相位放大技术在远场涡流检测中的应用

远场涡流(RFEC)技术是一种能穿透金属管壁的低频涡流检测技术,该技术适合于金属管道,尤其是铁磁性管道的在役检测.但是,由于远场涡流检测时频率低且相位变化微弱,为了更好地通过远场信号分析判断被检样品的不同缺陷,仪器必须具备相位放大功能.简要介绍爱德森公司研究开发的涡流相位放大技术.

非平稳强噪条件下的视频相位放大技术研究

针对视频信号在非平稳和强噪声情况下,视频放大技术难以提取目标信号且会将频带内噪声同时放大的缺点,提出了一种基于参数化时频分析及主成分分析的滤波方法。将相变信号降维后,对降维信号做时频分析,提取其中的非平稳信号。不仅重构的信号具有良好的时频特性,且算法运算量也大大降低。实验结果表明,此方法在非平稳强噪信号提取方面具有明显优势。

基于宽带相位运动放大与机器视觉的结构振动频率识别

为了解决现有视觉技术难以准确测量结构微小振动的问题,该文提出了一种基于宽带相位运动放大(BPMM)和亚像素模板匹配算法的结构振动测量和频率识别方法。首先,利用相机拍摄结构的振动视频图像,并对图像中的噪声进行初步去除。其次,在不需要结构频率先验信息的情况下,在包含所有感兴趣频率的宽频带内进行滤波,选取合适的放大倍数进行微小振动视频的放大处理,再利用亚像素模板匹配算法从放大后的视频中提取结构的位移时程响应。最后,对提取的结构位移进行归一化处理,得到结构的实际位移时程响应,利用快速傅里叶变换(FFT)获取结构的振动频率。结果表明:BPMM算法既能实现结构微小振动位移幅值的放大,又能有效去除微小振动视频中的噪声,提高了图像的信噪比,从运动放大后的视频图像中可以准确地识别结构的振动频率。通过3层框架结构的室内试验和实桥试验对该文方法进行了验证,识别误差分别在1%和5%以内。该文方法可在不需要结构频率先验信息的情况下实现微小振动的盲放大处理,具有噪声鲁棒性好、计算量小及适用性强等优点,为结构微小振动测量提供了一种新思路,具有良好的应用前景。

一种应用于谐振式光纤陀螺的数字双相位锁相放大器的设计

针对谐振式陀螺输出频率差信号微弱的特点,设计了一种应用于谐振式光纤陀螺的数字化双相位的锁相放大器,用于检测谐振式光纤陀螺Sagnac效应引起的角速度信号。该锁相放大器无需对参考信号进行相位调整即可实现对待测信号的鉴幅功能,改善系统检测系统的信噪比,实现微弱信号检测。采用数字电路实现该锁相放大器,并将其集成到FPGA上,有利于陀螺小型化和集成化。

应用于谐振式光纤陀螺的双相位锁相放大器的设计

谐振式光纤陀螺(R-FOG)是利基于光学Sagnac效应实现高精度的转动检测惯性传感器件。在R-FOG系统中,陀螺信号的处理占有非常重要的地位。根据R-FOG系统中,光纤环形谐振腔的谱线宽度高达几十MHz以及RFOG输出信号具有弱信号、大噪声特点。设计了一种用于提取被噪声淹没的微弱信号的双相位锁相放大器,优点在于不需要进行相位调整。在对双相位锁相放大器各部分电路进行具体设计和分析的基础上,完成了对整体电路的性能测试。测试结果表明,研制的锁相放大器在载波频率为900 k Hz时,将整个电路应用于R-FOG系统中,解调出的信号效果良好,可以实现锁频要求。

