基于同步载波提取的光纤传感器相位生成载波解调方法

利用3×3耦合器和法拉第旋转镜等光学元件,构造了一个基于迈克尔逊干涉系统的光纤振动传感器.使用外调制的方法对传输光进行相位生成载波调制,并将该光纤振动传感器应用于长距离的安全监测中.通过对该传感器的干涉输出信号进行贝塞尔展开分析,发现干涉输出信号中含有与外调制所使用的载波频率相同的信号成分.因此,使用一个中心频率为载波频率且通带很窄的带通滤波器,可以同步地提取载波信号.同步提取的载波信号用于干涉输出信号的相位生成载波被动零差解调,可以得到作用于光纤振动传感器上的外界振动信号.本文提出了从输出信号中同步提取载波的方法,通过理论推导得出了该方法的可行性,并且通过软件仿真和实验验证了该理论的正确性.文中还对提取的载波受低频信号干扰,造成其幅度不稳定的现象进行分析并提出了解决方法.研究表明,同步载波提取法适用于相位调制器与干涉信号输出端距离较远,相位生成载波解调需要的同源载波获取较困难的情况.     

用于干涉型光纤传感器的相位生成载波解调技术

相位生成载波技术是用于光纤传感器中很重要的一种信号解调方法。简要说明了相位生成载波调制的原理和两种基本的调制方法 ,着重介绍了相位生成载波调制信号的解调方法 ,包括 :零差法、伪外差法和合成外差法 ,并对以上各种方法进行了分析比较。对相位生成载波技术在干涉型光纤传感器中的应用作了详细的介绍。针对现在最有希望用于智能结构的光纤布拉格光栅传感器 ,介绍了相位生成载波技术在这方面的应用。     

干涉型光纤传感器相位生成载波解调方法改进与研究

提出了基于干涉型光纤传感器的相位生成载波解调方法（PGC）的改进方法,通过算法上的改进和增加抗混叠滤波器,有效地改善了解调结果,并大大降低了系统的采样频率,结论对设计干涉型光纤传感器解调系统有重要的参考意义     

载波频率漂移对相位生成载波解调结果的影响分析

从载波相位调制解调原理出发,理论分析了载波频率漂移对解调结果的影响.通过对解调公式的推导及分析,给出了频率漂移对解调结果影响的公式.结果表明,当混频基频信号的频率与载波频率存在微小频差时,解调结果将出现低频调制,严重影响解调效果;仿真及实验验证结果与理论分析完全吻合.     

一种提高光纤水听器解调系统噪声传递系数稳定性的多相相位生成载波解调算法

相位生成载波（PGC）调制解调是干涉型光纤水听器常用的解调方法。首先,分析并建立了PGC解调系统的噪声传递模型,研究了光源强度噪声对PGC解调输出噪声的影响机理,分析了调制深度和工作点两个参数对PGC解调噪声稳定性的影响。然后,提出了一种基于3×3耦合器的多相PGC解调方案,即在传统PGC解调架构中引入3×3耦合器进行多相检测,利用3×3耦合器的相移特性对三路干涉信号进行融合处理。在不同的调制深度条件下,该方案可以降低水听器工作点变化所引起的光源强度噪声传递系数波动范围。实验结果显示,在常用的调制深度范围（1.7～3.4）内,工作点变化导致的噪声传递系数波动峰谷值小于0.5 dB,噪声稳定性相比传统PGC解调系统显著提升。     

干涉型光纤传感器相位生成载波技术研究与改进

对干涉型光纤传感器的相位生成载波解调技术进行了研究.对PGC算法进行了数学推导和仿真计算,对数字低通滤波器进行了详细分析,给出了其影响PGC解调性能的原因及数字滤波器的设计方法.讨论了传感器干涉光强对PGC算法输出结果的影响,提出了改进的PGC算法,该算法可以有效的实现自动增益控制,消除干涉光强漂移对解调的影响,并大大减小由干涉光强引入的系统噪音;还可以在有限阶数低通滤波器的情况下,极大的增加系统可解调的大信号幅度,提高系统动态范围12 dB以上.     

光纤水听器相位生成载波解调非线性因素的抑制方法

为了消除非线性因素对相位生成载波解调结果的干扰,降低相位生成载波解调过程中低通滤波器的频响特性对相位生成载波解调结果的影响,该文提出了一种基于扩展卡尔曼滤波椭圆参数估计的相位生成载波微分交叉相乘解调方法。该方法在综合考虑各种非线性因素对相位生成载波微分交叉相乘解调结果的影响的基础上,对传统的相位生成载波微分交叉相乘解调过程进行了改进。经过计算机仿真和实验验证,该文所提出的扩展卡尔曼滤波微分交叉相乘方法能够有效地抑制非线性因素对相位生成载波解调结果的干扰,相比传统的相位生成载波微分交叉相乘方法,其信噪比提高了35.0 d B,总谐波失真降低了30.7 dB,信噪谐波比提高了31.0 dB,且扩展卡尔曼滤波微分交叉相乘方法受解调过程中低通滤波器频响特性的影响较小。     

改进式相位生成载波调制解调方法

在对调制方法、混频原理、调制深度取值等问题深入研究的基础上,为得到更高的抗干扰能力,结合相位生成载波调制解调技术与微分交叉相乘解调算法,引入除法运算,提出一种改进的相位生成载波解调算法,以抑制光强扰动对解调结果的影响,并与传统的微分交叉相乘解调算法在光源产生低频干扰时的解调效果对比,进行仿真实验.对比信号源分别为20 Hz与200 Hz时的解调效果,结果表明,在光源有1Hz低频扰动的情况下,在高频信号解调的结果中,改进的解调算法可以准确地实现对待测信号的解调,解调结果与传统方法相比具有更高的线性度.     

