分段FFT算法在FBG传感器信号解调中的应用

针对光纤B ragg光栅(FBG)传感器信号解调实时性较差,且当2个信号波形发生部分重叠时波长不能被检测的问题,提出了利用F-P可调谐滤波器,采用分段FFT的快速相关算法。此算法具有运算量小、效率高的优点,达到信号实时处理的目的。通过MATLAB大量仿真实验,证明可以有效解决波形部分重叠问题。

德令哈13.7米望远镜实时数字FFT频谱仪

射电天文频谱仪作为接收机后端的频谱分析设备,实时性和噪声低等要求与商业通用频谱仪有很大区别。射电天文频谱仪经过几代发展为以模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)和现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)等芯片为基础的实时数字频谱仪。实时数字频谱仪具有宽带宽、高频率分辨率、高动态范围和长时间稳定性等优势,更重要的是具有体积小、环境要求宽松等特点。德令哈13.7 m望远镜接收机后端有18路实时数字快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)频谱仪。介绍13.7 m望远镜的实时数字快速傅里叶变换频谱仪的性能和维护,为其他长时间运行的快速傅里叶变换频谱仪的维护提供经验参考,为下一代实时数字快速傅里叶变换频谱仪的发展提供了部分改进方向。

基于LabVIEW的光纤傅里叶变换光谱仪数据处理技术

为了提高编程效率与增强光谱仪数据分析处理能力,结合LabVIEW软件在信号处理方面的优势,利用虚拟仪器技术实现了光纤傅里叶变换光谱仪干涉图处理与光谱复原。采用均匀抽样算法,利用由光纤Mach-Zehnder干涉仪输出的参考光干涉图过零点取样,实现对测试光干涉图的等光程间隔采样,消除了由压电陶瓷非线性光程调制引起的误差。采用求摸法复原出光谱图,自动消除了相位误差。利用LabVIEW软件完成了对宽带ASE光源的干涉图数据采集、显示与处理并最终得到光谱图。结果表明,与光栅光谱仪测得的光谱相比,光谱线型趋于一致。

光纤傅里叶变换光谱仪采样系统

提出了一种用于连续扫描光纤傅里叶变换光谱仪(FFTS)的干涉图采样系统,将激光干涉信号用Hilbert变换产生正交信号,由于相位反转点的存在,导致Hilbert变换产生的信号出现畸变,对变换结果进行了修正。该信号和原信号成为两个互相正交信号,利用这两个信号整形后的相位关系可得到光程扫描的起始点和光程扫描的方向。根据光程扫描的起始点和方向选择可上升沿部分的参考光和测试光干涉信号,用改进的Brault算法重新得到等光程间隔抽样的干涉图。该设计方法可以用DSP技术实现简单、紧凑型的采样系统,不仅可提高FFTS的信噪比,还可以推广到传统的傅里叶光谱仪中。

全光纤傅里叶变换光谱仪消偏振衰落技术研究

针对全光纤傅里叶变换光谱仪中光束偏振态在双折射影响下带来的干涉信号"偏振诱导衰落"现象导致测量光谱畸变的问题,根据偏振光学原理,分析了光纤应力、弯曲和扭曲导致的双折射对传输光束偏振态的影响,找到了FFTS在测量宽谱光源发射谱时出现谱线畸变的原因,提出了建立偏振态反馈控制系统来稳定干涉信号可见度的方法.实验结果表明,该方法消除了偏振态变化对测量光谱的影响.

光纤傅里叶变换光谱仪干涉图的对称化处理

偏离中心条纹的抽样以及光纤干涉仪的缺陷引起光纤傅里叶变换光谱仪(FFTS)输出的干涉图不对称,导致由傅里叶余弦变换计算得到的光谱带有相位误差,影响光谱的线型。文章首次将卷积方法应用到光纤傅里叶变换光谱仪中干涉图的对称化处理,利用干涉图的中心部分计算出相位误差,通过傅里叶变换得到了对称化处理函数,用卷积运算在时域完成了光谱的相位误差校正。实验研究表明,在FFTS中该方法能在时域有效地实现干涉图对称化,校正了光谱的相位误差。该方法不仅克服了双边干涉图的缺点,而且校正的结果有较高的准确度。

大扫描范围光纤压电相位调制器设计

光纤傅里叶变换光谱仪的光谱分辨率是由最大光程差决定的。设计了一种新型全光纤压电光纤拉伸器,实现了大扫描范围的全光纤压电相位调制,分析了设计中需要考虑的问题。用实验对自行研制的压电光纤拉伸器进行了测试,其光程扫描范围可以达到1.67 mm,增加绕接圈数可以进一步提高光程调制范围。这种光纤拉伸器可广泛用于干涉仪相位调制中。

