TDLAS痕量气体检测中激光器管壳温度对背景信号的影响

采用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术对痕量气体的连续检测，二次谐波背景信号会随着半导体激光器管壳温度变化产生漂移，使得二次谐波波形无法保持稳定，对测量结果产生误差。基于TDLAS原理，解释了二次谐波背景信号的产生，分析了背景信号的来源和背景漂移对测量结果的影响，通过对背景信号的扣除获得标准的二次谐波波形，设计并搭建了一套高精度恒温控制系统，此系统搭载了风冷以及水冷模块进行辅助控温，控制精度达到±0.1 ℃，选取了1 796和1 653 nm波长的DFB半导体激光器，通过控制两只激光器在20～44 ℃温度条件下来回变动，温度间隔为2 ℃，对获得的二次谐波背景信号进行了实验研究。研究表明：随着半导体激光器管壳温度上升，背景信号发生红移，反之发生蓝移；实验中温度每变化2 ℃, 1 796和1 653 nm的DFB激光器的背景信号分别产生了约3.2和2.67 pm波长漂移；通过对半导体激光器进行控温封装，实现对半导体激光器管壳的恒温控制，可以有效地消除室温变化引起的背景信号漂移，维持测量系统的稳定性，提高痕量气体检测的精度和准确度。     

HL-2M 装置磁测量积分器设计

在核聚变实验中, 积分器是还原微分信号的基本手段,低漂移积分器系统的研制是托卡马克实验中 的重要环节。介绍了用于 HL-2M 装置磁测量的低漂移积分器系统。通过模拟与数字补偿相结合的方法减小漂移, 提高了信号间的测量精度。性能测试显示,积分器输出漂移小于 2mV/15s,积分时间常数精度优于 0.3%。该积分 器应用于 HL-2M 装置实验,满足磁测量系统的测量需要。     

单光子激光测距的漂移误差理论模型及补偿方法

单光子激光测距系统采用高灵敏度的单光子探测器作为接收器件,更易实现高密度、高覆盖率的目标采样,是未来激光测距系统的发展方向.漂移误差作为限制单光子激光测距精度提高的瓶颈问题,其主要由平均回波信号光子数的变化引起.以激光雷达方程、单光子探测器的概率与统计理论为基础,建立了漂移误差的理论模型,给出了漂移误差与平均信号光子数、均方根脉宽等系统参数之间的理论关系式.同时,结合单光子探测概率模型给出了一种漂移误差的修正方法,并搭建实验系统对漂移误差模型和修正方法进行了验证.在回波信号均方根脉宽为3.2 ns、平均回波信号光子数为0.03到4.3个情况下,未经修正的漂移误差最大达到46 cm,经修正后的均方根误差为1.16 cm,平均绝对误差为0.99 cm,达到1 cm量级,漂移误差对测距精度的影响基本可以忽略.该方法可以解决漂移误差制约单光子激光测距精度提高的瓶颈问题.     

新型自扫描激光干涉系统

本文介绍了一种新型自扫描激光干涉系统的原理和结构。该系统采用自扫描光电二极管列阵（以下简称ＳＳＰＤＡ）接收器件，实现对干涉仪信号的调制，使测量信号转换成交流信号，避免了直流放大器零点漂移，消除了低频干扰。实验证明，该系统在采用普通器件的情况下，其分辨率优于０．０２μｍ。     

高功率激光脉冲光纤取样的实验研究

光纤取样可以降低高功率激光脉冲时间波形测量成本，并提高测量系统抗干扰能力。光纤耦合效率、信号保真度、信号获取率是采用光纤取样测量高功率激光脉冲时间波形的难点。针对大型高功率激光脉冲宽度窄、光束口径大以及输出光束远场漂移量大等特点，设计了一套激光脉冲光纤取样系统，在全口径取样和不降低信号保真度的条件下有效解决了测量系统信号获取率低下的问题，充分保证了测量系统的可靠性。     

引力辐射探测实验中的非相关检测

相关接收系统在检测随机窄引力辐射脉冲所激发的天线信号时，不仅起不到最佳检测作用，而且还出现天线频率温度漂移影响问题．用简单的非相关检测电路来取代复杂的相关接收系统，既可以解决天线频率温度漂移影响的问题，还可以使电路造价降低９９％以上．     

