CN108770139A - 一种用于光纤传感系统的声光调制器驱动器及其产生方法 - Google Patents

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刘飞
张敏
何向阁
古利娟
易多
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Abstract

本发明公开了一种用于光纤传感系统的声光调制器驱动器及其产生方法。本发明采用单个脉冲输入至脉冲延时电路，输出两个具有延时的脉冲，并通过单片机控制时间间隔；单片机分别控制第一和第二直接数字频率合成芯片的连续射频信号的频率输出至第一和第二开关电路，第一和第二脉冲分别作用于第一和第二开关电路，将连续射频信号截取为脉冲射频信号；经过功率合成电路和功率放大电路后，驱动单个声光调制器AOM工作；本发明使用一个AOM即可产生所需的差分延时脉冲对，并且不需要再使用额外的光纤引入延时，降低了系统成本；同时，脉冲对之间的时间间隔能够根据需要进行调整，因此增加了系统的灵活度和适用范围。

Description

一种用于光纤传感系统的声光调制器驱动器及其产生方法
技术领域
本发明涉及光纤传感系统，具体涉及一种用于光纤传感系统的声光调制器驱动器及其驱动方法。
背景技术
基于外差解调方案的光纤传感系统是一类新型的传感器系统，具有稳定可靠，动态范围大，对突变信号响应好等优势[1]，若采用多种复用技术可以构建大规模的传感器阵列，因而广泛应用于水声探测[2]、周界安防[3]、石油勘探[4]等领域。典型的基于外差解调的光纤传感系统采用：激光器(LASER)产生的连续光由一个耦合器分为两路，被补偿干涉仪(COMP)中的两个声光调制器(AOM)调制为脉冲光，同时被移频f1和f2，其数值被AOM的驱动器所决定。移频为f2的脉冲光需要再经过一段延时光纤，由耦合器将两个被AOM调制后的光脉冲合在一起，这样就会产生了一个脉冲对，其所含的两个脉冲之间间隔为τ。我们将这样具有不同频移，相互之间有一定间隔的脉冲对称之为差分延时脉冲对。此脉冲对经过传输光纤后到达传感器，被传感器中的两个反射镜反射回后形成干涉脉冲，再经过光带通滤波器后进行混频、采样、滤波等处理后即可得到传感器中所检测到的信号，再结合该传感器的灵敏度可推算出外界环境的信息。
由此可见，在基于外差方案的光纤传感系统中，产生具有一定频率差的延时脉冲对是其基本功能。现有技术采用了两个AOM进行分别移频和脉冲调制，但是由于AOM属精密光学仪器，同时延时光纤的长度不易调整，因此方案成本较高，灵活性较差。
发明内容
针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种用于光纤传感系统的声光调制器驱动器及其产生方法，只需一个AOM即可产生差分延时脉冲对，降低了系统的成本，同时脉冲之间的间隔也能灵活调整。
本发明的一个目的在于提出一种用于光纤传感系统的声光调制器。
本发明的用于光纤传感系统的声光调制器驱动器包括：脉冲延时电路、单片机、第一和第二开关电路、第一和第二直接数字频率合成芯片、功率合成电路以及功率放大电路；其中，单片机通过延时控制端口连接脉冲延时电路；脉冲延时电路的两个输出端分别连接第一和第二开关电路的脉冲控制输入端口；单片机分别通过第一和第二频率控制端口连接第一和第二直接数字频率合成芯片；第一和第二直接数字频率合成芯片通过连续射频信号输入端口分别连接至第一和第二开关电路；第一和第二开关电路的脉冲射频信号输出端口分别连接至功率合成电路；功率合成电路连接至功率放大电路；单个脉冲从输入端输入至脉冲延时电路；从脉冲延时电路的两个输出端分别输出第一和第二脉冲，第二脉冲与第一脉冲具有相对延时，通过单片机控制第二脉冲与第一脉冲之间的相对延时的时间间隔τ；第一和第二脉冲分别输入至第一和第二开关电路；通过单片机分别控制第一和第二直接数字频率合成芯片产生的连续射频信号的频率，第一和第二直接数字频率合成芯片分别产生的连续射频信号输出至第一和第二开关电路，频率分别为f1和f2；第一和第二脉冲分别作用于第一和第二开关电路，将连续射频信号截取为脉冲射频信号；两个脉冲射频信号经过功率合成电路合为一路信号，经过功率放大电路放大至合适的幅度，输出脉冲信号驱动单个声光调制器AOM工作，输出脉冲信号为频率分别为f1和f2且时间间隔为τ的脉冲对。
