调制电路在被动型铷频标体系内优势组合中的应用

在被动型原子频标中,调制电路在物理系统与光电检测环节起到非常重要的作用,通过对微波探询信号加一小调频,完成物理系统的原子纠偏信号转换成伺服检测电路用信号过程。整个调制电路中主要的参数是调制深度、调制幅度以及调制信号的相位。其工作参数的稳定与否直接对原子频标的频率稳定度带来影响。针对被动型原子频标中调制电路特性,采用DDS、单片机数字调制方案对环路参数作了具体的设置的工作,通过原子频标的稳定度测量结果说明实际取得满意的实验结果。     

低相噪大面积平衡光电探测器

为了实现对光泵原子磁力仪系统中发散的快速调制光信号的精密相位检测,解决现有平衡光电探测器存在的接光面积小、增益小、带宽小及相位性能不理想等问题,本文采用基于结点差分电流的平衡差分探测方法,分析了平衡探测器抑制系统共模噪声的机理,通过优化元件和提高带宽设计出具有低相位噪声且单管接光面尺寸达到10mm的大面积平衡光电探测器,并进一步利用双板隔离式的制作方法避免了热噪声干扰,实现了其低相位漂移的特性。实验结果表明,该探测器-3dB带宽达到1.1 MHz,信号跨阻增益达到0.91 MΩ,在175kHz调制光信号下的相位噪声峰峰值不超过0.002 3°,能够满足碱金属原子磁力仪系统光信号精密相位检测的要求。     

高可靠性光电计数系统

介绍了一种体积小、可靠性极高的光电计数系统,具有光敏三极管的自动增益控制(AGC)特性,并带有稳频调制光以抗各种干扰,能驱动很多个发光二极管同时工作的大功率电路,检测电路的输出级带有放大和施密特迟滞特性,确保整机有极高的抗干扰能力.实验证明:由于该计数系统研制的光电检测电路应用了AGC电路,使输出信号具有更高的精度,使电路处于长期稳定运行状态,保证了整个计数系统的精度.     

微弱光电信号检测电路设计

光电信号检测与采集电路的性能优劣,直接关系到粉尘浓度测量系统的准确度和精确度。在分析研究了光电检测基本原理和微弱信号检测影响因素的基础上,针对粉尘浓度测量系统中光信号的特点,通过采用差分式测量结构,提高光电探测器供电电源的稳定度,选用低噪声、响应快的运算放大器等措施,设计了一种噪声低、反应快、简单实用的微弱光信号检测电路,成功应用到了某粉尘浓度测量系统上。     

铯光泵磁力仪光电检测电路噪声特性研究

光电检测电路噪声性能是影响磁力仪灵敏度的重要因素。基于M_x型铯光泵磁力仪光电信号的特点,对磁力仪光电检测电路噪声来源进行分析,建立了基于跨阻放大电路的等效噪声模型,推导出电路信噪比及输出噪声频谱特性,并分析各噪声分量在总噪声中的比重;根据磁力仪拉莫尔信号频带范围,设计研制了具有低噪声性能的光电检测电路并应用于铯光泵磁力仪。测试结果表明,所提噪声模型理论分析和实验结果一致,基于跨阻放大的光电检测电路,其低频段噪声主要由等效电流噪声决定,随着频率升高,放大器等效电压噪声逐渐起主要作用。进一步的野外实验表明,基于光电检测电路所研制的光泵磁力仪噪声达0.6 pT/√Hz,与国外同类产品CS-VL水平相当。     

激光供能在光电互感器中的应用

针对有源式光电电流互感器的供电问题,提出一种基于反馈式激光供能的新方法.其思想是利用电池智能监控器对光电池输出的电压和电流进行监控,并实现了功率恒定的激光供能系统.其中,自动功率控制(APC)和自动温度控制(ATC)技术实现了激光光源的恒功率控制.该系统采用美国Photonic公司的PPC-6E光电池提高了光电转换效率,并利用单片机实现对整个系统的控制.实验研究表明,在系统输出150mW时,功率稳定度为5.9mW满足使用要求.     

