CN101324442A - 基于fpga的分布式双m-z光纤微扰动传感器及其pgc解调方法 - Google Patents
基于fpga的分布式双m-z光纤微扰动传感器及其pgc解调方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101324442A CN101324442A CNA200810117296XA CN200810117296A CN101324442A CN 101324442 A CN101324442 A CN 101324442A CN A200810117296X A CNA200810117296X A CN A200810117296XA CN 200810117296 A CN200810117296 A CN 200810117296A CN 101324442 A CN101324442 A CN 101324442A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical fiber
- fpga
- demodulation
- distributed double
- dynamic sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Optical Transform (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于FPGA的分布式双M－Z光纤微扰动传感器及其双路对称全数字PGC解调方法，首先通过两个探测器采集被测光纤上同一位置但经过不同光路传输而来的干涉信号，然后通过FPGA芯片上的两路全数字对称PGC解调单元对两个干涉信号分别进行解调，得出两路具有较高相关性的扰动信号。能够有效地解决双M－Z光纤微扰动传感器相位缓变和消隐问题，实现对光纤扰动信号的稳定检测。还通过设置网络化通信接口实现传感器的网络化连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤微扰动的测量技术，尤其涉及一种基于FPGA的分布式双M-Z光纤微扰动传感器及其PGC解调方法。
背景技术
分布式光纤传感器测量是在整个光纤长度上对沿光纤分布的环境参数进行的连续测量。理论上，它可以把被测量的环境参数作为光纤位置长度的函数。可以用一条光纤来取代传统的几百个点阵构成的传感器的阵列。其中光纤干涉型微扰动传感器，是基于干涉仪或干涉装置，采用干涉的方法，来测量传感光纤所受到的微扰动并对微扰动进行定位的系统。微扰动包括冲击、声波、负载、位移、温度、应力应变、振动、扭力、张力等。
现有技术中，光纤干涉仪的解调方法有很多，包括外差法和零差法，外差法解调精度高，但是通常需要复杂的干涉仪系统结构，并不利于复用；零差法对应的干涉仪探头相对简单，复用方便，其中基于PGC(相位生成载波)的方法，是零差法中研究最多，使用最广泛的方法之一。
现有技术中的相位生成载波方法采用模拟电路实现，在光纤微扰动传感器中，探测器输出信号具有如下形式：
V＝A+Bcos(φs+φn)，式中，V为输出的电压信号，φs表示扰动信号引起的相位变化，φn包括了初始相位差以及环境变化等其它因素造成的相位差。通常φs为快速变化的中频成分，而φn为慢变化的低频成分，包括了“相位衰落”，光纤扰动信号的提取，就是从上式中提取φs。其中，数字解调的过程采用单路解调，如图1所示：
输入信号分成两路分别与Gcosω0t和Hcos2ω0t相乘，相乘结果经过FIR低通滤波器，滤除高频成分，然后经过微分交叉相乘环节、减法环节、积分环节、高通滤波环节等得到解调输出信号。
上述现有技术至少存在以下缺点：
由于采用单光路，解调输出信号只有一路，无法实现定位，模拟电路的固有噪声使信号的检测不稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种能实现光纤扰动信号稳定检测的基于FPGA的分布式双M-Z光纤微扰动传感器及其PGC解调方法
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的基于FPGA的分布式双M-Z光纤微扰动传感器，包括两个探测器、解调芯片，所述解调芯片中设有两路解调单元，所述两个探测器分别与其中的一路解调单元连接。
本发明的上述的基于FPGA的分布式双M-Z光纤微扰动传感器的PGC解调方法，首先采集被测光纤上同一位置经不同光路传输而来的干涉信号；然后对两个干涉信号分别进行解调，得出其中的两路相关性较高的扰动信号。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的基于FPGA的分布式双M-Z光纤微扰动传感器及其PGC解调方法，由于通过两个探测器采集被测光纤上同一位置经过不同光路传输而来的干涉信号，并通过两路解调单元对两个干涉信号分别进行解调，得出其中的扰动信号。能实现对光纤扰动信号的稳定检测。
附图说明
图1为现有技术中光纤微扰动传感器的解调方法原理图；
图2为本发明中光纤微扰动传感器的检测原理图；
图3为本发明中光纤微扰动传感器的结构原理图；
图4为本发明的光纤微扰动传感器的具体实施例结构原理图。
具体实施方式
本发明的基于FPGA的分布式双M-Z光纤微扰动传感器，其较佳的具体实施方式如图2所示，包括两个探测器PD1、PD2，分别设于光纤的不同位置，还包括解调芯片，解调芯片中设有两路解调单元，两个探测器PD1、PD2分别与其中的一路解调单元连接。解调芯片可以为FPGA(现场可编程门阵列)芯片，也可以选用其它的芯片。
如图3所示，解调单元的输出端连接有数字AGC(自动增益控制)单元。解调单元可以为PGC(相位生成载波)解调单元。
解调芯片设有网络通信接口，网络通信接口可以为USB串行总线接口。多个传感器通过网络通信接口组成检测网络。
具体实施例中可以采用基于USB2.0的高速通用串行总线接口，为实现传感器网络化提供通信接口，能够满足应用需求在采样率为2MHz的情况下，FPGA内部核心处理单元速度为92MHz，可以同时兼容至多15路传感单元，传感单元总长度达750km，单路长度为50km。
