声光调制光纤传感系统的信号解调研究

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光纤传感技术在现代智能化物联网中应用广泛。本论文结合项目“声光调制光纤传感系统的研究”,以实现干涉信号解调为目的,针对马赫曾德尔干涉仪输出的干涉信号,对其解调方法进行了深入的理论研究和仿真实验,完成的主要工作如下:◆分析了马赫-曾德尔干涉仪的结构及输出信号的频谱,并据此确定了系统的采样频率及载波频率。◆深入研究了相位生成载波法的基本理论。根据微分交叉相乘的原理,利用Labview软件,编程实现了对马赫-曾德尔干涉仪输出信号的解调。仿真分析了该解调方法的特性,结果表明当信号频率固定时,动态范围主要受限于载波频率,当载波频率为60KHz,输入信号频率为IKHz时,在1~30rad的动态范围内,解调相似度可达99%。输入信号幅度为lrad时,可解调的频率范围为500~10KHz。随着信号频率及幅度的增加,解调效果变差。◆分析了相位生成载波反正切解调方法原理及该方法使用受限的原因。针对导致该方法解调为非线性解调的两个因素,系数J1(C)/J2(C)及反正切函数特性,对反正切方法进行了改进,使其调制深度范围增加。利用Labview软件,编程实现了对于涉信号的解调。经仿真分析得出,该方法适用于低频(1~50Hz)小信号(0~pi/4)的解调,在此范围之内,解调相关性可达0.99以上,超出这个范围,则解调严重失真。虽然该方法的使用具有一定的限制,但是由于解调过程中没有积分过程,不会引入直流漂移,对低频小信号的解调效果要优于微分交叉相乘法。◆分析了基于3×3耦合器解调法的原理。针对三路输入信号非对称的情况,提出了前期信号处理方法,以达到三路输入信号对称的条件。利用Labview软件对该方法进行了仿真分析。该解调方法的动态范围主要受限于系统采样频率。采样频率为1000KHz,输入信号为1KHz的情况下,解调动态范围在190rad内,相关系数可达0.99以上。随着信号频率的增加,解调系统的动态范围减小;输入信号幅值为10rad时,系统可解调的信号频率范围是250Hz-19KHz,在此频率范围内,输入、输出信号的相关系数可以达到0.99以上,且呈现的变化趋势为先增大,在一定范围内保持基本不变,然后减小。
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