數(shù)據(jù)連接的可靠性。 本裝置有效抑制了光強(qiáng)波動(dòng)引起的解調(diào)噪聲，提高了系統(tǒng)長期穩(wěn)定性，可廣泛用于高精度 光纖測量和光纖傳感等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0038] 圖1為一種改進(jìn)相位解調(diào)算法的流程圖；
[0039] 圖2為改進(jìn)相位解調(diào)方法實(shí)驗(yàn)裝置圖；
[0040] 圖3為數(shù)字解調(diào)裝置圖；
[0041] 圖4為裝置總體框圖；
[0042] 圖5為改進(jìn)解調(diào)算法降噪結(jié)果圖，圖5(a)為原始算法對(duì)應(yīng)的降噪結(jié)果圖，圖5(b)為 本發(fā)明對(duì)應(yīng)的降噪結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0044] 1.-種抑制光強(qiáng)波動(dòng)噪聲的相位解調(diào)裝置，如圖4所示，包括光纖干設(shè)儀2,數(shù)字解 調(diào)裝置3,降噪解調(diào)算法1。
[0045] 1)第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器302輸出調(diào)相波信號(hào)COSO化，在差分探測器221可W得到干設(shè) 信號(hào)形式為：
[0046] P- A + B cos[(； cos ca^t + (/)J (1.)
[0047] 目PPGC干設(shè)信號(hào)103其中Ρ為干設(shè)信號(hào)幅度，A為光強(qiáng)直流分量，Β為光強(qiáng)交流分量，C 為調(diào)相波信號(hào)S1幅度，ω〇為調(diào)相波信號(hào)S1頻率，&腳為被測相位值；
[004引2)使用基頻信號(hào)102,倍頻信號(hào)104與PGC干設(shè)信號(hào)103進(jìn)行乘法操作，然后進(jìn)行濾 波，可W得到
[0051] 其中Β為光強(qiáng)交流分量，G，H為調(diào)相波信號(hào)幅度，Ji(C)與J2(C)為貝塞爾函數(shù)系數(shù)；
[0052] 3)對(duì)經(jīng)過濾波后的信號(hào)公式(2) (3)進(jìn)行微分操作，可W得到對(duì)應(yīng)的微分值為
[0055]將微分運(yùn)算前信號(hào)公式(2)(3)?及微分運(yùn)算后的信號(hào)公式(4)(5)做如下處理，微 分后乘積除W原函數(shù)乘積，此時(shí)可消除光強(qiáng)波動(dòng)BW及調(diào)制深度C的系數(shù)影響;得到信號(hào)如 下
[0056]
((、）
[0057] 4)對(duì)公式(6)信號(hào)取絕對(duì)值，得到全正信號(hào)量，然后進(jìn)行開方運(yùn)算，可W求得被測 相位的微分值
[005引
（7)
[0059] 最后使用積分的方法得到該時(shí)刻的相位值。
[0060]
銜
[0061 ] 2.所述的數(shù)字解調(diào)裝置3,如圖3所示，包括FPGA處理系統(tǒng)30與DSP處理系統(tǒng)31:
[0062] 1)FPGA處理系統(tǒng)30中，WFPGA處理器305為中屯、連接外圍器件。FPGA處理器305連 接第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器301，同時(shí)連接第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器302;可編程放大器304通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器 303輸出PGC干設(shè)信號(hào)103至FPGA處理器305;
[0063] 2)電源模塊306,復(fù)位信號(hào)308通過電源監(jiān)測307連接至FPGA處理器305;程序存儲(chǔ) 309和時(shí)鐘忍片310同時(shí)連接至FPGA處理器305;
