基于3×3耦合器的光纤陀螺信号解调算法

采用3×3耦合器构成非互易结构的开环光纤陀螺,具有灵敏度高、测量范围大等优点.信号检测在光纤陀螺系统中占有非常重要的地位,其解调精度的大小直接影响光纤陀螺的分辨率.根据使用3×3耦合器的开环光纤陀螺输出信号模型的特点,采用一种新的信号解调算法,可以准确解调任意动态范围的输入,克服在工作点附近灵敏度低的缺点,改善被测信号的精度.实验结果表明,算法能快速、准确解调被测物理量.     

光纤干涉信号的3×3耦合器解调及偏振衰落分析

建立了基于3×3耦合器的光纤Mach-Zehnder（MZ）干涉型传感系统。在对3×3耦合器信号解调方案进行了推导和分析后,对干涉信号中偏振衰落现象进行了理论分析和实验研究,并指出了它对3×3耦合器信号解调方案的影响。针对偏振衰落现象的特点,提出了消除这一问题的方案,实现了干涉仪信号的无偏振衰落输出。     

基于微分环干涉技术的光纤长度测量系统

设计了一种利用全光纤干涉系统来精确测量光纤长度的方法。该系统主要由3×3光纤耦合器构成的双光纤微分环和起到相位调制作用的压电陶瓷组成,在微分干涉原理的基础上,对各自通过参照光纤和待测光纤形成的干涉光信号进行相位解调,从而求得待测光纤的长度。实验结果表明测量的光纤长度和已知值一致。     

基于非对称3×3耦合器的光纤相位解调研究

为了解决3×3耦合器相位解调中,输出的3路信号分光比不均匀和相位差不能严格满足120°的非对称问题,采用了一种新型的3×3耦合器解调方案,并进行了理论分析和实验验证。利用均值算法对输出的任意两路信号分别进行预处理,压缩原始3路输出信号之间的功率与相位的偏差,使经过矫正后新的3路信号近似为对称状态输出。根据仿真与实验的结果,分析了耦合器输出的对称性条件和新型解调方案的抗噪声能力。结果表明,该新型解调方案可以有效矫正3×3耦合器3路输出信号的非对称性,新方案的噪声水平约为10-4mW,信噪比约为50dB, 与传统的解调方案相比,可以得到准确度与信噪比更高的待测信号。这一结果对光纤相位解调领域有很好的指导作用,加速了光纤传感技术的实用化进程。     

基于3×3耦合器的马赫-曾德尔干涉仪的光纤光栅波长解调技术

介绍了一种基于3×3和2×2光纤耦合器构成的非平衡马赫-曾德尔干涉仪的波长解调方案。理论分析和数据对比表明,相对于由两个2×2光纤耦合器构成的马赫-曾德尔干涉仪,本干涉仪具有宽谱的灵敏度、能跟踪波长的变化方向和相位展开的优点。实验方案用于测量固定在悬臂梁上的传感光纤布拉格光栅(FBG)的峰值波长变化,获得了±1 pm的静态波长解调精度,在10 Hz处的动态分辨率为27 n/εHz。相位展开算法使得应变测量范围达到了2014με,对应的相位变化为3.22π。     

光纤水听器时分复用系统通过3×3耦合器信号解调的一种新算法

提出了在光纤水听器时分复用系统中采用3×3耦合器解调信号的一种新算法。在该方案中,光纤水听器仍为2×2耦合器结构,3×3耦合器作为匹配干涉仪,利用其三路输出的线性组合和数字反正切技术实现信号解调,解调中使用的参数通过奇异值分解和椭圆拟合得到。该方案不需要载波调制,可实现光纤水听器近似等臂干涉,有利于抑制系统相位噪声。算法的运算量小且适用于一般的非对称3×3耦合器,解调的动态范围很大。最终利用该方案实现了两路光纤水听器时分复用的实验系统,在1 kHz时,系统的噪声本底为31μrad/Hz,动态范围超过125 dB,串扰小于64 dB。     

基于3×3相位解调的光纤地震检波器研究

针对基于3×3相位解调的光纤地震检波器展开研究.利用基于最小二乘法的椭圆拟合法和微分交叉相乘算法,实现基于3×3相位解调的光纤地震检波器的两路输出信号的归一化,减小光纤3×3耦合器的非对称性和激光器的功率波动对光纤地震检波器的影响,解调出光纤地震检波器的相位,实现振动信号的准确还原.实验采用对比法测试了基于3×3相位解调的光纤地震检波器的性能,其灵敏度为320 rad/g@100 Hz,在5～400 Hz频率范围内的波动约为0.7 dB.该研究能够很好地应用于石油、天然气等地质勘探、地震监测以及周界安防等领域.     

