信號處理系統
發布時間:2016/2/16 19:15:42 訪問次數:1071
激光多普勒信號是非常復雜的。由于流速起伏,所以頻率在一定范圍內起伏變化, DS1338C-33是一個變頻信號。因粒子的尺寸及濃度不同,散射光強發生變化,則頻移的幅值也按一定的規律變化。粒子是離散的,每個粒子通過測量區又是隨機的,故波形有斷續且隨機變化。網時,光學系統、光電檢測器及電子線路存在噪聲,加上外界環境因素的干擾,信號中伴隨許多噪聲。信號處理系統的任務是從這些復雜的信號中提取那些反映流速的真實信息,傳統的測頻儀很難滿足要求。現已有多種多普勒信號處理方法,如頻譜分析法、頻率跟蹤法、頻率計數法、濾波器組分析法、光子計數相關法及掃描干涉法等。下面介紹使用最廣泛的頻率跟蹤法及發展較快的頻率計數法。
頻率跟蹤法能使信號在很寬的頻帶范圍內(2.25 kHz~15 MHz)得到均勻放大,并能實現窄帶濾波,從而提高了信噪比。它輸出的頻率量可直接用頻率計顯示平均流速。輸出的模擬電壓與流速成正比,能夠給出瞬時流速以及流速隨時間變化的過程,配合均方根電壓表可測湍流速度。
圖10.28所示是頻率跟蹤器電路方框圖。受頻率調制的光信號在光電檢測器中進行光混頻后,拍頻信號經前置寬帶放大器形成具有一定強度的初始多普勒信號,初始多普勒信號先經濾波器除去低頻分量和高頻噪聲,成為頻移信號fD,它和來自電壓控制振蕩器14的信號fvco同時輸入電子混頻器2中,混頻器起頻率相減作用,混頻后得出中頻信號f= fD-fvco,中頻.廠輸入中心頻率為fo的調諧中頻放大器3中烈進行放大,廠和fo大致相同。將放大后的幅度變化的中頻信號/送入限幅器4,經整形變成幅度相同的方波。限幅器本身具有一定的門限值,能去掉低于門限電平的信號和噪聲,然后將方波送入鑒頻器5。鑒頻器給出直流分量大小正比于中頻頻偏鏟- fo)的電壓值,此直流信號經時間常數為To的RC積分器11平滑作用后,再經直流放大器12適當放大,作為控制電壓反饋到壓控振蕩器14,形成頻率跟蹤閉環回路,使壓控振蕩器的頻率緊緊地跟蹤在輸入的多普勒信號頻率上。壓控振蕩器的頻率反映平均流速大小,壓控振蕩器的控制電壓U反映流體的瞬時速度。
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激光多普勒信號是非常復雜的。由于流速起伏,所以頻率在一定范圍內起伏變化, DS1338C-33是一個變頻信號。因粒子的尺寸及濃度不同,散射光強發生變化,則頻移的幅值也按一定的規律變化。粒子是離散的,每個粒子通過測量區又是隨機的,故波形有斷續且隨機變化。網時,光學系統、光電檢測器及電子線路存在噪聲,加上外界環境因素的干擾,信號中伴隨許多噪聲。信號處理系統的任務是從這些復雜的信號中提取那些反映流速的真實信息,傳統的測頻儀很難滿足要求。現已有多種多普勒信號處理方法,如頻譜分析法、頻率跟蹤法、頻率計數法、濾波器組分析法、光子計數相關法及掃描干涉法等。下面介紹使用最廣泛的頻率跟蹤法及發展較快的頻率計數法。
頻率跟蹤法能使信號在很寬的頻帶范圍內(2.25 kHz~15 MHz)得到均勻放大,并能實現窄帶濾波,從而提高了信噪比。它輸出的頻率量可直接用頻率計顯示平均流速。輸出的模擬電壓與流速成正比,能夠給出瞬時流速以及流速隨時間變化的過程,配合均方根電壓表可測湍流速度。
圖10.28所示是頻率跟蹤器電路方框圖。受頻率調制的光信號在光電檢測器中進行光混頻后,拍頻信號經前置寬帶放大器形成具有一定強度的初始多普勒信號,初始多普勒信號先經濾波器除去低頻分量和高頻噪聲,成為頻移信號fD,它和來自電壓控制振蕩器14的信號fvco同時輸入電子混頻器2中,混頻器起頻率相減作用,混頻后得出中頻信號f= fD-fvco,中頻.廠輸入中心頻率為fo的調諧中頻放大器3中烈進行放大,廠和fo大致相同。將放大后的幅度變化的中頻信號/送入限幅器4,經整形變成幅度相同的方波。限幅器本身具有一定的門限值,能去掉低于門限電平的信號和噪聲,然后將方波送入鑒頻器5。鑒頻器給出直流分量大小正比于中頻頻偏鏟- fo)的電壓值,此直流信號經時間常數為To的RC積分器11平滑作用后,再經直流放大器12適當放大,作為控制電壓反饋到壓控振蕩器14,形成頻率跟蹤閉環回路,使壓控振蕩器的頻率緊緊地跟蹤在輸入的多普勒信號頻率上。壓控振蕩器的頻率反映平均流速大小,壓控振蕩器的控制電壓U反映流體的瞬時速度。
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