频标计量校准系统研究

时间统一系统是试验系统的重要组成部分,其重要任务是确保试验阶段指控系统、测控系统时间准确统一,其可靠性、准确性直接影响鉴定试验的结果。研究无间隙采样频差倍增方法对频标时域特性进行测量;利用数字锁相环技术实现石英频标对铯原子频标的同步跟踪,使石英频率源既具有低相噪、高稳定度的频率输出,有具有铯原子频标的高准确度和长稳特性;设计低相噪频率分配器模块,实现对时统频标的多路测量,提高计量保障效率。经过系统验证,频标计量校准系统能够实现时统频标的实验室和现场计量保障,增强设备性能验证与测试能力。     

改进匹配追踪法在导波检测信号处理中的应用

提出了基于差分进化算法的改进匹配追踪方法,对超声导波无损检测信号进行处理。选取与超声导波回波信号时频特性相近的高斯调制余弦信号作为匹配原子,利用差分进化算法提高全局参数寻优的计算效率,通过叠加每个匹配原子分量的Wigner-Ville分布得到无交叉干扰项的时频分布。实验检测信号处理结果表明,该方法极大提高了参数搜索效率,通过时频分布特征对比可以有效地从回波信号中实现缺陷辨识。     

锶原子光钟闭环控制系统的设计与实现

为了实现~(87)Sr原子光钟的闭环运行,根据将超稳激光频率锁定在钟跃迁超精细能级自旋极化谱双峰中间的锁频原理,设计和实现了锶原子光钟闭环控制系统。首先,详细分析了~(87)Sr原子光钟闭环运行的具体需求,包括冷原子制备及钟跃迁探测、闭环锁定等阶段中所需要的控制信号及其时序;然后,根据该需求设计了时序控制和频率控制的物理系统;最后,利用LabVIEW虚拟仪器开发平台和NI硬件系统设计了~(87)Sr原子光钟的闭环运行的自动化控制程序。实验结果显示,采样时间为3 000 s的光钟频率稳定度为5.7×10~(-17),拟合得到的环内稳定度为5×10~(-15)/τ~(1/2),表明该控制系统的精度符合锶原子光钟的闭环运行要求。     

钙离子光时标守时技术研究

近年来光学频率标准(光钟)技术快速发展,国际时间频率咨询委员会计划于 2030 年用光钟重新定义“秒”,并提出了 技术路线,光时标的研究也成为时间频率领域的研究热点。 利用钙离子光钟驾驭微波氢钟,开展高精度光时标信号 TS(Ca + )产 生技术研究。 结果表明,钙离子光钟准连续稳定运行率可达 87% ,稳定度达 8×10 -17 / day。 对光钟和氢钟的频率比对测量分别 采用微波频率锁定方案(上转换)和光生超稳微波方案(下转换),上转换方案引入了并放大了噪声,测量数据比氢钟稳定度差, 而下转换方案产生超稳微波,测量数据频率稳定度与氢钟几乎重合,实现了光钟对氢钟的准确测量。 将测量得到的频差数据直 接置入相位微跃计,产生光时标 TS(Ca + ),独立运行的光时标 TS(Ca + )在一个月内与 UTC 偏差保持在 0. 6 ns 以内。 研究成果 为报送秒定义数据和驾驭自由原子时 TAI 提供技术基础,为提升我国光时标守时能力提供了宝贵的技术支持和工程经验。     

基于STM32F407的AOTF光谱仪双通道信号检测系统

基于声光可调谐器件(AOTF)原理设计的近红外光谱仪的光电探测器检测到的有用光信号远远小于光源的噪声信号,在检测时容易被淹没在强噪声中。为了提高信号检测系统的信噪比,针对AOTF近红外光谱仪待测的微弱光信号,基于相关检测原理,以STM32F407为控制核心,以锁相放大电路为电路核心,设计了新型双通道信号检测系统。同时设计新型光源调制电路对光源进行交流调制,便于后级锁相检测。经过系统测试验证,该系统检测精度高、可以获得高质量的物质漫反射光谱图、系统稳定性高,可以应用在AOTF近红外光谱仪器中。     

全自动生化分析仪光电信号放大器的设计

摘要：主要阐述了全自动生化分析仪光电信号放大器的设计,说明了光电二极管、运算放大器和其他元件的参数选择以抑制噪声,提高了检测精度。通过仿真验证,这种设计很好地解决了微弱信号难以检测的问题。     

基于时频分析的移频轨道交通信号检测方法

针对传统方法对交通信号检测时,由于未能提取交通信号的时频特征,导致信号检测时存在检测精度低、检测误差大和噪声频率不稳定等问题,提出基于时频分析的移频轨道交通信号检测方法。首先利用时频分析法对移频轨道交通信号的时频特征进行提取;再基于提取的信号时频特征,利用信号的概率密度函数获取交通信号的信号双谱;最后利用卷积神经网络分类处理有双谱的交通信号,实现信号检测。实验结果表明,该方法检测信号时,检测精度高、检测误差小,以及噪声频率稳定。     

