26] 如图2所示，光纤传感器光收发系统内噪声叠加关系如下：光源恒流驱动电路噪 声ND以电流噪声形式驱动光源后转变为a ND( a为光源特性参数），与光源强度噪声化叠 加得端口 1(第一端口）输出总噪声Ni
[0027] 端口 1输出总噪声&经光电探测器组件光电转化为eRNp 08&与光电探测器组 件本底噪声NPF叠加形成端口 2输出总噪声N 2:
[0028]
，其中0为光电探测器组件 响应度，R为光电探测器组件跨阻增益；噪声N2通过前放进行放大Y倍后与前放噪声Nqpa 叠加，形成前放输出总噪声n3:
[0029]
其中T为前放 信号增益。
[0030] 首先确定噪声转化参数：光源特性参数a、前放信号增益y及光电探测器转化参 数0 R。测量光纤传感器光源出纤功率P-驱动电流I关系曲线，如图3所示，当光纤传感器 正常工作时光源驱动电流13时，光源出纤功率为P a，此时关系曲线点（Ia，Pa)处斜率ka，即 为光源特性参数a。将信号发生器产生的交流信号V in接入前放电路输入端，用示波器检 测输出信号Vwt，则前放信号增益Y =Vin/Vwt。根据光电探测器组件说明书得为光电探测 器组件响应度0和前放信号增益y。
[0031] 然后根据上述光收发系统噪声叠加顺序原理，得光源强度噪声化分离公式为：
[0032]
(其中N3为前放输出前所有模块的 总噪声RMS值；ND为光源恒流驱动电路噪声RMS值；N PF为光电探测器组件电路噪声RMS值； PVA为前放噪声；a为光源特性参数；0为光电探测器组件响应度；y为前放信号增益；R 为光电探测器组件跨阻增益）。将噪声转化参数及第三步测量得到的噪声值N 2、N3、Nd、Npf、 代入，分离出光源强度噪声N 〇。
[0033] 第五步：计算出每个模块噪声占光纤传感器光收发系统总噪声的比重，光源恒流 驱动电路噪声占光纤传感器光收发系统总噪声的比重为：
[0035] 光源噪声占光纤传感器光收发系统总噪声的比重为：
[0037] 光电探测组件噪声占光纤传感器光收发系统总噪声的比重为：
[0039] 前放占光纤传感器光收发系统总噪声的比重为：
[0041] 本发明提出了一种光纤传感器光收发系统噪声的分离方法，既可以得到光源强度 噪声和各电路子模块的噪声值，又可以获得其占光纤传感器光收发系统总噪声的比重，从 光收发系统子模块噪声值占光纤传感器光收发系统总噪声的比重中找出规律并指导实践， 以达到降低光纤传感器输出噪声的目的，对光纤传感器的参数优化、设计和装配具有重要 意义。
【主权项】
1. 一种基于光纤传感器光收发系统的噪声分离方法，具体包括w下步骤： 第一步：设计磁屏蔽装置； 将光纤传感器光收发模块置于磁屏蔽金属油漆罐中，金属油漆罐全面包地，紧密盖合 盖子；同轴电缆的一端通过BNC连接器连接到光纤传感器光收发系统被检测端，同轴电缆 的另一端连接真均方根表或数字频谱仪，电源和信号电缆分别采用双绞线和屏蔽同轴线连 接到屏蔽壳中的电路上； 第二步；确定电路噪声MS值获取方法； 当采用真均方根表测量时，仪器本底噪声MS值为Nc。