CN103344414B - Pzt调制系数测试装置及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种PZT调制系数测试装置及测试方法，其中PZT调制系数测试装置，包括：一窄线宽半导体激光器；一光隔离器，其输入端与窄线宽半导体激光器的输出端连接；一迈克尔逊干涉仪，其第一输入端与光隔离器的输出端连接；一光电探测器，其输入端与迈克尔逊干涉仪的输出端连接；一数据采集卡，其第一输入端与光电探测器的输出端连接；一数据处理系统，其输入端与数据采集卡的输出端连接；一载波电路，其第一输出端与迈克尔逊干涉仪的第二输入端连接，第二输出端与数据采集卡的第二输入端连接。本发明其可解决现有光纤激光式传感解调系统中PZT调制系数稳定控制与调节的技术问题。

Description

PZT调制系数测试装置及测试方法
技术领域
本发明属于光纤传感及其信号解调领域，更具体的说是一种高精度高稳定PZT调制系数测试装置及测试方法。
背景技术
光纤传感目前已广泛使用在大型结构安全监测、井下安全监测、海洋油气探测、地震检波等领域，越来越成为地球物理勘探测首要关键技术。随着对传感精度要求的提高，光纤激光式传感被人们广泛研究，在光纤激光式传感解调系统中，人们通常采取PZT调制解调方式获得传感信息。目前人们对光纤激光式传感PGC解调算法已做了广泛深入的研究，其中包括PZT调制系数C值对解调结果的影响。人们通常通过观测干涉条纹来调节载波电路输出信号幅度，以期获得一个较为理想的C值，该方法由于采取人眼观测的方法，误差很大，并且随着初始相位的漂移，干涉条纹是不稳定的。虽然已经提出在解调算法中通过一定的方法实现消除C值对解调结果的影响，但之前提出的方法中由于在计算过程中引入了大量的除法运算，并且在这些运算过程中被除数会周期性的出现零点，进而导致运算中会出现跳变并产生很大的计算误差。为获得高性能的光纤传感信号解调，需要精确控制并调节PZT调制系数。截止到目前，尚未见到关于PZT调制系数测试的相关报道，现有技术不能很好的满足上述要求。
综上所述，为了解决上述面临的技术瓶颈，搭建PZT调制系数测试系统，目前迫切需要一种高精度高稳定PZT调制系数测试装置及测试方法。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种PZT调制系数测试装置及测试方法，其可解决现有光纤激光式传感解调系统中PZT调制系数稳定控制与调节的技术问题。
本发明提供一种PZT调制系数测试装置，包括：
一窄线宽半导体激光器；
一光隔离器，其输入端与窄线宽半导体激光器的输出端连接；
一迈克尔逊干涉仪，其第一输入端与光隔离器的输出端连接；
一光电探测器，其输入端与迈克尔逊干涉仪的输出端连接；
一数据采集卡，其第一输入端与光电探测器的输出端连接；
一数据处理系统，其输入端与数据采集卡的输出端连接；
一载波电路，其第一输出端与迈克尔逊干涉仪的第二输入端连接，第二输出端与数据采集卡的第二输入端连接。
本发明还提供一种PZT调制系数测试方法，其是采用如权利要求1所述的测试装置，包括如下步骤：
步骤1：调节窄线宽半导体激光器a的输出功率；
步骤2：用载波电路g对迈克尔逊干涉仪c加PZT调制信号，调节载波电路的输出电压，使得PZT调制信号的幅度为一定值；
步骤3：对数据采集卡采集到的数据经过数据处理系统f进行处理，完成测试。
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
该高精度高稳定PZT调制系数测试方法运算过程简单，消除了在运算过程当中可能会引入的计算误差以及跳变，可获得极高的稳定性和精确性，为实时监测及调节PZT调制系数提供了依据。
附图说明
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明，其中：
图1是本发明测试装置的结构示意图；
图2是本发明的测试流程图；
图3是图1中数据处理系统f的运算原理图；
图4是运用本方法得到的-J1(C)/J3(C)随C值的变化示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明提供一种PZT调制系数测试装置，包括：
一窄线宽半导体激光器a，所述的窄线宽半导体激光器a是窄线宽光纤激光器，用于提供PZT调制系数测试装置工作的光源。
