RU2682981C1 - Способ демодуляции сигнала волоконно-оптического датчика тока - Google Patents

Способ демодуляции сигнала волоконно-оптического датчика тока Download PDF

Info

Publication number
RU2682981C1
RU2682981C1 RU2018138506A RU2018138506A RU2682981C1 RU 2682981 C1 RU2682981 C1 RU 2682981C1 RU 2018138506 A RU2018138506 A RU 2018138506A RU 2018138506 A RU2018138506 A RU 2018138506A RU 2682981 C1 RU2682981 C1 RU 2682981C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
modulation
signal
harmonic
auxiliary
Prior art date
Application number
RU2018138506A
Other languages
English (en)
Inventor
Андрей Викторович Медведев
Валентина Сергеевна Темкина
Алексей Витальевич Майзель
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ")
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ")
Priority to RU2018138506A priority Critical patent/RU2682981C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2682981C1 publication Critical patent/RU2682981C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/22—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-emitting devices, e.g. LED, optocouplers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/24—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области оптических способов измерения физических величин с использованием фазовых волоконно-оптических датчиков, в том числе волоконно-оптических интерферометров, применяемых для измерения электромагнитных полей. Техническим результатом является повышение точности демодуляции сигнала волоконно-оптического датчика тока при непостоянстве амплитуды вспомогательной модуляции разности фаз, осуществляемой в фазовом волоконно-оптическом датчике гармоническим сигналом. Способ демодуляции сигнала волоконно-оптического датчика тока включает вспомогательную модуляцию разности фаз в фазовом волоконно-оптическом датчике гармоническим сигналом, выделение из сигнала, получаемого с фотоприемника, установленного на выходе фазового волоконно-оптического датчика, напряжений первой и второй гармоник частоты вспомогательной модуляции, синхронное детектирование напряжений первой и второй гармоник частоты вспомогательной модуляции и вычисление искомой разности фаз. При этом выделяют напряжение четвертой гармоники частоты вспомогательной фазовой модуляции, осуществляют его синхронное детектирование и используют для вычисления значения искомой разности фаз напряжения с выходов детекторов первой, второй и четвертой гармоник по предложенной формуле. 3 ил.

