[发明专利]一种基于光纤传感器光收发系统的噪声分离方法

说明书

技术领域

本发明是一种基于光纤传感器光收发系统的噪声分离方法，属于噪声测量领域。

背景技术

光纤传感器是传感各种不同物理信息(声、磁、温度、旋转等)的器件，可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀或其它的恶劣环境，如图1所示，主要由以下几部分组成：光发送模块，用于产生并发送光信号；敏感元件，用于敏感各种不同物理信息，从而获得声、磁、温度、旋转等的变化量；光接收模块，用于接收被测量调制后的光信号，且使光信号变为电信号；信号处理模块，用于将电信号处理成所期待的被测量。

图2所示为光纤传感器光收发系统的噪声叠加原理图，光收发系统包括光发送模块，敏感元件和光接收模块，其中光发送模块包括光源恒流驱动电路和光源，光接收模块包括光电探测器组件及前置放大器电路(简称前放)。光源恒流驱动电路驱动光源发射激光，该激光光波经敏感元件转化为物理信息光信号，光电探测器组件检测物理信息光信号的强度变化获得物理信息电压信号，该物理信息电压信号经前放放大后进入光收发系统后的信号处理模块。对于实际工程应用中，光收发系统的光学系统和电路系统不同部分的噪声会交叉相互叠加并逐级放大。在信号传递的同时，光收发系统内部各子模块噪声也进行着噪声传递叠加：光源恒流驱动电路噪声N_D与光源噪声N_O叠加形成端口1输出总噪声N₁，经敏感元件后与光电探测组件噪声N_PF叠加形成端口2输出总噪声N₂，最后N₂经前放放大的同时与前放噪声N_OPA叠加形成端口3输出总噪声N₃。光纤传感器作为一种精密的传感器件，任何随机性、非互易性因素都将产生严重的误差，大大限制其性能的提高。

目前针对光纤传感器的光收发系统噪声测量方法无法分离各子模块噪声，难以获得各子模块对系统总噪声的贡献，不利于系统降噪方法的研究。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出了一种光纤传感器收发模块的噪声分离方法，分析出光收发系统中各个子模块噪声值及其所占光收发系统总噪声的比重，为降噪优化研究中减小各随机及非互易性因素提供了重要科学依据。

本发明是一种光纤传感器光收发系统的噪声分离方法，将光纤传感器光收发系统各子模块噪声分离出来，既有利于各子模块的噪声抑制研究，又有利于系统调试时确定主要噪声模块，从而根据不同模块的噪声特性进一步优化提升系统性能。

具体实现步骤是：

首先设计磁屏蔽装置并将光纤传感器光收发系统置于其中，使用噪声测量仪器测量并使用真均方根值(RMS值)数据处理方法得光纤传感器光收发模块端口2输出总噪声N₂和端口3输出总噪声N₃。调整电路，测量光收发系统子模块噪声N_D、N_PF、N_OPA。在光纤传感器中，光源在被恒流驱动电路的同时将光源恒流驱动电路噪声N_D转化为αN_D，并与光源噪声N_O叠加形成端口1输出总噪声N₁，经光电探测器光电转化为βRN₁，再通过前放放大γ倍，其中β为光电探测器响应度，R为光电探测器跨阻增益，γ为前放信号增益。因此接着需要确定噪声转化参数：光源特性转化参数α、光电探测器组件转换参数βR及前放信号增益γ，并运用噪声叠加传递原理得出的端口3输出总噪声表达式将光源噪声N_O分离出来，最后计算出各子模块噪声占光纤传感器光收发系统总噪声的比重：η_D、η_O、η_PF、η_OPA(其中，η_D表示光源横流驱动电路噪声占光纤传感器收发系统总噪声的比重，η_O表示光源强度噪声占光纤传感器收发系统总噪声的比重，η_PF表示光电探测器组件本体噪声占光纤传感器收发系统总噪声的比重，η_OPA表示前放噪声占光纤传感器收发系统总噪声的比重)。

本发明的优点在于：

(1)在测量光纤传感器光收发系统总体噪声的同时，通过分离方法可分别获得其光源强度噪声和各电路模块的噪声值，并可获得其占光纤传感器光收发系统总噪声的比重；