基于DSP技术的外腔半导体激光器自动稳频系统

实现了一种基于数字信号处理(DSP)技术的外腔半导体激光器的自动稳频装置。该自动稳频装置以铷原子的饱和吸收谱线作为频率参考,采用调制解调技术得到稳频所需的鉴频信号。激光自动稳频装置通过模数转换器以固定的速率不间断地采集饱和吸收信号和鉴频信号,由DSP芯片对采集到的数字信号进行处理和分析。DSP芯片利用通用输入输出端口控制调制信号的开关状态,通过数模转换器控制激光频率扫描以及输出数字反馈。利用所述的激光稳频技术不仅实现了外腔半导体激光器自动稳频,而且能够实时评估激光器的锁定情况,在激光器失锁后及时重新锁定,提高了激光器的长期运行能力。最后,将使用自动稳频技术的激光器应用于空间冷原子钟原理样机地面实验中,该稳频激光可以满足相关科学实验的需求。     

三分量全光纤加速度检波器及数字处理系统

研制出三分量全光纤加速度检波器及其数字信号处理系统。该检波器由一个质量块，六个顺变柱体，三组迈克耳孙干涉仪光路组成。顺变柱体是检波器敏感元件中的关键部件。该检波器数字信号处理系统以TI公司的高性能数字信号处理芯片为核心，辅以必要的电路，实现了对加速度信号的高精度检测和误差信号的补偿。测试结果表明，检波器在共振频率以上有较好的频率响应，输入信号与输出信号吻合较好；检波器在共振频率以下亦有较好的频率响应。最后给出了检波器频率响应曲线。     

一种多通道高精度数字化传感器变换装置设计

针对现有传感器变换装置受误差及温漂等因素影响造成采集精度不高的问题,专门设计了一种传感器变换装置。该变换装置具有小型化、低成本、高性能的特点。采用C8051F系列单片机作为主控芯片;为了满足8通道双极性模拟信号采集的要求,采用2片AD公司的14位、6通道A/D芯片对±10V范围的双极模拟信号进行变换;采用前端信号放大电路、跟随滤波处理电路及微处理器的软件进行线性补偿,达到高精度变换要求;采用RS-422专用芯片完成信号的数字化传输。实验结果表明该变换装置的变换精度能达到0.05%,数字信号传输稳定,可广泛应用于军事和工业生产领域的高精度测量场合。     

便携式轮对外形检测装置数字信号处理器的实现

为了快速高精度地测量轮对轮廓的外形尺寸,开发了便携式轮对外形检测装置。该装置由便携式测量仪和计算机组成。在便携式测量仪中,利用数字信号处理器DSP,采用分模块、分资源的处理方法,以C语言程序为主和汇编语言程序为辅,实现了系统功能。给出了测量原理,并针对滚轮式外形测量的基本原理,给出了算法流程及误差补偿手段。由便携式测量仪和计算机分别给出了相应的处理结果和外形曲线。     

基于DSP的激光陀螺稳频回路设计及其参数整定

针对某小型化激光陀螺,对基于TMS320F2810数字信号处理芯片（DSP）的激光陀螺交流抖动稳频回路设计及其参数整定进行了理论分析、Matlab数值仿真和实验研究。TMS320F2810这款芯片具有集成度高、处理速度快、功耗低和性价比高等突出优点,有利于实现激光陀螺控制系统的小型化。基于这款DSP芯片实现了某小型化激光陀螺的交流抖动稳频回路的软、硬件设计,使用衰减曲线法得到了该型激光陀螺经优化后的PID控制参数（Kp=0.048,Ki=0.059,Kd=0.013）,并根据国军标对稳频回路进行了实验验证。实验结果表明,稳频控制回路经过PID参数整定后,该小型化激光陀螺的零偏稳定性从0.025/h降到0.014/h,该稳频控制回路在目标型号激光陀螺上满足预期的性能指标要求。     