延时脉冲电路采用可控的脉冲延时芯片为核心搭建。单片机采用I2C或SPI等通用通信方式。从脉冲延时电路输出的第一和第二脉冲，第一脉冲由输入脉冲直接输出，第二脉冲由输入脉冲经过脉冲延时芯片后输出。根据脉冲延时芯片的使用手册，单片机通过串行通信接口(如SPI，I2C等)或使用标准IO口，将设定的延时数值按照设定的时序写入脉冲延时芯片中。如此，第二脉冲与第一脉冲之间便具有相对延时，延时的时间间隔τ由单片机控制决定。
本发明的另一个目的在于提供一种用于光纤传感系统的声光调制器驱动器信号产生方法。
本发明的用于光纤传感系统的声光调制器驱动器的驱动方法，包括以下步骤：
1)单个脉冲从输入端输入至脉冲延时电路；
2)从脉冲延时电路的两个输出分别输出第一和第二脉冲，第二脉冲与第一脉冲具有相对延时，通过单片机控制第二脉冲与第一脉冲之间的相对延时的时间间隔τ；
3)第一和第二脉冲分别输入至第一和第二开关电路；
4)通过单片机分别控制第一和第二直接数字频率合成芯片的连续射频信号的频率分别为f1和f2，第一和第二直接数字频率合成芯片分别产生的连续射频信号输出至第一和第二开关电路；
5)第一和第二脉冲分别作用于第一和第二开关电路，将连续射频信号截取为脉冲射频信号；
6)从第一和第二开关电路输出的脉冲射频信号经过功率合成电路合为一路信号；
7)经过功率放大电路放大至合适的幅度，输出脉冲信号驱动单个声光调制器AOM工作，输出信号为频率分别为f1和f2且时间间隔为τ的脉冲对。本发明的优点：
本发明采用单个脉冲输入至脉冲延时电路，输出两个具有延时的脉冲，并通过单片机控制时间间隔；单片机分别控制第一和第二直接数字频率合成芯片的连续射频信号的频率输出至第一和第二开关电路，第一和第二脉冲分别作用于第一和第二开关电路，将连续射频信号截取为脉冲射频信号；并经过功率合成电路合为一路信号，再经过功率放大电路放大输出，驱动单个声光调制器AOM工作；本发明使得在基于外差方案的光纤传感系统中，使用一个AOM即可产生所需的差分延时脉冲对，并且不需要再使用额外的光纤引入延时，降低了系统成本；同时，脉冲对之间的时间间隔能够根据需要进行调整，因此增加了系统的灵活度和适用范围。
附图说明
图1为本发明的用于光纤传感系统的声光调制器驱动器的结构框图；
图2为本发明的用于光纤传感系统的声光调制器驱动器的输入和输出脉冲的示意图，其中(a)为输入脉冲，(b)为输出脉冲。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。
如图1所示，本实施例的用于光纤传感系统的声光调制器驱动器包括：脉冲延时电路、单片机、第一和第二开关电路、第一和第二直接数字频率合成芯片、功率合成电路以及功率放大电路；其中，单片机通过延时控制端口连接脉冲延时电路；脉冲延时电路的两个输出端分别连接第一和第二开关电路的脉冲控制输入端口；单片机分别通过第一和第二频率控制端口连接第一和第二直接数字频率合成芯片；第一和第二直接数字频率合成芯片通过连续射频信号输入端口分别连接至第一和第二开关电路；第一和第二开关电路的脉冲射频信号输出端口分别连接至功率合成电路；功率合成电路连接至功率放大电路。
在本实施例中，需要产生脉冲宽度w＝100ns，相对延时的时间间隔τ＝200ns，脉冲重复周期Trep＝5μs的脉冲对，两个脉冲之间的频率差为50kHz(即f1-f2＝50kHz)。
如图2所示，输入的单个脉冲如图2(a)所示，脉冲的宽度为w，重复周期为Trep，脉冲延时电路的两个输出端的两脉冲之间的延时差为200ns。结合后端的第一和第二直接数字频率合成芯片、功率合成电路和功率放大电路，即可使得驱动器输出如图2(b)所示的输出脉冲信号，驱动单个AOM产生差分延时脉冲对。需要注意的是，此驱动电路的输出阻抗要和AOM的输入阻抗匹配，否则会产生信号反射问题，导致功率不能有效利用，甚至有可能损坏AOM。
最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (5)

