光纤水听器阵列信号实时解调系统设计与实现

随着现代高性能光纤水听器阵列技术发展,对信号实时解调系统的计算能力、存储能力及传输能力等提出了更高的要求.该文在分析干涉型光纤水听器相位载波(PGC)解调方案的基础上,提出了适合该算法的实时解调系统结构,并采用多片数字信号处理器(DSP)为核心设计实现了一种高速实时解调系统.该实时解调系统的设计充分考虑了PGC信号处理的特点,遵循可编程、可扩展、可重构的原则,为系统性能的提升提供了较大的空间.目前,该实时解调系统已调试成功并通过了外场试验.     

一种简单的干涉型光纤水听器信号检测方法

信号检测技术是光纤水听器的关键技术之一,提出了一种干涉型光纤水听器的简单无源零差(SPH)检测方法,它的传感部分没有任何有源器件,也无需对光源进行调制,实现起来非常简单。用Labview结合Matlab编写了信号实时采集处理系统,对光纤水听器灵敏度频响进行了测试。结果表明,在测试频带上探头平均灵敏度为-162.5dB,与国家一级计量站标定的结果一致;波动<±0.5dB,与理论分析一致。通过对灵敏度误差的详细分析,指出影响灵敏度解调的主要因素是光源功率的波动。     

F-P型同振式光纤矢量水听器相位产生载波解调算法

提出了用法布里-珀罗(F-P)型光纤加速度计构成同振式矢量水听器的方案,并进行了结构设计.通过对水听器光学输出解调算法的理论分析,采取双探头接收光强差值的倒数输出设计,从而实现了针对法F-P型多光束干涉的相位产生载波(PGC)解调方案.推导了F-P型光纤加速度计的加速度相移灵敏度的表达式,用计算机仿真了F-P干涉的PG...     

光纤水听器波分复用系统关键技术研究

设计了光纤水听器波分复用系统的基本结构。结合相关的实验测试结果，分析了这种光纤水听器波分复用系统中的一些关键技术，以及对相关光学元器件(如光源、波分复用器、掺铒光纤放大器等)的特殊要求。并进行了相关的计算仿真。     

光纤传感器闭环工作点控制检测方法的改进

闭环工作点控制是干涉型光纤传感器的一种简单有效的信号检测方法.在传统闭环工作点控制检测方法的基础上,对信号解调算法进行了改进,从而扩大了系统的动态范围,并提高了检测的速度和精度.对新算法的解调误差进行了详细的理论分析与仿真,得出了最大可检测信号与工作点允许变化的范围相互制约的结论.为了验证新算法,搭建了简单的Mach-Zehnder干涉仪系统,并编写了实时的数据采集与处理程序,对压电陶瓷(PZT)调制器产生的模拟信号进行了检测.实验结果证实了该算法的有效性.     

参数估计误差对光纤水听器PGC反正切解调性能的影响

针对相位生成载波(PGC)方法用于实际光纤水听器解调系统时利用反正切算法解调时导致的失真,本文用同频相对幅度误差(RAE)以及谐波抑制比(HSR)分别表征解调系统线性和非线性失真。通过引入带有参数估计误差的反正切补偿模型,建立了上述失真与系统关键参数及其误差的定量的数学关系。仿真和实验验证了本文方法的正确性。     

数字化PGC解调光纤水听器的动态范围

阐述了基于数字化PGC解调的光纤水听器基本原理,对该系统最大可测信号及最小可测信号进行了理论分析,得出了系统动态范围的主要决定因素。搭建光纤水听器系统,测试了光纤水听器系统的自噪声谱级,建立标准得到系统的最大可测信号。当带宽为63～1600Hz时,测得系统的动态范围高达108～120dB。     

光纤水听器波分复用系统关键技术研究

设计了光纤水听器波分复用系统的基本结构。结合相关的实验测试结果,分析了这种光纤水听器波分复用系统中的一些关键技术,以及对相关光学元器件(如光源、波分复用器、掺铒光纤放大器等)的特殊要求。并进行了相关的计算仿真。     

