一種能產(chǎn)生小角度相移并能進行檢測的系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種能產(chǎn)生小角度相移并能進行檢測的系統(tǒng)。屬于相位檢測技術領 域。
【背景技術】
[0002] 隨著電子技術和計算機技術的發(fā)展，相位檢測技術得到了迅速的發(fā)展，尤其在電 氣、電力技術方面得到了極大地重視和發(fā)展。目前，相位檢測技術已較完善，測量方法和理 論也較成熟，相位測試儀器已系列化和商品化，廣泛應用于RC、LC網(wǎng)絡，放大器相頻特性以 及依靠信號相位傳遞信息等方面的電子設備。
[0003]目前，國內外提出了許多改進的高精確度的相位檢測方法，主要包括有：⑴用專 用數(shù)字處理芯片，利用正余弦表格及傅里葉變換方法來計算相移，可大大提高測量精度。 (2)采用新器件及設計方法提高相位檢測精度及展寬工作頻率范圍。（3)采用新的算法來 實現(xiàn)相位檢測（4)采用高精度相位檢測設備，通過相位輸出信號，利用橋路與輸入信號相 位進行比較，從而測出相移。然而利用電橋將交流信號轉化為直流信號，其交流信號的幅值 必須在0. 7v以上才能達到二極管的導通電壓，從而限制了相位檢測的應用范圍。
[0004] 專利號為ZL00915671. 9、發(fā)明人為U.普爾舍、發(fā)明名稱為'相位檢測器'的發(fā)明， 公開了一種相位檢測器。該相位檢測器有至少兩個串聯(lián)的二極管（VI，V2)，經(jīng)過變壓器 (UT)將參考信號（U1)輸入給二極管。此外二極管（V1，V2)是與脫耦網(wǎng)絡（R4，C3，C4)連 接的，經(jīng)過脫耦網(wǎng)絡將輸入信號（U2)加在二極管（VI，V2)上和將輸出信號（U3)分出來。 因此當環(huán)境溫度改變時相位檢測器的輸出電壓盡可能少地漂移，為了加在二極管（VI，V2) 上電壓（URF1，URF2)的對稱性在從二極管（V1，V2)到變壓器（UT)的導線上插入可調協(xié)的 電容（C1，C2)和/或可調協(xié)的電感（L1，L2)，和/或安排具有平衡的變壓器（UT)，用這個 可以改變其輸出端的電壓。此發(fā)明對于大信號能夠實現(xiàn)高精度的相位檢測，但是對于小于 〇. 7v的信號卻不能精確測量，其測量電壓必須大于二極管的導通電壓。

【發(fā)明內容】

[0005] 為了克服上述已有技術中存在的缺陷和不足，以實現(xiàn)大信號和弱信號相移的檢 測，本發(fā)明提出了一種能產(chǎn)生小角度相移并能進行檢測的系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明的技術方案是按以下形式實現(xiàn)的：
[0007] -種能產(chǎn)生小角度相移并能進行檢測的系統(tǒng)，包括激光器，1*2耦合器，傳感光纖 A和B，光電探測器A和B，自增益模塊A和B，減法器，電壓跟隨器，帶通濾波器，鎖相放大 器，數(shù)據(jù)采集卡和計算機，其特征在于1*2耦合器的1號端口接激光器；1*2耦合器的2、3號 端口分別連接傳感光纖A和B,傳感光纖A和B的輸出端分別與光電探測器A和光電探測 器B相連，光電探測器A和B的輸出端分別連接到自增益模塊A和B，自增益模塊A和B的 輸出端分別與減法器的兩輸入端相連，減法器之后依次連接電壓跟隨器、帶通濾波器、鎖相 放大器、數(shù)據(jù)采集卡和計算機。
[0008] 所述的激光器為中心波長1370nm，輸出功率lOmw的激光器。
[0009] 所述的耦合器為1:1的1*2耦合器。
[0010] 所述的傳感光纖A和B為FC/APC型0. 14dB的傳感光纖。
[0011] 所述的光電探測器A和B為PIN型銦鎵砷、響應度0. 8安/瓦的單模光纖耦合光 電探測器。
[0012] 所述的自增益模塊A和B為凌智電子生產(chǎn)的10M帶寬的自增益模塊。
[0013] 所述的減法器為ad8221芯片。
[0014] 所述的電壓跟隨器為3140芯片。
[0015] 所述的帶通濾波器為uaf42芯片。
[0016] 所述的鎖相放大器為ad630芯片組成的鎖相放大器。
[0017] 所述的數(shù)據(jù)采集卡為150M單通道數(shù)據(jù)采集卡。
[0018] -種利用上述系統(tǒng)進行小角度相移檢測的方法，包括相移的產(chǎn)生和相移的測量， 該方法步驟如下：
[0019] 1)相移的產(chǎn)生
[0020] a、將上述系統(tǒng)的光路和電路連接好，給激光器及各電路通電；
[0021] b、調整好光路，使激光器輸出的激光入射到1*2親合器的1號端口即輸入端口， 1*2耦合器的輸出端口即2號端口連接長度為 Xl的傳感光纖，該傳感光纖的另一端與光電 探測器A相連；1*2耦合器的另一輸出端口即3號端口連接長度為x 2的傳感光纖，傳感光纖 x2與光電探測器B相連；
[0022] c、兩束激光分別經(jīng)長度為&、12的傳感光纖后分別到達光電探測器A、B的輸入端， Xl、x2W者間將會產(chǎn)生Ax = x「^的光程差，由于石英的折射率為1. 5,所以光在光纖中的 傳播速度為2xl〇Sm/s，其中％為光在真空種的傳播速度，因此兩路光信號產(chǎn)生 八y 相移的公式為：心=一（1)， v