本发明的上述的基于FPGA的分布式双M-Z光纤微扰动传感器的PGC解调方法，首先采集被测光纤上两个不同位置的干涉信号；然后对两个干涉信号分别通过PGC解调方法或其它的解调方法进行解调，解调之后，还可以进行数字自动增益控制AGC，得出其中的扰动信号。本发明中采用双光路干涉仪，两路解调电路要求具有很好的对称性。
具体实施例如图4所示，PGC解调的基本原理是人为引入一个快速变化的相位差，使系统的“相位工作点”被调制，在一个很大范围内快速变化，最终使系统有一个平均稳定的相位灵敏度，从而解决相位衰落问题，实现信号的稳定检测。
在光纤传感器测量中，由于整个光路是单模光纤，测量信号受环境影响较严重，探测器输出信号V＝A+Bcos(φs+φn)(其中φs为有用信号，φn是环境引起的相位变化和干涉仪初始相位的和)受到外界环境温度的影响比较严重，若未消除由于环境引起的相位漂移这个变量，在定位算法中就严重影响了两路扰动信号时间差的计算值，从而严重影响定位；同时由于当信号有微小变化时，探测器输出有一微小变化量，即ΔV≈-ΔφsBsinφn，可见当φn是π的整数倍时，不管扰动信号有多大，探测器输出都为零，即信号消隐。本发明中的PGC解调方案，能够有效地解决双M-Z光纤微扰动传感器相位缓变和消隐问题；并通过网络化通信接口实现传感器的网络化连接。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1、一种基于FPGA的分布式双M-Z光纤微扰动传感器，其特征在于，包括两个探测器、解调芯片，所述解调芯片中设有两路解调单元，所述两个探测器分别与其中的一路解调单元连接。
2、根据权利要求1所述的基于FPGA的分布式双M-Z光纤微扰动传感器，其特征在于，所述解调单元的输出端连接有全数字自动增益控制AGC单元。
3、根据权利要求1所述的基于FPGA的分布式双M-Z光纤微扰动传感器，其特征在于，所述的解调单元为相位生成载波PGC解调单元。
4、根据权利要求1所述的基于FPGA的分布式双M-Z光纤微扰动传感器，其特征在于，所述的解调芯片为现场可编程门阵列FPGA芯片。
5、根据权利要求1所述的基于FPGA的分布式双M-Z光纤微扰动传感器，其特征在于，所述的解调芯片设有网络通信接口。
6、根据权利要求5所述的基于FPGA的分布式双M-Z光纤微扰动传感器，其特征在于，所述的网络通信接口为高速USB2.0通用串行总线接口。
7、根据权利要求5或6所述的基于FPGA的分布式双M-Z光纤微扰动传感器，其特征在于，多个所述传感器通过所述网络通信接口组成分布式检测网络。
8、一种权利要求1至9任一项所述的基于FPGA的分布式双M-Z光纤微扰动传感器的PGC解调方法，其特征在于，首先采集被测光纤上同一位置但经过不同光路传输的干涉信号；然后对两个干涉信号分别进行解调，得出两路具有较高相关性的扰动信号。
9、根据权利要求8所述的PGC解调方法，其特征在于，对所述两个干涉信号进行解调之后，还进行全数字自动增益控制AGC，用于解决由于PGC解调的解调因子变化而引起的检测信号幅度波动。
10、根据权利要求8或9所述的PGC解调方法，其特征在于，该解调方法为相位生成载波PGC解调方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA200810117296XA CN101324442A (zh) | 2008-07-28 | 2008-07-28 | 基于fpga的分布式双m-z光纤微扰动传感器及其pgc解调方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA200810117296XA CN101324442A (zh) | 2008-07-28 | 2008-07-28 | 基于fpga的分布式双m-z光纤微扰动传感器及其pgc解调方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101324442A true CN101324442A (zh) | 2008-12-17 |
Family
ID=40188073
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA200810117296XA Pending CN101324442A (zh) | 2008-07-28 | 2008-07-28 | 基于fpga的分布式双m-z光纤微扰动传感器及其pgc解调方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101324442A (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102214382A (zh) * | 2010-04-09 | 2011-10-12 | 合肥正阳光电科技有限责任公司 | 光纤传感预警和定位系统 |
| CN101799610B (zh) * | 2010-01-08 | 2011-12-21 | 浙江大学 | 外差式相位干涉型光纤传感器的正交解调装置 |
| CN105157733A (zh) * | 2015-06-02 | 2015-12-16 | 哈尔滨工程大学 | 一种改进的生成载波相位pgc解调方法 |
| CN105486225A (zh) * | 2015-12-01 | 2016-04-13 | 哈尔滨工程大学 | 一种抑制光强波动噪声的相位解调装置及解调方法 |
| CN107860407A (zh) * | 2017-10-24 | 2018-03-30 | 华中科技大学 | 一种迈克尔逊声传感器的解调方法及装置 |
| CN108519146A (zh) * | 2018-03-29 | 2018-09-11 | 中国人民解放军国防科技大学 | 基于zynq系列fpga的光纤矢量水听器解调系统 |
