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数字信号处理系统是如何影响整个光纤陀螺测量精度的? 光纤陀螺和光纤水听器都是利用光学的干涉原理来实现对信号的高精度测量的

作者:关筱晓

数字信号处理系统是如何影响整个光纤陀螺测量精度的?

光纤陀螺和光纤水听器都是利用光学的干涉原理来实现对信号的高精度测量的,由于其本身固有的优点,它们的研究受到人们的极大关注。

例如光纤陀螺虽然也是基于Sagnac效应,但没有锁定现象,而且增加光纤环路的长度,就可以大大提高光纤陀螺的测量的灵敏度,并且整个系统体积小、重量轻、安全可靠、成本低廉。

作为光纤陀螺的重要组成部分之一的大动态范围信号处理技术,解决的好坏将直接影响整个光纤陀螺测量的精度,所以对它的研究具有十分重要的意义。

数字信号处理在工业控制的各个领域都得到了广泛的应用,与模拟信号处理相比较,数字信号处理的动态范围宽,信噪比高,系统具有可预见性和更大的灵活性。

虚拟仪器就是在通过计算机上加上一组软件和相应的接口硬件,使得使用者在操作这台计算机时,就像在操作一台自已设计的专用传统仪器。

传统的仪器通常由信号采集、信号分析、信号输出三部分组成,利用当前高速发展的计算机技术,把上述三部分由一台计算机实现,就称之为虚拟仪器技术。

系统设计中采用了Win95下的可视化编程工具Delphi3 .0,它的可视化开发环境可以让用户很容易地开发32位 Windows 应用程序,实现所见即所得,其效率要比其他开发工具的高出很多。

Delphi语言除了支持内嵌式汇编外,还可以支持大数组操作,数组的维数仅由机器的内存和虚拟内存的大小决定。

这样,用户可以利用系统的内存进行大量的高速数据处理工作,提高了数字信号系统的响应速度。

TR12S是一块采用2兆12位ADC和8路高速采样保持器所组成的8路200 kHz 同步采集卡,当通道数减少时,采样速率随之提高,卡上具有多种触发功能和大容量 SRAM可以记录瞬态信号。

一台微机最多可以插入TR12S卡八块,组成一台64通道同步采集系统,此卡具有双时基功能输入方式为DMA方式或I/0 方式( 由软件设定)。

卡上的模拟开关和采样保持器的数目均为8个,8个通道同时采样保持,但分时转换。

ADC的最高转换速率为 2 MHz( tmin = 0.5 ),采样保持器的建立时间为1,当选择 8个通道工作时低通道号为0,高通道号为9,其中 0~7 通道为有效通道,可以输入模拟信号,8 和9 通道为虚拟通道,仅仅为了占用2拍时间供采样保持器用。

即使只选用一个通道,卡也要经过 7、8、9三个通道,占用三拍时间,“8253”组件的输入频率为 4 MHz,分频系数N0和N1,均为2至65535。

在使用TR12S高速信号采集卡时,由于该数据采集卡需要将128 k的数据装满缓存后才能进行数据的提取工作,所以,需要考虑采样的时间问题。

当需要较高的系统相应时间时,可以采用换低存贮量的缓存或采用软件的方法,设定采集数据在缓存中的存贮位置,然后在读取数据的时候,从相应的缓存地址读取数据。

锁相放大器能检测弱信号,从基本原理看,锁相放大器和锁相环是一样的,都是根据信息论和随机过程理论得出的一种相关接收技术。

根据信号具有周期性特征而噪声具有随机性特征这种差别,运用相关运算电路后,电路输出的信号,噪声功率比就能得到提高,从而把深埋在噪声中的信号发掘出来。

锁相放大器实质上是一种互相关接收技术,接收系统的输入信号fi( t)是真实的周期性信号S( t) 和噪声 N( t)的混合物,即 fi( t) = Si( t) + N( t)。

在接收系统中自己产生一个重复频率与信号相同的,但不含噪声的参考信号( t) 与输入信号一起进行互相关运算。

运算结果包含信号的自相关函数 Rs和信号与噪声的互相关函数 Rsn两项,由于信号与噪声互不相关,经无限长时间积分后的Rsn将趋于零,也就是噪声将趋于零。

在实际测量中,由于积分时间是有限的,噪声不可能趋于零,但是,积分时间愈长,Rsn愈小。

噪声衰减得愈厉害,输出信噪比就愈高,锁相放大器在电路中用相敏检波器来完成求互相关运算中的相乘运算。

以微机为基础的数字相敏检波(DPSD)是先将模拟信号数字化,再通过软件对信号进行处理,这种方法具有下列优点:

DPSD具有很大变化范围的时间常数,几乎可以不受限制地任意增加,所以,可以使等效噪声带宽做到非常窄.从而可以检测 更微弱的信号。

DPSD用存贮器或寄存器来保持信息不会因长时间而丢失,从而为测量极低频信号提供了可能性。

DPSD具有很高的线性度,它是把输入信号经 A/ D 转变为数字信号,在处理过程中,除了舍入误差,计算机不会引入其他误差。

DPSD具有很好的灵活性,这是计算机所固有的特点,DPSD的算法在数学上可以等价于输入信号与采样控制信号的卷积,它可以用离散信号的傅里叶变换来得到,

高精度数字信号处理系统的功能流程如图 2。

数字信号处理系统是如何影响整个光纤陀螺测量精度的? 光纤陀螺和光纤水听器都是利用光学的干涉原理来实现对信号的高精度测量的
数字信号处理系统是如何影响整个光纤陀螺测量精度的? 光纤陀螺和光纤水听器都是利用光学的干涉原理来实现对信号的高精度测量的
数字信号处理系统是如何影响整个光纤陀螺测量精度的? 光纤陀螺和光纤水听器都是利用光学的干涉原理来实现对信号的高精度测量的
数字信号处理系统是如何影响整个光纤陀螺测量精度的? 光纤陀螺和光纤水听器都是利用光学的干涉原理来实现对信号的高精度测量的
数字信号处理系统是如何影响整个光纤陀螺测量精度的? 光纤陀螺和光纤水听器都是利用光学的干涉原理来实现对信号的高精度测量的
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