[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

技術領域

本發明是一種基于光纖傳感器光收發系統的噪聲分離方法，屬于噪聲測量領域。

背景技術

光纖傳感器是傳感各種不同物理信息(聲、磁、溫度、旋轉等)的器件，可以用于高壓、電氣噪聲、高溫、腐蝕或其它的惡劣環境，如圖1所示，主要由以下幾部分組成：光發送模塊，用于產生并發送光信號；敏感元件，用于敏感各種不同物理信息，從而獲得聲、磁、溫度、旋轉等的變化量；光接收模塊，用于接收被測量調制后的光信號，且使光信號變為電信號；信號處理模塊，用于將電信號處理成所期待的被測量。

圖2所示為光纖傳感器光收發系統的噪聲疊加原理圖，光收發系統包括光發送模塊，敏感元件和光接收模塊，其中光發送模塊包括光源恒流驅動電路和光源，光接收模塊包括光電探測器組件及前置放大器電路(簡稱前放)。光源恒流驅動電路驅動光源發射激光，該激光光波經敏感元件轉化為物理信息光信號，光電探測器組件檢測物理信息光信號的強度變化獲得物理信息電壓信號，該物理信息電壓信號經前放放大后進入光收發系統后的信號處理模塊。對于實際工程應用中，光收發系統的光學系統和電路系統不同部分的噪聲會交叉相互疊加并逐級放大。在信號傳遞的同時，光收發系統內部各子模塊噪聲也進行著噪聲傳遞疊加：光源恒流驅動電路噪聲N_D與光源噪聲N_O疊加形成端口1輸出總噪聲N₁，經敏感元件后與光電探測組件噪聲N_PF疊加形成端口2輸出總噪聲N₂，最后N₂經前放放大的同時與前放噪聲N_OPA疊加形成端口3輸出總噪聲N₃。光纖傳感器作為一種精密的傳感器件，任何隨機性、非互易性因素都將產生嚴重的誤差，大大限制其性能的提高。

目前針對光纖傳感器的光收發系統噪聲測量方法無法分離各子模塊噪聲，難以獲得各子模塊對系統總噪聲的貢獻，不利于系統降噪方法的研究。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述問題，提出了一種光纖傳感器收發模塊的噪聲分離方法，分析出光收發系統中各個子模塊噪聲值及其所占光收發系統總噪聲的比重，為降噪優化研究中減小各隨機及非互易性因素提供了重要科學依據。

本發明是一種光纖傳感器光收發系統的噪聲分離方法，將光纖傳感器光收發系統各子模塊噪聲分離出來，既有利于各子模塊的噪聲抑制研究，又有利于系統調試時確定主要噪聲模塊，從而根據不同模塊的噪聲特性進一步優化提升系統性能。

具體實現步驟是：

首先設計磁屏蔽裝置并將光纖傳感器光收發系統置于其中，使用噪聲測量儀器測量并使用真均方根值(RMS值)數據處理方法得光纖傳感器光收發模塊端口2輸出總噪聲N₂和端口3輸出總噪聲N₃。調整電路，測量光收發系統子模塊噪聲N_D、N_PF、N_OPA。在光纖傳感器中，光源在被恒流驅動電路的同時將光源恒流驅動電路噪聲N_D轉化為αN_D，并與光源噪聲N_O疊加形成端口1輸出總噪聲N₁，經光電探測器光電轉化為βRN₁，再通過前放放大γ倍，其中β為光電探測器響應度，R為光電探測器跨阻增益，γ為前放信號增益。因此接著需要確定噪聲轉化參數：光源特性轉化參數α、光電探測器組件轉換參數βR及前放信號增益γ，并運用噪聲疊加傳遞原理得出的端口3輸出總噪聲表達式將光源噪聲N_O分離出來，最后計算出各子模塊噪聲占光纖傳感器光收發系統總噪聲的比重：η_D、η_O、η_PF、η_OPA(其中，η_D表示光源橫流驅動電路噪聲占光纖傳感器收發系統總噪聲的比重，η_O表示光源強度噪聲占光纖傳感器收發系統總噪聲的比重，η_PF表示光電探測器組件本體噪聲占光纖傳感器收發系統總噪聲的比重，η_OPA表示前放噪聲占光纖傳感器收發系統總噪聲的比重)。

本發明的優點在于：

(1)在測量光纖傳感器光收發系統總體噪聲的同時，通過分離方法可分別獲得其光源強度噪聲和各電路模塊的噪聲值，并可獲得其占光纖傳感器光收發系統總噪聲的比重；