基于3×3耦合器的光纤水听器时分复用系统的光强补偿方法

提出一种在光纤水听器时分复用系统中以3×3耦合器作为匹配干涉仪的光强补偿方案,光纤水听器仍为2×2耦合器结构。该方案以时分复用中的非干涉脉冲作参考光强,通过对3×3耦合器两路输出进行简单数学运算并结合数字反正切技术实现信号解调,光强波动和耦合器分光比变化导致的信号畸变得到有效抑制。算法不需要载波调制,可实现光纤水听器近似等臂干涉,有利于降低系统相位噪声。算法的运算量小且适用于一般的非对称3×3耦合器,解调动态范围大。利用该方案实现了8路光纤水听器时分复用实验系统,在光功率变化约10%时,光强补偿方法可将总谐波失真平均值降低30dB,系统噪声本底在信号频率为1kHz时小于30μrad/Hz1/2。     

基于3×3耦合器的光纤光栅激光传感系统波长解调方案的改进

采用3×3耦合器的光纤光栅激光传感系统(FBGLS)的波长解调结果依赖于3×3耦合器的物理特性,解调结果会因3×3耦合器三路输出的直流项、干涉条纹可见度和相位差参数的不稳定而发生一定程度的失真.理论推导给出了标定参数的方法并实现了计算机编程,能够在较大信号时实时给出标定结果,同时给出了相应的解调方案.计算机模拟发现采用上述方法消除了由3×3耦合器三路输出的参数不稳定带来的谐波,实验中解调结果的对比表明该方法带来一定程度的改善,和标准参考传感器测量结果有很高的相关性,此外基于该解调方案的光纤光栅激光传感系统具有较高的分辨率、动态范围和线性度.     

光纤干涉信号的3×3耦合器解调及偏振衰落分析

建立了基于3×3耦合器的光纤Mach-Zehnder(MZ)干涉型传感系统.在对3×3耦合器信号解调方案进行了推导和分析后,对干涉信号中偏振衰落现象进行了理论分析和实验研究,并指出了它对3×3耦合器信号解调方案的影响.针对偏振衰落现象的特点,提出了消除这一问题的方案,实现了干涉仪信号的无偏振衰落输出.     

Design of Demodulation System of Interferometric Sensor Based on Labview

For the modified demodulation arithmetic of 3 × 3 coupler, the processing software built on the basis of Labview is able to demodulate asymmetric 3×3 coupler signal and do further spectrum analysis. It shows that the measured frequency ranges from 10 Hz to 1 000 Hz and phase range is covered by --10 rad～10 rad. The phase sensitivity is 0. 5 V/rad. This system is proved to show high resolution and wide dynamic range.     

Improved demodulation scheme for fiber optic interferometers usingan asymmetric 3×3 coupler

Problems associated with the demodulation of the signal produced by a fiber optic interferometer which employs a 3×3 fiber coupler are investigated both theoretically and experimentally. It is shown that existing demodulation methods do not work well, especially when the 3×3 coupler is asymmetric, as is often the case. Modifications to improve the performance of a previously proposed method are suggested. Furthermore, an alternative demodulation circuit is presented which is simple and which works well even when the 3×3 coupler is asymmetric     

基于33耦合器相位解调的光纤声音传感器设计

为了在某些应急情况下无源传输声音信号,采用基于光纤迈克尔逊干涉仪原理光纤声音传感的方法结合了收音弹性盘片和光纤粘接的工艺设计,使用33耦合器相位解调方法对传感信号进行相位解调,实现了一种新型光纤声音传感器系统。给出了干涉仪3路输出信号相位差的表达式,利用最小二乘法拟合求出干涉仪3路输出信号的平均相位差,取得了仿真与实际测试数据。经过测试,该系统可以准确有效地还原出设计带宽内的声音信号。结果表明,该光纤声音传感器系统适用于电磁恶劣等应急环境中,验证了该设计方案的可行性。     

