面向激光测振应用的改进相位生成载波解调算法

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作者 蒋翌超 顾劭傑 +4 位作者 张刚 许林广 葛强 吴许强 俞本立 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期42-56,共15页

为了解决相位生成载波解调方案应用于激光测振技术时,系统中存在的非线性失真问题,提出一种改进相位生成载波解调算法。该算法采用低频、大幅值的相位调制和迭代重加权椭圆特殊拟合对两路含有非线性误差的正交信号进行校正以抑制非线性... 为了解决相位生成载波解调方案应用于激光测振技术时,系统中存在的非线性失真问题,提出一种改进相位生成载波解调算法。该算法采用低频、大幅值的相位调制和迭代重加权椭圆特殊拟合对两路含有非线性误差的正交信号进行校正以抑制非线性失真。其中,低频相位调制由三角波信号驱动压电换能器生成,确保小信号情况下椭圆拟合结果的准确性。迭代重加权椭圆特殊拟合可以减小离群数据的影响并避免拟合结果退化为双曲线,具有精度高、鲁棒性好和计算效率高的优点。实验结果表明改进相位生成载波解调算法可以有效抑制激光测振实验系统的非线性失真,在不同相位调制深度(0.8~3.4 rad)下解调信号的信纳比和总谐波失真稳定,对应的标准差分别为0.55 dB和0.03%。系统的响应线性度优于99.99%,动态范围可达103.9 dB@500 Hz,总谐波失真为1%且工作频宽为20~8000 Hz。与传统相位生成载波解调方案相比,该算法不仅显著抑制了非线性失真,还克服了椭圆拟合算法在小信号下无法工作的缺点。 展开更多

关键词 激光测振技术 相位生成载波解调算法 低频调制 迭代重加权椭圆特殊拟合 非线性失真

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光纤法珀传感器的改进型相位生成载波法解调 被引量：1

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作者 周朕蕊 张国强 +5 位作者 邱宗甲 郭少朋 李群 邵剑 吴鹏 陆云才 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期312-323,共12页

为解决相位生成载波-反正切解调算法(PGC-Atan)的非线性失真问题,搭建了基于改进型PGC-Atan算法的非本征型法珀传感器(EFPI)解调系统。首先,理论分析了载波相位调制深度(C)偏离最优值、伴生调幅、载波相位延迟等非线性因素对经典PGC-Ata... 为解决相位生成载波-反正切解调算法(PGC-Atan)的非线性失真问题,搭建了基于改进型PGC-Atan算法的非本征型法珀传感器(EFPI)解调系统。首先,理论分析了载波相位调制深度(C)偏离最优值、伴生调幅、载波相位延迟等非线性因素对经典PGC-Atan算法中参与反正切运算的正弦与余弦两路信号的影响。然后,针对外调制或伴生调幅较小的情况,提出了一种基于系数补偿的改进型PGC-Atan算法(PGC-CC-Atan)。该算法通过构造与C值和载波相位延迟有关的系数,消除反正切运算中的非线性参数。针对内调制情况,提出了一种基于椭圆拟合的改进型PGC-Atan算法(PGCEF-Atan)。该算法通过基于分块矩阵的最小二乘法拟合椭圆并提取3个椭圆参数,进而将受非线性因素影响的正弦与余弦两路信号校正为正交信号。最后,通过仿真验证了改进型算法的正确性,并采用高调制特性的垂直腔面发射激光器(VCSEL)和常规腔长的EFPI等搭建PGC解调系统,对比经典PGC-Atan算法与两种改进型算法的解调性能,证实了改进型算法非线性失真抑制的有效性。实验结果表明:一定C值范围内,两种改进型算法可在非线性因素影响下有效解调。PGC-EF-Atan算法相较于PGC-CC-Atan算法,解调信纳比提升了11.602 dB,总谐波失真降低了10.951%。两种改进型算法中,PGC-EF-Atan算法对非线性失真的抑制效果更好,且解调线性度良好,准确度高。 展开更多

关键词 相位生成载波解调 非线性失真 椭圆拟合 光纤法珀传感器

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相位生成载波解调方法的研究 被引量：24

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作者 孙韦 于淼 +3 位作者 常天英 陈建冬 崔洪亮 庞铄 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期221-228,共8页