中红外谐波检测背景信号漂移的修正方法

可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）由于具有高灵敏度、高分辨率、非侵入及实时检测等特点,被广泛应用于燃烧诊断、痕量气体监测、工业过程控制等领域中。波长调制光谱（WMS）的二次谐波（2f）检测是最常用的TDLAS气体传感方法之一。激光器作为TDLAS-WMS在线检测系统中最核心的部件之一,在长期运行过程中会由于其工作温度等因素变化,引起输出激光波长漂移和2f背景信号基线变化,从而导致气体浓度反演的精确度和TDLAS-WMS在线检测系统的稳定性降低。针对上述问题,根据NO气体分子在中红外波段5.176~5.189 μm的基频吸收特性,选择峰值发射波长位于5.184 μm的分布反馈式连续波量子级联激光器（DFB-CW QCL）,分析了输出激光中心波长对应的峰值采样点位置随采样时间变化的漂移规律和2f吸收及其背景信号的漂移特性。基于上述分析,提出了以2f信号平均峰峰值替代2f信号峰值建立气体浓度反演模型以修正2f背景信号基线漂移,并结合以信噪比最优为2f背景信号波长漂移修正原则的2f背景信号漂移综合修正方法,以消除TDLAS-WMS在线检测系统长期连续检测过程中2f背景信号漂移对气体浓度反演结果的不利影响。研究结果表明,2f信号平均峰峰值随配置的NO样气浓度的增加而增大,这两者呈现较好的线性关系,其拟合曲线的线性拟合度R2达到了0.999 9。在使用体积浓度为20×10-6 NO气体样品开展的连续60 min监测实验中,波长漂移修正后,反演浓度的标准偏差由波长漂移修正前的0.19×10-6下降到了0.07×10-6,反演浓度的最大相对误差由波长漂移修正前的6.30%下降到了3.85%,相对误差均方值由波长漂移修正前的24.39%下降到了9.99%。结果显示,该2f背景信号漂移综合修正方法可以有效地抑制2f背景信号漂移对气体浓度反演结果的影响,显著提高了TDLAS-WMS在线检测系统连续监测的灵敏度、精确度和稳定性。     

BES-Ⅲ主漂移室输出信号的模拟

小单元漂移室具有漂移电子扩散小、空间分辨好等特点,因而在北京谱仪的升级改造中被采用.利用漂移室模拟程序GARFIELD7等进行了BES-Ⅲ主漂移室对带电粒子响应的Monte Carlo模拟.据此得到主漂移室输出信号的特点,为其读出电子学系统的设计提供了较为准确的理论依据.     

基于迈克耳孙干涉的毫米波本振信号相位稳定传送

提出了一种毫米波本振信号的相位稳定传送技术。采用迈克耳孙干涉原理,将传输过程中的信号相位扰动信息调制在信号臂上,通过反射部分信号臂信号,并与参考臂信号干涉拍频,获得传输过程中的相位扰动信息,从而反馈控制光纤延时器,对系统进行相位校正。在建立传送系统的理论模型和实验系统的基础上,实验测试了本振信号的相位漂移与光纤长度漂移及干涉拍频输出信号之间的关系,理论和实验结果取得了一致。研究结果表明,这一本振信号传送方案的可行性。     

脉冲波形对级联相敏放大器光传输系统性能的影响

研究了相敏光放大器（PSA）中抽运光和信号光之间存在相位漂移时,信号脉冲波形对级联相敏光放大器光纤通信系统传输性能的影响。通过系统仿真,得到了在不同的相位漂移下高速信号脉冲眼图劣化度随光纤色散变化的曲线,以及在给定的光纤色散下放大器有相移与无相移时信号眼图劣化度随信号脉冲指数变化的曲线。由仿真结果可知,脉冲波形不同对系统性能的影响亦不同。采用超高斯脉冲的系统性能优于采用高斯脉冲,耐用超高斯脉冲指数存在最佳值。     

Resonator fiber optic gyro using the triangle wave phase modulation technique

Based on the Sagnac effect, resonator fiber optic gyro (R-FOG) has potential as a high accuracy inertial rotation sensor. An R-FOG based on the triangle wave phase modulation technique is proposed in this paper. The slope of the demodulation curve near the resonance dip is found to affect the ultimate sensitivity of the gyro. In order to maximize the slope of the demodulation signal, the parameters of the triangle wave are analyzed. By employing Fourier series and the method of field overlapping, the relationship between the demodulation signal and the resonance frequency deviation is analyzed. The optimum values for the modulation frequency and phase modulation index are obtained. And the relationship between the carrier component and the phase modulation index under analysis in this paper shows that the triangle wave phase modulation technique is more advantageous than the traditional modulation technique in reducing the noise induced by backscattering.     

激光陀螺噪音特性试验研究

给出了激光陀螺噪音分析方法及噪音模型,据此模型比较研究了四种激光陀螺在不同解调方案下噪音组成分量之间的关系;理论分析了激光陀螺噪音分量的特性和引起该噪音分量的因素,给出了典型的试验数据和曲线.研究结果表明,该模型不但可以用于对激光陀螺的随机游走系数的估计.而且,该模型的其他系数可以用于研究陀螺的量化和解调误差,也能用于评估陀螺输出的速率噪音.     

