【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤超声传感，尤其涉及一种基于lmm-ef的光纤超声传感器解调系统。
技术介绍
1、膜片型光纤法布里-珀罗(f-p)超声传感系统灵敏度高、结构简单，是当前局部放电超声信号检测的研究热点，包括光纤f-p超声传感器和解调系统两部分，当外界超声信号作用于传感膜片时，会造成f-p腔腔长或腔内介质折射率等物理量发生变化，进一步引起干涉光信号的反射光强和反射光谱发生变化，通过解调算法找到这些变化量与待测信号之间的关系即可实现超声信号的准确测量。不同的解调系统关注到的信息不同，需要根据实际应用选择。目前，常用的解调系统主要分为强度解调和相位解调。其中，基于椭圆拟合(ef)和微分交叉相乘(dcm)算法的双波长解调技术系统简单且数据处理速度快，在光纤f-p传感器解调领域得到广泛应用。但由于超声信号在空气中衰减速度快，作用在空气耦合传感器上的声信号通常较小，两路干涉信号的李萨如图常为短弧信号而非形成闭合椭圆，传统基于最小二乘拟合法(lsm)的ef算法对短弧信号的拟合精度较低。
2、因此，有必要提供一种基于lmm-ef的光纤超声传感器解调系统实现对微弱超声信号的高精度解调。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于lmm-ef的光纤超声传感器解调系统。
2、本专利技术提供的基于lmm-ef的光纤超声传感器解调系统包括宽带光源、光纤环形器、光纤f-p超声传感器、密集波分复用器、光电探测器、光电探测器、adc数据采集卡和信号处理单元。
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4、优选的，所述的光纤环形器中共有三个端口：1端口、2端口和3端口，宽带光源发出的连续宽带光信号通过1端口进入光纤环形器，由2端口注入光纤f-p超声传感器，并在f-p腔内发生干涉，干涉光信号由2端口返回光纤环形器后通过3端口进入密集波分复用器。
5、优选的，所述的密集波分复用器可以将宽带光信号分离成两路不同波长的窄带光信号，各通道之间的隔离度大于40db，通道带宽不超过0.4nm，通道1和通道2输出的光信号波长分别为1549.32nm和1557.36nm。
6、优选的，声压较小的声信号作用于光纤f-p超声传感器时，返回的两路干涉信号李萨如图为短弧信号，无法构成完整椭圆。
7、优选的，所述光电探测器和光电探测器兼顾高带宽与低噪声特点，其转化增益可调，3db带宽最高可达510khz，噪声等效功率为17.6pw/hz1/2，可探测的光波长范围为800～1800nm。
8、优选的，所述adc数据采集卡用于将光电探测器和光电探测器输出的模拟电信号转化为数字电信号，adc数据采集卡双通道并行处理数据，采用usb2.0方式通信，量化位数为16bit，各通道采样率可调，最高可达1mhz，输入量程为±10v。
9、优选的，所述系统通过列文伯格-马夸尔特方法对椭圆拟合过程进行优化，以解决传统椭圆拟合算法对短弧信号的参数拟合误差较大的问题。
10、与相关技术相比较，本专利技术提供的基于lmm-ef的光纤超声传感器解调系统具有如下有益效果：
11、本专利技术提供一种基于lmm-ef的光纤超声传感器解调系统：
12、1、本专利技术联合使用宽带光源和密集波分复用器实现两路窄带光信号的波分复用，避免使用两路窄带光源及耦合器的使用，大大降低了双波长解调系统的硬件复杂程度；
13、2、本专利技术中的两路窄带干涉光信号波分复用，光电转化和模数转化过程中两路信号同步处理，克服时分复用系统受时隙分割影响无法实现高频超声信号解调的缺陷；
14、3、本专利技术通过lmm-ef算法修正传统lsm-ef算法对短弧信号拟合误差较大的问题，减小拟合得到的椭圆参数与实际参数之间的误差，进一步提升双波长解调系统对微小声信号的解调精度；
15、4、本专利技术克服传统多波长解调系统要求各路干涉信号相位差保持正交或反相的限制条件，在不改变解调系统硬件设备的情况下实现多种腔长光纤f-p超声传感器的高精度解调。
