双光束干涉信号的解调.doc

双光束干涉仪的信号解调仿真设计 1 绪论 1.1引言 光纤传感技术是20世纪70年代末新兴的一项技术，在全世界形成了研究热门，已与光纤通信并驾齐驱；光纤传感器由于其优越的性能而倍受青睐，其具有以下优点：体积小、质量轻、抗电磁干扰、防腐蚀、灵敏度很高、测量带宽很宽、检测电子设备与传感器可以间隔很远等优点，可以构成传感网络。干涉型光纤传感器能够实现精确、快速、非接触的测量，直接测量分辨率、精度、动态范围等因素。光纤干涉仪采用光干涉技术，其测量精度比普通光纤传感器的测量精度更高，其不仅可以代替传统的干涉仪功能，还能用于教学，还可以测量压力、应力、磁场、折射率、微震动、微位移等，用途非常广泛。 干涉型光纤传感器是利用被测对象对光纤的作用，导致光经过光纤时相位发生变化来达到检测的目的。目前，既有将多个干涉型光纤传感器组合成系统阵列的实际应用，也有综合光纤技术构成的智能型、功能型的传感系统，但从实际应用产品来看，主要集中于光纤加速度计和光纤水听器。 1.2 干涉型光纤传感器的应用 1. 光纤加速度计 加速度计是军械、车辆、船舶等抗冲击、抗振动测量，地震监测系统中常用的重要传感器，其基本原理是：在惯性空间设置质量为M的质量块，以感知被测器件做加速度运动时产生的惯性力和位移，测量出惯性力或位移即可测量出相应的加速度。干涉型光纤加速度计是通过外界物理场来调制光纤干涉仪的干涉臂中所传光波的相位，而干涉仪把相位变化转化成光强变化，可以利用光电转换技术和相位检测技术解调出外界待测的物理信号。光纤加速度计是一种抗干扰能力强、灵敏度高、动态范围广的新型传感器件，80年代刚一问世就受到美国军方的重视。 2． 光纤水听器 干涉型光纤传感器的一个研究热点是利用其对声场进行检测，典型应用即光纤水听器。光纤水听器又称为光纤声纳，它是利用光的传光特性以及它与周围环境相互作用产生种种调制效应，能在海洋中侦听声场信号的光纤传感器。光纤水听器与传感器相比具有十分诱人的技术特点：1 低噪声特性 2 动态范围大 3 体积小、重量轻，可设计成任意形状 4 抗电磁干扰与信号串扰能力强 5 信号传感与传输一体化，系统可靠性高 6 耐高温、抗腐蚀、在易燃易爆环境下比较安全等。 光纤水听器具有很多传统水听器所不具备的优异功能，足以应付来自潜艇静噪技术不断提高的挑战，适应了各发达国家反潜战略的要求，因而特别受到各国海军的重视，各国海军都希望那个光纤水听器尽快代替目前广泛使用的压电陶瓷水听器。另外光纤水听器在石油、天然气等资源勘探中的应用前景并不亚于军事应用。用光纤水听器采集地震波信号，经过信号处理可以得到待测区域的资源分布信息；用于海洋勘测时，光纤水听器可以布放在海底；用于陆地勘测时，光纤水听器可以吊放到高温高压的勘测井中，光纤水听器还可以埋到沙漠中的沙子 下。光纤水听器还可以用于水声物理研究，以研究海洋环境中的声传播、海洋噪声、混响、海地声学特性以及目标声学特性等。由光纤水听器也可以制作鱼探仪，用于海洋捕捞等作业。由光纤水听器构成的水下声系统，还可以通过记录海洋生物发出的声音，以研究海洋生物以及实现对海洋环境的监测等。 光纤水听器除了军用外，其相关科研成果具有极强的通用性，只需改变光纤的被覆盖材料及传感结构，便可推广到磁场、温度、应力、加速度等其他多种物理量的测量，这使得干涉型光纤传感器在航空航天、汽车工业、海洋探测、复合材料监测等许多领域都有广泛的应用。 1.3 本文的研究目标和主要内容 本文对双光束干涉型干涉仪的工作原理、应用以及信号解调等方面进行了深入的研究。M-Z光纤干涉仪和Michelson光纤干涉仪都是双光束干涉仪。干涉型光纤传感器是利用被测对象对光纤的作用，导致光经过光纤时相位发生变化来达到 的目的。在双光束干涉信号解调中，本文采用PGC零差检测技术，经过理论分析，可以实现信号的精确解调。在理论分析的基础上，本文使用MATLAB软件对信号处理电路进行了仿真，仿真结果表明，解调后的信号和原始的干涉信号在频率和相位上基本保持一致，再次证明了该信号解调系统是完全可行的。 本文第二章阐述了光的干涉的产生及功能分类。 第三章阐述了双光束干涉仪的理论基础以及解调技术的对比分析。 第四章主要研究了双光束干涉仪的工作原理并以此为依据分析了PGC解调技术。 第五章主要利用SIMULINK软件对双光束干涉信号解调系统进行计算机仿真，并对仿真结果给出了分析和讨论。 第六章总结了整个设计过程。2 双光束干涉仪信号产生原理 2.1 光的干涉原理 2.1.1光干涉的条件 干涉是相干波叠加而引起强度重新分布的现象。相干性则表明了相干波光场物理量之间的相关性质以及产生干涉的条件。两光波能够干涉的必要条件是： 频率相同； 存在相互平行的偏振分量 具有稳定的相位差 2.1.2杨氏实验