專(zhuān)利名稱(chēng)：干涉型光纖傳感器pgc數(shù)字解調(diào)方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及干涉型光纖傳感器的技術(shù)，特別涉及干涉型光纖傳感器的PGC數(shù)字解調(diào)技術(shù)。
背景技術(shù)：
一般而言，干涉型光纖傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一雙光束干涉儀，其輸出的干涉光總強(qiáng)度信號(hào)為IT(t)，It(t)滿(mǎn)足下列余弦函數(shù)關(guān)系式= J +，其中，A 和B分別代表干涉光的直流背景參數(shù)和對(duì)比度參數(shù)…⑴為干涉儀參考臂與信號(hào)臂之間的相位差，識(shí)(0包括兩臂初始相位差外，傳感信號(hào)引起的相移外和各種噪聲引入的相移 <Pn，即識(shí)⑴灼+辦。因?yàn)榄h(huán)境溫度、壓力、振動(dòng)等外部條件，以及激光光源的相位抖動(dòng)等因素，會(huì)引起相位差識(shí)(0出現(xiàn)隨機(jī)漂移，導(dǎo)致干涉光強(qiáng)iT(t)會(huì)隨機(jī)漲落，特別當(dāng) ψ{ ) = φ0+φ8+φΝ= wv時(shí)，干涉型光纖傳感器工作在最不靈敏的區(qū)域，輸出信號(hào)It⑴完全消隱，出現(xiàn)所謂的相位衰落現(xiàn)象。因此，實(shí)用的干涉型光纖傳感器必須采用信號(hào)解調(diào)技術(shù)， 才能消除環(huán)境噪聲的影響，從而準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)物理量的傳感。相位生成載波(Phase Generator Carrier, PGC)是一種常用的解調(diào)技術(shù)，PGC在干涉儀參考光路引入相位調(diào)制器，并對(duì)該相位調(diào)制器加以頻率為的余弦載波驅(qū)動(dòng)電壓， 使參考光的相位附加一個(gè)變化外=Mc cos( c/)，其中M。為相位調(diào)制深度。則其輸出的干涉光總強(qiáng)度信號(hào)It⑴改為/#) = j + 5cos[McCOS( ci) + iK0]，該式可用Bessel函數(shù)展開(kāi)
權(quán)利要求
1.干涉型光纖傳感器PGC數(shù)字解調(diào)方法，其特征在于，包括下列步驟 步驟1 干涉型光纖傳感器采用PGC相位載波技術(shù)，生成包含著相位傳感信號(hào)樹(shù)O和載波信號(hào)的干涉光總強(qiáng)度信號(hào)IT(t)，其載波頻率為Oe，對(duì)該It(t)進(jìn)行采樣周期為T(mén)s的離散化抽樣，得到其時(shí)域序列信號(hào)ItOiTs)，η為信號(hào)序號(hào)，且η為正整數(shù)；步驟2 設(shè)信號(hào)觀測(cè)的初始、結(jié)束時(shí)刻分別為njs、IitlI^T1，其信號(hào)觀測(cè)持續(xù)時(shí)間為T(mén)1, 把T1分割成若干個(gè)長(zhǎng)度相等的時(shí)間段，且每個(gè)時(shí)間段的長(zhǎng)度取成一個(gè)載波周期T。，即T1 = N1Tc, N1為正整數(shù);步驟3 設(shè)一個(gè)時(shí)間段對(duì)應(yīng)的信號(hào)觀測(cè)值為ItOiTs)，該ItOITs)的長(zhǎng)度為N。，即
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干涉型光纖傳感器PGC數(shù)字解調(diào)方法，其特征在于，步驟1中選取載波頻率為ω。不低于50ΚΗζ，使ωc遠(yuǎn)高于相位傳感信號(hào)《ΚΟ的頻率。
3.根據(jù)據(jù)權(quán)利要求1所述的干涉型光纖傳感器PGC數(shù)字解調(diào)方法，其特征在于，所述步驟1中的采樣周期Ts為載波周期Tc的十六分之一，即Ts = l/fs = Τ。/16，其中，I =TT ;且coC所述步驟2至步驟8中時(shí)間段的長(zhǎng)度取為一個(gè)載波周期Τ。。
