干涉型光纤传感器的正交解调算法分析

1 引言

作为全光纤传感器，相位调制传感器是通过被测能量场的作用，使光纤内传播的光波相位发生变化，再利用干涉测量技术把相位变化转化为光强变化，从而检测出待测的物理量。它由敏感光纤和干涉仪完成相位—光强的转换任务。

光纤干涉仪的基本结构是由激光器发出的相干光经3dB耦合器分为两路，一路构成光纤干涉仪的传感臂，不接受信号调制。传感臂中受到地震动信号调制的光信号经过后端反射镜反射后返回光纤耦合器，与参考臂中的光发生干涉，干涉的光信号经光电探测器转换为电信号，由信号处理就可以获得的震动信息。

光通过干涉仪两臂后发生干涉，探测器接受到的干涉光光强为

 

 

其中Ф0为两臂光纤臂本身参数不对称以及外界因素等原因造成的初始相位差， 为震动信号作用造成的相位差。

2 干涉型光纤传感器工作原理

为了提高探测器的灵敏度，实现对震动信号的强度的线性测量，就必须解决初始相位Ф0的漂移问题。对这一问题，可以用相位产生载波(PGC)检测法来解决。PGC调制解调分为外调制和内调制，外调制是通过调制干涉仪两臂的光程差来实现，他需要在干涉仪中增加由PZT压电陶瓷环和缠绕在它上面的光纤的相位调制器来实现。通过正弦信号作用于压电陶瓷，光纤长度随压电陶瓷环直径成正比变化，于是两臂的产生两臂的光程差别调制。 其外调制如图1所示。

 

 

 

 

3 光电流信号中的正交调制分解

 

 

4 正交解调算法

 

 

 

 

图2 光电流信号中 、 正交分量示意图

 

 

5 结论

通过对正交解调方法原理的分析，可知测量的光强度公式可以分解成正交的正弦分量和余弦分量的组合，待测物理量所引起的对光强的影响可包含在着两个分量中。在测量过程中，只要选择合适的采样点，并通过一定的组合计算，就可以分别得到只包含一个分量成分的结果，同时消除了直流因子。通过两分量值之比可以方便求解出待测物理量的值，使整个解调过程简单化，避免了常规的低通滤波的复杂性。但对于调制深度不是π，或者调制信号存在一定的初相位时，其处理过程需要做进一步的分析，并进行必要的校正。