纖隔離器222工作波長(zhǎng)1550nm±5nm，插入損耗彡1.0dB(23°C工作溫度 時(shí)），回波損耗彡55dB ;
[0101] (3)第一 I X 2耦合器211，第二I X 2耦合器223，第三I X 2耦合器224，工作波長(zhǎng) 1550nm&1310nm，分光比 50. 5% /49. 5%，兩路插入損耗分別為 3. 03dB，3. 12dB ;
[0102] (4)用于加載標(biāo)定信號(hào)的壓電陶瓷尺寸為24mm，電容22nF，耐壓幅度0~120V ;
[0103] (5) 3X3耦合器221工作波長(zhǎng)1550nm，使用3X3耦合器的1端口與3端口輸入，1 端口輸入對(duì)應(yīng)3路輸出分光比為（34. 9%，33.6%，31.5%)，3端口輸入對(duì)應(yīng)3路輸出分光 比為（31. 8%，35· 7%，32· 5% );
[0104] (6)光纖衰減器222工作波長(zhǎng)1550nm&1310nm，接頭類型FC/PC，衰減值可調(diào)1~ 30dB ；
[0105] (7)光電探測(cè)器231為InGaAs型光電探測(cè)器，連接模式屬于尾纖式FC/PC，工作波 長(zhǎng)為IlOOnm~1650nm，光強(qiáng)響應(yīng)度R = 0. 85A/W，電容為0. 35pF ;
[0106] (8)差分探測(cè)器235為ADI公司低壓差軌對(duì)軌運(yùn)算放大器ADA4610-2,工作電壓 ±4. 5V~±15V，靜態(tài)偏置電流5pA，低噪聲7. 3nV/ V HzOlkHz ;
[0107] (9)放大器24用于放大轉(zhuǎn)換后的光電壓信號(hào)，工作帶寬為200kHz，工作過程包括 使用MSP430單片機(jī)采集信號(hào)幅度，調(diào)節(jié)信號(hào)增益，保證信號(hào)幅度并不會(huì)飽和；
[0108] (10)采集模塊254為NI-6366采集卡，采樣率為2Mbps，3路同步采集，輸入電壓幅 度±l〇V，采樣時(shí)鐘為采集卡內(nèi)部時(shí)鐘，三路同步誤差小于10ns，輸入電阻20kΩ ;
[0109] (11)光源調(diào)制器252為功率放大器，使用AD公司的AD8040軌對(duì)軌功率放大器，工 作電壓2. 7V~12V，工作帶寬125MHz，最大輸出電流200mA，負(fù)載電容15pF;
[0110] PGC算法伴生調(diào)幅效應(yīng)抑制測(cè)試具體過程為：
[0111] (1)壓電陶瓷產(chǎn)生標(biāo)定信號(hào)幅度應(yīng)大于rad，此時(shí)加載Srad大小的相位變化，信 號(hào)頻率為97Hz，可以進(jìn)行橢圓擬合校正；
[0112] (2)光源調(diào)制器產(chǎn)生載波信號(hào)，此時(shí)可以測(cè)得伴生調(diào)幅產(chǎn)生紋波大小為峰峰值 〇. 8V，干涉信號(hào)峰峰值大小為4V，所以可以算出伴生調(diào)幅系數(shù)m = 0. 2 ;
[0113] (3)PGC采集信號(hào)得到包含有直流偏置的干涉信號(hào)，信號(hào)峰峰值為4V，直流偏置為 2V左右；
[0114] (4)使用第一路FPS信號(hào)171和第二路FPS信號(hào)172做橢圓擬合校正，求得橢圓參 數(shù)為：
[0115] 橢圓軸長(zhǎng)a = 2. 04 b = 2. 01橢圓圓心位置h = -0. 007、k = 0. 06橢圓相位差δ =1. 4。
[0116] 使用以上參數(shù)對(duì)輸入信號(hào)做擬合校正，得到正交曲線，并用數(shù)字反正切程序求解 相位；
