本發(fā)明涉及光纖傳感，尤其是一種用于雙干涉通道推挽結構的信號縮放合成方法。

背景技術：

1、在光纖干涉儀作為傳感單元的系統(tǒng)中，推挽式是一種常用的傳感結構設計與封裝方法。在這種傳感結構中，外界信號會導致光纖干涉儀以兩臂的相位差變化。采用推挽結構時可使一臂傳輸?shù)南辔辉谕饨缧盘栕饔孟略龃螅硗庖槐蹌t同步減小，因此具有使兩臂的相位差變化加倍、進而靈敏度增大1倍（6db）的效果。

2、推挽式光纖干涉儀結構設計在壓力、加速度、地震波、水聲等眾多傳感領域有著廣泛的應用。公開號為cn118169770a的專利申請公開了推挽式光纖地磁測量探頭、裝置及方法。公開號為cn214310906u的專利申請公開了一種推挽式光纖水聽器。公開號為cn112946729a的專利申請公開了一種交叉纏繞推挽式井下三分量光纖地震計。公開號為cn108663158a?的專利申請公開了一種推挽式光纖差壓傳感器。文獻“三維推挽式順變柱體干涉型加速度傳感系統(tǒng)（光電工程，2006，33（6））”公開了三維推挽式順變柱體干涉型加速度傳感系統(tǒng)?。文獻“experimental?research?of?an?all-polarization?maintainingoptical?fiber?vector?hydrophone（doi:?10.1109/jlt.2011.2170959）”?公開了一種推挽式光纖矢量水聽器的制作方法和性能指標。上述推挽式結構采用的干涉儀通常包括兩個光纖臂，分別為信號臂和參考臂，兩臂分別繞制在“推”和“挽”對應的結構部件上，靈敏度加倍的效果在一個干涉儀輸出中直接體現(xiàn)，稱為單干涉通道推挽結構。

3、在傳感中還經(jīng)常用到f-p腔、光纖激光諧振腔等結構，這種結構的特點是只含有一個光纖臂，通常為信號臂。若將信號臂直接在“推”和“挽”對應的結構部件各繞制一部分，會由于推挽的抵消作用，傳感信號會降低甚至完全抵消。針對這種傳感應用，公開號為cn103134581a的專利申請公開了提出了將光纖激光諧振腔分別繞在“推”和“挽”結構部件上的方法。公開號為cn114910136a的專利申請公開了一種推挽式光纖光柵海水潮位傳感器。當前已經(jīng)公開的專利和文獻導中主要對雙干涉通道如何固化在推挽結構上進行設計和研究，對雙通道的信號處理方法沒有涉及。相比于含有兩個光纖臂的光纖干涉儀推挽式結構，這種推挽式結構含有兩個獨立的光纖干涉儀，稱為雙干涉通道推挽結構。在雙干涉通道推挽結構中，靈敏度加倍的效果在任意一個干涉儀的輸出結果中都不會直接體現(xiàn)，需要將兩個干涉通道進行信號合成。特別的，由于是雙干涉儀獨立但同步感知推挽信號，由于工藝誤差等因素，會導致兩個干涉通道的響應不均衡，這進一步加大了信號合成的難度。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術存在的雙干涉通道推挽結構的傳感信號合成問題，本發(fā)明提供一種用于雙干涉通道推挽結構的信號縮放合成方法，旨在克服雙干涉通道靈敏度“推”和“挽”不均衡問題，有效增大合成后的響應靈敏度，最大程度降低雙通道信號合成對本底噪聲的抬升作用，提升傳感動態(tài)范圍，并消除共模干擾信號影響。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

3、一方面，本發(fā)明提供一種用于雙干涉通道推挽結構的信號縮放合成方法，包括以下步驟：

4、s1.?對雙干涉通道推挽結構施加傳感工作頻段范圍內的單頻余弦信號，其中雙干涉通道推挽結構兩側設置有雙干涉通道；

5、s2.?采集雙干涉通道的干涉信號，將雙干涉通道的干涉信號分別獨立解調，獲得對應的時域響應信號；

6、s3.?基于雙干涉通道對應的時域響應信號的幅度值確定縮放系數(shù)；

7、s4.?改變施加在雙干涉通道推挽結構上的單頻余弦信號頻率，返回s1，直至獲得 n個不同單頻余弦信號頻率下的縮放系數(shù)，，并判斷 n個不同單頻余弦信號頻率下的縮放系數(shù)彼此之間的波動值是否滿足預設縮放系數(shù)波動要求，如滿足要求，則轉s5，如不滿足要求，則說明雙干涉通道推挽結構需要改進；

