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地震勘探对地震检波器性能的要求逐渐提高,传统加速度传感器在信号采集、信号传输和信号处理方面,存在着精度低、功耗大等不足。本文将光波导技术和DSP技术相结合,设计实现了一种基于优化解调算法的光干涉型数字化加速度传感器。该加速度传感器能够有效提高信号的检测精度和处理的实时性,具有抗电磁干扰能力强,动态范围大,精度高等特点。
本文在分析了马赫-泽德尔(Math-Zehnder)干涉仪的结构、干涉原理及其特点的基础上分别对基于Mach-Zehnder干涉仪的综合外差解调算法和非对称3×3耦合器输出无载波解调算法进行了理论分析和数学推导。利用Simulink仿真软件对这两种解调算法进行了建模仿真实验,实验结果验证了这两种解调算法的解调正确性,为在实际工作中基于这两种解调算法进行解调器设计提供了可靠的理论依据。
本文在对光干涉型加速度传感器做出需求分析的基础上,提出了软硬件设计方案。硬件上选用TI公司的OMAP-L138双核处理器作为解调器的核心处理器,并设计了信号调理电路、A/D接口电路和串行接口电路;软件上搭建了OMAP处理器的开发环境,对非对称3×3耦合器输出无载波解调算法进行代码实现,编写了解调系统的信号采集、解调、传输的应用程序,实现了光干涉型加速度传感器对信号的实时采集、准确解调和可靠传输。
最后借助Labview虚拟仪器软件和数据采集卡搭建了实验测试平台,对所设计的解调器进行了模拟环境测试。测试结果表明,所设计实现的解调器能够对频率为10Hz~1 kHz,相位幅度为0.05 rad~4rad的振动信号进行正确的解调,性能满足设计需求。本文所设计实现的光干涉型加速度传感器在地震勘探、天然气、石油等自然资源勘探、桥梁、大坝等的安全检测中有着广泛的应用前景。