[發明專利]一種基于光纖傳感器光收發系統的噪聲分離方法

有效

• 申請號: 201510312568.1
• 申請日: 2015-06-09
• 公開（公告）號: CN104931080B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 金靖;晏云;孔令海;騰飛;張少博;宋鏡明
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所11121
• 代理人: 趙文穎

1.一種基于光纖傳感器光收發系統的噪聲分離方法，具體包括以下步驟：

第一步：設計磁屏蔽裝置；

將光纖傳感器光收發模塊置于磁屏蔽金屬油漆罐中，金屬油漆罐全面包地，緊密蓋合蓋子；同軸電纜的一端通過BNC連接器連接到光纖傳感器光收發系統被檢測端，同軸電纜的另一端連接真均方根表或數字頻譜儀，電源和信號電纜分別采用雙絞線和屏蔽同軸線連接到屏蔽殼中的電路上；

第二步：確定電路噪聲RMS值獲取方法；

當采用真均方根表測量時，儀器本底噪聲RMS值為N_RO，測量得到包含儀器本底噪聲的電路噪聲真均方根測量值為N_RC，則去除儀器本底噪聲后的電路噪聲RMS值為：

當采用數字頻譜儀時，儀器本底噪聲電壓頻譜密度為C₁：u₁(f)，測量得到含儀器本底噪聲的電路噪聲電壓頻譜密度為C₂：u₂(f)，單位均為根據各被測電路的帶寬最大值BW_nmax，設定積分頻率范圍0～10BW_nmax，得去除儀器本地噪聲的電路噪聲RMS值為：

第三步：測量并采用第二步的RMS值獲取方法得光纖傳感器光收發系統端口輸出總噪聲及子模塊本地噪聲RMS值；

將光纖傳感器光收發系統置于屏蔽裝置內，接通電源并確保光纖傳感器正常工作后，使用真均方根表或數字頻譜儀分別測量并采用第二步的RMS值獲取方法，得第二端口輸出總噪聲RMS值N₂及第三端口輸出總噪聲RMS值N₃；接著將光源恒流驅動電路與光源斷開，并將光源輸入端及前放的輸入端接地，使用真均方根表或數字頻譜儀分別測量光源恒流驅動電路噪聲N_D、光電探測器組件噪聲RMS值N_PF及前放噪聲RMS值N_OPA；

第四步：確定噪聲轉化參數并分離光源強度噪聲N₀；

光纖傳感器光收發系統內噪聲疊加關系為：光源恒流驅動電路噪聲N_D以電流噪聲形式驅動光源后轉變為αN_D，與光源強度噪聲N_O疊加得第一端口輸出總噪聲N₁:

其中，α為光源特性參數；

第一端口輸出總噪聲N₁經光電探測器組件光電轉化為βRN₁，βRN₁與光電探測器組件本底噪聲N_PF疊加形成第二端口輸出總噪聲N₂：

其中，β為光電探測器組件響應度，R為光電探測器組件跨阻增益，噪聲N₂通過前放進行放大γ倍后與前放噪聲N_OPA疊加，形成前放輸出總噪聲N₃：

其中γ為前放信號增益；

首先確定噪聲轉化參數：光源特性參數α、前放信號增益γ、光電探測器組件響應度β、光電探測器組件跨阻增益R；測量光纖傳感器光源出纖功率P-驅動電流I關系曲線，當光纖傳感器正常工作時光源驅動電流I_a時，光源出纖功率為P_a,此時關系曲線點(I_a，P_a)處斜率k_a，即為光源特性參數α；將信號發生器產生的交流信號V_in接入前放電路輸入端，用示波器檢測輸出信號V_out，則前放信號增益γ＝V_in/V_out；根據光電探測器組件說明書得為光電探測器組件響應度β；

然后根據上述光收發系統噪聲疊加順序原理，得光源強度噪聲N_O分離公式為：

其中N₃為前放輸出前所有模塊的總噪聲RMS值；N_D為光源恒流驅動電路噪聲RMS值；N_PF為光電探測器組件電路噪聲RMS值；N_OPA為前放噪聲；α為光源特性參數；β為光電探測器組件響應度；γ為前放信號增益；R為光電探測器組件跨阻增益；將噪聲轉化參數及第三步測量得到的噪聲值N₂、N₃、N_D、N_PF、N_OPA代入，分離出光源強度噪聲N_O；

第五步：計算出每個模塊噪聲占光纖傳感器光收發系統總噪聲的比重；

光源恒流驅動電路噪聲占光纖傳感器光收發系統總噪聲的比重為：

${\mathrm{\η}}_D=\sqrt{{(N_D\×\mathrm{\α}\mathrm{\β}R\mathrm{\γ})}^2/N_3^2};$

光源噪聲占光纖傳感器光收發系統總噪聲的比重為：

${\mathrm{\η}}_O=\sqrt{(N_2^2-N_{PF}^2-{\mathrm{\α}}^2{\mathrm{\β}}^2{R}^2{N}_D^2){\mathrm{\γ}}^2/N_3^2};$

光電探測組件噪聲占光纖傳感器光收發系統總噪聲的比重為：

前放占光纖傳感器光收發系統總噪聲的比重為：