基于改进PGC解调的水表面声波激光相干探测

针对低频水表面声波的频率识别问题,本文提出了一种基于改进PGC解调的激光相干探测方法。利用简单的激光干涉系统探测水下声源激发的低频水表面声波,再利用4路载波信号对其混频,通过功率比较遴选出两路功率最大的正交干涉信号,然后进行相位解调和频谱分析实现了水表面声波的频率测定。仿真和实验研究表明改进PGC法能够有效防止载波信号初始相位不可控条件下正交信号消隐的问题并准确实现低频水表面声波的频率识别,频率探测下限可达30Hz,对变频水表面声波及大尺度扰动波干扰条件下的低频水表面声波也取得了很好的检测效果。本文的研究表明改进PGC方法能够准确实现水表面声波的频率识别,并具有很强的抗干扰能力。     

用于探测极低频信号的光纤传感器相位生成载波解调方法

提出并实现了一种用于微弱极低频信号探测的干涉式光纤传感器相位生成载波(PGC)解调方法。对PGC解调方法中微分交叉相乘(DCM)及反正切(Arctangent)两种相位抽取算法应用于极低频信号解调进行了理论分析和算法仿真,其结果表明,DCM式PGC算法解调极低频信号时,其结果中存在直流漂移,而Arctangent式PGC算法的解调结果中不存在直流漂移问题。进而基于光纤干涉仪搭建了极低频光纤传感系统,并进行了两种PGC解调算法的对比实验,实验结果表明,Arctangent式PGC算法不存在DCM式PGC算法解调极低频信号时的直流漂移,且能够准确解调极低频信号,与理论分析的结论相符。最后采用Arctangent式PGC算法实现了极低频干涉式光纤传感系统,该系统达到的最低可探测信号频率为0.01 Hz,最小可探测信号为4×10-4rad/Hz,动态范围为110 dB@1 Hz,线性相关系数为99.99%。     

相位解调实现低频水表面声波振幅探测

为了实现低频水表面声波振幅准确探测和时变声信号的跟踪识别,提出了一种基于相位解调的激光干涉探测方法。该方法在参考光路中引入高频载波,利用相位生成载波技术的反正切解调算法,并结合高频载波初相位和调制深度的测定,可实现水表面声波的准确识别。在实验室环境下搭建了一套水表面声波探测系统,实验结果表明:该方法对水表面声波微振幅的测量重复性不超过1 nm。同时该系统能够实时跟踪水下声源的变化,对幅度受到正弦调制的水下声源信号进行了水表面声波振幅检测,实验结果证明了该方法识别时变声信号的正确性。     

利用正弦相位调制干涉仪探测声辐射激励的固体表面微振动

为了提取固体表面的微振动信息,本文提出了一种基于正弦相位调制干涉仪和实时归一化PGC-DCM算法的探测方法。采用归一化PGC-DCM算法实现载波相位调制深度和载波相位延迟的计算,然后对正交干涉信号分量进行预归一化,再经过运算消去干涉信号条纹的对比度系数,实现正交干涉信号分量的完全归一化,最后利用微分交叉相乘原理实现干涉信号相位的解调。利用数值仿真证明了解调算法的有效性,并在光学暗室环境中搭建了一套正弦相位调制干涉系统,对多种不同频谱特征的固体表面微振动进行探测实验和信息解调;实验结果表明,所提方法能够准确探测固体表面的微振动信息,在3 kHz的被测微振动频率范围内,干涉信号相位解调的平均信噪失真比为33.0956 dB,动态范围优于22.75 dB。     

高分辨率光纤激光传感系统

提出并实现了一种基于光纤光栅(FBG)激光器的高分辨率光纤传感系统。通过在一段高增益有源光纤写入光纤光栅形成光纤激光传感器,待测信号作用在激光器上引起激光频率变化,采用偏振无关的非平衡迈克耳孙光纤干涉仪将激光频率变化转化为干涉仪相位变化。干涉仪输出的信号经过光电转换后,用采集卡转换为数字信号输入计算机,最后利用改进的归一化相位载波(PGC)解调技术,实现信号的高分辨率解调。实验表明该传感系统的动态应变分辨率达到了5.6×10-4nε/Hz,并且解调结果与待测信号具有良好的线性关系。     

一种消除伴生调幅的光源调频型相位生成载波解调方法

为了克服伴生调幅对光源调频型相位生成载波(PGC)解调方法的影响,提出一种基于双路干涉信号和微分-交叉相乘(DCM,differential-cross multiply)的PGC解调方法.通过3×2耦合器引入双路干涉信号,直接调制光源频率获得相位载波.实验结果表明,新方法较好地消除了光源伴生调幅的影响.对于4 rad...     

