[發(fā)明專利]基于3×3耦合器兩路輸出的波長解調(diào)系統(tǒng)及方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810223610.2
• 申請日: 2008-09-27
• 公開（公告）號: CN101686087A
• 公開（公告）日: 2010-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮磊;李芳;劉育梁
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號: H04B10/20
• 分類號: H04B10/20;H04B10/18;G02B6/34
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 周國城

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于3×3耦合器兩路輸 出的波長解調(diào)系統(tǒng)及方法，主要應(yīng)用于波長調(diào)制型傳感器波長解調(diào)。

背景技術(shù)

光纖傳感技術(shù)是以光為載體，光纖為媒介，感知和傳輸外界信號的新 型傳感技術(shù)。利用外界物理量對光波不同參量的調(diào)制，光纖傳感器可以分 為：波長調(diào)制型、光強調(diào)制型、相位調(diào)制型和偏振態(tài)調(diào)制型等類型。波長 調(diào)制型光纖傳感器有抗干擾能力強、傳感探頭結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小和便于組 網(wǎng)復(fù)用等優(yōu)點，因此波長調(diào)制型傳感器在光纖傳感中廣泛應(yīng)用于土木工 程，航空航天，石油工業(yè)，國防安全等諸多領(lǐng)域。

基于波長調(diào)制型光纖傳感器的解調(diào)方法有很多，例如色散法、F-P濾 波器法、匹配光柵法、邊緣濾波器法等，這些方法的最高波長分辨率約為 0.1pm。要達(dá)到更高的分辨率，必須采用干涉的方法，傳感頭波長的變化 經(jīng)過非平衡干涉儀后轉(zhuǎn)化為相位變化，然后通過相位解調(diào)技術(shù)還原波長的 變化，基于干涉式波長解調(diào)的方法主要包括相位跟蹤法，相位載波法，3×3 耦合器方法等等。

相位跟蹤法是在干涉儀的一個臂上引入相位調(diào)制器，干涉儀輸出信號 經(jīng)過相位補償電路后對其進(jìn)行反饋控制，產(chǎn)生相位補償，使得干涉儀的兩 臂的相位差為π/2，即干涉儀工作在正交狀態(tài)下，此時傳感器波長的變化 量與探測器輸出的電壓變化成正比。相位跟蹤法的結(jié)構(gòu)較簡單，解調(diào)速度 快，其缺點是檢測大信號時失真嚴(yán)重，解調(diào)結(jié)果與光強相關(guān)，且在組網(wǎng)復(fù) 用中，由于每一路傳感器的干涉信號初始相位漂移不同，因此每一路傳感 器需要單獨的干涉儀和補償電路，組網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

相對于其它相位解調(diào)技術(shù)，基于3×3耦合器法實現(xiàn)的波長解調(diào)系統(tǒng)成 本低，算法簡單，而且系統(tǒng)光路的實現(xiàn)相對容易，但是通常解調(diào)算法需要 依賴于3×3耦合器的三路輸出，并且需要相位展開技術(shù)，這樣不僅增加了 系統(tǒng)組網(wǎng)的難度而且加大了算法的難度。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于 3×3耦合器兩路輸出的波長解調(diào)系統(tǒng)及方法，以降低算法復(fù)雜度，增大解 調(diào)動態(tài)范圍，降低解調(diào)系統(tǒng)成本，便于實現(xiàn)組網(wǎng)。

(二)技術(shù)方案

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種基于3×3耦合器兩路輸出的波長解調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

高通濾波模塊10，用于對接收自3×3耦合器的任意兩路干涉條紋進(jìn)行 高通濾波，濾去直流項后得到兩路輸出信號，輸出給乘法交叉相減模塊20；

乘法交叉相減模塊20，用于對高通濾波模塊10輸入的兩路信號進(jìn)行 乘法交叉相減，得到包含信號的正弦項和余弦項，輸出給微分平方相加模 塊30；

微分平方相加模塊30，用于對乘法交叉相減模塊20輸入的信號進(jìn)行 消去包含信號的正弦和余弦項，得到信號微分的平方項，輸出給開方判斷 正負(fù)模塊40；

開方判斷正負(fù)模塊40，用于對微分平方相加模塊30輸入的信號微分 的平方項進(jìn)行開根號運算，然后再對得到的結(jié)果進(jìn)行正負(fù)的判斷，得到信 號的微分項，輸出給中值濾波積分模塊50；

中值濾波積分模塊50，用于對開方判斷正負(fù)模塊40輸入的信號的微 分項進(jìn)行中值濾波，濾去壞點后再經(jīng)過積分器積分，得到最后的解調(diào)結(jié)果。

上述方案中，所述高通濾波模塊10包含：

第一高通濾波器101，用于對輸入的干涉條紋a1進(jìn)行高通濾波得到信 號b1，輸出給乘法交叉相減模塊20；

第二高通濾波器102，用于對輸入的干涉條紋a2進(jìn)行高通濾波得到信 號b2，輸出給乘法交叉相減模塊20。

上述方案中，所述乘法交叉相減模塊20包含四個乘法器和兩個減法 器，第一乘法器201和第二乘法器202分別將信號b1分別與(B₂/B₁)cosβ₂和(B₂/B₁)sinβ₂相乘得到信號c1和c2，第三乘法器203和第四乘法器204 分別將信號b2分別與cosβ₁和sinβ₁相乘得到信號c3和c4，第一減法器205 將信號c1和c3相減得到信號d1，第二減法器206將信號c2和c4相減得 到信號d2。