，测量得到包含仪器本底 噪声的电路噪声真均方根测量值为Nce，则去除仪器本底噪声后的电路噪声MS值为：当采用数字频谱仪时，仪器本底噪声电压频谱密度为Ci;u1 (f)，测量得到含仪器本底 噪声的电路噪声电压频谱密度为C2;U2(f)，单位均为UV/VTE;根据各被测电路的带宽最 大值设定积分频率范围0~10BW""y，得去除仪器本地噪声的电路噪声RMS值为；第S步；测量并采用第二步的MS值获取方法得光纤传感器光收发系统端口输出总噪 声及子模块本地噪声RMS值； 将光纤传感器光收发系统置于屏蔽装置内，接通电源并确保光纤传感器正常工作后， 使用真均方根表或数字频谱仪分别测量并采用第二步的MS值获取方法，得第二端口输出 总噪声RMS值馬及第S端口输出总噪声MS值N3;接着将光源恒流驱动电路与光源断开， 并将光源输入端及前放的输入端接地，使用真均方根表或数字频谱仪分别测量光源恒流驱 动电路噪声Nd、光电探测器组件噪声MS值Npp及前放噪声RMS值NWA; 第四步：确定噪声转化参数并分离光源强度噪声N。； 光纤传感器光收发系统内噪声叠加关系为：光源恒流驱动电路噪声NdW电流 噪声形式驱动光源后转变为aNd，与光源强度噪声N。叠加得第一端口输出总噪声其中，a为光源特性参数； 第一端口输出总噪声Ni经光电探测器组件光电转化为PRNi，PRNi与光电探测器组件 本底噪声Npp叠加形成第二端口输出总噪声N2;其中，0为光电探测器组件响 应度，R为光电探测器组件跨阻增益，噪声吨通过前放进行放大丫倍后与前放噪声Nwa叠 加，形成前放输出总噪声Ns:其中丫为前放信号 增益； 首先确定噪声转化参数；光源特性参数a、前放信号增益丫、光电探测器组件响应度 0、光电探测器组件跨阻增益R;测量光纤传感器光源出纤功率P-驱动电流I关系曲线，当 光纤传感器正常工作时光源驱动电流I。时，光源出纤功率为P。，此时关系曲线点（Ia，Pa)处 斜率k。，即为光源特性参数a。;将信号发生器产生的交流信号Vi。接入前放电路输入端，用 示波器检测输出信号V"ut，则前放信号增益丫 =Vi。/V。ut;根据光电探测器组件说明书得为 光电探测器组件响应度0和前放信号增益丫； 然后根据上述光收发系统噪声叠加顺序原理，得光源强度噪声N。分离公式为：其中的为前放输出前所有模块的总噪 声MS值；Nd为光源恒流驱动电路噪声MS值；Npp为光电探测器组件电路噪声RMS值；Nwa为前放噪声；a为光源特性参数；0为光电探测器组件响应度；丫为前放信号增益；R为光 电探测器组件跨阻增益；将噪声转化参数及第=步测量得到的噪声值馬、Ns、Nd、Nw、Ndm代 入，分离出光源强度噪声N。； 第五步；计算出每个模块噪声占光纤传感器光收发系统总噪声的比重； 源恒流驱动电路噪声占光纤传感器光收发系统总噪声的比重为：光源噪声占光纤传感器光收发系统总噪声的比重为：光电探测组件噪声占光纤传感器光收发系统总噪声的比重为：前放占光纤传感器光收发系统总噪声的比重为
【专利摘要】本发明公开了一种基于光纤传感器光收发系统的噪声分离方法，具体包括以下步骤：第一步：设计磁屏蔽装置；第二步：确定电路噪声RMS值获取方法；第三步：测量并采用第二步的RMS值获取方法得光纤传感器光收发系统端口输出总噪声及子模块本地噪声RMS值；第四步：确定噪声转化参数并分离光源强度噪声N0；第五步：计算出每个模块噪声占光纤传感器光收发系统总噪声的比重；本发明在测量光纤传感器光收发系统总体噪声的同时，通过分离方法可分别获得其光源强度噪声和各电路模块的噪声值，并可获得其占光纤传感器光收发系统总噪声的比重。
【IPC分类】G01D5/353
【公开号】CN104931080
【申请号】CN201510312568
【发明人】金靖, 晏云, 孔令海, 腾飞, 张少博, 宋镜明
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月9日