

弹光调制器作为高Q值的谐振器件,在高压谐振下,其谐振频率将随着自身温度升高漂移,影响了弹光调制干涉仪的稳定性和重建光谱的准确性。在建立弹光调制器振动模型和频率温漂模型的基础上,提出了基于频率跟踪和幅值调节的弹光调制器双闭环自适应驱动控制方法。在该方法中,采用数字锁相技术的频率自扫描方法实现驱动频率对弹光调制器谐振频率的跟踪;基于检测参考激光干涉图的最大光程差的变化调节驱动信号的幅值,以实现重建光谱的稳定控制,同时基于参考激光的最大光程差参数实现重建光谱的定标。在实验中该驱动控制方法应用到弹光调制傅里叶变换光谱仪中,实现了驱动频率对弹光调制器谐振频率的实时跟踪和高压功放电路的幅值调节,使得干涉图的最大光程差稳定在0.236 nm左右,其精密度为3.3%;重建光谱的最大相对误差为2.5%。此实验验证了该方法能有效稳定弹光调制傅里叶变换光谱仪的光谱分辨率。     

基于弹光调制的椭偏测量驱动电路系统设计

随着椭偏测量技术的发展,对椭偏测量速度、测量范围有了更高的要求。针对传统的双旋转补偿器测量方法受限于机械限制,调制频率低的问题。采用弹光调制技术,利用调制器的快轴旋转取代传统的旋转补偿器,设计了一种基于LC谐振放大的双驱动电路,利用现场可编程门阵列（FPGA）实现对弹光调制器（PEM）的高速驱动控制。根据弹光调制驱动控制要求对电路设计思路和方法进行了详细分析。通过仿真和实验结果表明,所设计的电路系统输出频率能稳定控制在60 kHz,幅值能达到430 VPP以上,满足PEM快轴高速稳定驱动的需求。     

数字调制的谐振式光纤陀螺

谐振式光纤陀螺是利用正反方向传播光波的谐振频差来检测旋转角速率的惯性传感器。由于模拟调制的方法无法达到较高的系统性能,提出了一种数字调制方法,此方法采用两种频率组合的阶梯波作为LiNbO3调制器的控制信号,对其进行数字调制。通过理论的研究和仿真,证明此种方法是切实可行的。     

基于电压补偿的弹光调制器稳定性控制方法研究

弹光调制器是由各向同性的弹光晶体和压电晶体组成的热机电耦合器件,其谐振频率随温度变化存在严重漂移,导致弹光调制器工作不稳定。为了实现弹光调制干涉信号的相位延迟量沿正弦规律变化,有必要对影响弹光调制干涉仪的稳定因素进行分析与控制。针对此问题,在建立弹光调制器振动模型和频率温漂模型的基础上,提出了基于数字锁相技术的驱动电压自调节方法。在该方法中,根据弹光调制干涉信号的四倍频与二倍频的比值,基于FPGA调节DDS输出方波信号的占空比以稳定弹光调制干涉信号的相位延迟量。实验结果表明,驱动电压自调节时的相位延迟量变化幅度为0.6%,电压一定时相位延迟量幅度下降了15.6%,证明该方法有效的稳定了相位延迟量,从而提高了弹光调制器的稳定性和调制效率。     

原子干涉仪中拉曼激光的相位-频率双调制稳频

为降低拉曼激光的频率噪声,提出了一种相位-频率双调制稳频技术。用光纤电光相位调制器对激光进行调制并产生大失谐边带;用射频信号对光纤相位调制器的微波驱动信号进行频率调制,通过锁相放大法将一个大失谐边带锁到铷原子的饱和吸收谱线上。利用该技术实现了拉曼种子激光的稳频和2 GHz的移频,拉曼激光的线宽大幅压窄到56 kHz,预期拉曼激光频率噪声引起的原子干涉重力仪的单次测量噪声可降低到7×10-9/s2。     