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1.一种基于LMM-EF的光纤超声传感器解调系统，其特征在于：所述的解调系统包括宽带光源(1)、光纤环形器(2)、光纤F-P超声传感器(3)、密集波分复用器(4)、光电探测器(5)、光电探测器(6)、ADC数据采集卡(7)和信号处理单元(8)。
2.根据权利要求1所述的基于LMM-EF的光纤超声传感器解调系统，其特征在于，所述宽带光源(1)发出功率为30mW、波长范围为1535nm～1565nm的宽带光信号。
3.根据权利要求1所述的基于LMM-EF的光纤超声传感器解调系统，其特征在于，所述光纤环形器(2)中共有三个端口，其中，一个端口用于宽带光源(1)发出的连续宽带光信号通过此端口进入光纤环形器(2)，一个端口用于注入光纤F-P超声传感器(3)，另外一个端口用于干涉光信号通过此端口进入密集波分复用器(4)。
4.根据权利要求1所述的基于LMM-EF的光纤超声传感器解调系统，其特征在于，所述密集波分复用器(4)将光纤F-P超声传感器(3)返回的宽带干涉光信号滤波为两路窄带干涉光信号，各通道之间的隔离度大于40dB，通道带宽不超过0.4nm，窄带
5.根据权利要求1所述的基于LMM-EF的光纤超声传感器解调系统，其特征在于，声压较小的声信号作用于光纤F-P超声传感器(3)时，返回的两路干涉信号李萨如图为短弧信号。
6.根据权利要求1所述的基于LMM-EF的光纤超声传感器解调系统，其特征在于，所述光电探测器(5)和光电探测器(6)兼顾高带宽与低噪声特点，其转化增益可调，3dB带宽最高可达510kHz，噪声等效功率为17.6pW/Hz1/2，可探测的光波长范围为800～1800nm。
7.根据权利要求1所述的基于LMM-EF的光纤超声传感器解调系统，其特征在于，所述ADC数据采集卡(7)用于将光电探测器(5)和光电探测器(6)输出的模拟电信号转化为数字电信号，ADC数据采集卡(7)双通道并行处理数据，采用USB2.0方式通信，量化位数为16Bit，各通道采样率可调，最高可达1MHz，输入量程为±10V。
8.根据权利要求1所述的基于LMM-EF的光纤超声传感器解调系统，其特征在于，所述系统使用列文伯格-马夸尔特方法对椭圆拟合过程进行优化。
...【技术特征摘要】
1.一种基于lmm-ef的光纤超声传感器解调系统，其特征在于：所述的解调系统包括宽带光源(1)、光纤环形器(2)、光纤f-p超声传感器(3)、密集波分复用器(4)、光电探测器(5)、光电探测器(6)、adc数据采集卡(7)和信号处理单元(8)。
2.根据权利要求1所述的基于lmm-ef的光纤超声传感器解调系统，其特征在于，所述宽带光源(1)发出功率为30mw、波长范围为1535nm～1565nm的宽带光信号。
3.根据权利要求1所述的基于lmm-ef的光纤超声传感器解调系统，其特征在于，所述光纤环形器(2)中共有三个端口，其中，一个端口用于宽带光源(1)发出的连续宽带光信号通过此端口进入光纤环形器(2)，一个端口用于注入光纤f-p超声传感器(3)，另外一个端口用于干涉光信号通过此端口进入密集波分复用器(4)。
4.根据权利要求1所述的基于lmm-ef的光纤超声传感器解调系统，其特征在于，所述密集波分复用器(4)将光纤f-p超声传感器(3)返回的宽带干涉光信号滤波为两路窄带干涉光信号，各通道之间的隔离度大于40db，通道带宽不超过0.4nm，窄带光信号的中心...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄怿，张丽娜，王廷云，邓传鲁，胡程勇，张小贝，张琦，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：
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