基于连续小波变换的瞬时频率提取在光电编码器速度测量中的应用

提出一种新的光电编码器速度测量方法,根据编码器角度测量误差信号中高频分量的渐进特性,通过对角度误差信号进行时频分析,提取编码器的旋转速度。利用功能强大的连续小波变换非平稳信号分析工具,提取角度误差分量的特征。基于连续小波变换,实现了一种称为迭代算法的小波脊提取方法,用于瞬时频率估计。实验结果表明,经过适当的时频分析处理后,角度误差的高频分量可以有效地用于光电编码器的速度测量。该方法能够有效减弱噪声和干扰对测量精度的影响。     

基于改进平方检测和新型K-N互卷积窗的闪变参数检测

传统的数字式闪变仪研制主要根据IEC闪变测量原理将各环节的模拟滤波器转换为数字滤波器来实现,但数字滤波器的效果受限于采样频率和变换方法的选取。提出利用解析模式分解改进传统平方检测法的滤波环节,准确提取电压闪变包络信号,构建新型K-N互卷积窗函数,推导基于新型K-N互卷积窗三谱线插值修正算法,据此提出基于改进平方检测法和新型KN互卷积窗的闪变参数检测方法,开发基于虚拟仪器的闪变参数检测平台。仿真实验结果表明,所提算法在单一频率调制、多频率调制、电网频率波动、含有叠加谐波及噪声干扰的情况下,均能有效实现闪变参数的准确检测,相较于传统检测方法,实现简单且具有更高的准确度。     

某光电转换装置的仿真计算

某光电转换装置用于接收光源发出的光信号,产生光源方位信号并输给控制部件。通过原理框图中四个环节的输入输出关系,仿真计算出光电转换装置的相关参数。     

光纤光栅微弱信号检测的解调电路

为了在光纤光栅匹配解调系统中实现对光纤光栅微弱信号的检测与处理,在应用微弱光电信号检测原理的基础上设计一种高信噪比、高检测精度的解调电路,该解调电路采用低噪声电路元件参数选取原则和前置放大器设计的一般方法,在雪崩光电二极管与信号数模转换之间采用互阻放大器、巴特沃斯滤波电路和多级放大电路,实现了电路的最佳噪声匹配,有效地抑制了电路的噪声和干扰。该解调电路在光纤光栅匹配解调系统中具有很高的信噪比和测量精度,且具有很好的灵敏度,在测量低频率振动信号试验中具有优异的性能。实验表明:该电路解调系统在25～200 Hz正弦激励振动信号下具有很好的低噪声性能,精确的测试出振动信号,同时该电路所采用的方法与措施对其他测量系统也有借鉴意义。     

微位移检测系统中精密光电转换电路设计

基于像散原理的光学检测系统,是通过对光路系统聚焦信号的离焦量FES的检测实现微位移的测量.四象限光电探测器作为检测系统的光电转换传感器,需要设计光电探测器电路,实现对FES信号的检测,并由微单片机系统采集处理,通过串口通信传给PC机进行数据存储和被测对象二维图像分析和重建.通过将所设计的电路集成在光学测头装置上进行实验测量,光电转换信号稳定,相对误差小于5%.     

二维计数跟踪型激光多普勒测速系统的智能化及其应用

二维计数跟踪型激光多普勒测速系统利用两个计数跟踪光电混合反馈环路来分离并测量速度的二维分量。通过智能控制,寻找适当的初始光学频移档次,使得光电信号的有效频率成分分别进入各自对应的信号处理器处理带宽内,同时监视LDA的工作状态,对采集得到的两个环路的光电信号频率及相应的光学频移量,进行一系列的信号处理工作,最终可获得测量点的二维速度分量。二维智能计数跟踪型LDA在非对称突扩管道的流场测量中的应用结果,证实了该套系统的研制是成功的。     

滤纸式烟度计中光电测量系统的研究

研制了采用新的光电测量系统的 YBL01—55型半自动烟度计。仪器的光电传感器用国产的57—A 型环形硒光电池作为光电元件,XZ3.8-0.30型的白炽灯泡作为光源,光电探头实行低照度设计,使用高稳定度的直流电源。配合必要的光电流检测电路.用数字电压表显示烟度值,提高了测量精度,数字电压表带有 BCD 码输出.为数据处理和打印结果提供了条件,从而保证了光电测量系统的稳定性、烟度测量的准确性以及较长的使用寿命.