锯齿波调制半波扫描技术对甲烷检测系统的性能改进

为了能够在复杂的环境下实现甲烷气体浓度的高精度和高稳定性检测,在基于光谱吸收原理的光纤甲烷检测系统的基础上,提出了利用锯齿波调制的半波扫描技术,较大程度改进了系统的性能指标。采用锯齿波调制光源的方式,同时对光信号进行波长调制和强度调制,实现对甲烷气体的洛伦兹吸收线型扫描。锯齿波调制的方式能够解决信号链路噪声、环境噪声等随机信号对光强造成的干扰,消除光源波长漂移对检测带来的影响,且实现了积分处理,进一步提高检测精度;但由于甲烷吸收光谱的对称性,采用通用的全波扫描方式,气体吸收光强后进行微分处理会出现正弦型曲线,无法准确确定吸收的光强所对应的数字量;而采用半波扫描方式,气体吸收光强后进行微分处理只出现凹型曲线,可以准确确定吸收的光强所对应的数字量。实验结果表明:采用锯齿波调制的半波扫描方式,可以准确测得甲烷气体浓度;测量范围为0%~10%,精度由100 ppm提升到10 ppm(1 ppm=10-6),稳定性由0.3%提升到0.01%。该系统经过改进后在复杂环境下受温度影响小,精度高,稳定性好,抗干扰能力强。

基于光子学的微波移频方法研究

微波移频技术(MFS)广泛应用于电子对抗、卫星通信、频控阵雷达等系统。基于光子学的微波移频方法具有带宽大、频谱纯净等优点。为了探索基于光子学的微波移频性能,该文对比研究了基于声光移频(AOFS)、锯齿波相位调制(SPM)和I/Q调制3种微波光子移频方法,阐释了3种方法的原理,搭建了对应的原理验证系统,对不同的移频方法进行了实验与分析。结果表明,3种移频方法都可以实现精准的微波信号移频,实现大于30 dB的杂散抑制比。但3种移频方法也存在各自的局限性:AOFS的工作频率、带宽和移频方向较为固定,可调谐性低;SPM移频与I/Q调制对输入驱动信号要求严格,系统稳定性较差。

闭环光纤陀螺中铌酸锂相位调制器的附加强度调制及其影响

铌酸锂相位调制器是锯齿波调制闭环光纤陀螺的关键器件。本文就钛内扩散铌酸鲤相位调制器及其锯齿波驱动电路不理想而导致的边带抑制进行了理论分析和仿真研究。重点讨论了附加强度调制对边带抑制影响的特点，提出了减小这类误差应采取的技术措施。这为提高闭环光纤陀螺标度因数的线性度提供了理论依据。

面向可靠性的Buck输出侧LC滤波器设计

目前Buck电路输出侧LC滤波器的设计方法为基于电压电流纹波、功率密度与成本的设计,但在可靠性要求较高的应用中,直流变换器寿命为评价直流变换系统性能的关键指标。在当前LC滤波器设计因素的基础上,从可靠性角度提出了一种LC滤波器的优化设计方法。首先研究了电感值与电容值对系统中电解电容发热的影响,再结合电解电容寿命模型,进一步分析了不同滤波器参数下的电解电容寿命,并根据电解电容寿命要求,设计了1 k W Buck直流变换器可靠性较高的LC滤波器参数。最后以Matlab仿真平台与1 k W Buck实验平台作为检验手段,对计算结果进行了验证。

基于光电锁相环的高线性FMCW激光雷达频率调谐技术

搭建了可调谐半导体激光器扫频非线性校正系统,研究了锯齿波调制下半导体激光器的扫频非线性特性,将光电锁相环技术引入调频连续波光源系统中,提出在预失真校正电流基础上采用光电锁相环的方法来克服扫频非线性,以防止大范围扫频非线性频差导致的失锁现象。基于调频连续波激光测距实验,验证光频线性化的效果,并分析了扫频非线性对精确距离测量的影响。实验结果表明,经过非线性校正后,激光器输出光频与理想线性光频差的均方根误差缩小到23.7 MHz(减小为校正前的1/219),残余非线性仅余0.0339%,1-r2的数量级达到10-7,测距实验中得到的目标厚度误差在不同测量距离下在0.05 mm~0.15 mm之间变化,表明非线性校正取得了良好的效果。

线性调频连续波雷达抗干扰设计

线性调频连续波(LFMCW)雷达与脉冲雷达相比具有独特的优点,应用的领域越来越广泛。以锯齿波为例,分析了LFMCW雷达抗干扰采取的措施,对LFMCW雷达抗同频干扰设计具有指导意义。

双频率调制谐振式光纤陀螺谐振谷分裂现象研究

谐振式光纤陀螺(Resonator Fiber Optic Gyro,R-FOG)是利用光纤环形谐振腔的Sagnac效应实现对转动角速度检测的一种高精度惯性传感器件.双频率锯齿波组合调制技术可应用于谐振式光纤陀螺数字处理系统.实验发现,在基于双频率锯齿波组合调制技术的R-FOG系统中,对激光器输出光频率进行扫描时,在示波器上观察到光纤环形谐振腔的谐振曲线会分裂成两个谐振谷.利用频谱分析与光波场叠加原理相结合的方法对光纤环形谐振腔的输出光场进行了具体推导和仿真分析,并对谐振谷分裂现象的物理原因作了解释.仿真分析发现,光纤环形谐振腔的谱线宽度越窄或两个锯齿波组合调制频率相差越大,谐振谷分裂现象越明显.最后对这种谐振谷分裂现象进行了具体测试,实验测试结果和理论分析结果一致.