为了获得更高的线性度和更强的抗干扰能力,提出一种改进的相位生成载波解调算法.利用滤去直流量的干涉信号及其与基频相混频的信号来进行运算,将两路信号倍频后的差分结果与其相乘后的微分结果相除来实现对被测信号的解调.该方法可有效... 为了获得更高的线性度和更强的抗干扰能力,提出一种改进的相位生成载波解调算法.利用滤去直流量的干涉信号及其与基频相混频的信号来进行运算,将两路信号倍频后的差分结果与其相乘后的微分结果相除来实现对被测信号的解调.该方法可有效消除光源扰动和直流分量对解调结果的影响.仿真结果验证了改进解调算法的可行性及优势,与传统算法相比获得了更高的线性度和更强的抗干扰能力,并打破了基频混频只适用于小信号的局限性.搭建实验系统进行验证,结果表明改进算法的频率解调准确率较高,且强度响应一致性较好. 展开更多

关键词 光纤传感 相位解调 相位生成载波 直流分量 光源扰动

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基于同步载波提取的光纤传感器相位生成载波解调方法 被引量：5

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作者 张毅 贾波 +2 位作者 许海燕 吴红艳 肖倩 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第10期1531-1535,共5页

利用3×3耦合器和法拉第旋转镜等光学元件,构造了一个基于迈克尔逊干涉系统的光纤振动传感器.使用外调制的方法对传输光进行相位生成载波调制,并将该光纤振动传感器应用于长距离的安全监测中.通过对该传感器的干涉输出信号进行贝塞... 利用3×3耦合器和法拉第旋转镜等光学元件,构造了一个基于迈克尔逊干涉系统的光纤振动传感器.使用外调制的方法对传输光进行相位生成载波调制,并将该光纤振动传感器应用于长距离的安全监测中.通过对该传感器的干涉输出信号进行贝塞尔展开分析,发现干涉输出信号中含有与外调制所使用的载波频率相同的信号成分.因此,使用一个中心频率为载波频率且通带很窄的带通滤波器,可以同步地提取载波信号.同步提取的载波信号用于干涉输出信号的相位生成载波被动零差解调,可以得到作用于光纤振动传感器上的外界振动信号.本文提出了从输出信号中同步提取载波的方法,通过理论推导得出了该方法的可行性,并且通过软件仿真和实验验证了该理论的正确性.文中还对提取的载波受低频信号干扰,造成其幅度不稳定的现象进行分析并提出了解决方法.研究表明,同步载波提取法适用于相位调制器与干涉信号输出端距离较远,相位生成载波解调需要的同源载波获取较困难的情况. 展开更多

关键词 光纤光学 分布式光纤传感器 同步载波提取 相位生成载波解调

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改进式相位生成载波调制解调方法 被引量：10

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作者 郎金鹏 常天英 +3 位作者 陈建冬 刘野 崔洪亮 于淼 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期64-68,共5页

在对调制方法、混频原理、调制深度取值等问题深入研究的基础上,为得到更高的抗干扰能力,结合相位生成载波调制解调技术与微分交叉相乘解调算法,引入除法运算,提出一种改进的相位生成载波解调算法,以抑制光强扰动对解调结果的影响,并与... 在对调制方法、混频原理、调制深度取值等问题深入研究的基础上,为得到更高的抗干扰能力,结合相位生成载波调制解调技术与微分交叉相乘解调算法,引入除法运算,提出一种改进的相位生成载波解调算法,以抑制光强扰动对解调结果的影响,并与传统的微分交叉相乘解调算法在光源产生低频干扰时的解调效果对比,进行仿真实验.对比信号源分别为20 Hz与200 Hz时的解调效果,结果表明,在光源有1Hz低频扰动的情况下,在高频信号解调的结果中,改进的解调算法可以准确地实现对待测信号的解调,解调结果与传统方法相比具有更高的线性度. 展开更多

关键词 信号处理 相位生成载波 微分交叉相乘 光源扰动 解调 低频干扰

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基于压电陶瓷相位调制器的外调制相位生成载波法研究 被引量：4