谐振式光纤陀螺数字闭环系统锁频技术

谐振式光纤陀螺(R-FOG)是基于Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速率的一种新型光学传感器。利用数字调制、解调技术实现陀螺系统的闭环锁定,可以克服模拟电路的热漂移,使系统更加简单灵活。以谐振频率偏差作为研究对象,提出了基于一阶惯性环节的最简闭环锁定分析模型。利用该简化模型,对数字闭环系统中的频率反馈跟踪技术进行了研究,得到了在一定积分时间常数下环路的最佳增益系数,实现了环路的快速、稳定锁定,并在实验中得到进一步的验证。     

基于DDS的FH/FSK调制器的FPGA实现

跳频技术在短距离通信领域内具有很强的抗干扰能力.根据直接数字频率合成(DDS)稳定度高、频率分辨力高、频率切换快的优点,提出了一种基于DDS的跳频(FH)/频移键控(FSK)调制器实现方案,并用FPGA实现.通过modelsim仿真,表明已达到设计目的.该跳频调制器可在20 MHz范围内实现全频段跳频.如果制成专用集成电路芯片,成本可大大降低.     

不同谐振状态下弹光调制器的品质因数分析

为了提高弹光调制器在高压驱动下的工作效率,以提高傅里叶变换光谱仪的光谱分辨率,在建立弹光调制器的损耗模型和振动方程的基础上,描述了包含损耗因数的弹光调制器幅频特性,并推导了谐振和反谐振频率下弹光调制器的品质因数。结合压电材料的电致伸缩效应及其损耗,分析了高压驱动下各损耗因数之间的关系,提出了一种较谐振驱动具有更高品质因数和调制深度的反谐振驱动方法。实验验证,当驱动电压在500~1200 VP-P范围内,反谐振驱动方法较传统的谐振驱动方式,品质因数和调制深度均提高了43%,有效地提高了弹光调制器的工作效率。     

快轴可调弹光调制器闭环稳定控制研究

快轴可调弹光调制器（FaaPEM）不仅具有调制频率高、通光孔径大、抗震性能好等优势，同时还弥补了传统弹光调制器相位延迟量和快轴方位角无法灵活调节的不足，在偏振调制以及偏振测量中发挥着重要的作用，FaaPEM是由两个压电驱动器和弹光晶体构成的谐振型光机电器件，在高压谐振状态下，因其自身的温度升高会导致弹光晶体谐振频率与驱动电压的频率不匹配，极大地影响了对于入射光的调制效率。为了确保FaaPEM在工作时的调制能力和稳定性达到最优效果，开展了FaaPEM的稳定闭环控制研究，提出了基于调制信号跟踪和相位调节的闭环驱动控制方法 ，并对FaaPEM稳定性进行了测试。测试结果表明：该系统加载反馈控制后，半波状态下稳定度达到4.18%，四分之一波状态下稳定度达到3.43%。     

基于FPGA的光弹调制器用高压驱动电路设计

为满足光弹调制器对高电压、高稳定和精确易控制的驱动电压需求,设计了一种基于FPGA控制、全桥结构LC谐振升压的高压驱动电路。该电路与传统的光弹调制器驱动控制电路相比,大幅降低了直流电源的电压输入要求,通过DDS调节方波频率来控制光弹调制器工作频率,调节方波占空比来控制输出电压。该电路应用于光弹调制器实验,结果表明在光弹调制器的谐振频率下,外部直流电压为5 V时,方波占空比范围为0~50%,对应电压峰-峰值可调节范围为0~840 V。电路具有稳定可靠、操控方便、带负载能力较强等优点,能够实现光弹调制器驱动电压实时精确的控制。     