相位跟踪与放大技术在介质损耗测试中的应用

提出了采用微小相位的叠加放大技术和被测信号频率跟踪技术对信号进行处理。在实践中应用验证,通过这两种技术处理之后,介质损耗的测量准确度明显提高。

光纤四波混频的零色散波长涨落效应和相位敏感放大

本文讨论了光纤四波混频零色散波长的随机涨落，运用随机微分方程（ＳＤＥ）推导出平均参量增益。

基于EFPI光纤传感器的仿生耦合相位差放大

针对传统声测向阵传感器在恶劣环境和小尺寸条件下工作不稳定和失效的问题,提出了一种基于EFPI(Extrinsic Fabry-Perot Interferometer)光纤传感器的仿生耦合相位差放大技术。首先通过制作的双F-P腔光纤传感器实现对声音信号的动态解调,F-P腔设计时,不需要考虑初始腔长差对解调结果的影响;实验过程中测量的声音信号为5 kHz,解调后的功率谱与声音信号频率一致;然后在传统阵列测向的基础上,引入奥米亚棕蝇听觉耦合机制。实验过程中改变声波入射角度(由0°变为30°),两路信号的相位差被显著放大;耦合后的信号时延相较于原始信号可以放大到15倍,进而提高时延对波达方向角的灵敏度。

相位敏感放大器在脉冲压缩中应用的探讨

文章介绍了一种新的脉冲压缩器,它是在梳状色散光纤压缩器中加入了相位敏感放大器(PSA)而构成的。理论研究表明PSA不但对群速度色散(GVD)引起的脉冲展宽有补偿作用,而且对自相位调制(SPM)引起的脉冲展宽也有抑制作用。因此它能较大程度地改善梳状色散光纤压缩器的效果。

QPSK信号下富碳化硅双slot波导的相位敏感放大特性研究

相位敏感放大可以改善光通信传输链路的传输性能,是全光信号处理领域中的重要组成部分。本文通过结合一种碳硅原子比为1.28的富碳化硅,构建了水平双slot结构的硅基波导模型。该模型的色散平坦部分覆盖500 nm左右的波段且具有多个零色散点,非线性系数最高可达20000 W^(-1)·m^(-1)。通过采用有限元法分析计算其在通信波段的模场分布、色散特性及非线性特性。同时结合结构尺寸优化后的波导模型,建立了在硅基波导中基于四波混频效应的光传输模型,并求解分析了该波导在QPSK信号下的相位敏感特性。仿真结果表明该波导可以实现34 dB相敏增益,在片上信号处理领域具有潜在的应用前景。

空间激光通信网络中的全光相位再生技术

围绕空间激光通信网络中高速数据多跳传输应用需求,针对相位调制激光链路经过空间长距离传输后信号质量劣化的问题,研究了基于相位敏感四波混频参量效应实现二进制相位调制高速激光信号的全光相位再生技术。利用Matlab软件数值分析了全光相位再生系统的影响因素,并基于OptiSystem仿真平台搭建了全光相位再生系统。结合高轨-地面站空间激光通信系统链路预算,对速率为10 Gbit/s的DPSK信号光经背靠背、相位噪声劣化以及劣化后全光相位再生处理三种传输场景进了对比分析。模拟仿真结果与数值分析结果均表明,与劣化后未经再生处理的系统相比,全光相位再生处理后的系统误码率平均优化4个数量级,信噪比提升约3 d B,表明该空间激光通信全光相位再生技术可实现相位调制信号的全光相位再生,能够有效提升空间相干激光通信系统的性能,可以应用于空间高速激光通信网络中继节点处的全光数据中继等方向。

级联四波混频系统中纠缠增强的量子操控

各类系统中的纠缠操控是量子信息科学的重要问题之一.本文研究了热原子蒸气的级联四波混频过程中产生的纠缠增强及纠缠增强的相位敏感特性.研究表明,该级联四波混频过程第二级输出的探针光和共轭光的量子纠缠较第一级明显增强,最大可达5 dB以上,且随着强度因子的增大可实现完美纠缠.文中还详细讨论了量子关联类型及纠缠大小与抽运光相位、非线性强度因子之间的变化关系,结果显示,由于纠缠增强及纠缠类型对抽运光相位的敏感性,通过控制相位和强度因子可改变光场噪声特性从而实现对探针光和耦合光之间纠缠增强、纠缠度大小、纠缠类型的量子操控.该理论研究对实验实现纠缠增强及双模压缩态压缩角、压缩度的光学参量操控具有重要的指导意义.