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作者 巩玲仙 邵贵成 +3 位作者 田竹梅 王春灿 付建梅 王爱珍 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第4期529-534,共6页

对基于压电换能器PZT(Piezoelectric Transducer)的外调制相位生成载波PGC(Phase-Generated Carrier)法进行了深入的理论分析和实验研究。PZT光纤相位调制器利用电致伸缩效应来改变缠绕在其上面的光纤的长度,进而实现对光纤中光相位的... 对基于压电换能器PZT(Piezoelectric Transducer)的外调制相位生成载波PGC(Phase-Generated Carrier)法进行了深入的理论分析和实验研究。PZT光纤相位调制器利用电致伸缩效应来改变缠绕在其上面的光纤的长度,进而实现对光纤中光相位的周期性调制。在马赫曾德尔光纤干涉仪MZI(Mach-Zehnder Interferometer)的参考臂中加入该光纤相位调制器便可以将载波信号调制到光纤干涉仪的输出信号当中。计算机仿真分析了调制参数对PGC解调结果的影响。并通过实验验证了这种调制解调方案的可行性。利用美国国家仪器公司的数据采集系统及Labview编写的解调算法,在臂长为200 m的MZI中成功实现了相位解调,恢复出MZI传感臂中的原始相位信息,解调信号与原始信号的相关系数在0.99以上。 展开更多

关键词 压电换能器 相位生成载波 光纤干涉仪 相位解调

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匹配型迈克尔逊干涉结构中PZT相位调制对PGC解调算法的影响 被引量：1

7

作者 王夏霄 刘旭 +2 位作者 于佳 王婷婷 马福 《激光杂志》 北大核心 2020年第3期17-20,共4页

通过对相位生成载波(PGC)解调算法的仿真以及参考大量相关文献,可以发现调制度C对PGC解调结果有着极其重要的影响。而调制度C的大小由压电陶瓷PZT(Piezoelectric Transducter)对光路实际产生的相位调制决定,因此,对PZT光相位调制器相位... 通过对相位生成载波(PGC)解调算法的仿真以及参考大量相关文献,可以发现调制度C对PGC解调结果有着极其重要的影响。而调制度C的大小由压电陶瓷PZT(Piezoelectric Transducter)对光路实际产生的相位调制决定,因此,对PZT光相位调制器相位调制常数的校准以及实际产生的相位调制计算很重要。其中对于光相位调制器相位调制常数的校准,可以根据PZT的特性,对PZT施加固定频率的三角波电压,观察干涉信号的变化。通过分析匹配型迈克尔逊干涉仪的PZT调制方式,给出计算调制度C的公式,并分析了调制方式对载波调制度大小和相位的影响,得出PZT对光路信号调制两次,与PZT的调制度两次叠加基本相等,但是会对载波基频增加一个固定的相位延迟,对调制解调算算法有影响,需计算其具体大小,在运算时消掉其影响。 展开更多

关键词 干涉仪 相位生成载波 PGC解调 压电陶瓷 载波相位延迟

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消除光强扰动和调制深度影响的相位解调算法 被引量：1

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作者 李阳桃子 高宏 乔学光 《光通信技术》 2022年第3期38-42,共5页

为了消除光强扰动和相位调制深度对相位生成载波(PGC)解调的影响,提出一种基于混频滤波、相除和差分的相位解调算法——PGC解调改进算法。该算法通过滤波和微分两两相除以及差分、积分运算,使得解调信号不含任何变量。对PGC解调改进算... 为了消除光强扰动和相位调制深度对相位生成载波(PGC)解调的影响,提出一种基于混频滤波、相除和差分的相位解调算法——PGC解调改进算法。该算法通过滤波和微分两两相除以及差分、积分运算,使得解调信号不含任何变量。对PGC解调改进算法进行了理论分析和推导,利用Labview平台构建仿真模型,验证了该算法相对于传统解调算法的优势,搭建了基于迈克尔逊干涉的解调系统并进行实验验证。实验结果表明:在不同的相位调制深度情况下,PGC解调改进算法解调出的待测信号不会产生谐波失真;在不同光强的情况下,解调出的信号幅度保持一致。 展开更多