[0117] (5)如圖5所示，使用橢圓擬合校正算法之后的解調(diào)結(jié)果明顯降低了諧波幅度，其 中偶次諧波抑制明顯；使用橢圓擬合校正前諧波失真率為3. 9%，使用橢圓擬合校正后諧 波失真被抑制到0. 04%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種改進(jìn)的生成載波相位PGC解調(diào)方法，用干涉儀后端的3 X 3耦合器輸出的第一路 固定相移FPS信號(hào)和第二路FPS信號(hào)進(jìn)行FPS算法相位解調(diào)；第一路PGC信號(hào)采用相位生 成載波算法進(jìn)行解調(diào)，最后將兩種算法解調(diào)結(jié)果進(jìn)行合理融合；PGC算法中增加PGC橢圓擬 合校正模塊，F(xiàn)PS算法中增加FPS橢圓擬合校正模塊分別實(shí)現(xiàn)對(duì)伴生調(diào)幅效應(yīng)的抑制；同時(shí) 以被測(cè)相位的幅度和頻率乘積作為算法選擇的判定條件，完成PGC算法和FPS算法的融合， 解調(diào)算法包含載波設(shè)定模塊，PGC鎖相模塊，PGC橢圓擬合校正模塊，PGC數(shù)字反正切模塊， FPS數(shù)據(jù)截取模塊，F(xiàn)PS橢圓擬合校正模塊，F(xiàn)PS數(shù)字反正切模塊，數(shù)據(jù)融合模塊組成： (1) 系統(tǒng)首先運(yùn)行載波設(shè)定模塊，其中載波輸出子模塊產(chǎn)生頻率為20kHz~2MHz的正 弦信號(hào)給光源調(diào)制器，調(diào)制幅度根據(jù)光源狀態(tài)設(shè)置為/2rad到rad之間并維持干涉條 紋穩(wěn)定即可，調(diào)制后的光注入到干涉儀中；干涉儀后端的放大電路連接至數(shù)據(jù)采集子模塊， 采樣率根據(jù)載波信號(hào)頻率設(shè)定為IOOkbps~10Mbps，得到第一路PGC信號(hào)，第一路FPS信號(hào) 和第二路FPS信號(hào)； (2) PGC鎖相模塊中，本地產(chǎn)生的基頻信號(hào)與倍頻信號(hào)以及第一路PGC信號(hào)分別同時(shí)經(jīng) 過第一鎖相子模塊、第二鎖相子模塊，消除干涉信號(hào)中的載波成分，提取被測(cè)量信號(hào)的正弦 分量，余弦分量，補(bǔ)償光纖，電路以及光源產(chǎn)生的非線性相移，附加相位差，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)與 載波頻率選取鎖相點(diǎn)數(shù)為每周期100~100000個(gè)點(diǎn)； (3) PGC橢圓擬合校正模塊用于校正PGC鎖相模塊輸出的正弦分量，余弦分量，校正參 數(shù)更新與否取決于低通濾波器的輸出結(jié)果，即被測(cè)信號(hào)的時(shí)域幅度； (4) PGC橢圓擬合校正模塊輸出結(jié)果經(jīng)過PGC數(shù)字反正切模塊得到PGC解調(diào)結(jié)果，數(shù)字 反正切精度根據(jù)實(shí)際情況在2 JT周期內(nèi)選取4096~12864個(gè)點(diǎn)，PGC解調(diào)結(jié)果送入PGC數(shù) 據(jù)緩存中； (5) FPS數(shù)據(jù)截取模塊用于將第一路FPS信號(hào)與第二路FPS信號(hào)分段，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)不 同，選取包含1~10個(gè)載波周期的時(shí)域信號(hào)作為一個(gè)數(shù)據(jù)包，送入FPS橢圓擬合校正模塊 消除伴生調(diào)幅； (6) FPS橢圓擬合校正模塊將數(shù)據(jù)包形式的第一路FPS信號(hào)與第二路FPS信號(hào)校正為標(biāo) 準(zhǔn)正交信號(hào)； (7) FPS橢圓擬合校正模塊輸出至FPS數(shù)字反正切模塊，求解出被測(cè)信號(hào)并輸出至FPS 數(shù)據(jù)緩存中，信號(hào)包含兩個(gè)成分，調(diào)制光源信號(hào)與利用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器及壓電陶瓷環(huán)加載 的標(biāo)定信號(hào)； (8) 數(shù)據(jù)融合模塊根據(jù)被測(cè)相位的幅度和頻率乘積大小選取PGC解調(diào)輸出或FPS解調(diào) 輸出作為解調(diào)結(jié)果； 所述的PGC橢圓擬合校正模塊，修正非線性相移，PGC橢圓擬合校正算法需要滿足信號(hào) 相位變化大于rad，PGC橢圓擬合校正算法判定條件由FPS數(shù)字反正切模塊提供，若低通 濾波器輸出結(jié)果相位變化大于rad時(shí)，啟動(dòng)PGC橢圓擬合校正模塊，使用正弦分量，余弦 分量構(gòu)造PGC橢圓矩陣，并通過PGC橢圓矩陣求解PGC橢圓參數(shù)，該參數(shù)用于PGC數(shù)據(jù)校 