[發明專利]一種基于PGC的相位解調裝置及其方法

在審

• 申請號: 202011356906.9
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112611443A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 卞正蘭;魏雙嬌;胡安鐸;初鳳紅
• 申請（專利權）人: 上海電力大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;G01D5/353
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

本發明提供一種基于PGC的相位解調裝置，包括：激光器、耦合器、法拉第旋鏡、光電探測器、數據采集卡以及上位機解調組件，其中，上位機解調組件包括第一乘法器、第二乘法器、低通濾波器、第三乘法器、微分器、第四乘法器、除法器、開方器、積分器以及高通濾波器。本發明還提供了一種相位解調方法，包括：激光通過傳感光纖進入耦合器后分兩路分別經過傳感臂以及參考臂后入射到兩個法拉第旋鏡發生發射，而后在耦合器中發生干涉，得到干涉信號；光電探測器接收干涉信號并由數據采集卡采集后分為兩路進行基頻和二倍頻的混合操作，得到兩路混頻信號；兩路混頻信號進入上位機組件進行解調，得到解調后的振動信號。

技術領域

本發明屬于振動信號解調技術領域，具體涉及一種基于PGC的相位解調裝置及其方法。

背景技術

振動現象在日常生活中無處不在，而當振動的頻率、次數、范圍等發生異樣時，往往預示著某種事件的發生，因此，可以通過對振動進行監測，來實現各類異常事件的警示，如地震、海嘯等，所以，振動的監測已然成為光纖傳感技術中較為重要的研究領域和未來研發的方向。

光纖是由摻雜的二氧化硅制成的光導纖維，由于全反射效應，光信號在光纖中傳輸損耗極低，光纖逐漸成為長距離信息傳遞的首選。得益于此，以光纖作為傳感器主體的光纖傳感技術，能夠適應非常極端的環境，并且能夠保證傳感器在該環境下正常地運行。分布式光纖振動傳感技術根據原理分為兩種，即可以分為干涉型和瑞利散射型。其中，干涉型是用于監測干涉光信號，光纖干涉儀對光相位的變化非常敏感，此類型是利用這一特性來進行信號的監測。其靈敏度高，當光的相位發生變化時，可以通過解調相位來檢測振動。

目前相位解調算法主要是相位生成載波技術，其包括調制和解調兩大部分，其中調制部分主要分為內調制和外調制；而解調常見的方法又分為微分交叉相乘解調方法和反正切解調方法。這兩種傳統的方法會受到相位延遲和調制深度的影響，造成解調結果不佳，因此，需要一種能夠解決相位延遲和調制深度的影響問題的裝置及方法。

發明內容

本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種基于PGC的相位解調裝置及其方法。

本發明提供了一種基于PGC的相位解調裝置，具有這樣的特征，包括：激光器，用于發出激光；耦合器，通過光纖與激光器連接，用于將激光分成兩路，分別進入與耦合器連接的傳感臂與參考臂；兩個法拉第旋鏡，分別設置于傳感臂以及參考臂的尾端，用于反射進入傳感臂與參考臂的兩路激光，使其在耦合器中發生干涉，從而產生干涉信號；光電探測器，通過光纖與耦合器連接，用于接收干涉信號；數據采集卡，與光電探測器連接，用于采集干涉信號，并將干涉信號分為兩路，進行基頻、二倍頻的混合操作，得到兩路混頻信號；以及上位機解調組件，與數據采集卡連接，用于接收兩路干涉信號并對其進行解調，從而得到解調后的振動信號，其中，上位機解調組件包括用于對一路干涉信號與基頻相乘以得到一路混頻信號的第一乘法器、用于對另一路干涉信號與二倍頻相乘以得到另一路混頻信號的第二乘法器、用于濾除兩路混頻信號中高頻成分的低通濾波器、與低通濾波器連接的第三乘法器、與低通濾波器連接的微分器、與微分器連接的第四乘法器、與第四乘法器連接的除法器、與除法器連接的開方器、與開方器連接的積分器以及與積分器連接的用于濾除信號中低頻成分的高通濾波器。

在本發明提供的基于PGC的相位解調裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，耦合器為2×2的3dB的光纖耦合器。

在本發明提供的基于PGC的相位解調裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，低通濾波器的數量以及微分器的數量均為兩個。