對光源調(diào)制器222進行頻率調(diào)制，同時使 用壓電陶瓷驅(qū)動器225加載測試信號至壓電陶瓷環(huán)216上，被調(diào)制光源201通過隔離器202W 及衰減器203將光注入到干設(shè)儀21中。光通過環(huán)形器211從2X2禪合器212的一臂注入，分成 兩路，一路經(jīng)過光纖環(huán)213W及第一法拉第旋鏡214反射至禪合器中；另一路經(jīng)過纏繞在壓 電陶瓷(ΡΖΤ)216的光纖，第二法拉第旋鏡215反射至禪合器中，運兩束光在2X2禪合器212 中發(fā)生干設(shè)，干設(shè)后的光一路經(jīng)過法拉第旋鏡211輸入到差分探測器221中，另一路直接輸 入到差分探測器221中，由于兩路光經(jīng)過兩次2 X 2禪合器212，所W輸入到差分探測器221中 的兩路光具有wad的相位差，通過差分相減的方法能去掉干設(shè)信號中的共模噪聲。此時在 差分探測器221輸出端得到干設(shè)信號如公式(1)所示；
[00M] ?鎖相濾波過程
[0096] 將輸入干設(shè)信號利用貝塞爾函數(shù)展開，得到輸入信號的頻譜成分
[0097]
[0098] 其中化(C)為貝塞爾函數(shù)系數(shù)，k為信號高階分量，PGC干設(shè)信號103與基頻信號102 同時通過第一乘法器111，PGC干設(shè)信號103與倍頻信號104同時通過第二乘法器112,分別得 到鎖相信號如下
[0099]
[0100] 其中P為輸入干設(shè)信號，G，H分別為本地載波信號幅度，運兩路信號分別經(jīng)過第一 濾波器113與第二濾波器114即得到被求信號的奇次頻，偶次頻，分別為公式(2)，公式(3);
[0101] ?改進解調(diào)算法原理
[0102] 獲得奇次頻，偶次頻信號后，對運兩路信號進行如下操作：
[0103] 首先使用第一微分器115與第二微分器116對運兩路信號求微分，得到運兩路信號 的微分值，如公式(4)(5)，使用交叉相除的辦法，利用（2)(3)的乘積與(4)(5)乘積做除法， 經(jīng)過交叉后的運算結(jié)果可W消除B值與C值的抖動，運算結(jié)果為公式(6)，該信號通過絕對值 子模塊124后，得到數(shù)值為正的信號量，然后通過開方子125模塊，可W求得被測相位的微分 值公式(7)，最后該信號經(jīng)過積分相位子模塊126得到該時刻的相位值公式(8)。
[0104] -種抑制光強波動噪聲的相位解調(diào)裝置，包括光纖干設(shè)儀，數(shù)字解調(diào)裝置與降噪 解調(diào)算法。本裝置對傳統(tǒng)的相位生成載波(PGC)算法進行改進，將被測相位的基頻分量與倍 頻分量做乘積，同時將基頻分量的微分值與倍頻分量的微分值做乘積，利用運兩個乘積項 包含光強參數(shù)運一關(guān)系，將運兩個乘積相除從而去掉光強抖動引起的噪聲，再通過積分的 方法求解被測相位;同時，本裝置將降噪解調(diào)算法集成于FPGA與DSP大規(guī)模高速信號處理器 中，根據(jù)FPGA并行處理能力強W及DSP浮點運算性能優(yōu)越的特點，分別將微分W及相位求解 部分實現(xiàn)于兩個處理器內(nèi)，保證算法的實時性;本裝置有效抑制了光強波動引起的噪聲，提 高了長期穩(wěn)定性，可廣泛用于高精度光纖測量和光纖傳感等領(lǐng)域。
【主權(quán)項】
1. 一種抑制光強波動噪聲的相位解調(diào)裝置，其特征在于:包括光纖干涉儀(2)和數(shù)字解 調(diào)裝置(3)， 光纖干涉儀(2)包括光源模塊(20)、干涉儀(21)和探測及控制模塊(22)，干涉儀包括環(huán) 形器(211)、2 X 2耦合器(212)、光纖環(huán)(213)、第一法拉第旋鏡(214)、第二法拉第旋鏡(215) 和壓電陶瓷（216)，探測及控制模塊(22)包括差分探測器(221)、光源調(diào)制器(222)、計算機 (224)和壓電陶瓷驅(qū)動器(225)， 數(shù)字解調(diào)裝置(3)發(fā)送信號經(jīng)過光源調(diào)制器(222)進行頻率調(diào)制，數(shù)字解調(diào)裝置(3)同 時通過壓電陶瓷驅(qū)動器(225)加載測試信號至壓電陶瓷(216)上，光源模塊(20)發(fā)送光通過 環(huán)形器(211)后，從2X2耦合器(212)的一臂注入，分成兩路，一路光經(jīng)過光纖環(huán)（213)以及 第一法拉第旋鏡(214)反射至2 X 2耦合器(212)中，另一路光經(jīng)過壓電陶瓷(216)以及第二 法拉第旋鏡(215)反射至2 X 2耦合器(212)中，2 X 2耦合器(212)輸出兩路光，一路光經(jīng)過環(huán) 形器(211)輸入到差分探測器(221)中，另一路光直接輸入到分探測器(221)中，差分探測器 (221)輸出干涉信號給數(shù)字解調(diào)裝置(3)，數(shù)字解調(diào)裝置(3)還與計算機(224)連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抑制光強波動噪聲的相位解調(diào)裝置，其特征在于:所述的 數(shù)字解調(diào)裝置(3)包括FPGA處理系統(tǒng)(30)和DSP處理系統(tǒng)(31)， FPGA處理系統(tǒng)（30)包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(303)、可編程放大器(304)、FPGA處理器(305)、電 源(306)、電源監(jiān)測（307)，可編程放大器(304)接收差分探測器(221)輸出的信號，經(jīng)過模數(shù) 