[发明专利]调制变幅宽带微弱信号调理方法及滤光片式近红外水分仪

说明书

本发明属于检测领域。具体为一种调制变幅宽带微弱信号调理方法及滤光片式近红外水分仪，获取滤光片分光式近红外光谱仪的传感器转化而来的幅变宽带直流信号fsubgt;1/subgt;(t)；对幅变宽带直流信号fsubgt;1/subgt;(t)进行放大及幅值解调为幅变宽带交流信号fsubgt;2/subgt;(t)；求解幅变宽带直流信号fsubgt;1/subgt;(t)和的幅变宽带交流信号fsubgt;2/subgt;(t)的k阶傅里叶谐波系数，进行傅里叶系数的幅频转换和相频转换，设计带通滤波器传递函数Hsubgt;k/subgt;(ω)的模与相位需要与Fsubgt;k/subgt;(ω)、的前100次谐波除频率突变点外一致；对信号进行调理和放大，完成信号调理，消除信号直流成分的同时，实现调理前后信号的幅值一致，实现信号在不失真的情况下进行放大。

技术领域

本发明涉及一种高精度、快速的调制变幅宽带信号调理方法，应用于滤光片式光谱仪器时变光强的快速检测。具体为一种调制变幅宽带微弱信号调理方法及滤光片式近红外水分仪。

背景技术

随着传感技术的发展，从现实世界中的物理信号转化而来的微弱电信号组成成分越来越复杂。调制-解调技术在频率成分单一的窄带微弱信号多分量分解、噪声信号提取过程中起到至关重要的作用，具有测量速度快、信噪比高、抗干扰能力强等优点，但该技术只适应于频率成分单一的窄带微弱信号，对于调制装置与分光装置集成为一体的滤光片分光式光谱仪等传感器生成的信号为宽带信号的仪器中却无法应用该技术。在此类滤光片式光谱仪器中，不同中心波长的窄带滤光片安装在斩波器上，在调制的同时，完成光信号的分光，生成不同波长的调制单色光。生成信号的调制频率可控，而信号的幅值与滤光片透光率、光源在此波长的光强有关，该光信号与被测物料反应后由传感器转化为电信号，该电信号不再是单一调制频率的周期信号，对该信号进行频谱分析，该信号频率成分复杂，包括0频、与斩波器转速相同的基频和离散的倍频，属于包含直流分量的幅值周期变化的宽带信号(幅变宽带直流信号)。由于频率成分复杂，在利用窄带滤波放大器对信号直流分量及噪声进行抑制和对信号放大过程中，使信号失真。信号失真原因主要包括：利用窄带滤波器抑制直流分量时，由于宽带信号频率成分的复杂性，不可控的改变其余频率成分，导致信号失真。而如果不消除直流分量，在放大时，会产生信号漂移，导致信号失真。无法在信号不失真的情况下放大此类信号，使得无法对信号进行解调，限制调制-解调技术在此类宽带信号中的应用。

针对调制-解调技术无法拓展应用到宽带信号中的问题，科学研究者进行了大量的科学研究。2010年，Turner R E.Statistical models for natural sounds[M].University College London,2010.根据贝叶斯推理方法，针对宽带信号提出概率幅度解调方法，利用宽带信号的统计信息，计算出宽带信号的调制-解调器，由算法实现信号的调制-解调。Sell G,Slaney M.Solvingdemodulation as an optimization problem,Audio,Speech,and Language Processing[J].IEEE Transactions on,2010,18(8):2051–2066.针对声学宽带信号提出一种凸优化框架调制-解调方法，按照凸优化规则，实现不同带宽下宽带信号的调制解调。2021年，Gabrielaitis M.Amplitude demodulation of widebandsignals[M].2010.针对宽带信号幅值解调问题，提出交替投影迭代算法实现宽带信号的幅值解调问题，该方法能够实现在较差的信号采集条件下，不受信号带宽的影响，实现信号幅值解调。Colominas M A,Wu H T.Decomposing non-Stationary signals with TimeVarying Wave-Shape functions[J].IEEE Transactions on Signal Processing,2021,69:5094-5104.针对由噪声引起的信号频率和幅值时变导致信号非正弦振荡，而使信号解调误差大的问题，提出一种非线性回归调制-解调方法，利用自适应模态分解方法对幅值、频率时变的信号进行调制-解调，获得原信号幅值及频率等信息。