N1203工作面光纤甲烷浓度监测系统设计与应用

针对井下甲烷浓度监测不准,以余吾煤业N1203工作面为研究背景,基于光谱吸收原理制定光纤甲烷浓度监测方案,采用锯齿波调制半波扫描对甲烷浓度进行监测。结果表明:82.2%的甲烷气体浓度监测误差范围在±0.25%内波动,监测精度1×10^(-5),稳定性可达0.01%,说明监测方案精度高、结果可靠,可满足生产需要,保证井下安全。

基于Sagnac干涉仪的光纤直流磁场传感研究

将磁致伸缩材料粘贴单模光纤构成的光纤磁传感探头接入Sagnac光纤环的一端,外加交流磁场将探头周围的直流磁场加载到4.9 kHz的高频信号上,建立了基于Sagnac干涉仪的光纤直流磁场传感实验系统。采用锯齿波相位调制的方法,将干涉仪系统相位偏置在π/2附近,通过测量所加高频信号的幅度,实现了对直流磁场的测量。实验得到系统信号稳定性为0.4%,磁场分辨率为4.3 nT,并给出36.75 g铁块经过磁传感探头时系统的响应信号。

一种基于DSP新型三相逆变器谐振电路的控制方法

阐述了一种新型基于DSP三相DC-AC逆变器零电压开关(ZVS)拓扑电路的工作原理,并就其控制方法中的问题及其对ZVS电路的影响作出了详细分析,同时给出了相应的实验结果。

Sagnac式全光纤电流传感器实验研究

为实现输电线路上的电流监测,基于Faraday效应和Sagnac效应设计了一种全光纤电流传感器（FOCS）。利用Y波导,创新性地利用锯齿波形进行信号调制。通过调节锯齿波信号斜率,使在Sagnac环中反向传输的两路光在Y波导中干涉消光,准确推算出电流大小。对40~140 A范围内的电流进行测量,并对实验数据进行线性模拟,相关系数达到0.9996,结果表明实验数据与实际电流具有良好的一致性。

Sagnac光纤水听器锯齿波相位偏置技术

提出了Sagnac光纤水听器锯齿波主动相位偏置方案,分析了锯齿波2π复位误差对系统性能的影响。采用频率为94.05kHz,复位电压为10.84V的锯齿波对信号进行调制,将系统偏置在π/2附近。为抑制2π复位误差的影响,采用与锯齿波同步的脉冲信号控制模/数(A/D)转换器定时采样,采样结果就是所需的声音信号。实验表明,该系统在10kHz频率响应处信号幅度平均值为0.067rad,方差为3.08×10-5rad,信号幅度相对变化仅为0.046%,系统相位偏置十分稳定。

磁致伸缩式惯性冲击电机驱动电源研究

针对磁致伸缩式惯性冲击电机(IDM)独特的电流驱动方式,设计了一种专用锯齿波驱动电路,电路采用级联式Buck电路结构,采用了锯齿波脉宽调制(PWM)方式对电路进行控制,可产生频率可调的锯齿波信号。对驱动电路的工作原理进行了详细分析,并给出了电路参数设计方法,最后研制了实验电路。实验结果表明,所研制的电源具有电流调节线性度高、响应速度快的优点,可满足磁致伸缩式IDM的驱动要求。

双闭环光纤陀螺控制回路研究

本文讨论了采用数字锯齿波和方波调制方案的闭环光纤陀螺系统的实现。在此基础上 ,进一步研究了针对消除由于斜坡复位幅度 2 π不精确给系统带来的误差而设计的第二闭环回路 (幅值回路 )。结果表明 :第二闭环回路的加入能很好地在短时间内消除由复位幅度 2

基于频率调制连续波的干涉型光纤声传感器信号检测技术

针对光纤干涉仪存在的相位衰落问题,讨论了基于正弦波形的频率调制连续波(FMCW)和锯齿波FMCW两种干涉型光纤声传感器的信号检测原理,并给出了数字化信号解调方案。采用7.5 m臂差的光纤声传感器和具备调频功能的半导体激光器,对10 kHz正弦波FMCW和锯齿波FMCW两种调频方式进行了信号解调实验对比。解调结果表明,两种调制解调方案均能稳定检测出加在声传感器上的模拟声信号,消除了光纤干涉仪的相位衰落。但在实际工程应用中,与正弦波FMCW检测方案相比,锯齿波FMCW方案无需检测混频信号的初始相位,检测灵敏度高且稳定,算法实现更为简单,而且使用不同臂差的光纤传感器可实现传感器的频分复用。

谐振腔光纤陀螺信号检测方法的研究

谐振腔光纤陀螺 (R FOG)是利用光学Sagnac效应实现对转动检测的一种高精度的惯性传感器件。在谐振腔光纤陀螺系统中 ,信号检测系统占有非常重要的地位 ,其检测精度的大小直接影响陀螺的分辨率。光纤环形谐振腔是谐振腔光纤陀螺的核心敏感部件。采用两种频率的锯齿波组合调制 ,考虑激光器有限光谱线宽条件下 ,采用洛仑兹线型描写光纤环形谐振腔的输出光强表达式。针对输出光强与谐振频率偏差在靠近谐振点附近的近似线性关系 ,利用多次反馈频率操作来依次跟踪谐振腔光纤陀螺顺时针和逆时针光束的谐振点 ,从而避免了谐振频率偏差复杂的求根算法。仿真结果表明 ,多次反馈频率操作 。