关键词 相位生成载波 相位调制深度 消除光强扰动 迈克尔逊干涉仪 解调算法

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基于方波相位调制的多波长位移干涉测量

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作者 刘琪 陈善勇 《应用光学》 北大核心 2025年第3期538-548,共11页

相位生成载波(phase generated carrier,PGC)技术是多波长光纤位移传感器(multi wavelength fiber displacement sensor,MWFDS)中的核心技术。提出一种基于方波信号相位调制和解调(square-wave phase modulation and demodulation,SWPMD... 相位生成载波(phase generated carrier,PGC)技术是多波长光纤位移传感器(multi wavelength fiber displacement sensor,MWFDS)中的核心技术。提出一种基于方波信号相位调制和解调(square-wave phase modulation and demodulation,SWPMD)的方法,研究构建了相应的光路系统,精确控制方波信号对多波长光束进行相位调制,对采集到的干涉信号进行数字处理以实现相位解调,进而复现位移信息。仿真实验部分系统地分析了不同频率调制信号及方波调制信号初始相位变化对位移复现精度的影响,无论调制参数如何变化,位移复原的均方根误差(root-mean-square error,RMSE)均稳定保持在0.15μm~0.3μm范围内。通过应用SWPMD方法,对复杂的位移轨迹进行了复现,证明了该方法在提升MWFDS性能方面的普适性和有效性。最后,计算分析了对不同步长方波位移的复现情况,证明了所提方法在理论上能够实现0.1 nm位移测量的分辨率。 展开更多

关键词 相位生成载波技术 光纤位移干涉测量 方波相位调制 解调算法 误差分析

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?-OTDR系统中的相位解调方法研究进展 被引量：6

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作者 王磊 李永倩 +1 位作者 张立欣 李红 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第1期69-74,共6页

随着相位敏感光时域反射计(?-OTDR)技术的发展与应用,传统的幅度解调方法已经很难满足人们对高质量传感的需求,而相位解调方法凭借其对相位信息解调的高灵敏性和高精确度的优势,近年来引起了国内外的广泛关注。综述了?-OTDR系统中相位... 随着相位敏感光时域反射计(?-OTDR)技术的发展与应用,传统的幅度解调方法已经很难满足人们对高质量传感的需求,而相位解调方法凭借其对相位信息解调的高灵敏性和高精确度的优势,近年来引起了国内外的广泛关注。综述了?-OTDR系统中相位解调方法的研究进展,介绍了相位生成载波解调法、基于3×3耦合器的解调法和数字相干IQ解调法3种?-OTDR系统中的相位解调方法,并简单分析了这几种方法的优缺点。对未来基于?-OTDR的传感系统中解调方法的优化及新方法的提出具有重要的意义。 展开更多

关键词 传感器技术 Ф-OTDR 相位解调 相位生成载波解调法 3×3耦合器解调法 数字相干IQ解调法

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相位解调实现低频水表面声波振幅探测 被引量：10

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作者 张晓琳 毛红杰 +1 位作者 李凯 唐文彦 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2019年第5期49-55,共7页

为了实现低频水表面声波振幅准确探测和时变声信号的跟踪识别,提出了一种基于相位解调的激光干涉探测方法。该方法在参考光路中引入高频载波,利用相位生成载波技术的反正切解调算法,并结合高频载波初相位和调制深度的测定,可实现水表面... 为了实现低频水表面声波振幅准确探测和时变声信号的跟踪识别,提出了一种基于相位解调的激光干涉探测方法。该方法在参考光路中引入高频载波,利用相位生成载波技术的反正切解调算法,并结合高频载波初相位和调制深度的测定,可实现水表面声波的准确识别。在实验室环境下搭建了一套水表面声波探测系统,实验结果表明:该方法对水表面声波微振幅的测量重复性不超过1 nm。同时该系统能够实时跟踪水下声源的变化,对幅度受到正弦调制的水下声源信号进行了水表面声波振幅检测,实验结果证明了该方法识别时变声信号的正确性。 展开更多

关键词 干涉 振幅检测 相位生成载波 水表面声波 相位解调

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一种光纤振动传感器的改进型相位解调方法研究 被引量：13