正；若低通濾波器輸出結(jié)果相位變化小于rad則不進(jìn)行橢圓參數(shù)更新，利用之前參數(shù)進(jìn) 行PGC數(shù)據(jù)校正； 所述的FPS數(shù)據(jù)截取模塊，選取時(shí)域信號(hào)進(jìn)行處理，保證數(shù)據(jù)段內(nèi)包含rad的相位變 化，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)選取1~10個(gè)調(diào)制波周期信號(hào)； 所述的FPS橢圓擬合校正模塊輸入信號(hào)相位變化大于rad，根據(jù)載波輸出子模塊調(diào) 制幅度為/2rad到Jr rad，使用FPS數(shù)據(jù)截取模塊的輸出結(jié)果構(gòu)造FPS橢圓矩陣，利用矩 陣求解FPS橢圓參數(shù)，使用FPS橢圓參數(shù)進(jìn)行FPS數(shù)據(jù)校正； 所述的數(shù)據(jù)融合模塊根據(jù)被測(cè)相位的幅度和頻率乘積大小選取PGC算法與FPS算法最 優(yōu)輸出結(jié)果作為系統(tǒng)的最終結(jié)果，F(xiàn)PS數(shù)字反正切模塊輸出結(jié)果經(jīng)過低通濾波器分離光源 調(diào)制載波信號(hào)與標(biāo)定信號(hào)，其中低通濾波器參數(shù)根據(jù)載波信號(hào)參數(shù)選擇，包括濾波器的通 帶頻率為IOkHz~IMHz之間，衰減速度至少為60dB~120dB，F(xiàn)PS解調(diào)結(jié)果放入FPS數(shù)據(jù) 緩存中；PGC數(shù)字反正切模塊結(jié)果放入PGC數(shù)據(jù)緩存中，結(jié)果判定子模塊讀取這兩個(gè)緩存數(shù) 據(jù)； 所述輸出結(jié)果判定子模塊，由數(shù)據(jù)讀取模塊，頻譜計(jì)算模塊，輸出選擇模塊組成： 數(shù)據(jù)讀取模塊中進(jìn)行讀取PGC緩存，讀取FPS緩存操作，得到PGC數(shù)據(jù)與FPS數(shù)據(jù)； PGC數(shù)據(jù)經(jīng)過傅里葉變換子模塊得到PGC頻率數(shù)據(jù)，PGC幅度數(shù)據(jù)與PGC頻率數(shù)據(jù)同時(shí) 輸入乘法器； 輸出選擇模塊根據(jù)PGC幅度數(shù)據(jù)與PGC頻率數(shù)據(jù)乘積大小，載波信號(hào)頻率做出判斷， 系統(tǒng)載波為10MHz，乘積值小于IradOlOMHz時(shí)，使用PGC數(shù)據(jù)作為解調(diào)結(jié)果，乘積值大于 IradOlOMHz時(shí)，使用FPS數(shù)據(jù)作為解調(diào)結(jié)果。
【專利摘要】本發(fā)明設(shè)計(jì)屬于光纖干涉儀測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及到一種改進(jìn)的生成載波相位PGC解調(diào)方法。改進(jìn)的生成載波相位PGC解調(diào)方法，用干涉儀后端的3×3耦合器輸出的第一路固定相移FPS信號(hào)和第二路FPS信號(hào)進(jìn)行FPS算法相位解調(diào)；第一路PGC信號(hào)采用相位生成載波算法進(jìn)行解調(diào)，最后將兩種算法解調(diào)結(jié)果進(jìn)行合理融合。本發(fā)明將基于3×3耦合器的固定相移法與PGC算法相結(jié)合，使用PGC算法解調(diào)低頻小信號(hào)，使用FPS算法輸出高頻大信號(hào)，這樣可以在保持原有的采樣率的情況下提高系統(tǒng)的相位分辨率，增大動(dòng)態(tài)范圍最終實(shí)現(xiàn)保持采樣率不變的情況下，增加相位分辨率與動(dòng)態(tài)范圍，消除伴生調(diào)幅影響。
【IPC分類】G01D5/26
【公開號(hào)】CN105157733
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510293444
【發(fā)明人】楊軍, 侯璐, 彭峰, 苑勇貴, 吳冰, 苑立波
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年6月2日