单频长基线激光干涉仪的在线稳定性监测方法

研究了一种长基线激光干涉仪的在线稳定性监测技术,可用于纳米量级的位移和振动测量。构建了一个臂长22m的激光干涉仪用于位移和振动测量。基于相位生成载波(PGC)解调技术,通过在相位调制载波中增加已知频率、固定幅值的指示信号,利用指示信号的幅度变化,实现激光干涉仪的工作状态监测,以及测量环境的变化与波动的指示。实验结果表明,加入已知幅度频率的指示信号可以实现激光干涉仪在线运行状态的监测。该方法的优点是没有增加硬件负载,可实现激光干涉仪的在线稳定性监测,简化了干涉仪调试过程,提高了运行效率。     

用于周界安防的光纤光栅振动传感系统研究

基于光纤光栅传感理论设计了一种应用于周界安防的低频振动传感器.采用商用解调仪OPD4000对传感器的灵敏度进行了测试,在10～100 Hz频率范围内,传感器灵敏度高于1 000 pm/g.基于非平衡迈克尔逊干涉仪相位载波调制(PGC)解调技术搭建了一套光栅传感器解调系统,实现对传感器低频振动信号的高精度实时解调,使得该系统可广泛应用于机场、监狱、油库、核场所等重要区域的周界安防中.     

基于FBG的触点式动态压力传感器及其在脉象信息测量中的应用

提出了一种光纤Bragg光栅(FBG)压力传感器和基于 相位产生载波(PGC)的干涉式波长解调相结合的传感器系统,实现脉象波形 信息的探测。设计了一种高灵敏度的触点式FBG动态压力传感器,采用有限元软件分析 了传感器的灵 敏度和频率范围;对基于PGC的干涉式波长解调算法的低频特性进行了优化,实现低至0.2Hz的高分辨率 波长解调,以适应脉象信息测量的需要。实验研究了传感器的压力灵敏度,并进行了脉搏样 本信号的采集。 测试结果表明,传感器灵敏度为750pm/N,频率响应平坦,分辨率优 于1.4×10－6 N·H₂12,能够高保真的还 原脉象信息,为客观化脉诊提供了一种可靠的技术途径。     

分布反馈光纤激光水听器相位一致性的测试方法

在传统压电水听器相位一致性测试的基础上提出了分布反馈(DFB)光纤激光水听器相位一致性的测试方法,并搭建了测试系统.采用偏振无关的非平衡迈克尔逊干涉仪和归一化的相位载波(PGC)解调方案,解调出光纤激光水听器感受的水声信号,并与参考压电水听器作对比,使用高精度相位检测器将两信号转化为相位差信号:重复测量第二支光纤激光水...     

基于PGC解调的激光多普勒语音检测系统

提出了一种可实现非接触、远距离、高灵敏度的激光多普勒语音检测系统.该系统采用压电陶瓷(PZT)对迈克尔逊干涉仪的参考信号进行调制,利用相位产生载波法(PGC)对干涉信号解调,提高了零差干涉法的抗干扰性,并且具有光路简单、成本低等优点.推导了干涉信号的解析表达式,数值分析了PGC解调参数的最优值.实验结果表明:该系统能动...     

基于固定相位延迟的相位生成载波检测方法

为了克服光源频率调制深度、信号相位延迟、伴生调幅等参数对基于正交项解调的相位生成载波(OT-PGC)解调方法的影响,提出一种基于固定相位延迟的PGC检测方法(FPD-PGC),采用3×2耦合器产生固定相位延迟,分别利用两路信号的倍频信号进行解调。详细阐述了该方法的检测原理,分析了关键参数的影响。当伴生调幅系数为0.4时,仿真对比了FPD-PGC方法与OT-PGC方法的解调性能,结果表明新方法谐波比提高30dB以上,系统信噪比(SNR)也有显著改善。对实际信号进行解调,得到了类似结果。分析及实验表明该方法完全消除了信号相位延迟的影响,较好地抑制了调频深度和伴生调幅的影响。     

基于同步载波复原的干涉相位生成载波解调算法

为了有效消除载波延迟对相位生成载波(PGC)算法的影响,提出了一种基于同步载波复原的混频基频、二倍频信号生成方法,直接从干涉信号中提取出载波信息并进行同步载波复原。阐述了该方法的生成原理,并通过理论分析、数值计算与仿真解调等手段对相位延迟的影响进行了详细的分析。仿真与实验结果表明,基于同步载波复原方法获得的混频信号与干涉信号完全对齐,可以保证PGC算法实现稳定、精确的解调。     

用于多路MCP-EBPSK信号解调的冲击滤波器组设计

修正的随机极性连续相位扩展的二元相移键控调制（MCP-EBPSK）通过随机化调制指数的符号,并加入功率谱调节系数,进一步降低了连续相位扩展的二元相移键控(CP-EBPSK)调制信号功率谱中的线谱分量,使得功率谱占用带宽更窄,信息传输更加的高效高速。多载波作为高频谱利用率的复用调制方式,与MCP-EBPSK结合势必会带来更高的系统性能,因此本文对用于解调单路MCP-EBPSK信号的冲击滤波器进行初步改进,通过添加陷波零点来抑制旁路干扰,设计出带陷波的冲击滤波器组。引入量子粒子群优化算法对加入陷波的冲击滤波器组进行优化得到滤波器组系数,仿真显示即使时频混叠的子载波间不满足正交关系,利用各冲击滤波器中心频率处极陡峭的陷波选频特性依然可以实现各子载波的正确解调。因此, 设计的冲击滤波器组可以用于子载波无保护间隔的多路MCP-EBPSK信号解调。      

