相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)可以有效地检测光纤的振动信息,但受传感光纤长度的限制,可检测的振动频率范围一般在几百赫兹到几千赫兹之间。为了提高振动检测范围,组建了基于外差相干检测的φ-OTDR系统,采用I/Q解调方法获得传感光纤散射光信号的相位信息,对此相位信息在空间域与时域上相继进行差分相位解调,从而实现对光纤中高频振动信号的分布式检测。理论上分析了高频振动检测方案的可行性,并在实验中有效解调出了频率为500 kHz的振动信号,传感距离达到了23 km。

研究了基于3×3耦合器的光纤马赫-曾德尔干涉仪的三路输出干涉信号的特点,针对相位衰落问题,提出了一种根据所得的正交信号来判断反馈正负性的方案。实验通过LabVIEW软件来实现正交信号的获得及反馈输出信号的处理。测量和分析得到了直接输出反馈信号时会出现干涉信号短暂偏离稳定点的情况,整个过程的时间约为35 ms,而采用所提反馈正负判断方案后,相位稳定所需时间约为18 ms。通过一个光纤准直聚焦系统把光入射到被测物体表面并接收反射光,探测到了与输入信号频率一致的1.5 MHz的高频振动信号。验证了正负反馈判断方案及设计干涉系统的可行性和有效性。

讨论了旋翼直升机高频振动时产生的质量不平衡力矩对航空光电稳定平台性能的影响。基于传统光电稳定平台电流反馈、速度反馈、位置反馈的三闭环控制系统提出了一种基于系统模型的质量不平衡力矩前馈补偿方法。该方法通过标定平台质量偏心, 利用加速度传感器获取平台加速度信号来对平台的质量不平衡力矩进行前馈补偿, 实现对平台质量不平衡力矩的抑制, 提高光电稳定平台的扰动抑制能力。实验结果表明: 相对于传统三闭环控制系统, 引入前馈补偿后系统的扰动隔离度至少提高了6.4 dB; 相对于利用扰动观测器对质量不平衡力矩进行补偿的传统补偿方案, 引入前馈补偿的光电稳定平台系统不仅在低频段补偿效果提升约12.9 dB, 而且克服了扰动观测器在高频时不能补偿质量不平衡力矩带来的影响, 使平台在全频段的扰动隔离度都大幅提高, 视轴能更好地稳定在惯性空间内, 具有较高的实用性和使用价值。

超短脉冲激光烧蚀靶材产生的冲量耦合效应在激光烧蚀微推力器、激光清除空间碎片等航天应用中有广泛的应用前景, 而高精度的冲量测量方法是研究冲量耦合效应的必须手段。采用基于激光干涉法的扭摆系统测量激光烧蚀靶材产生的冲量, 并构建测量系统。研究扭摆系统纵轴振动和初始误差角对冲量测量产生的影响, 扭摆系统纵轴高频振动导致了激光干涉条纹间距出现不均匀现象; 此外, 扭摆初始误差角越大, 明条纹出现时间将前移, 条纹数目变大, 导致测量系统精度不高。通过建立的附加高频振动和初始误差角的误差分析模型, 提出了基于最小二乘法的实验数据分析方法, 该方法能够有效滤除高频测量噪声, 解决了冲量测量精度不高的问题, 进一步完善了冲量测量方法。

提出了一种耦合型高频光纤振动传感器, 并设计了相应的解调电路和信号处理系统。对高频振动信号的响应波形和频率进行了测量, 研究了光纤传感器对不同的振动强度和不同方向的振动信号的响应, 分析了不同结构和不同材质的传输介质对光纤传感器测量结果的影响。实验证明所设计的耦合型高频光纤振动传感器截止频率达到8 kHz, 振幅测量灵敏度为325 mV/mm, 频率和幅值响应误差小于1％。