全光纤傅里叶变换光谱仪的关键技术研究

研究一种基于光纤Mach-Zehnder干涉仪结构的全光纤傅里叶变换光谱仪(fiber fourier transform spectrometer,FFTS)。设计了光程调制范围可达2 cm的压电陶瓷光纤相位调制器,代替传统傅里叶变换光谱仪中的动镜产生光程扫描。实验中采用1 310 nm DFB激光器作为参考光源,对测试光干涉图进行等光程间隔采样,以消除压电陶瓷非线性光程调制产生的误差。通过对测试光干涉图做傅里叶逆变换得到测试光光谱图。利用该FFTS系统测量了ASE宽带光源的光谱,并将测量结果和光栅光谱仪测量结果进行了对比,结果表明两者所测ASE光谱线型一致。最后,利用光纤光栅作为样品,对FFTS系统的光谱分辨率进行了检测,光谱分辨率达到了0.78 cm-1。

光纤傅里叶变换光谱仪光谱复原软件开发

为了满足快速光谱测量的需要,研发了一台光纤傅里叶变换光谱测量装置。介绍了该测量装置的上位机数据采集和光谱复原软件的开发,包括主程序结构和复原算法等。该软件能对干涉信号进行实时采集、处理与显示,所得光谱与标准谱谱型一致,光谱分辨率可以达到0.78 cm-1,能满足实际应用的需求。

基于冲击-光纤法的焊接型钢梁损伤检测理论与实验研究

焊接型Ⅰ形钢是工程上普遍使用的钢材,在循环荷载下在翼缘与腹板的连接处容易发生疲劳破坏。由于破坏的突发性和损失的惨重性,需要及时检测到损伤的发生。在探究钢梁内应力波传播机理的基础上,利用小锤敲击钢梁表面产生宽频冲击波,通过粘贴在Ⅰ形钢梁表面的光纤干涉仪接收应力波信号,通过对信号频谱分析,判断损伤的存在以及位置。数值分析和实验研究结果表明,采用冲击-光纤法检测焊接型Ⅰ形钢梁翼缘与腹板连接处疲劳损伤具有可行性。

基于傅立叶变换的手工纸纤维取向分析方法研究

针对中国传统手工纸制作工艺灵活多样,制出的手工纸纤维取向分布存在差异的现实情况,进行了无损评价手工纸纤维取向的研究。针对纸张显微透射图像,设计了基于快速傅立叶变换(FFT)的纤维取向分析模型和评价参数。模拟实验验证了方法的可行性。用两种不同工艺、原料的手工纸实物进行了实验,与传统的抗张强度测试进行了比较,证明了方法的有效性。实验表明,该方法能够应用于手工纸纤维取向分析和纸张匀度评价。方法快速、无损,为手工纸分析提供了新途径。

光纤傅里叶变换光谱分析装置

报道了一种新的光谱测量方法基于单模光纤Mach-Zehnder干涉仪（FMZI）结构的傅里叶变换光谱分析法。在传统傅里叶变换光谱仪（FTS）中，用光纤代替传统光路：用光纤耦合器取代传统分束器；用压电光程调制器取代传统移动镜；从而构建了光纤傅里叶变换光谱仪（FFTS）。利用该FFTS测量了LD在阈值以下的发射光谱并与光栅光谱仪测量结果进行了比较，结果表明测量结果是相互吻合的。初步的实验中由于光程调制有限，光谱分辨率为～7cm^-1，改造光程调制器可进一步提高光谱分辨率，汪明了FFTS用于分析光谱的可行性。

光纤傅里叶变换光谱仪光谱复原技术研究

光纤傅里叶变换光谱仪(FFTS)干涉图的采样方式一般有两种,即单边采样方式和双边采样方式。详细介绍了在两种不同采样方式下的光谱复原技术,给出了数学表达式和计算过程,比较了两种算法的优缺点,并对单边复原算法进行了改进,提高了使用乘积法进行相位校正的效率。对研究结果进行了实验验证,用两种算法计算得到的复原谱与标准谱线进行比较,二者基本重合,证明了算法的有效性。 ,

基于涡流成像的碳纤维增强树脂基复合材料细观结构可视化

对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)的细观结构成像方法进行了研究,利用涡流成像技术实现了CFRP层合板中纤维方向及纤维缺失、褶皱和空隙过大等缺陷的可视化。首先通过有限元仿真和电路理论分析了CFRP板中涡流的生成机制和分布特性,阐述了基于涡流法的CFRP细观结构成像机制。然后介绍了用于扫描成像的高频涡流检测(HF-ECT)实验系统并确定了涡流探头的形式及其参数。最后利用涡流成像技术分别对单层板、正交层合板和四方向斜交层合板进行了检测,绘制了涡流检测(ECT)信号的三维伪彩图并得到了清晰的纤维纹路分布。通过引入滤波去噪技术和二维快速傅里叶变换(2D-FFT)对图像进行进一步处理,提高了图像分辨率并完成了不同方向上纤维纹路的分离,从而实现对层合板每单向层中缺陷的精确定位。