轉(zhuǎn)換器(303)輸出PGC干涉信號至FPGA處理器(305)，F(xiàn)PGA處理器(305)連接有第一數(shù)模轉(zhuǎn)換 器(301)、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器(302)、程序存儲(309)和時鐘芯片（310)，第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器(301) 與壓電陶瓷驅(qū)動器(225)連接，第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器(302)輸出調(diào)相波信號給光源調(diào)制器(222)， 電源(306)通過電源監(jiān)測（307)與FPGA處理器(305)連接； DSP處理系統(tǒng)（31)包括數(shù)據(jù)緩存(311)、DSP處理器(312)、網(wǎng)線接口（313)、第一數(shù)據(jù)總 線（315)和第二數(shù)據(jù)總線（316)，DSP處理器（312)通過第一數(shù)據(jù)總線（315)和FPGA處理器 (305)連接，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 )，DSP處理器(312) 通過網(wǎng)線接口（ 313)連接計算機(224)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抑制光強波動噪聲的相位解調(diào)裝置，其特征在于:所述的 FPGA處理器(305)包含鎖相模塊（I 1 )、基頻信號（102 )、倍頻信號（104 )，鎖相模塊（I 1)包括 第一乘法器（111)、第二乘法器（112)、第一濾波器（113)、第二濾波器（114)、第一微分器 (115)與第二微分器（116)，DSP處理器(312)包括數(shù)據(jù)解調(diào)模塊（12)、相位累加子模塊（131) 和降采樣輸出子模塊（132)，數(shù)據(jù)解調(diào)模塊（12)包括第三乘法器（121)、第四乘法器（122)、 第二除法器(123)、絕對值子模塊(124)、開方子模塊(125)和積分相位子模塊(126)， 基頻信號（102)、倍頻信號（104)和PGC干涉信號同時傳送給第一乘法器（111)與第二乘 法器(112)，輸出兩路信號分別經(jīng)過第一濾波器(113)與第二濾波器(114)，繼續(xù)輸出兩路信 號分別通過第一微分器(115)與第二微分器(116);第一濾波器(113)與第二濾波器(114)的 輸出信號通過第一數(shù)據(jù)總線(315)傳送給DSP處理器(312)的第三乘法器（121)，第一微分器 (115)與第二微分器（116)的輸出信號通過第一數(shù)據(jù)總線(315)傳送給DSP處理器(312)的第 四乘法器(122)，輸出結(jié)果輸入到第二除法器(123)，第二除法器(123)輸出至絕對值子模塊 (124)之后連接開方子模塊（125)，最后連接積分相位子模塊（126)，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)。4. 一種基于權(quán)利要求1所述的抑制光強波動噪聲的相位解調(diào)裝置的相位解調(diào)方法，其 特征在于:包括以下步驟， 步驟一:第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出調(diào)相波信號cos ω Qt，在差分探測器得到PGC干涉信號為：其中，A為光強直流分量，B為光強交流分量，C為調(diào)相波信號si幅度，ω〇為調(diào)相波信號si 頻率，^ <0為被測相位值； 步驟二:使用基頻信號、倍頻信號與PGC干涉信號進行乘法操作，然后進行濾波，得到兩 路信號：其中，B為光強交流分量，G與H為調(diào)相波信號幅度，^〇與上(〇為貝塞爾函數(shù)系數(shù)； 步驟三:對經(jīng)過濾波后的信號進行微分操作，得到：步驟四：將步驟三得到的兩個信號送入一個乘法器，將步驟二得到的兩個信號送入另 一個乘法器，將兩個乘法器的輸出信號送入除法器，得到消除光強波動B以及調(diào)制深度C影 響的信號：步驟五:對上一步得到的信號取絕對值，得到全正信號量，進行開方運算后求得被測相 位的微分值進一步得到該時刻的相位值：
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種抑制光強波動噪聲的相位解調(diào)裝置及解調(diào)方法。包括光纖干涉儀和數(shù)字解調(diào)裝置；本發(fā)明對傳統(tǒng)的相位生成載波算法進行改進，將被測相位的基頻分量與倍頻分量做乘積，同時將基頻分量的微分值與倍頻分量的微分值做乘積，將這兩個乘積相除從而去掉光強抖動引起的噪聲，再通過積分的方法求解被測相位；同時，本發(fā)明將降噪解調(diào)算法集成于FPGA與DSP大規(guī)模高速信號處理器中，根據(jù)FPGA并行處理能力強以及DSP浮點運算性能優(yōu)越的特點，分別將微分以及相位求解部分實現(xiàn)于兩個處理器內(nèi)，保證實時性；本發(fā)明有效抑制了光強波動引起的噪聲，提高了長期穩(wěn)定性，可廣泛用于高精度光纖測量和光纖傳感等領(lǐng)域。
【IPC分類】G01B9/02
【公開號】CN105486225
【申請?zhí)枴緾N201510869463
【發(fā)明人】吳冰, 侯璐, 彭峰, 苑勇貴, 侯長波
【申請人】哈爾濱工程大學
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年12月1日