[发明专利]一种使用伪随机码码分复用的PGC多传感器测量系统

说明书

一种使用伪随机码码分复用的PGC多传感器测量系统，属于光电探测技术领域。本发明包含有窄线宽光源、码分调制解调装置、多探头阵列、光电探测器以及后置解调装置。激光器由外部正弦信号进行调制，调制后的信号由EOM加入伪随机噪声码进行复用。后部传感器传感阵列的对应信号经过解复用后再发生干涉，进行后续的PGC解调。本发明适用于受到空间限制以及线缆数量限制的情况下进行PGC的复用与调制解调；能够分时解调出后端多个传感器的光学干涉信号，同时由于随机码的引入可以有效抵抗通信链路中的噪声以及窄带噪声；解调端利用光电探测器性质进行差分探测消除直流噪声；可用于PGC振动传感器的制作或者作为基于PGC技术的光学水听器单光纤多传感器复用方案。

技术领域

本发明属于光电探测技术领域，具体涉及一种使用伪随机码码分复用的PGC多传感器测量系统。

背景技术

干涉型光纤传感器是利用光路中的相位变化来间接测量待测物理量，包括震动，应力，位移，速度等。这种方法具有灵敏度高，线性度好，体积尺寸小，动态范围大等特点。典型的光纤传感器应用包括光纤水听器、光纤地震计、光纤应变仪等。光纤地震计可以监测地震，核爆等大幅度信号。光纤水听器用于对水下不可视目标以及雷达无法探知的盲区进行监测。

对于光路中的相位变化需要通过特定的算法求解，常用的相位解调算法可以分为有源检测、无源检测、外差检测、零差检测等。其中有源零差法中的相位生成载波算法PGC具有结构简单、分辨率高的特定，被广泛应用于光纤地震计，光纤水听器阵列等传感器中。

PGC解调算法全称为相位载波调制方法，是一种有效消除相位衰落的一种解调方法。其核心思想就是将待测的低频缓慢变化的信号加入一个高频的相位载波，使得信号可以通过运算，使得相位的解调过程中，解调算法的工作点始终处于斜率最大点，不会出现相位的衰落。此种方法可以减少外界的干扰以及算法内部产生的额外噪声，并且可以利用频分复用的方法，用于传感器阵列信号的调制与解调。

在PGC解调方面，已经有许多单位做了大量的研究，形成了一套稳定易用的调制解调方案。例如，专利CN201510293444.3针对PGC内部由于光强影响带来的噪声，开发了带矫正拟合的PGC算法，专利CN201510293443.9提出了针对内部的工作参数稳定控制的带反馈自修正的PGC算法，专利CN201410478159.4提出了针对信号串扰方面的反转剥层混合解调方法，专利CN201710918522.3对PGC正交信号提出了实时化归一修正算法等。

在传感器的阵列使用，或者多分量复用使用时候，往往需要级联大量的传感器用于实际物理量的探测。而在PGC算法的阵列化使用方面，仍然以几种比较常用的复用解调算法为主：空分复用、时分复用和波分复用。空分复用方面，相关研究开展较早，2006年哈尔滨工程大学的苑立波、杨军等人提出的基于空分复用技术的多路光纤干涉仪阵列。在时分复用方面，2010年，中国科学院声学研究所提出了一种时分复用光纤水听器阵列的光路结构及其调制解调方法，在此基础上，清华大学提出了时分复用技术当中噪声的抑制方法。而在波分复用方面，威海北洋光电信息技术股份有限公司提出了使用波分复用方法的PGC技术。

空分复用技术具有结构简单易于实现且无串扰等优点，但其传输效率较低，浪费光纤带宽资源，不适合用于大规模复用阵列的应用场合，且在远程传输的应用中系统代价很大。波分复用技术由于使用了多个不同波长的光源，因此造价昂贵，且受限于光源的可调节精度。时分复用技术则因为进行了问询操作，因此不能对单一传感器进行连续观测。