相关处理的并行算法及其硬件结构实现

在雷达、声呐和地震研究等许多信号处理场合，需要高速、长样本、高精度的数字相关器，随着新一代可编程数字信号处理芯片的发展，这种需要正在得到满足。本文介绍一种用ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０Ｃ２５（以下简称Ｃ２５）芯片实现的具有流水线结构的长样本数字相关器，其速度和精度由芯片本身的性能得到保证。本文讨论了实现长样本相关运算的并行处理算法，这种算法具有普遍意义；也给出了用Ｃ２５芯片实现的相关器硬件结构和软件框图。     

一种高精度激光吸收率测量装置

针对现有激光吸收率测量的不足，在总结现有激光吸收率测量方法基础上，设计了一种积分球法激光吸收率测量装置。增加了导光管结构，并对光源进行了监测，对光束进行了调制。采用相关检测和同步采集等方法，有效地去除了背景噪声、探测器及检测电路噪声对测量的影响。并实验比较了安装导光管前后装置对样品吸收率的测量影响，并对多个样品进行实验。结果表明，对于样品反射率在10×10-6~10 000×10-6范围内，装置的测量误差可以达到±2%以内，实现了激光吸收率的高精度测量。     

一种新型的声呐信号处理机

本文讨论如何以多片TMS32020为核心,组成大型潜用声呐的中央处理机,以达到声呐的战术性能指标。 该机对来自三个独立接收子阵的数据信息进行处理,从而检测出目标的距离和方位。它采用流水线式体系结构设计,通过由控制中心控制的功能码的设计,完成不同的检测方案。由于采用了先进的数字信号处理芯片和新的数字信号处理技术,本机具有体积小,速度快,可靠性高和检测结果精确等优点。     

乌氏干涉测量的信息读取

针对乌氏干涉仪条纹信号调整难、用肉眼读数难等问题,提出将He-Ne激光作为乌氏干涉仪光源的设计,得到了高质量的干涉条纹信号,并采用光电转换方法将条纹移动信号转变为电信号实现了微位移的高精度测量。设计了光电信号检测电路,利用双门限整形电路标定出整形方波,克服了干涉信号在设定比较值附近抖动引起误处理的缺点;提出了辨向细分电路,在1路干涉条纹信号下,提取了具有正交性的2路电子信号,实现了干涉条纹的移动辨向与信号细分。按此方案设计并搭建了一套激光干涉检测实验装置,用2个计量差值为5μm的标准量块,对激光干涉检测装置进行了标定,在电路为4细分的情况下,该装置测量分辨率达79 nm;解决了乌氏干涉仪自动读数的问题,提高了乌氏干涉仪的测量精度和准确性。     

基于双频激光干涉仪的显微模板精密测量

为了对光纤阵列测量的高精度显微模板进行精密检测,采用双频激光干涉仪结合显微视觉系统,通过骨架化、腐蚀法、质心法等算法对显微图像进行计算处理,实现模板特征刻线的提取与精确定位。对模板上8条刻度线之间的间距分别进行重复测量和组合测量,实验结果表明重复测量的标准偏差不大于0.07 m,组合测量的标准偏差不大于0.04 m。介绍了测量系统构成与工作原理,并对测量过程进行了精度分析,分析结果表明测量过程的极限误差不大于0.10 m。     

8×8APD阵列激光三维成像接收机研制

为了实现对目标的无扫描阵列激光三维成像并研究系统参数对三维成像距离分辨率的影响,研制了8×8 pixel激光三维成像接收机。接收机采用线性模式APD阵列,设计了模拟信号放大、阈值处理将回波光信号转换为数字信号后,利用FPGA设计实现64通道高精度阵列计时系统,实现了对目标的无扫描实时三维成像功能。首先对设计完成的三维成像接收机组成及成像原理进行了介绍,对三维成像接收机中APD探测器阵列信号的模拟处理和数字处理流程和实现方式进行了说明。随后分别对三维成像的核心FPGA计时系统及探测器整体进行了电子学测试和实验测试。测试结果表明,FPGA计时子系统的时间分辨率优于140 ps,三维成像系统整体距离分辨率在0.2 m左右。最后对分辨率的误差进行了分析,结果表明,激光回波强度波动是影响此接收机距离分辨率的最主要因素。     