压电谐振器双闭环驱动电路研究

压电谐振器是谐振式传感器和执行器的核心部件,通常工作在共振和稳幅状态。采用一种锁相环(PLL)和自动增益(AGC)相结合的双闭环控制驱动电路,分别实现了谐振器共振频率的跟踪激励和压电振子输出信号的稳幅控制。优化设计了双闭环电路中各元器件参数,使得压电振子能稳定工作在谐振频率点。参照压电谐振器开环测试数据和闭环测试数据,双闭环驱动电路能将谐振器相位锁定在59°(误差3°),输出信号峰峰值稳定在12.8V(误差0.2V)。实验结果表明,该电路设计能够达到稳定谐振器输出信号幅值和跟踪谐振器共振频率的目的。     

弹光调制干涉具热动态模型及频率漂移的研究

为了解决弹光调制干涉具中因高频振动产生的热量引起的谐振频率漂移问题,根据相似与模化理论,建立了弹光调制干涉具热动态模型,得到了弹光调制干涉具中干涉具谐振频率、干涉具温度和外界驱动信号之间的非线性函数关系,并最终推导出了反馈电流和反馈电流相对于驱动电压的相位的关系、干涉具中温度随时间的变化率和谐振频率随时间的变化率方程,以及得出了干涉具热动态模型的频率稳定状态方程。结果表明,根据热反馈机制,必须采用锁相跟踪原理,时刻保持驱动频率与干涉具谐振频率一致,才能保证干涉具工作的稳定性。     

压电换能器并联谐振频率跟踪系统设计

分析了压电换能器夹持电容在线测量原理,提出了一种新的并联谐振频率跟踪方法。讨论了不同状态下并联谐振频率的变化规律。采用嵌入式芯片PSoC5为主控制器,结合数字合成技术,使激励信号分辨率达到0.5Hz。驱动直流电源采用软开关技术实现电压可调功能。对换能器的电压和电流进行检测并在此基础上实现扫频跟踪策略及自动解锁控制。在不同工作状态下的实验结果验证了设计方案的合理性。     

Digital phase control for resonant inverters

This letter presents an approach for direct digital phase control of resonant inverters that is based on inductor current or voltage sensing. Compared to frequency control, phase control provides the advantages of self-tuning to the tank resonant frequency, reduced sensitivity for improved control near resonance, and inherent protection against operation below resonance to avoid hard switching. The digital control algorithm suitable for implementation using standard CMOS logic is derived. The design details of an experimental test platform based on a Xilinx field programmable gate array (FPGA) and experimental results for a typical resonant inverter are provided.     

基于串联谐振式逆变器的频率跟踪控制系统的研究

为提高串联谐振式逆变器的输出效率,减小装置功率器件的开关损耗,必须控制逆变器的工作频率,使之始终与负载的谐振频率保持同步。文中针对传统模拟锁相环的缺点和单纯的数字锁相环当负载参数变化较大时,可能会出现的"失锁"现象,提出采用PID与数字锁相环相结合的频率跟踪控制策略,对串联谐振式逆变器的工作频率进行实时控制,使之能自动跟踪上负载的谐振频率。在MATLAB环境下,对采用PID控制前后的两种频率跟踪控制策略进行了比较,结果表明采用基于PID与数字锁相环相结合的频率跟踪控制具有更好的频率调节特性。在此基础上提出了采用TMS320F2812对该频率跟踪控制系统进行软硬件设计的方法。     

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     

基于数字变频处理的GPS/BDS双模捕获

全球定位系统(Global Positioning System,GPS)与“北斗”定位导航系统(Beidou Navigation Satellite System,BDS)的双模导航能够提高定位稳定性与精确性,但通常在前端硬件设计中需要建立双通道对GPS和BDS射频信号分别进行处理,极大地增加了硬件设计复杂度以及功率的消耗。针对双通道硬件设计的复杂性问题,提出了在Matlab环境下对GPS/BDS双频信号进行数字变频处理的方法。该方法将硬件中的变频功能在软件中实现,从而降低了硬件设计的复杂度且保证了算法与不同全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)以及前端硬件的兼容性。实验结果表明,在不同的单通道硬件设计下,利用该方法能够成功在软件中消除与L1或B1的频偏得到捕获信号,并捕获到GPS/BDS可见卫星信息。