一种改进的MEMS陀螺信号去噪方法研究

 从工程实用的角度出发,探讨了MEMS陀螺仪随机漂移误差的有效补偿方法。根据小波阈值去噪原理,结合多项式函数插值法提出了一种MEMS陀螺仪输出信号的有效去噪补偿方法,克服了传统软、硬阈值去噪方法的缺陷,通过对MEMS陀螺数据分析研究,验证了该方法对于MEMS陀螺输出信号滤波消噪的优越性。     

Electrical crosstalk-coupling measurement and analysis for digital closed loop fibre optic gyro

The phase modulation and the closed-loop controller can generate electrical crosstalk-coupling in digital closed-loop fibre optic gyro. Four electrical cross-coupling paths are verified by the open-loop testing approach. It is found the variation of ramp amplitude will lead to the alternation of gyro bias. The amplitude and the phase parameters of the electrical crosstalk signal are measured by lock-in amplifier, and the variation of gyro bias is confirmed to be caused by the alternation of phase according to the amplitude of the ramp. A digital closed-loop fibre optic gyro electrical crosstalk-coupling model is built by approximating the electrical cross-coupling paths as a proportion and integration segment. The results of simulation and experiment show that the modulation signal electrical crosstalk-coupling can cause the dead zone of the gyro when a small angular velocity is inputted, and it could also lead to a periodic vibration of the bias error of the gyro when a large angular velocity is inputted.     

位标器动平衡测试系统中的相位测量方法研究

提出了一种相位测量方法,该方法可以准确检测从位标器陀螺仪输出的钟形光电脉冲信号峰值点的位置并以其为时间基准点进行相位测量,并可判断被测两信号之间的时间间隔以及超前滞后关系.针对在现场中的干扰因素,提出了相应的解决措施.该方法电路简单;测量速度快;精度高;可靠性好.     

线性加速度计在压电陀螺卡尔曼滤波技术中的应用

针对光电稳定平台常用的压电陀螺随机游走噪声大的缺点,提出采用基于线性加速度计的卡尔曼滤波技术对其进行信号滤波。利用卡尔曼滤波理论,建立了压电陀螺角速率状态观测方程,采用线性加速度计测量平台惯性角加速度,由此对陀螺信号进行了滤波。实验结果表明：采用线性加速度计能够在不影响陀螺带宽的前提下将压电陀螺的随机游走噪声水平由原有的0.005（°）.s-1/槡Hz降低到0.001 25（°）.s-1/槡Hz,提高了光电平台的稳定精度。     

交叉子光纤环的理论与实验研究

光纤环是光纤陀螺中的核心部件。光纤环所处的环境因素，如温度、应力引起的非互易性相位噪声，制约了光纤陀螺向高精度、实用化的发展。通过有限差分法，对光纤环的Shupe效应作了研究，对四极子光纤环在非稳态传热的过程中的温度场进行数值求解，分析了光纤环在试验提供的温度环境下的温度零漂。提出了光纤环交叉子绕制方案。     

线性加速度计在压电陀螺卡尔曼滤波技术中的应用

针对光电稳定平台常用的压电陀螺随机游走噪声大的缺点,提出采用基于线性加速度计的卡尔曼滤波技术对其进行信号滤波。利用卡尔曼滤波理论,建立了压电陀螺角速率状态观测方程,采用线性加速度计测量平台惯性角加速度,由此对陀螺信号进行了滤波。实验结果表明:采用线性加速度计能够在不影响陀螺带宽的前提下将压电陀螺的随机游走噪声水平由原有的0.005(°).s-1/槡Hz降低到0.001 25(°).s-1/槡Hz,提高了光电平台的稳定精度。     

光纤陀螺漂移稳定控制方法研究

从理论人分析光纤陀螺位相调制器及光源不稳定对整机性能特别是对漂移的影响,通过研究,利用光纤陀螺基频分量、一次谐波及二次谐波分量的组合抑制光纤陀螺噪声,稳定控制光纤陀螺漂移,提高光纤陀螺栓测灵敏度。制作了实施电路。     

随机噪音对LG输出特性的影响

利用均值计算了随机噪音对陀螺输出的影响.结果表明：随机噪音激励强度越大,均值与理想值偏差越小;但随机过程的分散性变大,输出信号变宽.依靠调幅加噪的方法给陀螺进行加噪,并按照特定的测试装置图对全反射棱镜式激光陀螺（TRPLG）的静态功能进行了检测,最终找到了TRP激光陀螺的最佳加噪噪音强度值.