1.一种用于光纤传感系统的声光调制器驱动器，其特征在于，所述声光调制器驱动器包括：脉冲延时电路、单片机、第一和第二开关电路、第一和第二直接数字频率合成芯片、功率合成电路以及功率放大电路；其中，所述单片机通过延时控制端口连接脉冲延时电路；所述脉冲延时电路的两个输出端分别连接第一和第二开关电路的脉冲控制输入端口；所述单片机分别通过第一和第二频率控制端口连接第一和第二直接数字频率合成芯片；所述第一和第二直接数字频率合成芯片通过连续射频信号输入端口分别连接至第一和第二开关电路；所述第一和第二开关电路的脉冲射频信号输出端口分别连接至功率合成电路；所述功率合成电路连接至功率放大电路；单个脉冲从输入端输入至脉冲延时电路；从脉冲延时电路的两个输出端分别输出第一和第二脉冲，第二脉冲与第一脉冲具有相对延时，通过单片机控制第二脉冲与第一脉冲之间的相对延时的时间间隔τ；第一和第二脉冲分别输入至第一和第二开关电路；通过单片机分别控制第一和第二直接数字频率合成芯片产生的连续射频信号的频率，第一和第二直接数字频率合成芯片分别产生的连续射频信号输出至第一和第二开关电路，频率分别为f1和f2；第一和第二脉冲分别作用于第一和第二开关电路，将连续射频信号截取为脉冲射频信号；两个脉冲射频信号经过功率合成电路合为一路信号，经过功率放大电路放大至合适的幅度，输出脉冲信号驱动单个声光调制器AOM工作，输出脉冲信号为频率分别为f1和f2且时间间隔为τ的脉冲对。
2.如权利要求1所述的声光调制器驱动器，其特征在于，所述延时脉冲电路包括可控的脉冲延时芯片。
3.如权利要求2所述的声光调制器驱动器，其特征在于，所述延时脉冲电路将输入脉冲直接输出作为第一脉冲，将输入脉冲经过脉冲延时芯片后输出作为第二脉冲。
4.如权利要求2所述的声光调制器驱动器，其特征在于，所述单片机通过串行通信接口或使用标准IO口，将设定的延时数值按照设定的时序写入脉冲延时芯片中。
5.一种用于光纤传感系统的声光调制器驱动器的驱动方法，其特征在于，所述：
1)单个脉冲从输入端输入至脉冲延时电路；
2)从脉冲延时电路的两个输出分别输出第一和第二脉冲，第二脉冲与第一脉冲具有相对延时，通过单片机控制第二脉冲与第一脉冲之间的相对延时的时间间隔τ；
3)第一和第二脉冲分别输入至第一和第二开关电路；
4)通过单片机分别控制第一和第二直接数字频率合成芯片的连续射频信号的频率分别为f1和f2，第一和第二直接数字频率合成芯片分别产生的连续射频信号输出至第一和第二开关电路；
5)第一和第二脉冲分别作用于第一和第二开关电路，将连续射频信号截取为脉冲射频信号；
6)从第一和第二开关电路输出的脉冲射频信号经过功率合成电路合为一路信号；
7)经过功率放大电路放大至合适的幅度，输出脉冲信号驱动单个声光调制器AOM工作，输出信号为频率分别为f1和f2且时间间隔为τ的脉冲对。
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