专利名称：干涉型光纤传感器pgc数字解调方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及干涉型光纤传感器的技术，特别涉及干涉型光纤传感器的PGC数字解调技术。
背景技术：
一般而言，干涉型光纤传感器的内部结构是一双光束干涉仪，其输出的干涉光总强度信号为IT(t)，It(t)满足下列余弦函数关系式= J +，其中，A 和B分别代表干涉光的直流背景参数和对比度参数…⑴为干涉仪参考臂与信号臂之间的相位差，识(0包括两臂初始相位差外，传感信号引起的相移外和各种噪声引入的相移 <Pn，即识⑴灼+办。因为环境温度、压力、振动等外部条件，以及激光光源的相位抖动等因素，会引起相位差识(0出现随机漂移，导致干涉光强iT(t)会随机涨落，特别当 ψ{ ) = φ0+φ8+φΝ= wv时，干涉型光纤传感器工作在最不灵敏的区域，输出信号It⑴完全消隐，出现所谓的相位衰落现象。因此，实用的干涉型光纤传感器必须采用信号解调技术， 才能消除环境噪声的影响，从而准确地实现物理量的传感。相位生成载波(Phase Generator Carrier, PGC)是一种常用的解调技术，PGC在干涉仪参考光路引入相位调制器，并对该相位调制器加以频率为的余弦载波驱动电压， 使参考光的相位附加一个变化外=Mc cos( c/)，其中M。为相位调制深度。则其输出的干涉光总强度信号It⑴改为/#) = j + 5cos[McCOS( ci) + iK0]，该式可用Bessel函数展开
权利要求
1.干涉型光纤传感器PGC数字解调方法，其特征在于，包括下列步骤 步骤1 干涉型光纤传感器采用PGC相位载波技术，生成包含着相位传感信号树O和载波信号的干涉光总强度信号IT(t)，其载波频率为Oe，对该It(t)进行采样周期为Ts的离散化抽样，得到其时域序列信号ItOiTs)，η为信号序号，且η为正整数；步骤2 设信号观测的初始、结束时刻分别为njs、IitlI^T1，其信号观测持续时间为T1, 把T1分割成若干个长度相等的时间段，且每个时间段的长度取成一个载波周期T。，即T1 = N1Tc, N1为正整数;步骤3 设一个时间段对应的信号观测值为ItOiTs)，该ItOITs)的长度为N。，即
2.根据权利要求1所述的干涉型光纤传感器PGC数字解调方法，其特征在于，步骤1中选取载波频率为ω。不低于50ΚΗζ，使ωc远高于相位传感信号《ΚΟ的频率。
3.根据据权利要求1所述的干涉型光纤传感器PGC数字解调方法，其特征在于，所述步骤1中的采样周期Ts为载波周期Tc的十六分之一，即Ts = l/fs = Τ。/16，其中，I =TT ;且coC所述步骤2至步骤8中时间段的长度取为一个载波周期Τ。。
4.根据据权利要求2所述的干涉型光纤传感器PGC数字解调方法，其特征在于，所述步2万骤1中的采样周期Ts为载波周期Tc的十六分之一，即Ts = l/fs = Τ。/16，其中，4 = ^r ；且coC所述步骤2至步骤8中时间段的长度取为一个载波周期Τ。。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的干涉型光纤传感器PGC数字解调方法，其特征在于，当信号观测时间T1不是Τ。的整数倍时，首先，虚拟地延长信号长度，使观测时间为r/，Γ/是Tc的整数倍，T/，乂'为整数，对所延长部分的信号值IT(nTs)，用最后的测量值ItOiciT^Ti)填充，然后，对长度补足后的IT(nTs)，按权利要求1所述的步骤1至步骤7的方法，计算得到观测时间Γ/内相位信号的同相分量COSiK rs)、正交分量sin树《7；)， nTs在n0Ts ~ n0Ts+T；之间；并用最后时刻(n0Ts+ T;)的信号值cos^n。 ； +Τ；)]、 Β η[φ(η0ΤΞ+T1')]，代替 I1J^T1 时刻的信号值cos[p( 。7； +T1)] ,SinMn0Ts +T1)]，最后，按权利要求1所述的步骤8的方法，计算得到经过观测时间T1的饵《7；)变化值AiKwrs)。