4.根據(jù)據(jù)權(quán)利要求2所述的干涉型光纖傳感器PGC數(shù)字解調(diào)方法，其特征在于，所述步2萬(wàn)驟1中的采樣周期Ts為載波周期Tc的十六分之一，即Ts = l/fs = Τ。/16，其中，4 = ^r ；且coC所述步驟2至步驟8中時(shí)間段的長(zhǎng)度取為一個(gè)載波周期Τ。。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的干涉型光纖傳感器PGC數(shù)字解調(diào)方法，其特征在于，當(dāng)信號(hào)觀測(cè)時(shí)間T1不是Τ。的整數(shù)倍時(shí)，首先，虛擬地延長(zhǎng)信號(hào)長(zhǎng)度，使觀測(cè)時(shí)間為r/，Γ/是Tc的整數(shù)倍，T/，乂'為整數(shù)，對(duì)所延長(zhǎng)部分的信號(hào)值IT(nTs)，用最后的測(cè)量值ItOiciT^Ti)填充，然后，對(duì)長(zhǎng)度補(bǔ)足后的IT(nTs)，按權(quán)利要求1所述的步驟1至步驟7的方法，計(jì)算得到觀測(cè)時(shí)間Γ/內(nèi)相位信號(hào)的同相分量COSiK rs)、正交分量sin樹(shù)《7；)， nTs在n0Ts ~ n0Ts+T；之間；并用最后時(shí)刻(n0Ts+ T;)的信號(hào)值cos^n。 ； +Τ；)]、 Β η[φ(η0ΤΞ+T1')]，代替 I1J^T1 時(shí)刻的信號(hào)值cos[p( 。7； +T1)] ,SinMn0Ts +T1)]，最后，按權(quán)利要求1所述的步驟8的方法，計(jì)算得到經(jīng)過(guò)觀測(cè)時(shí)間T1的餌《7；)變化值A(chǔ)iKwrs)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的干涉型光纖傳感器PGC數(shù)字解調(diào)方法，其特征在于，因?yàn)橄辔粋鞲行盘?hào)樹(shù)O的頻率相對(duì)載波頻率Oe足夠小，在一個(gè)載波周期τ。內(nèi)，樹(shù)0的變化很小，辦0被近似為穩(wěn)定的，COS樹(shù)i)、sini3(i)也被近似為穩(wěn)定的參量處理，并認(rèn)為參量 cos沖)、參量sin沖)分別與It⑴的載頻偶次諧波幅值、奇次諧波幅值線性相關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的干涉型光纖傳感器PGC數(shù)字解調(diào)方法，其特征在于，因?yàn)橄辔粋鞲行盘?hào) ΚΟ的頻率相對(duì)載波頻率足夠小，在一個(gè)載波周期Τ。內(nèi)，樹(shù)O的變化很小， 識(shí)(O被近似為穩(wěn)定的，COSiKi)、siniK0也被近似為穩(wěn)定的參量處理，并認(rèn)為參量cos<K0、參量Sin9KO分別與It⑴的載頻偶次諧波幅值、奇次諧波幅值線性相關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的干涉型光纖傳感器PGC數(shù)字解調(diào)方法，其特征在于，一個(gè)載波周期T。內(nèi)的信號(hào)觀測(cè)值It (IiTs)為實(shí)數(shù)，且長(zhǎng)度為16，其信號(hào)ItOiTs)的D F T信號(hào)處理算法，其包括如下步驟第一、構(gòu)造復(fù)信號(hào)序列IT—OT(nTs)把IT(nTs)按序號(hào)的奇、偶性，分成兩組長(zhǎng)度為8的實(shí)信號(hào)序列，把該兩組信號(hào)分別作為實(shí)部、虛部，構(gòu)造一個(gè)長(zhǎng)度為8的復(fù)信號(hào)序列It i (nTs) = IT(2nTs), It 2 (nTs) = It [ (2n+l) Ts) ], η = 0,1, . . . 7, It—coM(nTs) = It i (nTs)+jIT 2(nTs)第二、對(duì)所構(gòu)造的復(fù)信號(hào)序列IT—OT(nTs)，做離散的福里葉變換DFT，得到譜信號(hào)ItCOM (k ω ο)It—com (k ω 0) = DFT [Itcom (nTs)]=IT—Jko0HjI112(kco0)2π其中 IT1(kcoQ)、IT 2(kcoQ)分別是 It i (riTs)、IT 2(nTs)的譜信號(hào)，
