[發明專利]基于相位生成載波技術的相位靈敏度標定方法

有效

• 申請號: 202010873317.1
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN112097924B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 吳許強;俞本立;時金輝;甄勝來;光東
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: G01J9/02
• 分類號: G01J9/02
• 代理公司: 合肥正則元起專利代理事務所(普通合伙) 34160
• 代理人: 王俊曉

本發明公開了一種基于相位生成載波技術的相位靈敏度標定方法，其特征是在相位生成載波算法運行過程中，通過相位調制器額外加入一個已知相位量的標定信號，通過反正切算法或交叉相乘算法解調出這個信號，得出算法中單位相位量對應的解調輸出值；已知相位量可通過載波調制深度參數按一定比例換算得到。本發明方法簡單，對設備性能要求低，選擇性實施可以避免對算法解調持續性干擾；能夠快速方便的得到相位生成載波算法的相位靈敏度值，為傳感系統待測物理量的標定提供了技術支持。

技術領域

本發明涉及一種光纖干涉傳感測量領域，特別是一種基于相位生成載波技術的相位靈敏度標定方法。

背景技術

隨著科學研究的快速發展和工業生產水平飛速提高，科研和工業領域對位移測量也提出了更高的要求，光纖干涉測量技術由于其測量精度高、應用范圍廣，并用于抗電磁干擾等優點而備受關注，相位生成載波(PGC)相位解調技術是目前應用最廣、性能最穩定的光纖干涉信號解調技術。

PGC算法應用中如圖1所示，外界待測量作用于傳感區使干涉儀相位發生變化，干涉儀輸出出現強度波動，PGC算法依據此強度波動解調并輸出相應解調電壓信號，此解調電壓信號表征外界待測量的大小及頻率。這個過程中發生了幾個轉化：待測量轉化成相位量，相位量轉化成解調電壓量，解調電壓量轉化成待測量。我們可以通過干涉儀施加一個標準的待測量而后讀出解調后的電壓值，從而建立待測量與解調電壓的關系。PGC算法的輸出值會受到光路參數、算法調制性能以及信號輸出增益的影響，即相同的算法，不同的實現硬件實體--解調儀存在相位-電壓轉化的差異，所以我們需要知道每個解調儀的相位-電壓的轉化性能，也就是相位靈敏度。

目前還沒有發現直接測出PGC解調儀相位靈敏度的方法，現有方法為間接表征法，即通過貝塞爾函數比值法測試出傳感器的相位靈敏度(傳感物理量與相位的關系)，傳感器通過PGC解調后的靈敏度(傳感物理量與解調電壓的關系)，從而建立PGC解調的相位與解調電壓的關系。此方法復雜，需要測量的量多，設備需求繁多，而且計算誤差大。

發明內容

為解決上述現有技術所存在的不足之處，本發明提供一種基于相位生成載波技術的相位靈敏度自動標定的方法，以期能夠快速方便的標定出相位解調儀的相位靈敏度。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

基于相位生成載波技術的相位靈敏度標定方法，其特征在于，首先通過相位調制器額外加入一個已知相位量的標定信號，通過相位載波算法解調出這個信號，得出算法中單位相位量對應的解調輸出值；

具體包括如下步驟：

步驟1：由PGC解調傳感系統的相位調制器性能參數，得到標定信號頻率與載波頻率對應的響應關系；

步驟2：相位生成載波技術要求PGC解調傳感系統的載波調制深度為C，得到對應的載波調制信號強度，由步驟1得到的響應關系得到標定信號施加額定相位量φ所需的信號強度U；

步驟3：對PGC解調傳感系統的相位調制器施加步驟2所述標定信號，運用相位生成載波技術解調出對應信號的強度V；

步驟4：對比標定信號產生的相位量φ與算法輸出的信號強度V，得出算法中單位相位量對應的解調輸出值，即解調儀的相位靈敏度V/φ。

作為本發明的進一步方案，所述PGC解調傳感系統包括基于馬赫增德爾干涉儀的PGC解調傳感系統與基于邁克爾遜干涉儀的PGC解調傳感系統。

作為本發明的進一步方案，所述基于馬赫增德爾干涉儀的PGC解調傳感系統包括激光器與調制信號源，激光器通過光纖連接有兩個耦合器，兩個耦合器之間并聯有傳感元與相位調制器，其中一個耦合器通過光纖與光電探測器連接，調制信號源通過內調制調制信號傳輸電纜向相位調制器發出內調制信號，用于調制激光器的頻率，調制信號源通過外調制調制信號傳輸電纜向激光器發出外調制信號，用于調制干涉儀其中一臂的光程，。