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基于PGC解调算法消除光强扰动的光纤传感器研究

张帅  
【摘要】:干涉型光纤传感器与其他类型的传感器相比具有许多优点,如分辨率高、灵敏度高、抗腐蚀、成本低廉、抗电磁干扰。因此近年来干涉型光纤传感器越来越受到人们的关注,并且被广泛引入到许多工程性的应用,如建筑结构的安全监测、石油管道泄漏的检测和入侵检测等方面。而相位生成载波(PGC)调制解调技术是最广泛用于干涉型光纤传感器的解调方法。PGC解调技术相比其他类型的方法具有线性度好,动态范围大,抗干扰能力强,避免相位偏移等特点。然而传统的基于微分交叉相乘的PGC-DCM解调算法易受到光强影响,因此当光源输出不稳定或光在光纤中传输发生偏振衰落时,它的解调结果并不稳定。而传统的基于反正切的PGC-Arctan解调算法虽然能够消除光强对解调结果的影响。但是它本身却受载波调制深度的影响,容易产生谐波失真。本文基于PGC调制解调技术,提出了两种PGC改进算法,可以有效消除光强扰动对解调结果的影响,提高干涉型光纤传感系统的稳定性,因此具有非常好的应用价值。本文的主要内容如下:第一、提出了一种基于参考信号补偿的PGC解调算法,该算法通过引入一个幅度恒定的正弦信号作为参考信号对光强扰动进行估计,并利用这个估计值对传感信号的解调结果进行补偿。并通过MATLAB软件对改进算法进行仿真,验证算法的正确性。第二、提出了一种不对称处理的PGC解调算法用于消除光强扰动的影响。该改进算法通过一路微分交叉相乘的信号与另一路自相乘的信号相除,消除光强项,进而消除光强扰动对解调结果的影响。并通过MATLAB软件进行仿真,验证方法的有效性。第三、利用相关实验对提出的两个改进算法进行验证,搭建了两个级联的Mach-Zehnder干涉仪,第一个干涉仪作为光强调制器引入光强扰动,第二个干涉仪用来对传感信号进行测量。通过光电探测器对第二个干涉仪的输出光强进行接收并解调,验证了改进的PGC解调算法的确可以有效抑制光强扰动对解调结果的影响。


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