9.干涉型光纖傳感器PGC數(shù)字解調(diào)裝置，其特征在于，其包括激光光源、干涉儀、光電探測(cè)器、模擬低通濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理單元、控制單元，所述的干涉儀包括光波導(dǎo)、 傳感光纖和相位調(diào)制器，其傳感光纖、相位調(diào)制器分別構(gòu)成干涉儀的探測(cè)臂、信號(hào)臂，來(lái)自激光光源的光首先由光波導(dǎo)分為兩路，一路光進(jìn)入傳感光纖，形成探測(cè)光，另一路進(jìn)入相位調(diào)制器，形成參考光，采用PCG相位載波法，對(duì)該相位調(diào)制器，加以頻率為的余弦載波驅(qū)動(dòng)電壓，使參考光的相位附加變化& =Mc COSO^O，其中M。相位調(diào)制深度，其探測(cè)光、 參考光又通過(guò)光波導(dǎo)匯合在一起，形成干涉光，采用光電探測(cè)器測(cè)量干涉光，并輸出包括傳感信號(hào)、載波信號(hào)的干涉光強(qiáng)度信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)一個(gè)模擬低通濾波器后，其所含8次以上的載頻ω c諧波分量均被濾除，采用A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)上述模擬濾波后的信號(hào)，進(jìn)行時(shí)間離散化抽樣，得到時(shí)域序列信號(hào)，并保存在所述的信號(hào)處理單元，所述信號(hào)處理單元對(duì)以上的時(shí)域序列信號(hào)進(jìn)行處理計(jì)算，得到相位傳感信號(hào)，完成干涉型光纖傳感器的數(shù)字解調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明提供干涉型光纖傳感器PGC數(shù)字解調(diào)方法及裝置，采用PGC相位載波生成技術(shù)，輸出包含傳感信號(hào)載波信號(hào)的干涉光強(qiáng)度信號(hào)；在整個(gè)觀測(cè)時(shí)間TI內(nèi)，對(duì)該干涉信號(hào)做離散化抽樣，得其時(shí)域序列信號(hào)；以載波基頻周期TC為單位，把TI分割成若干段，對(duì)每段TC內(nèi)的序列信號(hào)，做離散的傅里葉變換DFT，得其頻譜；對(duì)該頻譜做傅里葉逆變換IDFT，重構(gòu)出對(duì)應(yīng)的時(shí)域信號(hào)；根據(jù)重構(gòu)信號(hào)的諧波幅值與連續(xù)信號(hào)的諧波幅值之間的關(guān)系，計(jì)算每個(gè)載波周期TC內(nèi)傳感信號(hào)的同相分量和正交分量逐段進(jìn)行以上計(jì)算，直至獲得整個(gè)觀測(cè)時(shí)間TI內(nèi)的及傳感信號(hào)以數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)PGC解調(diào)，不采用混頻系統(tǒng)，無(wú)需本振信號(hào)，不存在載波信號(hào)同步等問(wèn)題，整體性能更佳。
文檔編號(hào)G01D5/26GK102354075SQ20111016699
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月20日
發(fā)明者岑宏杰, 張亦慧, 鄒波 申請(qǐng)人:深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院