定时中断对飞秒激光脉冲调制的研究

提出了一种数字信号对腔倒空式激光脉冲的调制方法.具有腔倒空装置的激光脉冲在腔内放大,当增益开始衰减时,由电光晶体改变激光的偏振方向将激光脉冲从谐振腔中倒出;再由1 kHz的脉冲信号向计算机发出定时中断请求,中断过程中用数字信号调制脉冲倒出的触发电平,从而调制激光脉冲.用该方法实现了对钛宝石飞秒激光再生放大器的调制,成功地在熔融石英玻璃内写入了二进制数据.     

激光焊接熔透特征信号同轴增效提取方法研究

熔透检测是实现高功率激光焊接质量在线控制的重要环节,但由于介观尺度下的低辐值熔透特征信号产生于激光匙孔底部被匙孔喷射物质和周围干扰信号完全掩盖,熔透状态难以被直接获取,常规检测多以间接测量为主。将光谱透视技术、红外显微成像技术、光电传感技术及空间定位提取技术相结合,提出一种激光焊接熔透特征信号同轴增效提取方法。以高功率激光在匙孔内壁激发的荧光辐射源作为直接检测信号,利用不同发光体的谱段特性在红外谱段有效分离并抑制激光焊接匙孔上方的等离子体、金属蒸汽焰、粒子团簇等强干扰信号,使红外荧光信号得到有效增强,实现光谱透视显像效果。同时采用自行研制的激光焊接同轴显微光路系统,利用红外显微成像原理提取到匙孔内壁受激辐射荧光的红外显微实像。并以此为基础对高功率激光焊接熔透状态与匙孔内部影像特征进行关联研究,发现与熔透状态直接相关的低辐射值特征现象及特征区域的存在。通过视觉辅助定位调节和熔透特征位置试验矫正等寻位方式,依次提高定位精度,直至将传感器光电感应芯片高精度定位至荧光辐射实像中的熔透特征区域。由此通过光谱透视-显微成像-介观寻位萃取的逐层光学分离方式,实现了对匙孔熔透特征数据的精准提取和最大化增强。试验结果表明,基于多种光谱及光学处理技术复合应用的大功率固体激光焊熔透特征同轴增效提取方法对激光熔透特征信号增强效果显著,可作为一种新型的高功率激光焊接熔透在线检测手段。     

激光回波模拟器光电参数定量化测量技术的研究

为实现激光导引头高精度光电参数测量,提出了一种基于雪崩光电二极管（APD）雪崩放大效应的微弱信号放大技术以及基于现场可编程逻辑门阵列（FPGA）的全波形采集技术,研制了一套飞焦量级激光模拟回波光电参数定量化测量装置。测量装置针对微弱脉冲激光回波进行光电转换及多级放大处理,之后通过高速A/D实现模数转换,并由FPGA进行全波形信号的存储、处理,再传递到上位机上,最后使用标准能量计搭建计量校准光路进行测量装置的能量校准。测量装置实现了脉冲宽度10～100 ns、能量范围40 fJ～1.1 pJ的1 064 nm波段的脉冲激光能量的测量,测量重复性不高于2%,基本满足测试需求。     

基于激光位移测量技术的汽车侧滑台校准装置研究

针对汽车侧滑试验台动态检定和校准的实际需求,研制了一种基于激光位移测量技术的非接触式汽车侧滑试验台动静态校准装置。所提装置采用非接触式测量方法,利用了激光位移测量技术,同时采用丝杠运动控制技术,实现了侧滑量的非接触式测量,可以对汽车侧滑试验台动进行动态校准和静态校准。有效溯源表明,基于激光位移测量技术的所提装置完全达到并超过了JJG 908-2009《汽车侧滑检验台检定规程》对于标准器的计量技术指标要求。所提装置的使用及后续推广应用将有助于推动激光位移测量技术在高精度计量检测领域的应用,具有较高的示范作用和应用价值。     

