载波调制深度和相位延迟的测量方法及载波解调系统技术方案

本发明专利技术提供了一种载波调制深度和相位延迟的测量方法，包括：获得载波的干涉条纹；在至少3个预设倍频下，计算每一倍频对应的干涉条纹的频点能量，得到至少3个频点能量；根据所述至少3个频点能量计算所述载波的调制深度M和相位延迟本发明专利技术提供的测量方法可有效降低载波调制深度和载波相位延迟测量的运算复杂度。同时，本发明专利技术还有助于提高载波调制深度和载波相位延迟测量的实时性。和载波相位延迟测量的实时性。和载波相位延迟测量的实时性。

【技术实现步骤摘要】
载波调制深度和相位延迟的测量方法及载波解调系统


[0001]本专利技术涉及光纤传感
，尤其涉及一种载波调制深度和相位延迟的测量方法及载波解调系统。

技术介绍

[0002]近年来，相位生成载波(PGC)解调方案一直是光纤传感领域的一个研究热点已经在光纤水听器、光纤地震计、光纤麦克风等光纤传感器的信号提取中获，得了广泛应用。相位生成载波解调方案具有动态范围大，稳定性好，组网结构简单，易于实现全光化的传感网络等优点。但是，相位生成载波方案要求调制深度维持在固定值(2.63或2.37)和载波相位延迟为0，否则会影响解调结果的一致性和稳定性。因此，有必要对载波调制深度和载波相位延迟进行测量。
[0003]目前提出的很多调制深度和载波相位延迟的测量方法存在测量精度受限、复杂度和运算量大以及实时性较差的缺点。