Description

Изобретение относится к области оптических способов измерения физических величин с использованием фазовых волоконно-оптических датчиков, в том числе волоконно-оптических интерферометров, применяемых для измерения электромагнитных полей.
Известен «Способ контроля параметров сигнала волоконно-оптического интерферометрического фазового датчика с перестраиваемым источником оптического излучения» [Патент RU 2595320, МПК G01B 9/02, G01C 19/72, опубликован 27.08.2016]. Способ демодуляции сигнала основан на выделении четырех гармоник частоты модуляции: первой, второй, третьей и четвертой. За счет рекуррентных соотношений между функциями Бесселя первого рода различных порядков рассчитывается текущее значение амплитуды вспомогательной модуляции. Затем осуществляется автоподстройка амплитуды модуляции к оптимальному значению. Недостатком данного способа является то, что формула для вычисления текущего значения амплитуды вспомогательной модуляции является некорректной и неприменимой в случаях, когда значение рабочей точки интерферометра кратно π/2.
Известен «Волоконно-оптический гироскоп с улучшенным выводом данных и управлением модуляцией» [Патент US № 6028668, МПК G01С 19/72, опубликован 22.02.2000]. Способ демодуляции сигнала, используемый в данном устройстве, подразумевает выделение первой, второй и четвертой гармоник частоты модуляции. В устройстве осуществляется управление модуляцией при заранее определенном фазовом сдвиге модулятора, который устанавливается из второй и четвертой гармоник. При этом сигнал четвертой гармоники умножается на заранее известное отношение второй гармоники к четвертой при оптимальной амплитуде модуляции и результат вычитается из второй гармоники. Тем самым вычисляется ошибка, связанная с отличием амплитуды модуляции от оптимальной, и, исходя из этой ошибки, амплитуду модуляции подстраивают под оптимальную. При отрегулированном значении амплитуды модуляции выходной сигнал устройства получают из первой и второй гармоники. Недостатком данного способа является то, что для повышения точности выходного сигнала гироскопа необходимо осуществлять точную регулировку амплитуды модуляции в соответствии с получаемым сигналом ошибки.
Известен «Улучшенный алгоритм гомодинной демодуляции с низким уровнем гармонических искажений и высокой стабильностью», выбранный за прототип [Jun He, Lin Wang, Fang Li, and Yuliang Liu, Journal of Lightwave Technology, Vol. 28, No. 22, November 15, 2010]. Алгоритм основан на дифференциальном самоперемножении и вычислении значений функции арктангенса. Интерференционный сигнал подвергается синхронному детектированию на частоте модуляции и удвоенной частоте модуляции, после чего получается пара квадратурных компонентов (первая и вторая гармоники частоты модуляции), амплитуда которых пропорциональна функциям Бесселя 1-го рода 1-го и 2-го порядков, соответственно. Значения функций Бесселя, в свою очередь, зависят от глубины фазовой модуляции. Затем первая гармоника делится на вторую гармонику. В то же время, чтобы получить значение дифференциального самоперемножения (DSM), первая и вторая гармоники сначала подвергаются дифференцированию, а потом самоперемножаются со своими собственными производными. Результат дифференциального самоперемножения первой гармоники делится на результат дифференциального самоперемножения второй гармоники, полученное значение подвергается операции инверсии и извлечения корня и подставляется в качестве делителя для значения деления первой гармоники на вторую. Затем вычисляется арктангенс и осуществляется развертка фазы. Для избавления от шумов на выходе системы может быть поставлен фильтр высоких частот. Описанный алгоритм направлен на снижение уровня гармонических искажений выходного сигнала и обеспечения его независимости от амплитуды фазовой модуляции в диапазоне от 1,5 до 3,5 радиан. Однако уровень гармонических искажений выходного сигнала в этом диапазоне амплитуд модуляции постоянен и равен примерно 0,1%, т.е. он не равен нулю даже при оптимальной амплитуде модуляции, равной 2,63 радиан. Недостатком прототипа является то, что этот алгоритм гомодинной демодуляции не применим для интерферометров типа интерферометра Саньяка, а также для волоконно-оптического датчика тока, поскольку рабочая точка интерферометра в этих устройствах выбирается при нулевой разности фаз интерферирующих световых волн.
Технической проблемой является разработка способа демодуляции сигнала волоконно-оптического датчика тока в случае непостоянства амплитуды дополнительной фазовой модуляции (или отклонения амплитуды фазовой модуляции от оптимального значения) за счет изменения набора гармоник частоты модуляции, выделяемых из интерференционного сигнала, (выделения из сигнала датчика первой, второй и четвертой гармоник частоты модуляции) и коррекции формулы, используемой для вычисления выходного сигнала датчика тока, с использованием отношения сигналов второй и четвертой гармоник.