干涉型光纤水听器PGC解调系统数字化实现的研究

概述了干涉型光纤水听器直接调制光源的相位生成载波(PGC)解调技术。重点介绍了其数字化实现方法,并通过实验和仿真,考虑到数字化实现过程中所要求的实时性,对系统中对探头的复用以及解调结果有重要影响的滤波器进行了详细的研究。本文的结论在相位生成载波数字解调方案的设计中具有重要的指导意义。     

远程光纤水听器系统中传输光纤引入噪声的抑制

远程传输光纤受环境的影响会在水听器系统中引入噪声,利用迈克耳孙光纤干涉仪模拟光纤水听器,搭建了远程光纤水听器系统,采用参考干涉仪法解调对传输光纤引入的噪声进行抑制。实验结果表明,与常用的相位产生载波技术(PGC)解调相比,参考干涉仪法解调在不影响传感水听器对声信号检测能力的情况下,对传输光纤引入的扰动噪声能进行良好的抑制,频率为500 Hz噪声的抑制量可达到约25 d B,同时该方法使传感水听器系统中100 Hz位置的本底噪声也降低了17 d B。     

基于基频混频的相位生成载波调制解调方法研究

提出了干涉型光纤传感器的相位生成载波(PGC)解调的一种改进方法。在传感信号的幅度较小的情况下,该解调方法只由基频信号对输入信号混频,就可以得到与原始传感信号波形成正比的信号,从而提高整个解调过程的效率。仿真分析及实验结果都验证了改进算法的可行性。在基于马赫-曾德尔干涉仪(MZI)以及外调制方式的信号检测实验中,采用该解调方法所得信号和原信号相关系数达0.99以上。     

芯轴干涉型光纤水听器声压灵敏度的正交实验研究

采用L9 (34)正交实验的方法,研究了弹性筒与芯轴形成的空气腔的体积、绕制探头时对光纤施加的张力这两个因素对芯轴干涉型光纤水听器声压灵敏度造成的影响.实验结果表明,空气腔体积及光纤张力对声压灵敏度没有实质影响,在光纤与弹性筒充分耦合的前提下可以不予考虑.     

干涉型光纤水听器模拟分析与优化

概述了干涉型光纤水听器直接调制光源的相位载波调制解调原理,对实际应用中存在的问题进行了详细的理论和模拟分析,并提出了优化调制信号幅度、消除延迟的影响以及采用自动增益控制电路来稳定光电检测输出等优化方案来提高水听器的稳定性和动态范围,减少波形畸变。     

一种用于干涉型光纤传感器动态相移测量的J0-J1法

提出了一种用于干涉型光纤传感器动态相移测量的J0-J1法,实现了无源零差检测,而且信号解调算法简单,检测频带宽。详细介绍了该方法的基本检测原理,并对解调误差进行了理论分析与仿真,得出了系统能够检测的最大动态相移幅度与干涉仪的工作点允许变化的范围相互制约的结论。编写了实时的信号采集、处理程序,对某一干涉型光纤水听器探头的声压灵敏度进行了测量。在频带20~1300Hz上,平均声压灵敏度为-162dB(0dB=1rad/μPa),波动<±1.0dB,单频点500Hz的灵敏度变化<±0.5dB,与采用相位载波(PGC)调制解调法测量的结果基本一致,验证了J0-J1法的可行性。     

干涉型光纤传感器相位漂移的无源解决方法

相位漂移是干涉型光纤传感器实际应用中遇到的关键问题之一。提出了一种基于线性控制原理的无源解决方法,利用干涉仪的输出信号得到一个误差信号对光源波长进行调节,在非平衡干涉仪中产生一个补偿相位,对各种噪声引起的相位漂移进行补偿,从而使干涉仪一直工作在最灵敏的地方,实现了无源线性检测。搭建实验系统,利用该方法对某一干涉型光纤水听器进行了测试,结果表明该光纤水听器被很好地控制在正交工作状态,获得了稳定的输出信号。在20~2500 Hz频率范围内,该光纤水听器的声压灵敏度为-156.5 dB(0 dB=1 rad/μPa),频响波动<±1.2 dB,与采用相位载波(PGC)调制解调方法测得的结果一致,从而验证了该方法的可行性。