| CN110608761A (zh) * | 2019-10-30 | 2019-12-24 | 珠海任驰光电科技有限公司 | 一种能够对伴生调幅进行消除的光纤干涉装置及方法 |
| CN114061638A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-02-18 | 广东工业大学 | 一种布里渊光时域反射仪及其相位解调方法、装置 |
-
2008
- 2008-07-28 CN CNA200810117296XA patent/CN101324442A/zh active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101799610B (zh) * | 2010-01-08 | 2011-12-21 | 浙江大学 | 外差式相位干涉型光纤传感器的正交解调装置 |
| CN102214382A (zh) * | 2010-04-09 | 2011-10-12 | 合肥正阳光电科技有限责任公司 | 光纤传感预警和定位系统 |
| CN105157733A (zh) * | 2015-06-02 | 2015-12-16 | 哈尔滨工程大学 | 一种改进的生成载波相位pgc解调方法 |
| CN105486225A (zh) * | 2015-12-01 | 2016-04-13 | 哈尔滨工程大学 | 一种抑制光强波动噪声的相位解调装置及解调方法 |
| CN105486225B (zh) * | 2015-12-01 | 2018-06-12 | 哈尔滨工程大学 | 一种抑制光强波动噪声的相位解调装置及解调方法 |
| CN107860407A (zh) * | 2017-10-24 | 2018-03-30 | 华中科技大学 | 一种迈克尔逊声传感器的解调方法及装置 |
| CN108519146A (zh) * | 2018-03-29 | 2018-09-11 | 中国人民解放军国防科技大学 | 基于zynq系列fpga的光纤矢量水听器解调系统 |
| CN110608761A (zh) * | 2019-10-30 | 2019-12-24 | 珠海任驰光电科技有限公司 | 一种能够对伴生调幅进行消除的光纤干涉装置及方法 |
| CN110608761B (zh) * | 2019-10-30 | 2024-05-14 | 珠海任驰光电科技有限公司 | 一种能够对伴生调幅进行消除的光纤干涉装置及方法 |
| CN114061638A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-02-18 | 广东工业大学 | 一种布里渊光时域反射仪及其相位解调方法、装置 |
| CN114061638B (zh) * | 2021-10-26 | 2024-03-26 | 广东工业大学 | 一种布里渊光时域反射仪及其相位解调方法、装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101324442A (zh) | 基于fpga的分布式双m-z光纤微扰动传感器及其pgc解调方法 | |
| CN105067103B (zh) | 基于光频域反射计的振动检测装置及其方法 | |
| CN102353393B (zh) | 基于π/2相位调制的干涉型光传感器的正交解调装置 | |
| CN102607621A (zh) | 同时检测温度和应变的分布式光纤布里渊传感装置和方法 | |
| CN107957276A (zh) | 基于频率漂移补偿的相位敏感光时域反射计及其测量方法 | |
| CN104864979B (zh) | 一种分布式拉曼光纤测温系统测量误差的修正方法 | |
| CN105157733B (zh) | 一种改进的生成载波相位pgc解调方法 | |
| CN108168728A (zh) | 非平衡保偏光纤双干涉仪温度应变同时测量装置及方法 | |
| CN103499383B (zh) | 一种提高光纤振动传感器定位精度的自相关定位方法 | |
| CN105953941A (zh) | 一种基于拉曼散射的分布式光纤测温方法及装置 | |
| CN106404215A (zh) | 基于布里渊散射的分布式光纤传感系统的设计 | |
| CN103017934A (zh) | 消除分布式拉曼测温系统波长色散的自修正方法 | |
| CN111854812B (zh) | 一种基于光子灯笼光纤的传感解调系统及传感解调方法 | |
| CN101799610B (zh) | 外差式相位干涉型光纤传感器的正交解调装置 | |
| CN205120239U (zh) | 基于光频域反射计的振动检测装置 | |
| CN106643842A (zh) | 一种分布式传感器及传感方法 | |
| CN109883459B (zh) | 一种使用伪随机码码分复用的pgc多传感器测量系统 | |
| CN102183249B (zh) | 一种光纤陀螺仪的萨格奈克相移跟踪方法 | |
| CN114674463A (zh) | 一种分布式光纤温度传感校准单元、传感装置及检测方法 | |
| CN107727122A (zh) | 双端探测的联合拉曼和布里渊散射的分布式光纤传感装置 | |
| CN207636092U (zh) | 一种分布式光纤温度和应变传感装置 | |
| CN107314823A (zh) | 干涉型光纤传感器的相位测量方法及装置 | |
| CN211696444U (zh) | 一种可实现长距离输电线路融冰监测的光纤监测系统 | |
| CN103292831B (zh) | 光纤光栅反射滤波结构的单端布里渊光时域分析传感器 | |
| CN206960011U (zh) | 基于布里渊散射的分布式光纤温度应变传感系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20081217 |