[0064] 3)DSP處理系統(tǒng)31通過第一數(shù)據(jù)總線315連接FPGA處理系統(tǒng)30，DSP處理器312通過 第二數(shù)據(jù)總線316連接數(shù)據(jù)緩存311，通過網(wǎng)線接口 313連接計(jì)算機(jī)224;
[0065] 3.所述的降噪解調(diào)算法1是：
[0066] 1)降噪解調(diào)算法1實(shí)現(xiàn)于數(shù)字解調(diào)裝置3中，其中FPGA處理器305內(nèi)包含鎖相模塊 11;基頻信號(hào)102,倍頻信號(hào)104W及PGC干設(shè)信號(hào)103同時(shí)連接至鎖相模塊11內(nèi)的第一乘法 器111與第二乘法器112,兩路輸出結(jié)果分別經(jīng)過第一濾波器113與第二濾波器114連接至第 一微分器115與第二微分器116,之后通過第一數(shù)據(jù)總線315傳送至DSP處理器312;
[0067] 2)DSP處理器312內(nèi)包含數(shù)據(jù)解調(diào)模塊12,其中第一濾波器113與第二濾波器114輸 出結(jié)果輸入第Ξ乘法器121;第一微分器115與第二微分器116輸出結(jié)果輸入第四乘法器 122;第Ξ乘法器121輸出結(jié)果除W第四乘法器122輸出結(jié)果，即通過第二除法器123;第二除 法器123輸出至絕對(duì)值子模塊124之后連接開方子模塊125,最后連接積分相位子模塊126; DSP處理器312內(nèi)包含后端處理模塊13,積分相位子模塊126連接至相位累加子模塊131，之 后連接降采樣輸出子模塊132。
[0068] 實(shí)施例一-改進(jìn)相位解調(diào)算法噪聲抑制
[0069] 光纖干設(shè)儀裝置如圖2所示，干設(shè)儀測量裝置的器件選擇與參數(shù)如下：
[0070] 1.光源201的中屯、波長1550nm、半譜寬度大于45nm，出纖功率大于1~lOmW;
[0071] 2.光纖隔離器202工作波長1550nm± 5皿，插入損耗< 1.0地(23°C工作溫度時(shí)），回 波損耗^55地；
[0072] 3.環(huán)形器211工作波長1550nm&1310皿，插入損耗1.0地，隔離度28地，方向性50地， 工作溫度0~70°C，回波損耗45地；
[0073] 4.第一法拉第旋鏡214、第二法拉第旋鏡215工作波長1550nm±5nm，插入損耗 0.6地，法拉第旋轉(zhuǎn)角度90°，旋轉(zhuǎn)角誤差@23°C為±1°，最大光源承受能力1W，工作溫度-40 至 85°C;
[0074] 5.用于加載標(biāo)定信號(hào)的壓電陶瓷尺寸為24mm，電容22nF，耐壓幅度0~120V;
[0075] 6. 2X2禪合器212工作波長1550nm，使用2X2禪合器的1端口與2端口輸入，1端口 輸入對(duì)應(yīng)2路輸出分光比為49.8% ,50.2%，2端口輸入對(duì)應(yīng)2路輸出分光比為49.6%， 50.4%;
[0076] 7.差分探測器221為InGaAs型光電探測器，連接模式屬于尾纖式FC/PC，工作波長 為llOOnm~1650nm，光強(qiáng)響應(yīng)度R = 0.85A/W，電容為0.35pF;
[0077] 8.可編程放大器304用于調(diào)節(jié)差分探測器221輸出至合理動(dòng)態(tài)范圍，通過FPGA控制 增益倍數(shù)；
[007引 9.FPGA處理器305為Altera公司Stratix系列高速處理忍片；
[0079] 10.壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器225為功率放大器，使用AD公司的AD8040軌對(duì)軌功率放大器， 工作電壓2.7V~12V，工作帶寬125MHz，最大輸出電流200mA，負(fù)載電容15pF;
[0080] 相位解調(diào)裝置的調(diào)制深度穩(wěn)定測試具體流程如圖1所示：
[0081 ] 1.裝置啟動(dòng)，F(xiàn)PGA處理器305產(chǎn)生載波調(diào)制光源，采樣率為2Mbps，載波頻率為 20kHz，將調(diào)制深度變化波動(dòng)量設(shè)置為± 10%，壓電陶瓷產(chǎn)生標(biāo)定信號(hào)，頻率為10化，隨著調(diào) 制電壓增加，產(chǎn)生光路相位變化l〇-5rad~105rad;
