本發(fā)明涉及干涉式光纖傳感領(lǐng)域，尤其涉及一種可消除光源噪聲和調(diào)制深度影響的相位載波生成方法。

背景技術(shù)：

1、dfb激光器作為傳感基元，可以將溫度、應(yīng)變、聲壓以及加速度等物理量的變化轉(zhuǎn)換為dfb激光器的波長(zhǎng)變化，再利用干涉儀將波長(zhǎng)變化轉(zhuǎn)換為相位變化，即可通過(guò)相位解調(diào)算法獲取被測(cè)量物理量化?；赿fb激光器的光纖傳感系統(tǒng)具有靈敏度高、抗電磁干擾、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)范圍大等優(yōu)勢(shì)。

2、傳統(tǒng)的相位解調(diào)算法主要有外差解調(diào)算法、3×3耦合器解調(diào)算法和pgc解調(diào)算法。其中，相位載波生成(pgc)解調(diào)算法具有動(dòng)態(tài)范圍寬、靈敏度高、線性度好等優(yōu)點(diǎn)，成為目前應(yīng)用最廣泛的解調(diào)算法。

3、根據(jù)解調(diào)方法類型，pgc解調(diào)主要分為dcm解調(diào)算法(pgc-dcm)和反正切(arctan)解調(diào)算法(pgc-arctan)。pgc-dcm解調(diào)算法具有良好的線性度，但易受光強(qiáng)擾動(dòng)的影響；而pgc-arctan解調(diào)算法，當(dāng)調(diào)制深度c偏離2.63時(shí)，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的諧波失真。另外，由于arctan函數(shù)存在一定的范圍限制，其解調(diào)相位的范圍有限，只能測(cè)量幅度較小的信號(hào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種可消除光源噪聲和調(diào)制深度影響的相位載波生成方法，能夠準(zhǔn)確地解調(diào)待測(cè)信號(hào)的幅值和頻率信息，同時(shí)能夠有效消除光強(qiáng)擾動(dòng)和調(diào)制深度對(duì)信號(hào)解調(diào)結(jié)果的影響。

2、本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

3、一種可消除光源噪聲和調(diào)制深度影響的相位載波生成方法，依次包括以下步驟：

4、a：獲取邁克爾遜干涉儀輸出的干涉信號(hào)i(t)；

5、b：對(duì)獲取的干涉信號(hào)i(t)進(jìn)行直流濾波，獲得濾波后的干涉信號(hào)s(t)；

6、c：將濾波后的干涉信號(hào)s(t)，分別與pgc算法中的基頻載波、二倍頻載波以及三倍頻載波進(jìn)行相乘處理，然后將干涉信號(hào)s(t)及相乘處理所獲得的三路信號(hào)，分別進(jìn)行濾波，最終得到對(duì)應(yīng)的第一路信號(hào)s0(t)、第二路信號(hào)s1(t)、第三路信號(hào)s2(t)和第四路信號(hào)s3(t)；

7、d：對(duì)第一至第四路信號(hào)進(jìn)行微分處理，得到對(duì)應(yīng)的微分處理后的第一路信號(hào)s'0(t)、第二路信號(hào)s1'(t)、第三路信號(hào)s'2(t)和第四路信號(hào)s3'(t)；

8、e：將微分處理前的第一路信號(hào)s0(t)與第三路信號(hào)s2(t)進(jìn)行相減，得到第五路信號(hào)x1(t)；將微分處理后的第四路信號(hào)s3'(t)與第二路信號(hào)s1'(t)進(jìn)行相減，得到第六路信號(hào)x2(t)；再將第六路信號(hào)x2(t)與第五路信號(hào)x1(t)進(jìn)行相除，得到第七路信號(hào)y(t)；

9、f：將微分處理前的第二路信號(hào)s1(t)與微分處理后的第二路信號(hào)s1'(t)進(jìn)行相乘，得到第八路信號(hào)l1(t)；將微分處理前的第三路信號(hào)s2(t)與微分處理后的第三路信號(hào)s'2(t)進(jìn)行相乘，得到第九路信號(hào)l2(t)；再將第八路信號(hào)l1(t)與九路信號(hào)l2(t)進(jìn)行相除，得到第十路信號(hào)l(c)；

10、g：將第十路信號(hào)做負(fù)的求根運(yùn)算得到第十一路信號(hào)k；然后將第七路信號(hào)y(t)乘以后進(jìn)行積分，最終得到第十二路信號(hào)z(t)；

11、h：最后，利用帶通濾波器去除低頻環(huán)境噪聲的影響，獲得最終的待測(cè)信號(hào)