MgO∶LiNbO_3晶体中超短中红外非共线相位匹配光参量放大过程角度的优化选择

计算了MgO：LiNbO3中超短中红外光参量放大（OPA）过程中晶体的相位匹配角与非共线角的优化选择。结果表明，对于800 nm波长的抽运光，信号光波长为1053 nm时，非共线角α优化在1．74°～2°之间；当信号光波长在1046-1067nmnm变化时，α在1．05°～2．18°之间，并且当信号光波长为1057nm，α=1．76°时，可实现三波间群速度的完全匹配。同时还得到了抽运光中心波长在780-810nm之间变化时，实现完全群速度匹配时的注入信号光波长与对应的中红外光以及相应的非共线角与相位匹配角。

基于数字全息相位差放大的弱相位检测方法

相位差放大技术(PDA)是干涉测量领域里一种提高相位分辨率和测量精度的手段。将数字全息与相位差放大技术相结合,提出了一种利用傅里叶变换原理实现数字相位差放大(DPDA)的方法,并应用于弱相位检测。与传统的光学相位差放大方法相比,数字法相位差放大对实验装置要求较低,并且具有易于抑制噪声、载波因子可调等优点。数值模拟和实验分析的结果也表明,该方法可以实现100倍以上的低噪声相位差放大,使干涉仪分辨弱相位细节的能力有显著提高。

一种双线振动硅微机械陀螺仪驱动检测电路设计

以一种双线振动硅微机械陀螺仪为研究对象,设计了驱动、检测电路,达到了一定的性能要求。驱动模态使用自激振荡的闭环控制方式,使陀螺稳定工作在其固有频率上。在载波和驱动环节使用了一种AGC技术,实现了载波信号和驱动模态的幅度的高精度控制。使用二极管一次解调,简化了电路结构。检测部分使用了一种相位修正放大电路,有效减小了有用信号频率附近的幅相误差。

基于被动量子雷达的隐身目标探测研究

未来战场,将是隐身武器的较量,不论是有人机、无人机,还是巡航导弹、弹道导弹,都朝着隐身化方向发展。传统雷达在对付这些隐身目标时存在无法突破的性能极限。笔者将被动雷达与量子技术结合,提出被动量子雷达,分析其对隐身目标探测的机理。采取超导电路技术实现对微波光量子转换处理,并使用SVI和PSA量子增强接收技术,以及JPA技术实现高灵敏度微波信号接收,被动量子雷达可将系统灵敏度最大提高大约4个数量级。分析结果表明提出的基于被动量子雷达的隐身目标探测原理可行,具有很强的应用潜力。

基于仿生原理的超角分辨天线阵设计

以昆虫的声波超分辨定位原理为基础,提出了对应的电小仿生天线阵系统,增强了电小天线阵的角度分辨能力。在具体设计过程中,运用奇偶模分析方法,推导出在不损失功率的条件下,相位差放大因子与天线阵元的阻抗和互耦之间的约束关系,与此同时提出了可获得更大相位差放大因子的设计方法。以此理论为基础,设计了一个二元电小天线阵,仿真并测试了其角度分辨性能,测试结果与理论分析一致,有力地验证了仿生天线阵理论的正确性与设计方法的有效性。

微小运动放大及其在超声波传播中的应用

针对在具有复杂残余应力的材料中超声波传播视频信号极其微弱、难以看清其传播过程的问题,采用微小运动放大方法揭示超声波传播视频中人眼难以看见的微小运动,研究了线性欧拉视频放大方法（EVM）和基于相位的视频运动放大方法（PBVM）在超声波传播中的应用.提出了基于可操纵金字塔的微小运动放大方法,通过对一段标准视频序列进行可操纵金字塔空间分解、时域滤波,放大得到的信号以揭示微小的运动.实验结果表明：该方法在图像噪声方面比EVM更不敏感,在计算时间方面该方法比PBVM用时更短.对EVM,PBVM和本方法进行了对比验证,并在超声波传播视频中进行了应用,效果良好.提出的方法也可应用于机械和结构的状态检测中.

原子光学讲座 第三讲 非线性原子光学

随着玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)的实现及其非线性效应研究的快速发展,原子光学的一门新兴分支学科———“非线性原子光学”已初步形成,并取得了一系列重大的实验进展.文章重点介绍了非线性原子光学的研究内容、实验结果及其最新进展,主要包括原子孤子、原子物质波中的四波混频、光速减慢与负群速现象、超流及涡流(vortex)、Josephson效应和物质波的相位相干放大等.