东南大学 微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室,江苏 南京 210096
数字滤波器是影响海洋重力数据处理成果质量的关键技术之一。该文提出了一种实时正反有限冲击响应(FIR)滤波算法,推导了具有线性相位正反FIR滤波器表达式并设计了实时滤波方案:该算法设计出的滤波器在所有的采样频谱内都满足严格意义上的线性相频特性;基于该算法设计的低通滤波器的阻带衰减大,有利于抑制海洋重力数据中的高频噪声。船载重力试验结果表明,在海洋重力数据处理中上述正反FIR滤波器的滤波器实时性好,滤波效果与事后正反FIR滤波器相当,优于单正向FIR滤波效果。
海洋重力数据处理 实时滤波 正反FIR 线性相频特性 低通滤波 ocean gravity data processing real time filter forward and reverse finite impulse response(FIR) linear phase-frequency characteristics low-pass filtering
1 中北大学仪器与电子学院,山西 太原 030051
2 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心,山西 太原 030051
3 中北大学前沿交叉科学研究院,山西 太原 030051
Overview: Overview: Photoelastic modulator, a high-quality thermo-mechanical coupling device composed of isotropic elastic optical crystal and piezoelectric crystal, is widely used in polarization measurement, spectral measurement, and many other fields. A high-voltage resonant circuit is adopted to generate the periodically changing high voltage amplitude, which is applied to both ends of the piezoelectric crystal to drive the photoelastic modulator to perform forced telescopic vibration, thus generating periodic birefringence. Although the quality factor of the photoelastic modulator is as high as 103, the photoelastic crystal in the photoelastic modulator will vibrate in length under the action of the piezoelectric crystal when driven by the high voltage. In addition, there will be thermal dissipation caused by dielectric loss and mechanical loss, some of which exchange heat with the environment, and the rest will raise the temperature of the photoelastic modulator itself. When the heat exchange between the photoelastic modulator and the external environment is happened before the heat balance, the resonant frequency will be changed, which will lead to the reduction of the modulator driving efficiency and the instability of the modulation amplitude. Standing from the perspective of mechanical point, the system can be equivalent to the vibration model of a damped spring-mass system. The system is an underdamped second-order system, and the modulator can also be equivalent to a RLC series resonant circuit from the electrical perspective. Therefore, when the temperature of the modulator changes, its electrical parameters and resonat will also vary. Therefore, this paper first analyzes the resonant frequency characteristics of the photoelastic modulator from the perspective of electricity, and establishes the equivalent circuit model of the photoelastic modulator and the composite resonant network model with the high-voltage resonant drive circuit. Meanwhile, the resonant network is analyzed, and the results show that when the phoyoelastic is in the resonant state, the modulator impedance and the inductance voltage amplitude of the high-voltage resonant circuit are both the smallest. Therefore, this paper designs a control and test system based on field programmable gate array (FPGA) by combining the above mentioned characteristic and applying the amplitude and frequency characteristics of the resonant network. FPGA completes the measurement of the inductance voltage amplitude and the demodulation of the photoelastic modulation signal through the digital phase-locked amplifier. After obtaining the inductance voltage amplitude, the real-time tracking of the minimum value of the inductance voltage amplitude can be obtained by FPGA, so that the tracking of the resonant frequency of the photoelastic modulator can be realized. By demodulating the modulated signal, the calibration optical path system of the photoelastic modulator is also capable of measuring the modulation amplitude of the modulator. Finally, this paper successfully builds the test system, and conducts the frequency sweep test to verify the feasibility of the resonance tracking system. The resonance tracking tests on the modulator are implemented at room temperature - 20℃ & 80℃ respectively. The results show that the test meets the requirements, and the maximum standard deviation of modulation amplitude is lower than 0.83% rad.