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作者 郑来芳 张俊生 +1 位作者 梁海坚 吕玉良 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2021年第8期184-190,共7页

为消除干涉幅值对分布光纤振动传感系统在相位解调时的影响,提出了一种基于改进型相位生成载波(PGC)调制解调技术的Michelson干涉仪型光纤振动传感解调系统。其首先对Michelson干涉仪光纤振动传感系统的参考光纤上施加一定幅值和频率的... 为消除干涉幅值对分布光纤振动传感系统在相位解调时的影响,提出了一种基于改进型相位生成载波(PGC)调制解调技术的Michelson干涉仪型光纤振动传感解调系统。其首先对Michelson干涉仪光纤振动传感系统的参考光纤上施加一定幅值和频率的高频载波信号,完成对待测振动信号的高频调制。而后通过零次谐波、一次谐波载频信号和低通滤波器还原出含有待测振动信号的正弦项和余弦项。最后通过对正弦项和余弦项的适当变换并相除解调出不含有干涉幅值的待测信号项。通过仿真与实验分析,提出的改进型PGC解调方案可以有效消除干涉幅值对解调输出信号产生的失真影响。 展开更多

关键词 光纤振动 Michelson干涉仪 相位解调 相位生成载波

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基于M-Z干涉结构的低频信号相位解调方法 被引量：3

13

作者 林家锴 衣文索 《光通信技术》 2022年第4期94-96,共3页

针对采用马赫-曾德尔(M-Z)干涉结构在低频信号解调时存在静态工作点不稳定和信号失真等问题,提出了一种基于M-Z干涉结构的低频信号解调方法。对干涉型检波系统相位调制的同时进行相位补偿,并对通过引入直流滤波器对传统相位生成载波方... 针对采用马赫-曾德尔(M-Z)干涉结构在低频信号解调时存在静态工作点不稳定和信号失真等问题,提出了一种基于M-Z干涉结构的低频信号解调方法。对干涉型检波系统相位调制的同时进行相位补偿,并对通过引入直流滤波器对传统相位生成载波方法进行了改进,应用软件仿真确定了最佳调制深度,搭建解调系统进行了低频声波信号的频率与幅度测试实验。实验结果表明:该方法可以成功解调出幅度为2.5 rad、频率为0.1 Hz的低频信号,20 Hz的信号频率的线性度高达0.9995。 展开更多

关键词 干涉型光纤检波器 相位生成载波 低频信号解调 外调制

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干涉型光纤水听器PGC数字式零差解调系统的开发 被引量：4

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作者 霍洪丽 杭利军 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第z2期1457-1459,共3页

相位生成载波的零差解调技术被频繁用于干涉型光纤水听器的信号解调。然而由于模拟电路的电子元件间存在阻抗不匹配、过载等问题,因此解调系统不能达到最佳性能。为了克服上述问题,在LabVIEW平台下开发了PGC数字零差解调系统,并进行计... 相位生成载波的零差解调技术被频繁用于干涉型光纤水听器的信号解调。然而由于模拟电路的电子元件间存在阻抗不匹配、过载等问题,因此解调系统不能达到最佳性能。为了克服上述问题,在LabVIEW平台下开发了PGC数字零差解调系统,并进行计算机仿真。结果表明,PGC数字零差解调系统具有很好的稳定性和实际可行性。 展开更多

关键词 光纤水听器 相位生成载波(PGC) 零差解调LabVIEW

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用于光纤干涉传感器的高稳定PGC解调技术 被引量：9

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作者 肖文哲 程静 +3 位作者 张大伟 孔勇 叶华龙 何军 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期55-66,共12页

