基于Labview的光纤传感器相位解调技术

文章摘要：2. 1硬件解调提取信号方法特点 硬件解调提取信号方法主要是指完全依靠对电路和光路的设置或调制来实现相位解调的方法1按照信号光和参考光频率差是否为零,将解调分为零差解调和外差解调方法。为了实现全光纤化检测以及解决相移和振幅失配可能导致检测阈值降低的问题,目前通常采用零差解调方法。当前比较成熟的解调技术,除无源零差解调法之外,还广泛采用交流相位跟踪零差法( PTAC)和相位载波零差法( PGC)等有源零差解调法。比较而言,硬件解调的结构比较复杂,系统制造周期长,成本较高。2. 2软件解调提取信号方法特点 软件解调提取信号方法是指部分依靠PC机和软件实现解调的方法,其基本原理与硬件解调相同。除去光

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2. 1　硬件解调提取信号方法特点

　　硬件解调提取信号方法主要是指完全依靠对电路和光路的设置或调制来实现相位解调的方法1按照信号光和参考光频率差是否为零,将解调分为零差解调和外差解调方法。为了实现全光纤化检测以及解决相移和振幅失配可能导致检测阈值降低的问题,目前通常采用零差解调方法。当前比较成熟的解调技术,除无源零差解调法之外,还广泛采用交流相位跟踪零差法( PTAC)和相位载波零差法( PGC)等有源零差解调法。比较而言,硬件解调的结构比较复杂,系统制造周期长,成本较高。

2. 2　软件解调提取信号方法特点

　　软件解调提取信号方法是指部分依靠PC机和软件实现解调的方法,其基本原理与硬件解调相同。除去光电探测转换部分采用的电路和光路之外,信号的处理由微机实现1软件方法省去了一般电路分析、制作、调试等步骤,不含有微分、相乘等易于引入噪声的相关电路。目前已有采用Turbo C成功开发软件解调系统的先例。和硬件相比,软件解调更加灵活,成本较低,开发周期短,易于调试。

2. 3　Labview软件的特点

　　Labview是美国NI公司开发的一种专门用于数据采集、分析与仪器控制的图形化软件1基于该软件开发的虚拟仪器可通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融合为一体,从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量,控制能力结合在一起1Labview具有革命性的图形化开发环境,摒弃了传统开发工具的复杂性,为用户提供强大功能的同时还充分保证了系统灵活性。

3　实验研究

3. 1　实验系统原理
　　本系统使用3×3耦合器对称无源零差方法对相位差进行解调。系统前端采用如图1所示的3 ×3对称无源零差解调结构。根据干涉仪3×3耦合器3个相位输出的互补对称特性可知,从C2输出的3路信号在理想分光比( 1∶1∶1)的情况下,相位分别相差2π/3,即三端探测器(D0,D1,D2)组件输出探测电压:


式(4)中D为直流分量I₀ 转换的电压幅值, A 为K₀ 转换的电压幅值, m 为对应耦合器的探测器序号。

　　软件解调流程如图3所示:将3项Um 求和后除以3得到信号直流量D;从式(4)的3路Um中分别减去D,使其各自只余下干涉信号的变化量Xm;然后分别将Xm 对时间求导,得到dXm /dt;其后再将每一路信号Xm与另两路信号求导差相乘;依此处理的3路信号乘积和即可消去式( 4)余弦,仅剩余带系数的导数dp( t) /dt。考虑到此式系数中仍包含有条纹衬比度,故将Xm3路信号的平方和与其相除,再对结果求时间的积分,即可完整恢复原信号函数p( t)。

图3　软件信号解调部分原理框图

3. 2　实验结果

　　根据上述软件解调结构编写Labview解调程序,实现干涉信号的解调功能。实验中对各种情况下原始信号的解调结果进行了模拟和对比。
3. 2. 1　普通正弦信号的解调
　　当原始信号为Pa ( t) = 3π ×sin (2πf t) , f = 100 Hz时, p( t)可视为理想的简谐波1图3中各节点a、b、c、d的波形如图4所示。 由图4各关键节点波形图可见,软件解调可探测到与硬件解调对应位置相同的波形,说明简谐波Pa ( t)调制信号经过该程序后得到了正确恢复。

图4a　单路经过微分处理信号波形

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