基于DSP和FPGA的被动声探测实时采集系统设计

为了给被动声探测技术研究提供实验验证平台,设计了一种可以进行实时数据采集和处理的系统方案.整个系统以数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)为基本架构,由FPGA控制模数转换器(ADC)采集数据,通过USB 2.0电路将数据传送给个人计算机(PC),用于初期的离线验证;FPGA将采集到的数据通过外部存储器接口(EMIF)传递给DSP,用于实时处理.实验证明:系统实现了被动声探测中的实时数据采集、离线数据存储.数据采集与数据处理分别由不同处理器执行,提高了系统的响应速度与处理性能,能够满足探测系统的实时性要求.     

超荧光光纤光源相对强度噪声数字抑制系统

超荧光光纤光源(SFS)具有高稳定性,是光纤传感器(FOSs)中一种理想的光源。SFS 光源的相对强度噪声(RIN)是影响FOSs 性能的一个重要的因素。由于使用模拟抑制电路的噪声抑制系统无法很好的抑制RIN,文中提出了使用强度调制器的数字RIN 抑制系统。为了验证此想法,建立了半实物仿真模型,该模型可以在中心频率处抑制RIN 达到20 dB。该数字系统相对原有模拟系统,性能有了很大的提高,因此对FOSs 性能的提高有很大的贡献。     

高精度温控脉宽调制工作方式与频谱问题研究

介绍了几种用于光纤陀螺光源的高精度温度控制的脉宽调制（PWM）工作方式,并分析了这几种工作方式的驱动转换过程。对于脉宽调制方式引入的电磁干扰问题,详细分析了转换交越过程中的输出信号及频谱。研究发现,在脉宽调制工作的交越过程中,输出信号的频率和脉宽是复杂的、无规律的,其谱线位置发生了随机的、不可预测的变化,功率分布不再符合周期矩形脉冲谱特性。针对这种交越随机频谱引入的电磁干扰,提出了几种有效的解决方案,并给出了一种方案的实验验证。     

超荧光光源温度动态特性的分析及控制

针对高精度光纤陀螺对光源稳定性的需求,提出了一种以32位数字信号处理器TMS320F2812为核心的掺铒超荧光光纤光源(SFS)的数字化温控方案。以该光纤光源(SFS)为研究对象,分析了现有的光源温度控制技术的优缺点;在模拟控制方案的基础上,提出了\"数字恒流源+数字温控\"的方案。研究了热电制冷器(TEC)的工作特性、SFS泵浦源的内部结构和传热机理,建立了SFS光源管芯温控系统的数学模型。设计了相应的连续域超前-滞后校正网络,并进行控制器的离散化处理,得到了PID数字补偿控制算法。最后,实验验证了SFS光源的数字化温控系统的温控精度。结果表明,在20～90℃,系统温控精度优于±0.05℃,满足了光纤陀螺低功耗、小型化等要求。     

基于Sagnac组合型干涉仪的光纤分布式扰动传感器

提出并研究了基于Sagnac组合型干涉仪的光纤分布式扰动传感器。扰动作用在传感光纤上引起传输光波相位的变化,可以通过Sagnac干涉仪进行检测。所提出的光纤传感器包括三个Sagnac干涉仪,它们共用一个宽带光源(BBS),并通过两个光电探测器(PD)检测干涉信号。由于宽谱光源的相干长度很短,因此只有经历相同路径的两束光会发生干涉,这样的路径存在三条。其中一个光电探测器检测有着相同环路长度的两个Sagnac干涉仪的信号之和,另一个光电探测器检测由法拉第旋光镜和传感光纤组成的干涉仪中的干涉光强。通过对探测器接收到的信号进行数学运算可以对扰动进行定位。实验结果表明,所提出的传感器可以检测并定位扰动。10次实验的最大定位误差为370 m,平均定位误差为270 m。     

一种新型的光纤相位OTDR系统频漂误差抑制算法的研究

激光器的频率漂移对相位敏感光时域反射计的定位有重要的影响, 其直接导致定位的信噪比下降。提出一种频谱分析结合选取特征频段的定位算法, 在算法中通过选取合适的特征频段, 对影响系统定位的激光器频漂进行误差抑制。特征频段的选取通过实验信噪比的高低决定。通过实验验证, 结果显示该算法提高了系统定位性能并进一步提高了信噪比。     

激光器频率漂移对相位敏感光时域反射计扰动定位精度的影响

基于多波干涉原理,建立了基于相位敏感光时域反射计(OTDR)的光纤分布式扰动传感器(FDDS)光路系统数学模型,研究了激光器频率漂移对相位敏感OTDR定位精度的影响机理。仿真结果表明:激光器的频率漂移是导致传感器定位精度和信噪比降低的关键因素,当激光器的频率漂移分别高于25 MHz/min和30 MHz/min时,依据移动平均和有扰动减无扰动定位方法以及移动平均和移动差分算法得到的传感器信噪比低于2dB,定位算法失效。采用频率漂移速率分别为3MHz/min和190 MHz/min的激光器进行实验,实验结果表明:频率漂移速率为3MHz/min的激光器通过所述的两种定位方法得到的定位误差均为100m;频率漂移速率为190MHz/min的激光器无法实现扰动的定位。研究结论为激光器的选型以及提高传感器的定位精度提供了理论指导。     

准互易光学电压互感器数字闭环信号处理方法

介绍了一种用于准互易光学电压互感器的数字闭环信号处理方法.根据互感器光路输出信号的特点,采用基于方波调制解调的数字相关检测技术,提高了系统的响应灵敏度.在此基础上,引入阶梯波反馈技术,通过相位调制器在两束相干偏振光间引入一个与晶体Pockels相移大小相等、方向相反的反馈相移,实现闭环检测,扩大了动态范围,且不依赖于传...     

基于虚拟仪器的光纤电压互感器数字化实现

针对变电站数字化发展需要,采用虚拟仪器技术,在一种基于晶体Pockels效应的光纤电压互感器上构建信号检测平台,并在该检测平台上实现以太网接口输出.整个检测平台作为一套完整的检测系统,具有很好的人机控制界面,能够对电压互感器的输出进行实时监测与在线控制,并能为二次设备提供标准以太网接口.该检测平台符合数字化变电站智能化一次设备和网络化二次设备的要求.     

多传感器信息融合在Φ-OTDR系统中的应用

针对相位敏感光时域反射计（Φ—OTDR）扰动传感系统存在较为严重的漏警和误警现象的问题,提出了一种多传感光纤系统方案。该方案结合多传感器信息融合理论,将传统的Φ—OTDR系统扩展为多路方案,并利用一种改良的D-S证据理论算法完成了多路信息的融合。通过实验证明了方案的可行性,漏警率由2%降至了0;误警现象由72 h内出现9次降至0次。