[发明专利]基于移相信号调制的传感器阵列的调制解调方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于移相信号调制的传感器阵列的调制解调方法及装置。

背景技术

光纤传感技术在国际上是七十年代后期迅速发展起来的新技术，与传统检波器相比，光纤传感器具有重量轻、抗电磁干扰、灵敏度高、安全可靠、耐腐蚀，同时复用能力强，可以实现长距离分布式应用。它已经被应用在油井温度与压力测量、输油管道监测、测井技术、地震波监测、桥梁及建筑监测等方面。光纤传感器的分布式应用是近几年研究和工程应用的热点。

分布式传感采用波分复用和时分复用的混合复用方式，这也是未来大规模阵列或超大规模阵列的首选方案。

在传感器的复合使用中，信号检测方法是其关键技术之一。PGC零差法和外差法是目前运用最广的解调方法之一。PGC载波法不需要在干涉仪中加任何器件，系统可以实现全光，也便于复用，这是大规模光纤水听器系统采用的一种重要方案。但该方法电路处理复杂，硬件系统要求高，会带来相关电路噪音，对滤波器的要求比较高。同时由于激光光源的调制频率的限制，要求产生干涉的光程差较大，会引入相位噪声。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于移相信号调制的传感器阵列的调制解调方法及装置，解决了传统相位检测技术易受干扰，硬件系统要求高，解算速度慢的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于移相信号调制的传感器阵列的调制解调方法，方法步骤如下：

步骤1、打开激光光源和微振动台，信号发生器分别与光开关和相位调制器连接，由信号发生器产生脉冲信号作用于光开关，产生连续光脉冲，作用于相位调制器，产生连续相位脉冲调制，激光光源发出的光依次经过隔离器、光开关和相位调制器，形成经相位调制的激光脉冲。

步骤2、经过相位调制的激光脉冲进入设置在微振动台上的传感器阵列，传感器阵列包括若干个通过延迟光纤并联的传感模块，传感模块包括光分插复用器和传感器，传感器的输入端和输出端分别设有一个光分插复用器，通过第一个传感模块输入端的光分插复用器选择对应波长的激光脉冲进入传感器；其余波长的光脉冲通过延迟光纤，分别进入其余传感模块输入端的光分插复用器，通过输入端的光分插复用器选择对应波长的激光脉冲进入对应的传感器，每个传感器携带振动相位信息后的干涉信号由输出端的光分插复用器依次向前合并，由第一个传感模块输出端的光分插复用器送入光电探测器，然后进入数据采集和处理模块。

对于任意传感器，带有对应传感器的振动相位信息，其干涉光强I表示为

其中表示初始相位，表示环境引起的相位变化，表示振动相位信号，表示为相位调制信号，令合相位则干涉光强I(t)简化式为

步骤3、光电探测器将干涉光强信号转换为电信号，数据采集和处理模块采集电信号，由于每个传感器的信号对应于不同的光脉冲，通过标定相位调制信号和接收信号的延时，获取每个传感器的三路移相的光强信号I₁，I₂，I₃，于是有

根据三步移相算法，解得

步骤4、去除θ的初始直流相和环境漂移相，解调出传感器连续的振动相位信号

一种基于移相信号调制的传感器阵列的调制解调方法的装置，包括激光光源、隔离器、光开关、相位调制器、延迟光纤、传感器阵列、信号发生器、光电探测器、数据采集和处理模块和微振动台；信号发生器分别与光开关和相位调制器连接，传感器阵列包括若干个通过延迟光纤并联的传感模块，传感模块包括光分插复用器和传感器，传感器的输入端和输出端分别设有一个光分插复用器；相邻两个传感模块中输出端的光分插复用器通过延迟光纤依次连接，输入端的光分插复用器通过延迟光纤依次连接，第一个输入端的光分插复用器再与光电探测器通过光纤相连数据采集和处理模块与光电探测器相连。