熔锥平行排列3×3单模光纤耦合器的研究

平行排列 3× 3单模光纤耦合器在光开关、光缓存器、光谐振腔、光滤波器等方面有很重要的应用 ,偏振态的演化和波长特性是耦合器应用中的关键问题。利用模耦合理论对平行排列 3× 3单模光纤耦合器的输出性能进行了详细分析 ,得出了光纤引线对耦合器的输出偏振态演化起主要作用 ,而耦合区的影响则比较小 ;通过理论推导模耦合系数 ,分析了耦合器的分光比随波长的变化关系 ,得出了输出分光比比较稳定的耦合器所需要的合适芯间距(对于我们研制的为 12 .5 μm)。并采用可移动火焰实际研制出了具有长耦合区的平行排列 3× 3单模光纤耦合器 ,测试表明输入光波长在 1 5 0 0～ 1 5 75 μm范围内变化时 ,耦合器的输出分光比变化不大 ,理论与实验结果基本相符     

干涉型光纤水听器调制解调方案研究

概述了Mach -Zehnder干涉型光纤水听器两种不同的调制解调技术 ,着重分析了用 3× 3耦合器组成的干涉型光纤水听器的解调原理。比较分析了这两种方案的特点 ,指出采用 3× 3耦合器解调技术是将来构成全光纤干涉型水听器系统的优选方案     

Dissymmetrical 3×3 Coupled Optical Accelerometer

Without adding feedback to modulate light path system, the dissymmetrical 3×3 coupled optical accelerometer reduces the complexity of the design of light path system. Experiments prove that it can attain good demodulation effects. As carrier is not needed in this system, the frequency range of input signal is diminished so as to decrease the sampling frequency of accelerometer. This makes for the system on programmable chip(SOPC) design of digital demodulating system. The upper limit of accelerometer working frequency can reach 3 500 Hz. But affected by the inherent frequency of sensitive components, its working frequency is 10 Hz～1 000 Hz, and the sensitivity is 8.718 0 V/(m·s-2). This accelerometer can detect the dynamic range of acceleration signal real-timely, steadily and accurately, solving the dissymmetrical problem of light path caused by circumstances and the complexity of process.     

Design and experimental analysis of fiber grating vibration demodulation system based on the 3 × 3 coupler

A novel fiber grating vibration demodulation system, based on 2×2 and 3×3 couplers, is designed. Based on the phase unwrapping algorithm, the three-way asymmetrical output of the 3×3 coupler and demodulation state characteristics of the system when the vibration signal includes high harmonic waves are analyzed in simulations. The result shows that when the three-way output is asymmetrical, the maximum deviation of demodulation signal is 1.625%, and when the vibration signal includes high harmonic waves, the maximum deviation of demodulation signal is 0.9%. The corresponding experiment is conducted. The experimental result shows that the dynamic resolution of the system is 25.22 nɛ / $ \sqrt {Hz} $ \sqrt {Hz} when the vibration pitch is 5.5 Hz.     

基于SOI的2×2 MMI耦合器的设计

设计了一种可用于阵列波导光栅(AWG)解调集成微系统的绝缘体上硅(SOI)基2×2多模干涉(MMI)耦合器,用光束传播法(BPM)对MMI耦合器进行了模拟。耦合器输入/输出波导采用倒锥形,多模干涉区尺寸为6μm×57μm。在TE偏振中心波长为1.55μm时,器件附加损耗为0.46dB,不均匀性为0.06dB。在1.49～1.59μm波长范围内耦合器的附加损耗小于1.55dB。仿真结果表明所设计的2×2MMI耦合器体积小、附加损耗低、波长响应范围宽、分光均匀,符合片上集成系统的要求。     

基于Sagnac型的双光路平衡探测光纤声传感器

为解决传统声电传声器易腐蚀、易受电磁干扰等问题,提出了一种用光纤提取声音的声光换能器结构。该传感器以Sagnac干涉仪为原型,利用声压作用于感应光纤产生的光弹效应实现光波相位的调制,采用3 × 3耦合器构建双光路平衡探测系统,通过干涉实现语音信号的解调,将光电转换后得到的幅值相等的两路信号进行差分处理,消除共模干扰信号和降低光源噪声。实验测试表明,系统性能稳定,波形失真小,在300~3 400 Hz范围内实现声音信号的提取与还原。