位相差值法测量大气湍流格林伍德频率

为了利用位相差值法实现大气湍流格林伍德频率的准确测量, 研究了位相差值法的有效性、哈特曼探测器采样点数和采样频率的选取方法。首先给出了位相差值法的基本原理和测量噪声去除方法, 然后分析了哈特曼探测器采样点数和格林伍德频率的统计平均次数对测量精度的影响, 结果显示, 当采样点数大于400、统计平均次数大于400时, 可以实现大气湍流格林伍德频率的准确测量。研究了测量噪声的影响, 结果表明:去除噪声后, 测量值的偏离误差从30%降低到0.6%。研究了算法的重复性精度, 得到测量值偏离量的RMS值为1.9 Hz, 占理论值的3%, 说明测量方法非常稳定。依据上述结果, 对8~108 Hz的湍流进行测量和分析, 结果显示, 当不考虑空气扰动时, 测量值与理论值基本一致。最后, 研究了哈特曼探测器采样频率和格林伍德频率之间的关系:哈特曼探测器的采样频率越高, 能够准确测量的格林伍德频率也越高, 并得到了定量的经验公式。上述结果表明, 在满足采样点数、采样频率以及统计平均次数等条件下, 位相差值法可以实现大气湍流格林伍德频率的准确测量。该研究工作为大气湍流的格林伍德频率测量提供了应用依据。     

神龙一号电子束束参数测量系统猝发式的精确触发方式研究

为了准确了解电子束随时间变化的性能, 在神龙一号直线感应加速器上进行电子束束参数测量时要求测量系统精确地同步于电子束的产生和输运. 其功率系统开关放电波形后沿幅度高达250kV, 下降时间约20ns, 并且从该下降沿到电子束打靶的时间有145ns, 抖动1—2ns, 非常稳定; 如果以陡峭的后沿作为测量时间基准, 则可以获得与其抖动相同量级的同步精度. 因此通过对其波形的下降沿进行微分来获取测量系统的触发信号, 选择合适的微分参数可以得到对应于下降沿 约ns级精度的测量时间基准, 通过采用光纤驱动电路完全消除了高压开关对低压测量系统的干扰, 保证测量系统正常工作. 该方法消除了传统触发方式因延时长、精度低、抖动大等对确定测量时间基准的不利影响, 满足了使用高速测量设备准确获取电子束不同时刻的束参数波形的精确触发要求.     

光纤飞秒光学频率梳的研制及绝对光学频率测量

实验利用商品光纤飞秒激光器,自行构建了一套完整的光学频率梳系统,并获得了约30 dB信噪比的系统频移(f_ceo)信号.实现了光频梳重复频率(f_rep)信号及系统频移(f_ceo)信号的高稳定度锁定,并通过实验验证了光频梳锁定的跟踪精度.基于此稳定光频梳完成了对1064 nm碘稳频Nd:YAG固体激光器的绝对频率测量.实验结果表明,f_rep的跟踪精度在100 s取样时间时优于3.7×10^-14,测量得到的1064 nm激光器绝对频率为:281630111757362 Hz.这一测量结果与国际计量委员会(CIPM)给出的国际推荐值符合到不确定度之内. 关键词： 光纤光频梳 稳频 锁相技术 光学频率计量     

一种提高激光波长测量精度的改进算法

分析了一种激光波长测定装置对波长较长的激光测量精度难以提高的原因,提出了用离散傅里叶变换精确测定有限长周期序列信号频率的改进算法.仿真结果表明:此算法切实可行,且有利于该装置测量精度的提高和测量范围的扩大.     

利用示波器测量线圈自感的一种简易方法

测量线圈自感的方法很多,但由于实验教学仪器短缺,多数大、中学校未能开出这方面的实验题目。本文提出了利用RL电路的瞬态过程,用示波器法测量电压、时间求得线圈自感的实验方案。笔者认为用此种方法测定线圈自感,虽说精度不很高,但其测试方法直观,物理思想明确,只要借助于实验室常用的方波信号发生器、学生示波器、电阻箱即可完善地开出,有利于推广。原理和方法电路装置如图1所示,电路输入端加上具有一定的重复频率、一定宽度的方波信号。由于线圈的作用,无论是信号电压由低     

基于改进Mallat算法的倍频程分析方法研究

倍频程分析是噪声测量系统中的重要环节,针对传统倍频程分析方法中滤波器相对衰减值测量精度不高和声压级谱测量不准确的缺陷,本文提出了一种基于改进Mallat算法的倍频程分析方法。本文提出的改进Mallat算法:第一,对信号进行FFT运算,删除由于滤波器的非锐截止特性导致的频率混淆分量;第二,利用矩形窗函数与信号相乘,消除由于卷积运算时会导致的边界效应;最后,应用虚拟仪器软件开发平台Lab VIEW搭建了基于改进Mallat算法的倍频程分析系统。仿真对比实验结果验证了改进Mallat倍频程分析方法对噪声信号的相对衰减值测量精度更高,声压级谱显示更加准确。     

双光梳非线性异步光学采样测距中关键参数的数值分析

双光梳异步光学采样的绝对测距方法具有量程大、测速快和精度高等特点,在几何量精密测量领域具有广泛的应用前景.特别地,结合异步光学采样和非线性强度互相关的倍频信号时域探测方法,可以有效避免测量过程中载波包络偏移频率对测距精度的影响.本文针对双光梳非线性异步光学采样绝对测距系统,对影响其测距精度的理论模型和关键参数进行数值模拟研究.对双光梳异步光学采样的理论模型进行分析后,分别研究了双光梳光源参数(重复频率和重复频率差)、倍频信号精细拟合及脉冲时间抖动对测距精度的影响.数值分析结果表明:选择合理的重复频率和重复频率差有利于提升测距精度,此外适当提高测量速度可以有效降低脉冲时间抖动对测距误差的影响.     