干涉型光纤水听器相位载波调制-解调中信号混叠产生的机理及解决方案

信号混叠是制约基于相位载波调制-解调的光纤水听器系统走向应用的一个关键问题。对信号混叠产生的机理进行了详细的理论分析和仿真,结果表明,提高光源调制频率和降低探头灵敏度都无法有效解决光纤水听器实际应用中遇到的高频干扰引起的混叠问题。基于声学滤波器原理,提出了一种新颖的声低通滤波解决方案。设计并加工制作了一种简单的声低通滤波光纤水听器,在驻波罐中对其声压灵敏度频响进行了测量。实验结果表明,该光纤水听器在测量频带上具有较好的声低通滤波特性,低频声压灵敏度约为-140 dB(0 dB=1 rad/μPa),高频衰减大于20 dB,对高频干扰有较强的抑制能力。该方案十分简单经济,能从根本上有效地解决相位载波调制-解调中的信号混叠问题。     

光纤干涉型传感器原理及其相位解调技术

光纤干涉型传感器是由于外界信号作用到干涉仪上，引起干涉信号相位的变化，通过对相位的解调来反应外界信号。介绍了光纤干涉型传感器的结构及其原理，并对各种干涉型传感器的相位调制与解调技术的优缺点进行了分析。     

基于迈克尔逊干涉的光纤弯曲传感器

设计并研制了一种新型的基于迈克尔逊干涉的光纤弯曲传感器.该光纤弯曲传感器由两根光纤组成的光纤带固定于弹性弯曲结构上来产生迈克尔逊干涉信号,用光纤折射率匹配液填充微型腔,并施加音频振荡信号对相位干涉信号实现低频调制.采用相位生成载波技术对相位干涉信号进行调制和解调,实现了对曲率变化高精确度的检测.实验测试了该光纤弯曲传感器的相位干涉信号与光纤带弯曲曲率的关系,并与理论分析对比.结果表明该光纤弯曲传感器具有43.96 rad/m－1的灵敏度及0.004 m－1的高分辨率.     

采用3×3耦合器的分布反馈式光纤激光传感器解调技术

为了实现分布反馈式光纤激光传感器(DFB FL)大动态范围、稳定解调,建立了基于3×3耦合器的迈克尔逊干涉仪解调系统。对该系统所采用的对称解调算法(NPS)和反正切解调算法进行了深入研究。首先,介绍了基于3×3耦合器解调算法的原理及耦合器不对称时的调校方法。接着,对干涉仪所需最小非平衡路径长度的选取与系统强度噪声、激光器频率噪声的关系进行了分析。最后,针对NPS算法与反正切算法最大可解调信号幅度进行了分析对比,并研究了微分器对对称解调方法解调范围的影响。实验结果表明:NPS算法动态范围高于反正切算法,微分器的幅频特性不理想会减小解调动态范围。在采样频率为125 k Hz、信号频率为1 k Hz、干涉仪非平衡路径为100 m时,NPS算法与反正切算法的动态范围分别达到96 d B和90 d B。用解调前调校的方法,基于3×3耦合的解调方法动态范围大,能够实现稳定解调,满足工程应用要求。     

基于光纤激光器时域特性的液体浓度传感器

报道了一种基于掺铒光纤激光器时域特性的新型液体浓度传感系统.用光纤环反射镜和光纤Bragg光栅（FBG）构成F-P线形腔.谐振腔内插入长周期光纤光栅（LPG）,FBG的反射波长落在LPG的透射峰左侧.把LPG浸泡在待测液体中,利用LPG对环境折射率的敏感特性,即环境液体浓度的改变引起折射率改变,这将引起LPG透射谱平移,从而使腔内损耗发生变化,影响了激光器的瞬态时域特性.通过测量激光激射的延迟时间可以获得被测液体的浓度.在最佳工作条件下,系统的浓度分辨率为0.015％.     

光子晶体光纤气体传感灵敏度的有限差分法分析

提出了一种适合于高灵敏度气体传感器的新型光子晶体光纤结构.采用全矢量频域有限差分方法,研究了基于不同结构光子晶体光纤的气体传感器的相对灵敏度.由全矢量频域有限差分法,通过直接求解由麦克斯韦方程组导出的标准特征值方程,可以得到光纤中可能存在的不同模式的传播常量、电场分布和磁场分布.分别给出了三种不同结构光子晶体光纤在波长为1.3312 μm处,与结构参量变化对应的相对灵敏度变化以及在不同波长情况下的相对灵敏度变化.结果证明,该新结构具有较其它代表性的折射率引导型光子晶体光纤结构更高的灵敏度,特别适合作气体传感器.     

光纤表面等离子体波传感器中膜厚与共振波长关系的实验研究

利用表面等离子体共振效应，研究了金属镀层厚度对光纤表面等离子体波传感器的影响。在其它参量一定的情况下，不同金属膜层厚度的传感器对应着不同的共振波长，根据这一特性设计了分布式光纤表达等离子体波传感器。突出优点是能进行多点测量。