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基于相位生成载波调制技术的光纤振动传感器研究

作　者: 张毅
导　师: 贾波
学　校: 复旦大学
专　业: 物理电子学
关键词: 光纤光学分布式光纤传感器同步载波提取 PGC解调
分类号: TP212.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 184次
引　用: 1次
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内容摘要

光纤振动传感器使用光纤作为传感和传光元件,在监测区域内没有电信号引入,因此该技术不但能够抗电磁干扰,还能在传统的电传感器无法适用的领域,如易燃易爆区域、水下使用,极大的拓展和补充了传感器的使用领域。在环境监测、区域安防等领域得到了广泛的应用。相位调制型光纤传感器中使用光干涉技术,使传感器的灵敏度高于一般的传感器,能够实现传输激光波长量级的测量灵敏度,即微米量级。这类基于光干涉技术的光纤传感器在大范围的分布式环境监测领域得到了较多的应用。其中,通过探测外界振动进行周界安防的系统,由于探测灵敏度高、具有定位功能、敏感元件不带电、布设简单等等优点,正越来越广泛的被采用。相位生成载波技术应用于相位调制型分布式光纤传感器中,能够消除工作点的随机漂移,减少低频噪声的干扰,因此能用于提高对外界振动信号的检测灵敏度、提高振动点的定位精度；另外,应用这种技术可以实现干涉系统的复用,将一个干涉系统同时应用于多个防区的安全检测,能够降低单位防区的设备成本。因此相位生成载波技术在相位调制型光纤传感器中得到了越来越多的应用。本文研究了相位生成载波技术在全光纤分布式振动传感器系统中的应用,主要研究工作及研究成果包括：1.对相位生成载波技术进行了研究,将外调制技术引入到已有的干涉型光纤振动传感器中,推导了引入相位载波后的干涉输出公式,并推导了从干涉输出信号中解调出外界振动信号的解调公式。2.对如何确定相位生成载波调制过程中使用的载波频率和幅度进行了阐述。3.通过大量的实验比较了使用相位生成载波技术的光纤振动传感器和不使用相位生成载波调制技术的传感器的定位性能,实验结果显示,使用相位生成载波调制的系统定位精度和定位距离都得到了提高。4.针对相位生成载波解调过程中需要使用同源载波的机理进行了理论推导,得出如果载波不同源会使得解调出的信号幅度太小或不稳定的情况。为了得到解调所需要的同源载波,作者对干涉输出信号进行理论分析,发现在干涉输出信号中包含有与加载的载波频率相同的信号成分,使用窄带带通滤波器可以将该信号同步的提取出来,用于信号的解调。这种同步载波提取方法的提出,使得载波解调算法可以用软件的方法实现,降低了系统的硬件复杂性。5.对载波提取的算法进行软件仿真,得出用该方法提取载波时,若在振动信号中含有低频成分,提取出的载波幅度会出现一定程度的漂移。提取出的载波幅度受到低频信号影响的程度随着信号频率的增加快速下降。为了最大程度的减小载波幅度漂移带来的解调误差,作者对提取出的载波按周期进行了归一化,使得载波每周期的幅度都固定,得到了幅值稳定,且与调制器上的载波同频率的信号。6.将同步载波提取方法应用于实际系统中,成功的应用提取的载波解调出了加载在传感光纤上的外界振动信号,验证了该方法的可行性。

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