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數字信号處理系統是如何影響整個光纖陀螺測量精度的? 光纖陀螺和光纖水聽器都是利用光學的幹涉原理來實作對信号的高精度測量的

作者:關筱曉

數字信号處理系統是如何影響整個光纖陀螺測量精度的?

光纖陀螺和光纖水聽器都是利用光學的幹涉原理來實作對信号的高精度測量的,由于其本身固有的優點,它們的研究受到人們的極大關注。

例如光纖陀螺雖然也是基于Sagnac效應,但沒有鎖定現象,而且增加光纖環路的長度,就可以大大提高光纖陀螺的測量的靈敏度,并且整個系統體積小、重量輕、安全可靠、成本低廉。

作為光纖陀螺的重要組成部分之一的大動态範圍信号處理技術,解決的好壞将直接影響整個光纖陀螺測量的精度,是以對它的研究具有十分重要的意義。

數字信号處理在工業控制的各個領域都得到了廣泛的應用,與模拟信号處理相比較,數字信号處理的動态範圍寬,信噪比高,系統具有可預見性和更大的靈活性。

虛拟儀器就是在通過計算機上加上一組軟體和相應的接口硬體,使得使用者在操作這台計算機時,就像在操作一台自已設計的專用傳統儀器。

傳統的儀器通常由信号采集、信号分析、信号輸出三部分組成,利用目前高速發展的計算機技術,把上述三部分由一台計算機實作,就稱之為虛拟儀器技術。

系統設計中采用了Win95下的可視化程式設計工具Delphi3 .0,它的可視化開發環境可以讓使用者很容易地開發32位 Windows 應用程式,實作所見即所得,其效率要比其他開發工具的高出很多。

Delphi語言除了支援内嵌式彙編外,還可以支援大數組操作,數組的維數僅由機器的記憶體和虛拟記憶體的大小決定。

這樣,使用者可以利用系統的記憶體進行大量的高速資料處理工作,提高了數字信号系統的響應速度。

TR12S是一塊采用2兆12位ADC和8路高速采樣保持器所組成的8路200 kHz 同步采集卡,當通道數減少時,采樣速率随之提高,卡上具有多種觸發功能和大容量 SRAM可以記錄瞬态信号。

一台微機最多可以插入TR12S卡八塊,組成一台64通道同步采集系統,此卡具有雙時基功能輸入方式為DMA方式或I/0 方式( 由軟體設定)。

卡上的模拟開關和采樣保持器的數目均為8個,8個通道同時采樣保持,但分時轉換。

ADC的最高轉換速率為 2 MHz( tmin = 0.5 ),采樣保持器的建立時間為1,當選擇 8個通道工作時低通道号為0,高通道号為9,其中 0~7 通道為有效通道,可以輸入模拟信号,8 和9 通道為虛拟通道,僅僅為了占用2拍時間供采樣保持器用。

即使隻選用一個通道,卡也要經過 7、8、9三個通道,占用三拍時間,“8253”元件的輸入頻率為 4 MHz,分頻系數N0和N1,均為2至65535。

在使用TR12S高速信号采集卡時,由于該資料采集卡需要将128 k的資料裝滿緩存後才能進行資料的提取工作,是以,需要考慮采樣的時間問題。

當需要較高的系統相應時間時,可以采用換低存貯量的緩存或采用軟體的方法,設定采集資料在緩存中的存貯位置,然後在讀取資料的時候,從相應的緩存位址讀取資料。

鎖相放大器能檢測弱信号,從基本原理看,鎖相放大器和鎖相環是一樣的,都是根據資訊論和随機過程理論得出的一種相關接收技術。

根據信号具有周期性特征而噪聲具有随機性特征這種差别,運用相關運算電路後,電路輸出的信号,噪聲功率比就能得到提高,進而把深埋在噪聲中的信号發掘出來。

鎖相放大器實質上是一種互相關接收技術,接收系統的輸入信号fi( t)是真實的周期性信号S( t) 和噪聲 N( t)的混合物,即 fi( t) = Si( t) + N( t)。

在接收系統中自己産生一個重複頻率與信号相同的,但不含噪聲的參考信号( t) 與輸入信号一起進行互相關運算。

運算結果包含信号的自相關函數 Rs和信号與噪聲的互相關函數 Rsn兩項,由于信号與噪聲互不相關,經無限長時間積分後的Rsn将趨于零,也就是噪聲将趨于零。

在實際測量中,由于積分時間是有限的,噪聲不可能趨于零,但是,積分時間愈長,Rsn愈小。

噪聲衰減得愈厲害,輸出信噪比就愈高,鎖相放大器在電路中用相敏檢波器來完成求互相關運算中的相乘運算。

以微機為基礎的數字相敏檢波(DPSD)是先将模拟信号數字化,再通過軟體對信号進行處理,這種方法具有下列優點:

DPSD具有很大變化範圍的時間常數,幾乎可以不受限制地任意增加,是以,可以使等效噪聲帶寬做到非常窄.進而可以檢測 更微弱的信号。

DPSD用存貯器或寄存器來保持資訊不會因長時間而丢失,進而為測量極低頻信号提供了可能性。

DPSD具有很高的線性度,它是把輸入信号經 A/ D 轉變為數字信号,在處理過程中,除了舍入誤差,計算機不會引入其他誤差。

DPSD具有很好的靈活性,這是計算機所固有的特點,DPSD的算法在數學上可以等價于輸入信号與采樣控制信号的卷積,它可以用離散信号的傅裡葉變換來得到,

高精度數字信号處理系統的功能流程如圖 2。

數字信号處理系統是如何影響整個光纖陀螺測量精度的? 光纖陀螺和光纖水聽器都是利用光學的幹涉原理來實作對信号的高精度測量的
數字信号處理系統是如何影響整個光纖陀螺測量精度的? 光纖陀螺和光纖水聽器都是利用光學的幹涉原理來實作對信号的高精度測量的
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