12、所述的步驟a中，干涉信號(hào)其中，a和b為預(yù)設(shè)系數(shù)，與輸入光強(qiáng)成正比；c為調(diào)制深度，ω0為調(diào)制角頻率，為干涉信號(hào)的相位變化，t為時(shí)間。

13、進(jìn)一步的，濾波后的干涉信號(hào)進(jìn)一步的，第一至第四路信號(hào)分別為：

14、

15、

16、

17、

18、其中，jn(c)為n階貝塞爾函數(shù)，n＝0,1,2,3。

19、進(jìn)一步的，微分處理后的第一至第四路信號(hào)為：

20、

21、

22、

23、

24、進(jìn)一步的，第五至第七路信號(hào)分別為：

25、

26、

27、

28、根據(jù)貝塞爾函數(shù)的遞推公式最終得到

29、

30、進(jìn)一步的，第八至第十路信號(hào)分別為：

31、

32、

33、

34、第十一路信號(hào)

35、第十二路信號(hào)

36、所述的步驟h中，按照下述方法去除低頻環(huán)境噪聲

37、首先，將數(shù)據(jù)采集卡每次采集的點(diǎn)數(shù)對(duì)照電壓周期進(jìn)行切分，得到每個(gè)正弦激勵(lì)電壓的周期起始點(diǎn)；在每個(gè)正弦激勵(lì)電壓的周期中，起點(diǎn)的值大于等于0且起點(diǎn)的前一個(gè)值小于0，終點(diǎn)的值小于0且終點(diǎn)的后一個(gè)值大于等于0；然后，通過(guò)電壓數(shù)組對(duì)應(yīng)的各個(gè)周期的下標(biāo)號(hào)得到對(duì)應(yīng)周期的局放解調(diào)時(shí)域信號(hào)；最后，將切分好的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行累加并計(jì)算得到累加結(jié)果，再將累加結(jié)果除以正弦激勵(lì)電壓的周期數(shù)，通過(guò)環(huán)境環(huán)境噪聲和局放信號(hào)的幅值確定環(huán)境去噪閾值；并僅將數(shù)值大于環(huán)境去噪閾值的局放周期信號(hào)保留，將數(shù)值小于等于環(huán)境去噪閾值的局放周期信號(hào)記為0并進(jìn)行剔除；最終去除低頻環(huán)境噪聲并獲得最終的待測(cè)信號(hào)

38、在進(jìn)行環(huán)境去噪閾值的確定時(shí)，首先將環(huán)境去噪閾值設(shè)為0，觀察累加切分處理后的信號(hào)；在信號(hào)的波形周期中，若波形幅值波動(dòng)小于等于10％則判定為局放信號(hào)；若波形幅值波動(dòng)大于10％則判定為環(huán)境噪聲；如果局放信號(hào)的幅值大于環(huán)境噪聲的幅值，則設(shè)定環(huán)境噪聲的幅值臨界點(diǎn)為環(huán)境去噪閾值；如果局放信號(hào)的幅值小于等于環(huán)境噪聲的幅值，則設(shè)定局放信號(hào)的幅值臨界點(diǎn)為環(huán)境去噪閾值。

39、本發(fā)明基于dfb激光器光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)提出了一種改進(jìn)的解調(diào)方法，能夠準(zhǔn)確地解調(diào)待測(cè)信號(hào)的幅值和頻率信息，同時(shí)能夠有效消除光強(qiáng)擾動(dòng)和調(diào)制深度對(duì)信號(hào)解調(diào)結(jié)果的影響。本發(fā)明利用混頻濾波，再通過(guò)乘除法、差分、積分運(yùn)算獲得最終待測(cè)信號(hào)。數(shù)值仿真驗(yàn)證表明，本發(fā)明中的調(diào)制深度在不取特殊值時(shí)仍能解調(diào)出信號(hào)且無(wú)諧波失真，光強(qiáng)改變也不會(huì)對(duì)待測(cè)信號(hào)解調(diào)產(chǎn)生影響。

技術(shù)特征：

1.一種可消除光源噪聲和調(diào)制深度影響的相位載波生成方法，其特征在于：依次包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可消除光源噪聲和調(diào)制深度影響的相位載波生成方法，其特征在于，所述的步驟a中，干涉信號(hào)其中，a和b為預(yù)設(shè)系數(shù)，與輸入光強(qiáng)成正比；c為調(diào)制深度，ω0為調(diào)制角頻率，為干涉信號(hào)的相位變化，t為時(shí)間。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可消除光源噪聲和調(diào)制深度影響的相位載波生成方法，其特征在于：所述的步驟b中，濾波后的干涉信號(hào)