相位生成载波(PGC)解调技术具有高灵敏度、线性度好和动态范围广的优点,因此广泛应用于分布式光纤传感器中。本文提出了一种单路微分相除和微分自相乘的PGC(PGC-SDD-DSM)解调算法,该解调算法对载波相位调制深度和光强度干扰均不敏感。... 相位生成载波(PGC)解调技术具有高灵敏度、线性度好和动态范围广的优点,因此广泛应用于分布式光纤传感器中。本文提出了一种单路微分相除和微分自相乘的PGC(PGC-SDD-DSM)解调算法,该解调算法对载波相位调制深度和光强度干扰均不敏感。仿真实验显示,与PGC单路微分相除(PGC-SDD)解调算法、传统的PGC微分交叉相乘(PGC-DCM)和PGC反正切(PGC-Arctan)解调算法相比较,改进的PGC解调算法具有最佳的解调效果。将改进的PGC解调算法应用在光纤干涉传感器中,实验结果表明改进的解调算法能有效抑制光强和载波调制深度引起的失真。待测信号的频率为1 kHz,幅度值为2 rad,在引入1.5 rad的载波调制深度和0.7 rad的光强干扰深度时,实验系统中使用改进PGC解调算法的解调结果信纳比(SINAD)可以达到35.56 dB,与使用传统的PGC-DCM、PGCArctan和PGC-SDD解调算法相比较分别高出10.87 dB、24.19 dB和6.38 dB,同时系统的稳定性得到了提升。该技术有效地促进了光纤传感器领域的技术研究。 展开更多

关键词 光纤传感器 相位生成载波解调 相位调制深度

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基于EFPI膜片纳米级振幅识别的电晕放电检测 被引量：1

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作者 周朕蕊 张国强 +3 位作者 邱宗甲 张萌 李群 郝宝欣 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期4981-4989,共9页

为检测微弱局部放电,评估局部放电严重程度,提出了基于声敏感膜片纳米级振幅解调的光纤非本征型法布里-珀罗(extrinsic Fabry-Perot interferometric,EFPI)超声传感器电晕放电检测的新方法。首先,结合理论分析,设计制作了共振频率为55.5... 为检测微弱局部放电,评估局部放电严重程度,提出了基于声敏感膜片纳米级振幅解调的光纤非本征型法布里-珀罗(extrinsic Fabry-Perot interferometric,EFPI)超声传感器电晕放电检测的新方法。首先,结合理论分析,设计制作了共振频率为55.5 kHz的EFPI探头。然后,研究了可解调纳米级膜片振幅的相位生成载波-反正切算法。基于EFPI探头和相位生成载波-反正切算法搭建EFPI超声传感器,并采用单点声源与点火脉冲发生器对传感器进行标定。EFPI超声传感器对膜片振幅的分辨率不低于0.43 nm,具有良好的响应线性度与超声信号检测能力。最后,将EFPI探头内置于电晕放电试验装置,实现13.86 pC局放量的检测。同时,结合Bootstrap小样本分析法建立膜片振幅与电晕放电发展情况的联系。试验结果表明:膜片振幅大小随放电电压呈指数增长,与局放量随电压变化的趋势相似,即膜片振幅大小与电晕放电严重程度相关。 展开更多

关键词 电晕放电 法布里-珀罗超声传感器 相位生成载波-反正切解调法 膜片振幅 小样本分析

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基于激光干涉的高分辨率精密位移测量研究 被引量：1

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作者 王春梅 张总 王辉 《激光杂志》 CAS 北大核心 2023年第4期97-102,共6页

由于高分辨率精密位移测量过程中调制深度波动和载波相位延迟,导致相位解调中存在误差,致使测量效果较差,测量时间较长,提出基于激光干涉的高分辨率精密位移测量方法。分析激光干涉原理和位移测量原理,获取位移测量误差产生的原因,采用... 由于高分辨率精密位移测量过程中调制深度波动和载波相位延迟,导致相位解调中存在误差,致使测量效果较差,测量时间较长,提出基于激光干涉的高分辨率精密位移测量方法。分析激光干涉原理和位移测量原理,获取位移测量误差产生的原因,采用相位生成载波反正切解调方法解调干涉信号,通过离散卡尔曼滤波修正相位解调后正交信号的幅值和偏置,补偿相位解调误差,实现高分辨率精密位移测量。实验结果表明,所提方法的测量波动均值稳定在±1.5 nm之间,能够有效地稳定测量能力、减小测量误差、缩短测量时间。 展开更多

关键词 激光干涉 高分辨率精密位移测量 相位生成载波解调 相位解调误差补偿 卡尔曼滤波

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