[0082] 2.經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器303得到PGC干設(shè)信號(hào)103,基頻信號(hào)102,倍頻信號(hào)104,設(shè)置本 地調(diào)相波信號(hào)幅度為IV，頻率為20曲Z，采樣率為20MHz;
[0083] 3.設(shè)置第一濾波器113、第二濾波器模塊114為FIR等紋波濾波器，參數(shù)為通帶 lOkHz，截阻帶12kHz，衰減-120地，通帶紋波為0.01地，階數(shù)為764階，數(shù)據(jù)經(jīng)過濾波器后得 到兩路正交信號(hào)。
[0084] 4.設(shè)置第一、第二微分器為矢量微分運(yùn)算，微分過程為時(shí)域相鄰信號(hào)點(diǎn)數(shù)值差，兩 路數(shù)據(jù)分別經(jīng)過兩個(gè)微分器得到一個(gè)時(shí)鐘延遲的微分時(shí)域信號(hào)值。
[0085] 5.設(shè)置第Ξ乘法器121為有符號(hào)同步乘法器，輸入數(shù)據(jù)為16bit單精度有符號(hào)浮點(diǎn) 數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)為32bit有符號(hào)雙精度浮點(diǎn)類型數(shù)據(jù)。
[0086] 6.設(shè)置第二除法器123為有符號(hào)除法器，輸入數(shù)據(jù)為16bit單精度有符號(hào)浮點(diǎn)數(shù) 據(jù)，輸出數(shù)據(jù)為32bit有符號(hào)雙精度浮點(diǎn)類型數(shù)據(jù)，信號(hào)經(jīng)過除法器得到消掉光強(qiáng)波動(dòng)與調(diào) 制量波動(dòng)的信號(hào)比值。
[0087] 7.設(shè)置絕對(duì)值子模塊124為補(bǔ)碼形式輸入輸出，得到負(fù)數(shù)補(bǔ)碼值并做取反碼操作， 如果輸入信號(hào)為正，則直接輸出，如果輸入信號(hào)為負(fù)，則取反碼輸出。
[0088] 8.設(shè)置開方子模塊125輸入輸出為16bit單精度浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)，輸出信號(hào)為16bit單 精度浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)，輸出結(jié)果為被測信號(hào)的微分值。
[0089] 9.設(shè)置積分相位子模塊126為矢量積分運(yùn)算，運(yùn)算過程為近似梯形面積算法，取得 時(shí)域上相鄰長度內(nèi)數(shù)據(jù)做和并乘W采樣時(shí)間，積分后，得到被測信號(hào)值。
[0090] 10.設(shè)置相位累加子模塊131為32bit數(shù)據(jù)長度，其中一周期2町a(chǎn)d信號(hào)細(xì)分為低 16bit，細(xì)分精度為±1/32767，高1661*為干設(shè)儀相位變化整數(shù)部分，上下動(dòng)態(tài)范圍為± 32767rad，時(shí)域信號(hào)累加求和得到真實(shí)相位變化值。
[0091] 11.經(jīng)過改進(jìn)后的光學(xué)干設(shè)相位解調(diào)方法，光強(qiáng)波動(dòng)對(duì)本底噪聲影響降低，原始 PGC算法再有光強(qiáng)波動(dòng)的影響下本底噪聲為-84.3地rad,經(jīng)過改進(jìn)后的算法消除光強(qiáng)波動(dòng) 影響，其本底噪聲為-97.8地rad，如圖5所示。
[0092] ?發(fā)明原理：
[0093] 本系統(tǒng)用于解決干設(shè)儀的相位解調(diào)，光纖干設(shè)儀基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包括W 下幾個(gè)模塊:光源模塊20，干設(shè)儀21，探測及控制模塊22。
[0094] 本系統(tǒng)工作開始，首先由數(shù)字解調(diào)裝置3