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可消除光源噪聲和調(diào)制深度影響的相位載波生成方法，其特征在于，所述的步驟c中，第一至第四路信號(hào)分別為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可消除光源噪聲和調(diào)制深度影響的相位載波生成方法，其特征在于，所述的步驟d中，微分處理后的第一至第四路信號(hào)為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可消除光源噪聲和調(diào)制深度影響的相位載波生成方法，其特征在于，所述的步驟e中，第五至第七路信號(hào)分別為：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可消除光源噪聲和調(diào)制深度影響的相位載波生成方法，其特征在于：所述的步驟f中，第八至第十路信號(hào)分別為：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可消除光源噪聲和調(diào)制深度影響的相位載波生成方法，其特征在于：所述的步驟g中，第十一路信號(hào)第十二路信號(hào)

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可消除光源噪聲和調(diào)制深度影響的相位載波生成方法，其特征在于，所述的步驟h中，按照下述方法去除低頻環(huán)境噪聲首先，將數(shù)據(jù)采集卡每次采集的點(diǎn)數(shù)對(duì)照電壓周期進(jìn)行切分，得到每個(gè)正弦激勵(lì)電壓的周期起始點(diǎn)；在每個(gè)正弦激勵(lì)電壓的周期中，起點(diǎn)的值大于等于0且起點(diǎn)的前一個(gè)值小于0，終點(diǎn)的值小于0且終點(diǎn)的后一個(gè)值大于等于0；然后，通過(guò)電壓數(shù)組對(duì)應(yīng)的各個(gè)周期的下標(biāo)號(hào)得到對(duì)應(yīng)周期的局放解調(diào)時(shí)域信號(hào)；最后，將切分好的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行累加并計(jì)算得到累加結(jié)果，再將累加結(jié)果除以正弦激勵(lì)電壓的周期數(shù)，通過(guò)環(huán)境環(huán)境噪聲和局放信號(hào)的幅值確定環(huán)境去噪閾值；并僅將數(shù)值大于環(huán)境去噪閾值的局放周期信號(hào)保留，將數(shù)值小于等于環(huán)境去噪閾值的局放周期信號(hào)記為0并進(jìn)行剔除；最終去除低頻環(huán)境噪聲并獲得最終的待測(cè)信號(hào)

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可消除光源噪聲和調(diào)制深度影響的相位載波生成方法，其特征在于，所述的步驟h中，在進(jìn)行環(huán)境去噪閾值的確定時(shí)，首先將環(huán)境去噪閾值設(shè)為0，觀察累加切分處理后的信號(hào)；在信號(hào)的波形周期中，若波形幅值波動(dòng)小于等于10％則判定為局放信號(hào)；若波形幅值波動(dòng)大于10％則判定為環(huán)境噪聲；如果局放信號(hào)的幅值大于環(huán)境噪聲的幅值，則設(shè)定環(huán)境噪聲的幅值臨界點(diǎn)為環(huán)境去噪閾值；如果局放信號(hào)的幅值小于等于環(huán)境噪聲的幅值，則設(shè)定局放信號(hào)的幅值臨界點(diǎn)為環(huán)境去噪閾值。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種可消除光源噪聲和調(diào)制深度影響的相位載波生成方法，包括：A：獲取干涉信號(hào)；B：獲得濾波后的干涉信號(hào)；C：利用濾波后的干涉信號(hào)和基頻載波、二倍及三倍頻載波得到對(duì)應(yīng)的第一至第四路信號(hào)；D：獲取微分處理后的第一至第四路信號(hào)；E：利用微分前的第一與第三路信號(hào)得到第五路信號(hào)，結(jié)合利用微分后的第四與第二路信號(hào)得到的第六路信號(hào)獲取第七路信號(hào)；F：利用微分前的第二路信號(hào)與微分后的第二路信號(hào)相乘得到的第八路信號(hào)，結(jié)合利用微分前的第三路信號(hào)與微分后的第三路信號(hào)得到的第九路信號(hào)獲取第十路信號(hào)；G：利用第十路信號(hào)得到第十一路信號(hào)K；然后利用第七路信號(hào)與第十一路信號(hào)K第十二路信號(hào)；H：利去除低頻環(huán)境噪聲獲得最終的待測(cè)信號(hào)；本發(fā)明能夠準(zhǔn)確地解調(diào)待測(cè)信號(hào)的幅值和頻率信息，同時(shí)能夠有效消除光強(qiáng)擾動(dòng)和調(diào)制深度對(duì)信號(hào)解調(diào)結(jié)果的影響。

技術(shù)研發(fā)人員：楚鵬浩,高珂,王斌,易居,尚明紀(jì),李明超,祁鑫,霍宣敏,劉遠(yuǎn),李娜,初鳳紅,江覃晴,胡安鐸
受保護(hù)的技術(shù)使用者：國(guó)網(wǎng)河南省電力公司新鄉(xiāng)供電公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9