[0023] 其中：A t為兩路激光信號分別經(jīng)長度為Xl、x2的傳感光纖后產(chǎn)生的相移，v為激 光在光纖中的傳播速度，由公式（1)可得出At ;
[0024] d、由于得出A t，激光器的驅動信號頻率為f，因此光電探測器A、B輸出的兩路電 信號的相移為at= 231 fAt (2)
[0025] 其中：AT為光電探測器A、B輸出的兩路電信號的相移，將步驟c得出的At以及 激光器的驅動信號頻率f帶入由公式（2)中即可得出相移為AT;
[0026] 2)相移的測量
[0027] a、將光電探測器A、B的輸出端分別連接到自增益模塊A和B，由于1:1的耦合器 很難做到精確地1:1分光，并且光電探測器的外圍電路也很難做到放大倍數(shù)相等，從而使 得光電探測器A、B兩輸出端的電信號幅值不相等，而自增益模塊的作用就是不管輸入信號 幅值是多少其輸出信號的幅值是定值，因此自增益模塊A和B的輸出端為具有相移且幅值 相等的兩路正弦電信號
[0028] b、自增益模塊A和B的輸出端分別送入減法器的兩個輸入端，兩正弦信號經(jīng)減 法器相減之后還是正弦信號，由于兩信號的相移非常小，接近為0,因而減法器的一路輸 入信號與輸出信號的相移92約為90°，減法器的兩個輸入信號的相移Q :的正切表不為 tan 0= f，其中E為減法器的一路輸入信號的幅值，E。為減法器的輸出信號的幅值，通t 過測量減法器輸出端信號的幅值就能得到兩信號的相移0 1;
[0029] c、由于減法器的輸出阻抗很大因此需要在減法器輸出端加入電壓跟隨器，使其幅 值不變輸出阻抗減小，減法器輸出端信號含有很大的高頻和低頻噪聲，因此在電壓跟隨器 之后接帶通濾波器，帶通濾波器將高、低頻噪聲濾除掉后便得到噪聲很小的正弦信號；
[0030] d、帶通濾波器輸出的正弦信號送入鎖相放大器，使交流信號轉化成直流，得到的 直流值就是E。的有效值馬=￥巧；
[0031] e、為了精確得到直流值，鎖相放大器之后與數(shù)據(jù)采集卡相連，然后數(shù)據(jù)采集卡與 計算機相連，用計算機將數(shù)據(jù)采集卡多次采集到的數(shù)據(jù)求平均，得到^有效值E :的精確直 流值E2，將得到的精確值代入下式$ =arctan^^中，通過公式由計算機計算即可得到相 E 移。
[0032] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點：利用本發(fā)明系統(tǒng)能夠精確和穩(wěn)定的產(chǎn)生小角度相移，并且 能夠檢測到弱信號的相移，本發(fā)明系統(tǒng)及測量方法結構簡單，成本很低，適合工業(yè)生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0033] 圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的結構示意圖。
[0034] 其中：1為激光器，2為1*2耦合器1號端口，3為1*2耦合器，4為1*2耦合器的2 號端口，5為1*2親合器的3號端口，6為傳感光纖A，7為光電探測器A, 8為自增益模塊A， 9為傳感光纖B，10為光電探測器B，11為自增益模塊B，12為減法器，13為電壓跟隨器，14 為帶通濾波器，15為鎖相放大器，16為數(shù)據(jù)采集卡，17為計算機。
[0035]圖2是本發(fā)明一種能產(chǎn)生小角度相移并能進行檢測的系統(tǒng)精確測量相位角的示 意圖。
[0036] 其中：E為減法器輸入端一路輸入信號的幅值，E。為減法器輸出信號的幅值，0 :為 減法器的兩個輸入信號間的相移，9 2為減法器的一路輸入信號與輸出信號的相移。
【具體實施方式】
[0037] 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但不限于此。
[0038] 實施例1:
[0039]本發(fā)明實施例1如圖1所示，一種能產(chǎn)生小角度相移并能進行檢測的系統(tǒng)，包括激 光器1，1*2耦合器3,傳感光纖A6和B9,光電探測器A7和B10,自增益模塊A8和B11，減法 器12,電壓跟隨器13,帶通濾波器14,鎖相放大器15,數(shù)據(jù)采集卡16和計算機17,其特征在 于1*2耦合器3的1號端口 2接激光器1 ;1*2耦合器3的2、3號端口分別連接傳感光纖A6 和B9,傳感光纖A6和B9的輸出端分別與光電探測器A7和光電探測器B10相連，光電探測 器A7和B10的輸出端分別連接到自增益模塊A8和B11，自增益模塊A8和B11的輸出端分 別與減法器12的兩輸入端相連，減法器12之后依次連接電壓跟隨器13、帶通濾波器14、鎖 相放大器15、數(shù)據(jù)采集卡16和計算機17。
[0040] 所述的激光器1為中心波長1370nm，輸出功率10麗的激光器。
[0041] 所述的1*2耦合器3為1:1的1*2耦合器。
[0042] 所述的傳感光纖A和B為FC/APC型0. 14dB的傳感光纖。
[0043] 所述的光電探測器A和B為PIN型銦鎵砷、響應度0. 8安/瓦的單模光纖耦合光 電探測器。
[0044] 所述的自增益模塊A和B為凌智電子生產(chǎn)的10M帶寬的自增