PGC调制—解调光纤水声传感器的研究与实现

对适用于干涉型光纤水声传感器阵列的PGC(相位载波)调制—解调单元光纤水声传感器进行了研究,分析得出了光纤水声传感器PGC检测新的带宽要求;采用半导体激光器光源及其光频率调制技术,研制成功了高灵敏度的PGC调制—解调单元光纤水声传感器,获得了稳定的水声信号,并在国家水声一级计量站完成了测试。     

匹配型迈克尔逊干涉结构中PZT相位调制对PGC解调算法的影响

通过对相位生成载波(PGC)解调算法的仿真以及参考大量相关文献,可以发现调制度C对PGC解调结果有着极其重要的影响。而调制度C的大小由压电陶瓷PZT(Piezoelectric Transducter)对光路实际产生的相位调制决定,因此,对PZT光相位调制器相位调制常数的校准以及实际产生的相位调制计算很重要。其中对于光相位调制器相位调制常数的校准,可以根据PZT的特性,对PZT施加固定频率的三角波电压,观察干涉信号的变化。通过分析匹配型迈克尔逊干涉仪的PZT调制方式,给出计算调制度C的公式,并分析了调制方式对载波调制度大小和相位的影响,得出PZT对光路信号调制两次,与PZT的调制度两次叠加基本相等,但是会对载波基频增加一个固定的相位延迟,对调制解调算算法有影响,需计算其具体大小,在运算时消掉其影响。     

干涉型光纤传感器PGC解调算法的研究

相位生成载波解调（PGC）技术是一种广泛应用于干涉型光纤传感器的零差解调法。简要概述了PGC的定义以及调制原理,分析了几种解调算法,研究发现干涉信号幅度、调制深度会对解调结果产生影响。通过消除干涉信号幅度和调制深度的影响,可以减小解调信号的失真;并且,采用低阶次的混频载波可以减小采样频率。文中的结论对于干涉型光纤传感器的解调技术具有重要的理论参考价值。     

一种模数混合的PGC解调方案

分析了相位载波(PGC)技术的模拟数字混合解调方案,提出了一种改进的模拟数字混合系统。此系统可降低采样频率,消除寄生调幅的影响,同时克服了因载波漂移带来的解调困难。采用多量子阱激光器作为光源,使载波信号工作在较高的频率范围(0~20 MHz),从而提高了系统带宽和动态范围。试验表明,通过该方案建立的系统满足解调要求。由于较低的采样频率,该方案适合时分复用的光纤传感器阵列。     

利用正交偏振切换抗偏振衰落和抑制偏振噪声

干涉型光纤传感器是一种高灵敏度的传感器,在许多领域都具有重要应用价值,而偏振衰落是这种传感器中需要解决的一个重要问题。提出采用脉冲正交偏振切换及基于相位生成载波(PGC)的信号合成算法来实现抗偏振衰落。阐述了正交偏振切换方法的基本理论,分析了以PGC解调为基础的正交偏振切换合成算法的原理,搭建了实验系统进行实验研究。结果表明,当光纤中偏振态受到扰动时,通过正交偏振切换及合成算法,合成的结果等效干涉度可以稳定在0.93~0.94之间;解调结果的噪声可以达到四路偏振通道噪声的最低水平。该方法可以消除传输光纤中偏振扰动所造成的低频相位漂移,使解调结果不受传输光纤中偏振态扰动的影响。长时间的噪声监测结果表明,PGC调制频率为8kHz时,系统噪声达到了-96dB/槡Hz(1kHz),与同一系统中采用法拉第旋镜作为反射镜测得的本底噪声相当。该方法为解决干涉型光纤传感器时分复用阵列,特别是基于光纤光栅的干涉型准分布式光纤传感器和分布式传感系统中的偏振衰落问题提供了一种可行的途径。     

基于微纳光纤全光相位调制器的PGC解调系统

基于光源内调制法的相位生成载波(PGC)解调系统中存在因干涉仪臂差及光源快速调谐引入环境相位噪声和光源相位噪声等问题,为此,建立了基于微纳光纤全光相位调制器的新型PGC解调系统。为满足PGC解调技术应用要求,设计了基于光吸收致热效应的微纳光纤全光相位调制器,调制带宽可达10kHz以上。在此基础上,构建了光纤水听器PGC解调系统,并进行了模拟水声信号的测试解调研究。实验结果显示,该系统可以对3kHz以下水声信号的进行良好解调。