8、s5.?根據(jù)當前確定的縮放系數(shù)，對當前獲得的雙干涉通道對應的時域響應信號進行信號縮放合成。

9、優(yōu)選地，s2中通過相位生成載波方法、外差方法或3×3方法將雙干涉通道的干涉信號分別獨立解調。

10、本發(fā)明中利用雙干涉通道的信號相位反向特性，具體地，確定雙干涉通道對應的時域響應信號初始相位始終為反向的狀態(tài)下，s3中雙干涉通道對應的時域響應信號的幅度值，記為和，若，則縮放系數(shù)；反之。

11、優(yōu)選地，s4中，預設縮放系數(shù)波動要求為： n個不同單頻余弦信號頻率下的縮放系數(shù)彼此之間的波動值小于0.1%。

12、優(yōu)選地，s5中，若，合成信號；反之，。

13、優(yōu)選地，所述雙干涉通道由f-p干涉儀或光纖激光諧振腔構成。

14、本發(fā)明能夠產(chǎn)生的有益技術效果是：

15、本發(fā)明利用推挽結構對雙干涉通道形成的信號相位相反特性，采用縮放后相減合成方式，可克服雙干涉通道靈敏度“推”和“挽”響應不均衡問題，提升推挽式結構的傳感靈敏度。

16、進一步地，本發(fā)明通過縮放相減方式，利用雙干涉通道中噪聲的非相關性與信號的相關性差異，最大程度降低雙干涉通道信號合成對本底噪聲的抬升作用，獲得最佳的等效噪聲信號，提升系統(tǒng)響應的動態(tài)范圍。

17、本發(fā)明對于雙干涉通道中的共模性干擾信號，利用共模信號的相關性特征，采用相減方式降低共模干擾信號的響應幅度，提升系統(tǒng)的抗干擾能力。

技術特征：

1.用于雙干涉通道推挽結構的信號縮放合成方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的用于雙干涉通道推挽結構的信號縮放合成方法，其特征在于，雙干涉通道對應的時域響應信號初始相位始終為反向。

3.根據(jù)權利要求2所述的用于雙干涉通道推挽結構的信號縮放合成方法，其特征在于，s3中，雙干涉通道對應的時域響應信號的幅度值記為和，若，則縮放系數(shù)；反之。

4.根據(jù)權利要求3所述的用于雙干涉通道推挽結構的信號縮放合成方法，其特征在于，s4中，預設縮放系數(shù)波動要求為：n個不同單頻余弦信號頻率下的縮放系數(shù)彼此之間的波動值小于0.1%。

5.根據(jù)權利要求3所述的用于雙干涉通道推挽結構的信號縮放合成方法，其特征在于，s5中，若，合成信號；反之，。

6.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的用于雙干涉通道推挽結構的信號縮放合成方法，其特征在于，所述雙干涉通道由f-p干涉儀或光纖激光諧振腔構成。

7.根據(jù)權利要求6所述的用于雙干涉通道推挽結構的信號縮放合成方法，其特征在于，s2中，通過相位生成載波方法、外差方法或3×3方法將雙干涉通道的干涉信號分別獨立解調。

8.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的用于雙干涉通道推挽結構的信號縮放合成方法，其特征在于，所述雙干涉通道推挽結構包括分別纏繞雙干涉儀的兩個推挽結構部件、設置在兩個推挽結構部件之間共用的增敏部件以及分別固化在兩推挽結構部件上的兩個光纖干涉儀。

9.根據(jù)權利要求8所述的用于雙干涉通道推挽結構的信號縮放合成方法，其特征在于，兩個推挽結構部件采用金屬或特種膠與增敏部件的兩側硬連接。

10.根據(jù)權利要求8所述的用于雙干涉通道推挽結構的信號縮放合成方法，其特征在于，所述的兩個光纖干涉儀結構完全相同，兩者間通過光纖連接。

技術總結
本發(fā)明提供一種用于雙干涉通道推挽結構的信號縮放合成方法，旨在解決采用雙干涉通道推挽結構的傳感信號合成問題。本發(fā)明通過采用雙干涉通道獨立解調的相位時域信號縮放合成方法，利用雙干涉通道的信號相位反向特性，通過合理設置縮放系數(shù)實現(xiàn)信號響應幅度加倍，同時控制雙干涉通道噪聲混合后的提升水平，抑制共模性噪聲。本發(fā)明能夠克服雙干涉通道靈敏度“推”和“挽”不均衡問題，有效增大合成后的響應靈敏度，最大程度降低雙通道信號合成對本底噪聲的抬升作用，提升傳感動態(tài)范圍，并消除共模干擾信號影響。

技術研發(fā)人員：馬麗娜,高嘉麗,申宇,胡琪浩,宋君強,冷洪澤
受保護的技術使用者：中國人民解放軍國防科技大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/30