弹光调制器 频率跟踪 相位调制幅度 幅频特性 photoelastic modulator frequency tracking phase modulation amplitude amplitude-frequency characteristics
强激光与粒子束
2023, 35(5): 052001
1 上海工程技术大学材料科学与工程学院,上海 201620
2 上海市激光先进制造技术协同创新中心,上海 201620
3 上海交通大学材料科学与工程学院,上海 200240
4 大族激光科技产业集团股份有限公司,广东 深圳 518052
焊缝熔透状态是定量评价激光焊接质量最重要的指标之一,实时准确识别焊缝的熔透状态是动态激光焊接过程监测和控制的关键。针对铝合金薄壁件的脉冲激光焊接,本文提出了基于声波时频特性和深度学习的焊缝熔透定量评估新方法。首先,搭建视觉‐声发射多信息实时同步传感系统平台,获取反映匙孔动态行为的视觉图像和声波信号,并对声波信号进行分帧和小波包阈值去噪预处理;然后,使用平滑伪魏格纳维利分布(SPWVD)提取各帧声波信号的时频域图像,同时引入灰度共生矩阵(GLCM)提取时频域纹理特征,并将提取的纹理特征送入反向传播神经网络(BPNN)进行预测;最终,以SPWVD声波时频图为原始输入,构建基于卷积神经网络(CNN)的焊缝熔透分类模型。结果表明:声波时频图与匙孔动态行为、焊缝熔透状态具有高度相关性;相比于准确率为85%的传统BPNN分类模型,基于SPWVD时频图的CNN分类模型有着更高的准确率(98.8%)。所提定量评估新方法为铝合金薄壁件脉冲激光焊接熔透的在线智能诊断与自适应控制提供了参考。
激光技术 脉冲激光焊 声波时频特性 熔透评估 平滑伪魏格纳维利分布 卷积神经网络
1 北京市公安局治安管理总队,北京 100088
2 北京市公安局密云分局,北京 101500
3 北京铁科特种工程技术有限公司,北京 100081
为消除废旧爆炸物品的安全隐患, 确保首都公共安全, 北京市公安机关对收缴的198枚废旧炮弹进行集中销毁。对废旧爆炸物品的甄别及其销毁方法、销毁场地的选择和爆炸坑设计、销毁爆破参数设计、废旧炮弹的装卸与运输等关键环节进行分析与评估, 通过现场振动监测得到销毁爆破的振动传播规律, 并利用HHT法对实测振动数据进行时频特性分析。结果表明, 预估废旧炮弹的等效TNT当量为47.72 kg, 废弃矿坑作为废旧炮弹爆炸销毁场地具有天然的地形条件优势, 紧邻边坡岩壁合理布置爆炸坑, 采用坑间5 ms延时爆破方式, 确保了销毁爆破安全顺利完成和有害效应限界控制; 销毁爆破产生的地震波具有传播速度小、衰减慢、频率低的特点, 与地下钻孔爆破相比, 浅埋深爆破条件下的K、α明显偏小, 优势频率主要分布在4~20 Hz低频段, 主振频率随着距离的增加有微弱减小的趋势, 空气冲击波容易引起近爆区测点的振动波形的振幅和频率产生突变现象。此次销毁爆破设计施工及振动监测分析, 可为类似工程提供借鉴与参考。
废旧炮弹 爆炸销毁 传播规律 时频特性 HHT变换 waste shells explosive destruction propagation law time frequency characteristics HHT transform
光学 精密工程
2022, 30(23): 3058
从信号处理角度考察 Lubich系数,分析了 Lubich系数的频域特性。设计了一种基于快速傅里叶逆变换(IFFT)的 Lubich系数的快速算法。IFFT算法直接求解的 Lubich系数不准确,在甚低阶运算时频域存在吉布斯效应,新算法利用零频赋值可有效减弱该效应。数值仿真结果表明,与 Lubich准确系数相比,在一定真分数运算阶范围内,新算法求得的 Lubich近似系数构建数字分数微分器有更好的效果,且新算法计算复杂度低,运算效率高。
分数阶导数 滤波函数 高阶逼近 频域特性 计算复杂度 fractional derivative filter function high-order approximation frequency characteristics computational complexity 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(6): 608
针对复杂电磁环境下雷达对干扰信号的分类识别问题, 研究了噪声干扰、密集假目标干扰、复合干扰信号的时域、频域特征, 通过对不同特征参数进行对比分析, 选取了区别度较大的参数组成识别特征向量, 构建了一种支持向量机(SVM)识别结构, 并进行了分类识别仿真分析。结果表明: 该识别结构特征参数提取简捷、运算速度快, 对噪声干扰、密集假目标干扰、组合干扰具有较高的识别概率, 具有一定的应用前景。
雷达对抗 压制干扰 分类识别 时频特性 radar countermeasure suppression interference classification and recognition time-frequency characteristics SVM SVM
哈尔滨理工大学 电气与电子工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150080
为解决非本征光纤法布里-珀罗(Extrinsic Fiber Fabry-Perot Interferometor, EFPI)在电力变压器内体绝缘安装困难且易损坏的问题, 设计了高灵敏度的EFPI传感器, 提出采用油腔结构的变压器油箱壁外置式安装方法。在阐述EFPI传感和液气介质下膜片振动原理的基础上, 分析了传感器检测灵敏度与其法-珀腔膜片尺寸的关系, 设计EFPI传感器法-珀腔膜片尺寸并制备传感器。然后, 设计外置油腔耦合结构, 采用压电陶瓷(Piezoelectric, PZT)声发射传感器构建EFPI传感器性能测试系统, 测得EFPI传感器的幅频特性和检测灵敏度。最后, 使用板-板电极和变压器实体模型搭建局放检测系统, 外置EFPI传感器与PZT传感器同时探测电极局放信号。实验结果表明: EFPI传感器的一阶固有谐振频率为113 kHz, 静压灵敏度为7.5 nm/kPa, 外置油腔耦合结构EFPI传感器局放超声信号的检测灵敏度高于传统的PZT传感器。外置结构可有效保护传感器膜片, 降低安装难度, 且避免了EFPI传感器置于变压器绝缘高场强度区域带来的安全隐患。
光纤传感器 法布里-珀罗传感器 局放超声检测 外置耦合 幅频特性 optical fiber sensor Fabry-Perot sensor partial discharge ultrasonic detection external coupling amplitude-frequency characteristics