铯原子里德伯态精细结构测量

里德伯态光谱是测量里德伯态能级结构和中性原子间相互作用的常用技术手段,特别是高精度的里德伯光谱,可以测量室温原子气室中由偶极相互作用等导致的原子能级频移.在实验中利用反向的852 nm激光和509 nm激光实现了室温原子气室中铯原子6S_(1/2)—6P_(3/2)—57S(D)跃迁的级联双光子激发,实现了里德伯态原子的制备.基于阶梯型电磁诱导透明获得了铯原子里德伯态的高分辨光谱.实验中,基于速度选择的射频边带调制技术,对光谱信号进行了频率标定,测量了铯原子里德伯态57D_(3/2)和57D_(5/2)的精细分裂,分裂间隔为(354.7±2.5)MHz,与理论计算结果基本一致.速度选择的射频调制光谱可以实现里德伯态原子的能级分裂测量,其测量精度对于单光子跃迁的绝对激光频率不敏感;实验中影响57D_(3/2)和57D_(5/2)精细分裂间隔测量精度的主要因素是功率加宽导致的电磁感应透明信号的展宽和509 nm激光频率扫描的非线性.     

听觉部位学说与频率差阈

长时间以来一直认为听觉的部位学说,是无法解释频率差阈这样高达0．3％的频率分辨能力的。因而有时间学说和模式识别方法来加以说明。本文提出一种部位相关模型——邻带差值法,在部位学说和心理物理调谐曲线实验数据的基础上, 利用听觉滤波器相邻通带之间的能量分配关系,完全可以达到千分之几的纯音频率分辨能力。文中用一个标准的1/3倍频程滤波器为例,实验证明了它的可能性。这一模型也可用于语音信号的基频提取和纯音频率的精密测量。     

精密脉冲小相角测试仪

本文介绍一种能精确测定脉冲调制正弦信号相位差的新方法和根据此方法研制成的相角测试仪.这一新的测试方法的原理为:当两被测信号的差值为极小时,其相位差φ_1—φ_2与差值极小值(幅值)Udmin之间有一简单的关系,即φ_1-φ_2=sin~-1(U_dmin/U_1)用此方法测定两信号的相位差,当φ_1-φ_2≤5°时具有较高的测试精度(△φ<±0.2°)及分辨率(△φ′<0.06°).此仪器同时还能测定两信号的幅值比,其测试误差和分辨率,当φ_1-φ_2≤5°时分别为△δ<±0.2dB和△δ′<0.12dB.     

结合小波分析法与导数光声光谱技术测量弱光谱信号的实验研究

结合导数光声光谱技术与小波分析方法,精确测量了光声光谱中的弱光谱信号.首先利用自己设计的仪器装置实现光声光谱的一阶导数,在此基础上,根据导数光声光谱的数据选择合理的分析小波,将光声光谱信号分解为不同频率信号的叠加,被分解的信号满足线性性质且原信号的峰值信息保持不变,由频率的差异可区分出光声信号和噪声信号,从而提取出光声光谱中的弱光谱信号.结合物理方法与软件方法的分析结果,准确地测量了氙灯的输出光声光谱中3个不明显的弱峰值,位置分别为699.7nm、753.4nm和776.5nm.该方法可以更准确地提取出光声光谱的峰值信息,有效地提高了光声光谱的测量精度,为光声光谱分析法在生物医学及化学分析中的应用提供了一种更精确的分析方法.     

用“渐进法”测量单摆的周期

利用测定单摆振动周期T_0求重力加速变g是一个基本的实验。一般常测量几十乃至几百个周期的时间间隔,再除以振动次数n,即可得到较精确的周期值。但实验者在累计振动次数时常因疲劳而数错振动次数,于是产生较大的误差。采用“渐进法”则可以数较少的振动次数来获得较高精度的周期值。其原理是:先测定n_1个周期的时间间隔t_1,一般取n_1值较小(如n_1=30),由此     

可调谐法布里-珀罗滤波器的高精度大范围实时定标

将乙炔(C2H2)气体的吸收光谱作为标准波长参考,对可调谐光纤法布里-珀罗滤波器进行波长实时定标,使解调系统的测量精度提高到1 pm.根据可调谐光纤法布里-珀罗滤波器谐振波长的周期性,提出了大波长范围的波长定标方法,从而可以在1525～1615 nm的范围内对可调谐光纤法布里-珀罗进行精确定标,实现了高精度大波长范围的信号探测.相比于传统的以光纤光栅作为波长参考的定标方法,该方法的测量精度、测量范围、系统运行可靠性都大为改善.     