技术实现思路

[0004](一)要解决的技术问题
[0005]鉴于此，针对目前载波调制深度和载波相位延迟测量方案存在的实时性差、运算复杂问题以及测量精度的问题，本专利技术通过计算干涉条纹特定频点的能量实现载波调制深度和载波相位延迟的同步测量，过程简单、运算量小且测量实时。
[0006](二)技术方案
[0007]本专利技术一方面提供了一种载波调制深度和相位延迟的测量方法，包括：
[0008]获得载波的干涉条纹；在至少3个预设倍频下，计算每一倍频对应的干涉条纹的频点能量，得到至少3个频点能量；根据所述至少3个频点能量计算所述载波的调制深度M和相位延迟
[0009]可选地，所述在至少3个预设倍频下，计算每一倍频对应的干涉条纹的频点能量包括：基于贝塞尔函数将所述干涉条纹展开；根据展开的贝塞尔函数的阶数确定所述至少3个预设倍频。
[0010]可选地，所述在多个预设倍频下，计算每一倍频对应的干涉条纹的频点能量包括：采用至少3组并行的Goertzel算法计算每一倍频对应的干涉条纹的频点能量。
[0011]可选地，根据所述至少3个频点能量计算所述载波的调制深度M包括：
[0012]M＝2iV
i
/[V
i
‑1+V
i+1
][0013]其中，i为贝塞尔函数的阶数，V
i
为干涉条纹i倍频的频点能量。
[0014]可选地，根据所述至少3个频点能量计算所述载波的相位延迟包括：
[0015][0016]其中，i为贝塞尔函数的阶数，V
i
为干涉条纹i倍频的频点能量，Im(V
i
)为复数V
i
的
虚部，Re(V
i
)为复数V
i
的实部。
[0017]可选地，根据所述至少3个频点能量计算所述载波的调制深度M还包括：选取不同的i值，得到多组M＝2iV
i
/[V
i
‑1+V
i+1
]；通过所述多组M＝2iV
i
/[V
i
‑1+V
i+1
]组合计算调制深度M。
[0018]可选地，所述通过所述多组M＝2iV
i
/[V
i
‑1+V
i+1
]组合计算调制深度M包括：
[0019][0020]其中，i取2、3、4、5。
[0021]可选地，所述通过所述多组M＝2iV
i
/[V
i
‑1+V
i+1
]组合计算调制深度M包括：
[0022][0023]其中，i取2、3、4。
[0024]本专利技术另一方面提供了一种载波解调系统，包括：
[0025]可调谐窄线宽激光器10，适用于提供窄线宽激光；
[0026]光隔离器20，适用于防止所述窄线宽激光被外界因素干扰；
[0027]光衰减器30，适用于将所述窄线宽激光的光功率调节在光电探测器60响应范围内；
[0028]光纤环形器40，适用于将所述窄线宽激光传输至干涉式光纤传感器50，并将所述干涉式光纤传感器50的干涉条纹传输至所述光电探测器(60)；
[0029]干涉式光纤传感器50，适用于将所述窄线宽激光转换为所述干涉条纹；
[0030]光电探测器60，适用于将所述干涉条纹转换为电信号；
[0031]数据采集卡70，适用于将所述电信号转变为数字信号；
[0032]运算单元80，适用于接收所述数字信号，采用如上所述的测量方法测量载波调制深度和载波相位延迟；
[0033]载波信号发生器90，适用于发出所述调制深度和所述载波相位的载波信号，其中，所述载波信号用于调制所述可调谐窄线宽激光器10。
[0034](三)有益效果
[0035]本专利技术提供的测量方法可有效降低载波调制深度和载波相位延迟测量的运算复杂度。同时，本专利技术还通过多组并行Goertzel算法实时计算多个特定的频点能量，有助于提高载波调制深度和载波相位延迟测量的实时性。
[0036]本专利技术提供的相位生成载波解调系统中，根据实时计算的载波调制深度和载波相位延迟，实时调整载波信号发生器90的输出正弦波的幅值和相位，使得载波调制深度和载波相位延迟稳定在理想值，从而提高光纤传感器解调系统的一致性和稳定性。
附图说明
[0037]图1示出了本专利技术提供的测量方法的流程图。
[0038]图2示意性示出了本专利技术提供的测量系统的示意图。
具体实施方式
[0039]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。
[0040]本专利技术提供了一种载波调制深度和相位延迟的测量方法，参阅图1，包括：
[0041]S101、获得载波的干涉条纹。
[0042]S102、在至少3个预设倍频下，计算每一倍频对应的干涉条纹的频点能量，得到至少3个频点能量。
[0043]S103、根据所述至少3个频点能量计算所述载波的调制深度M和相位延迟
[0044]本专利技术的S101步骤获得光纤干涉仪输出的干涉条纹，其可用下下式表示：
[0045][0046]其中，A为干涉条纹直流分量，B为干涉条纹交流分量幅值，M为调制深度，ω
M
为调制角频率，为载波相位延迟，为传感信号。
[0047]在本专利技术的步骤102中，在至少3个预设倍频下，计算每一倍频对应的干涉条纹的频点能量，得到至少3个频点能量，其包括一下子步骤：
[0048]基于贝塞尔函数将所述干涉条纹展开；
[0049]根据展开的贝塞尔函数的阶数确定所述至少3个预设倍频。
[0050]首先，将用贝塞尔函数J
i
(M)展开，得到：
[0051][0052]然后根据贝塞尔函数的递归关系，调制深度M可表示为：
[0053]M＝2iJ
i
(M)/[J
i...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种载波调制深度和相位延迟的测量方法，其特征在于，包括：获得载波的干涉条纹；在至少3个预设倍频下，计算每一倍频对应的干涉条纹的频点能量，得到至少3个频点能量；根据所述至少3个频点能量计算所述载波的调制深度M和相位延迟2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述在至少3个预设倍频下，计算每一倍频对应的干涉条纹的频点能量包括：基于贝塞尔函数将所述干涉条纹展开；根据展开的贝塞尔函数的阶数确定所述至少3个预设倍频。3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述在多个预设倍频下，计算每一倍频对应的干涉条纹的频点能量包括：采用至少3组并行的Goertzel算法计算每一倍频对应的干涉条纹的频点能量。4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，根据所述至少3个频点能量计算所述载波的调制深度M包括：M＝2iV
i
/[V
i
‑1+V
i+1
]其中，i为贝塞尔函数的阶数，V
i
为干涉条纹i倍频的频点能量。5.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，根据所述至少3个频点能量计算所述载波的相位延迟包括：其中，i为贝塞尔函数的阶数，V
i
为干涉条纹i倍频的频点能量，Im(V
i
)为复数V
i
的虚部，Re(V
i
)为复数V
i
的实部。6.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于，根据所述至少3个频点能量计算所述载波的调制深度M还包括：选取不同的i值，得到多组M＝2iV
i
/[V
i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建祥，张文涛，黄稳柱，李芳，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：