平面反射镜反射率检测系统研究

为实现在高功率激光装置中对平面反射镜反射率的高精度测量,提出了将双光束分光光度法与VW测量法相结合,利用扩束后的测量光束测量被测元件的反射率.推导了计算公式,搭建了测量光束口径为50mm的检测系统,通过对标准吸收玻璃吸收值的测试验证了系统对光束能量测试的准确性.利用该系统对高功率激光装置使用的反射镜的反射率进行了测量,...     

基于无线通信的激光超声测量系统

激光超声测量技术是一种重要和先进的非接触式超声测量技术.为了减少测量系统各构成部分间的电缆连接,将无线通信技术与激光测量技术的特点相结合,研究了一种激光超声无损测量系统,分析了该测量系统的原理及构成.系统用掺钕钇铝石榴石固体激光器在材料中激励超声波,压电换能器接收超声信号.该信号经系统级芯片MSP430F2274单片机放大、模数转换成数字信号,然后由单片机控制nRF905芯片进行信号的无线传输.接收部分的单片机采用RS-232-C接口标准实现与计算机的串行通信,把信号送入计算机显示记录存储和处理.结果表明该系统实现了激光超声的近程无线测量, 简化了系统的结构,传输性能稳定,对周围电子仪器干扰小,显示了很好的应用前景.     

基于C Sharp的激光位移传感器校准装置测控软件设计

针对高精度激光位移传感器校准的需求,基于C Sharp设计了激光位移传感器自动校准装置测控软件,实现了对位移的测量、数据采集、数据处理、数据保存并显示结果等功能;测控软件对硬件设备的通信与控制采用了面向对象的编程思路,例如针对激光干涉仪、直线位移平台、数字多用表等设备,设计了相应的类,提高了软件的可拓展性,同时也便于系统硬件的升级;数据处理采用多种线性拟合算法计算激光位移传感器的线性度,满足不同情况下的参考需求;实验结果表明,测控软件系统运行稳定,数据的自动采集处理方便快捷,减小人工处理数据引入的误差,提高了激光位移传感器校准的准确性和效率。     

用于冷原子干涉仪激光时序控制的DDS跳频系统设计与实现

为了满足冷原子干涉实验对时序控制的需求,设计并实现了一个基于LABVIEW软件的激光时序控制DDS系统,其工作过程为通过设计的LABVIEW上位机软件输入需要产生的频率和频率间隔时间,ARM芯片根据LABVIEW软件发送来的控制信息实现对射频信号芯片的控制,CPLD芯片用来控制射频信号之间的时间间隔,最后DDS芯片产生与控制信息相对应的射频信号。与目前同类装置相比,系统实现了跳频时间和频率更加精确和工作稳定性更好。经过系统的调试分析以及性能测试,DDS跳频系统能够满足原子干涉仪激光时序控制需求。通过测试DDS装置,DDS装置能够输出准确输出射频频率值,并且射频频率时间间隔能精确到微秒。DDS装置可以有效控制冷原子干涉仪的激光时序,在探询时间为120毫秒且重复率为2.2赫兹的情况下,冷原子重力仪的重力测量灵敏度达到 。     

高精度激光倾角测量技术研究

本文提出了一种高精度激光电子二维倾角测量技术,该技术利用液体表面多次光反射,将倾角变化转换成激光光斑的位移,并通过多次光学反射实现光学放大,从而实现了倾角和倾角变化的高精度测量.利用本技术实现的倾角测量仪器具有测量精度高、体积小等优点,经过标定试验系统测量精度达到2.5″.高精度激光电子二维倾角测量系统可广泛应用于水坝安全监测工程、各种建筑和检测领域.