扫频干涉测距光频率非线性阶次跟踪抑制方法

针对激光频率扫描干涉(FSI)测距系统中激光器输出光频率非线性对测量精度的影响,提出了一种基于非平稳信号阶次跟踪的方法。从频域的角度分析了FSI测距系统中影响测量精度的主要因素。通过检测法布里-珀罗标准具的透射信号,实现对光频率的快速间接测量。利用最小二乘的方法对光频率进行线性拟合,实现对光频率变化率的修正。通过多项式拟合的方法确定光频率的时间-频率数学表达式,构造等频率的间隔点对其逆向插值,获得对应的时间序列。对采样的干涉信号在时间序列处正向插值,重构等频率间隔采样的干涉信号,对重构的干涉信号进行频谱分析,最终得到非平稳干涉信号的干涉频率。结果表明,在不限制待测距离的条件下,利用阶次跟踪的方法,可以有效抑制激光器输出光频率非线性的影响,FSI测距系统的测量精度得到显著提高。在1000 mm的测量范围内,测量结果的空间分辨率提高了36倍以上。     

获得高精度频率差的关键技术

在利用LC振荡电路的参数变化而引起振荡频率的变化的特性进行的多种应用测量实验中,测量结果的精度都依赖于频率差Δf=f-f0.但当电路校准后进入测量状态时,电路参数会发生改变,使初始频率f0不复存在.如何在进入测量状态后保持初始频率f0以及精确提取频率差Δf,是提高测量精度的关键.为此提出一种采用锁相环自锁定技术和频率差计的方法,可以取得较好的效果.     

一种基于三阶Volterra滤波器的混沌时间序列自适应预测方法

基于Takens的相空间延迟坐标重构,研究了用于混沌信号预测的三阶Volterra滤波器的一种乘积耦合近似实现结构,并应用于典型的低维混沌时间序列和具有高维混沌特性的EEG信号的预测.数值研究表明:这种滤波器结构对于低维混沌时间序列的预测精度可以比二阶Volterra滤波器提高103倍,而且能够较好地对一些具有高维混沌特性的EEG信号进行预测 关键词： 混沌 非线性自适应预测 三阶Volterra滤波器 electroencephalography信号     

基于相位调制器与Fabry-Perot干涉仪的激光多普勒频移测量方法

提出了一种激光多普勒频移测量方法, 此方法利用正弦相位调制使信号光在原频率成分基础上产生正负一阶边带, 再由Fabry-Perot干涉仪对调制光振幅和相位进行调整, 使其产生固定频率的拍频信号, 利用此拍频信号的振幅随频率变化而变化的性质来进行多普勒频移测量. 通过理论分析证明该方法具有很高的测量精度, 加工装调难度不大, 兼顾了普通相干与非相干探测方法的优势. 另外通过实验证明该方法的正确性与可行性, 并通过与普通非相干方式比较发现该方法在测量精度上可以提高 约1个数量级. 关键词： 多普勒频移 相位调制 Fabry-Perot干涉仪 拍频     

用激光二极管自混合干涉测量距离

通过改变激光二极管工作电流,利用自混合干涉信号的相位变化来测量外腔长度.激光二极管工作电流变化导致激光频率变化.工作电流变化引起的干涉信号的相位变化与外腔长度成正比.干涉信号的相位变化2π,对应光频变化的等效长度的1/2.由于改变工作电流激光二极管激光光频可调节范围远小于激光频率,光频变化的等效长度远大于激光波长,激光二极管自混合干涉测量距离的精度远小于测量位移的精度.     

人耳对信号频率瞬时变化的听觉响应研究

从探讨人耳在噪声背景中听测具有复杂时间-频率结构的主动声呐信号的模型出发,研究了人耳对信号频率发生短时间变化的听觉敏感性.根据在850—1130Hz频段内的测量结果,得出了人耳听觉对频率变化响应的模糊区域由τ△F=1—2决定,这里τ是频率发生变化的时间间隔,△F为频率变化的差值.当τ△F≤1时,人耳感觉不到频率短时间的变化;当τ△F≥2时,人耳不仅能明显分辨频率发生过短时间的变化,而且能对两个频率有不同的音调感觉。     

频率扫描干涉中基于DFT的相位测量

频率扫描干涉可以实现绝对距离测量,其中相位测量至关重要,其精度直接影响干涉测量的最终精度。从信号频域角度出发,提出了一种利用参考信号和测量信号离散傅里叶变换的相位测量方法。在对参考信号和测量信号采样前,分别对它们进行负向过零检测,当信号负向过零时才开始采样。对信号离散傅里叶变换后进行频谱分析,指出在信号采样前进行负向过零检测,可以消除信号频率值的相对偏差。根据理论分析,在LabVIEW中进行了建模仿真。结果表明:该方法具有精度高和抗噪声能力强等优点,在测量距离为10 m时,相位测量平均值与理论值相差2π,相对不确定度仅为0.105%。