6.根据权利要求1至4任意一项所述的干涉型光纤传感器PGC数字解调方法，其特征在于，因为相位传感信号树O的频率相对载波频率Oe足够小，在一个载波周期τ。内，树0的变化很小，辦0被近似为稳定的，COS树i)、sini3(i)也被近似为稳定的参量处理，并认为参量 cos冲)、参量sin冲)分别与It⑴的载频偶次谐波幅值、奇次谐波幅值线性相关。
7.根据权利要求5所述的干涉型光纤传感器PGC数字解调方法，其特征在于，因为相位传感信号 ΚΟ的频率相对载波频率足够小，在一个载波周期Τ。内，树O的变化很小， 识(O被近似为稳定的，COSiKi)、siniK0也被近似为稳定的参量处理，并认为参量cos<K0、参量Sin9KO分别与It⑴的载频偶次谐波幅值、奇次谐波幅值线性相关。
8.根据权利要求1至4任意一项所述的干涉型光纤传感器PGC数字解调方法，其特征在于，一个载波周期T。内的信号观测值It (IiTs)为实数，且长度为16，其信号ItOiTs)的D F T信号处理算法，其包括如下步骤第一、构造复信号序列IT—OT(nTs)把IT(nTs)按序号的奇、偶性，分成两组长度为8的实信号序列，把该两组信号分别作为实部、虚部，构造一个长度为8的复信号序列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、对所构造的复信号序列IT—OT(nTs)，做离散的福里叶变换DFT，得到谱信号ItCOM (k ω ο)It—com (k ω 0) = DFT [Itcom (nTs)]=IT—Jko0HjI112(kco0)2π其中 IT1(kcoQ)、IT 2(kcoQ)分别是 It i (riTs)、IT 2(nTs)的谱信号，
9.干涉型光纤传感器PGC数字解调装置，其特征在于，其包括激光光源、干涉仪、光电探测器、模拟低通滤波器、A/D转换器、信号处理单元、控制单元，所述的干涉仪包括光波导、 传感光纤和相位调制器，其传感光纤、相位调制器分别构成干涉仪的探测臂、信号臂，来自激光光源的光首先由光波导分为两路，一路光进入传感光纤，形成探测光，另一路进入相位调制器，形成参考光，采用PCG相位载波法，对该相位调制器，加以频率为的余弦载波驱动电压，使参考光的相位附加变化& =Mc COSO^O，其中M。相位调制深度，其探测光、 参考光又通过光波导汇合在一起，形成干涉光，采用光电探测器测量干涉光，并输出包括传感信号、载波信号的干涉光强度信号，该信号经一个模拟低通滤波器后，其所含8次以上的载频ω c谐波分量均被滤除，采用A/D转换器对上述模拟滤波后的信号，进行时间离散化抽样，得到时域序列信号，并保存在所述的信号处理单元，所述信号处理单元对以上的时域序列信号进行处理计算，得到相位传感信号，完成干涉型光纤传感器的数字解调。
全文摘要
本发明提供干涉型光纤传感器PGC数字解调方法及装置，采用PGC相位载波生成技术，输出包含传感信号载波信号的干涉光强度信号；在整个观测时间TI内，对该干涉信号做离散化抽样，得其时域序列信号；以载波基频周期TC为单位，把TI分割成若干段，对每段TC内的序列信号，做离散的傅里叶变换DFT，得其频谱；对该频谱做傅里叶逆变换IDFT，重构出对应的时域信号；根据重构信号的谐波幅值与连续信号的谐波幅值之间的关系，计算每个载波周期TC内传感信号的同相分量和正交分量逐段进行以上计算，直至获得整个观测时间TI内的及传感信号以数字技术实现信号PGC解调，不采用混频系统，无需本振信号，不存在载波信号同步等问题，整体性能更佳。
文档编号G01D5/26GK102354075SQ20111016699
公开日2012年2月15日 申请日期2011年6月20日 优先权日2011年6月20日
发明者岑宏杰, 张亦慧, 邹波 申请人:深圳职业技术学院