一光隔离器b，其输入端与窄线宽半导体激光器a的输出端连接，用于减小光纤中后向散射光对窄线宽半导体激光器a的影响，保证窄线宽半导体激光器a长期稳定的工作；
一迈克尔逊干涉仪c，其第一输入端与光隔离器b的输出端连接，所述的迈克尔逊干涉仪c是带偏振控制的马赫曾德干涉仪，用于产生受到载波调制的干涉信号；
一光电探测器d，其输入端与迈克尔逊干涉仪c的输出端连接，用于将接收到的干涉信号转为模拟电信号；
一数据采集卡e，其第一输入端与光电探测器d的输出端连接，用于将接收到的模拟电信号转换为数字电信号；
一数据处理系统f，其输入端与数据采集卡e的输出端连接，所述数据处理系统f是PC、DSP或FPGA数据处理系统，用于将接收到的数字电信号经过运算得到PZT调制系数；
一载波电路g，其第一输出端与迈克尔逊干涉仪c的第二输入端连接，第二输出端与数据采集卡e的第二输入端连接，所述的载波电路g是信号发生器，用于提供迈克尔逊干涉仪c的PZT调制信号，提供数据处理系统f运算过程中所需的基频信号。所述载波电路g输出信号的阻抗大于迈克尔逊干涉仪c中相位调制器PZT的阻抗。
请参阅图2所示，本发明还提供一种PZT调制系数测试方法，其是采用如前所述的测试装置，包括如下步骤：
步骤1：调节窄线宽半导体激光器a的输出功率；
步骤2：用载波电路g对迈克尔逊干涉仪c加PZT调制信号，调节载波电路g的输出电压，使得PZT驱动信号的幅度为一定值；
步骤3：对数据采集卡e采集到的数据经过数据处理系统f进行处理，所述的数据采集卡e采集到的数据表示为其中：V称为干涉信号，C为PZT调制系数，Ccosω0t为载波信号，所述的数据处理系统f进行处理包括如下步骤：
步骤3.1：对数据采集卡e采集到的载波电路信号Ccosω0t进行归一化和三倍频，分别得到归一化的基频信号cosω0t和归一化的三倍频信号cos3ω0t，所述载波电路信号Ccosω0t中的载波信号频率ω0大于或等于信号的最大频率，通常取为信号最大频率的2～4倍；
步骤3.2：将归一化的基频信号cosω0t和归一化的三倍频信号cos3ω0t与干涉信号V进行混频运算，分别得到V*cosω0t和V*cos3ω0t；
步骤3.3：对混频后的信号分别进行低通滤波运算，低通滤波的截止频率低于载波信号的频率ω0，高于信号的频率，分别得到和
步骤3.4：对低通滤波后的信号做相除运算，得到-J1(C)/J3(C)；
步骤3.5：对于一取值范围内的C值，-J1(C)/J3(C)随C的单调递增而递增，据此计算PZT调制系数C，完成测试。
请参阅图3所示，本发明还描述了数据处理系统f对数据采集卡e采集到的数据进行处理的具体过程；
请参阅图4所示，本发明还描述了数据处理系统f在处理过程中得到的-J1(C)/J3(C)随C值在1.5～3.5范围内变化时的一个变化过程，表明可据此得到PZT调制系数。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种PZT调制系数测试方法，包括如下步骤：
步骤1：调节窄线宽半导体激光器的输出功率；
步骤2：用载波电路对迈克尔逊干涉仪加PZT调制信号，调节载波电路的输出电压，使得PZT调制信号的幅度为一定值；
步骤3：对数据采集卡采集到的数据经过数据处理系统f进行处理，完成测试；
其中数据处理系统进行处理包括如下步骤：
步骤3.1：对数据采集卡采集到的载波电路信号C cos ω0t进行归一化和三倍频，分别得到归一化的基频信号cos ω0t和归一化的三倍频信号cos 3ω0t；
步骤3.2：将归一化的基频信号cos ω0t和归一化的三倍频信号cos 3ω0t与干涉信号V进行混频运算，分别得到V*cos ω0t和V*cos 3ω0t；
步骤3.3：对混频后的信号分别进行低通滤波运算，低通滤波的截止频率低于载波信号的频率ω0，高于信号的频率，分别得到和
步骤3.4：对低通滤波后的信号做相除运算，得到-J1(C)/J3(C)；
步骤3.5：对于一取值范围内的C值，-J1(C)/J3(C)随C的单调递增而递增，据此计算PZT调制系数C。
2.根据权利要求1所述的PZT调制系数测试方法，其中载波电路信号C cos ω0t中的载波信号频率ω0大于或等于信号的最大频率。
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