Технический результат – увеличение точности показаний волоконно-оптического датчика тока при отклонении амплитуды фазовой модуляции от оптимального значения.
Способ демодуляции сигнала волоконно-оптического датчика тока включает вспомогательную гармоническую модуляцию разности фаз в фазовом волоконно-оптическом датчике, выделение из интерференционного сигнала напряжений первой, второй и четвертой гармоник частоты модуляции и их синхронное детектирование. В результате на выходах синхронных детекторов получаются следующие сигналы:
Figure 00000001
;
Figure 00000002
;
Figure 00000003
,
где U1, U2 и U4 – напряжения первой, второй и четвертой гармоник интерферометрического сигнала на выходах соответствующих синхронных детекторов,
Figure 00000004
– искомая разность фаз, пропорциональная измеряемому электрическому току,
Figure 00000005
– амплитуда вспомогательной гармонической фазовой модуляции,
Figure 00000006
,
Figure 00000007
и
Figure 00000008
– фазовые сдвиги сигналов на опорных входах синхронных детекторов первой, второй и четвертой гармоник, соответственно.
При выборе амплитуды вспомогательной гармонической фазовой модуляции
Figure 00000009
радиан и нулевых фазовых сдвигах
Figure 00000010
,
Figure 00000011
выполняются следующие равенства:
Figure 00000012
;
Figure 00000013
.
При этом значение искомой разности фаз может быть получено путем вычисления арктангенса отношения сигналов первой и второй гармоник по формуле
Figure 00000014
.
Однако при отклонении амплитуды вспомогательной гармонической модуляции
Figure 00000005
от величины
Figure 00000015
значения функций Бесселя
Figure 00000016
и
Figure 00000017
не равны друг другу и при условии
Figure 00000018
вычисление искомой разности фаз необходимо производить по формуле
Figure 00000019
, (1)
где коэффициенты
Figure 00000020
,
Figure 00000021
,
Figure 00000022
.
Предлагаемый способ обладает повышенной точностью за счет учета изменения амплитуд сигналов первой и второй гармоник частоты вспомогательной фазовой модуляции при отклонении амплитуды вспомогательной фазовой модуляции от величины
Figure 00000015
путем выделения из интерференционного сигнала напряжений первой, второй и четвертой гармоник частоты модуляции, их последующего синхронного детектирования и использования в формуле для вычисления искомой разности фаз.
Реализация способа демодуляции сигнала волоконно-оптического датчика тока представляет собой вспомогательную гармоническую модуляцию разности фаз в фазовом волоконно-оптическом датчике, выделение из интерференционного сигнала напряжений первой, второй и четвертой гармоник частоты модуляции, их синхронное детектирование и вычисление поправочной функции, которая компенсирует ошибку, вызванную отклонением амплитуды вспомогательной гармонической модуляции от значения
Figure 00000023
.
Вспомогательная гармоническая модуляция в волоконно-оптическом датчике тока задается формулой
Figure 00000024
где
Figure 00000025
– частота вспомогательной модуляции,
Figure 00000005
– амплитуда вспомогательной модуляции.
Волоконно-оптическое измерение электрического тока основано на детектировании фарадеевского фазового сдвига
Figure 00000026
, который возникает между волнами с правой круговой и левой круговой поляризациями в специальном оптическом волокне в присутствии магнитного поля, создаваемого этим током. Фарадеевский фазовый сдвиг пропорционален измеряемому току согласно формуле
Figure 00000027
где V – постоянная Верде для волокна, N – количество витков волокна вокруг проводника с током I.
Интерференционный сигнал в волоконно-оптическом датчике тока представляет собой сумму гармоник частоты модуляции
Figure 00000028
Figure 00000029
Разложение в ряд по функциям Бесселя дает
Figure 00000030
Figure 00000031
Figure 00000032
где
Figure 00000033
– среднее значение сигнала;
Figure 00000034
– функции Бесселя первого рода k-го порядка.
Отсюда видно, что амплитуды гармоник зависят от величины
Figure 00000033
, пропорциональной оптической мощности световой волны, и значений функций Бесселя. Четные гармоники частоты модуляции пропорциональны
Figure 00000035
, а нечетные –
Figure 00000036
. Рабочая точка интерферометра в волоконно-оптическом датчике тока соответствует нулевой разности фаз интерферирующих световых волн
Figure 00000026
. Поэтому в отсутствии измеряемого тока детектируемый сигнал состоит только из четных гармоник частоты модуляции, а в присутствии магнитного поля, создаваемого измеряемым электрическим током, появляются так же нечетные гармоники частоты модуляции.
Для выделения квадратурных сигналов используется синхронное детектирование интерференционного сигнала на частотах
Figure 00000037
,
Figure 00000038
и
Figure 00000039
. В результате на выходах синхронных детекторов получаются следующие сигналы:
Figure 00000001
;
Figure 00000002
;
Figure 00000003
,
где U1, U2 и U4 – напряжения первой, второй и четвертой гармоник интерферометрического сигнала на выходах соответствующих синхронных детекторов,
Figure 00000004
– фарадеевский фазовый сдвиг, пропорциональный измеряемому электрическому току,
Figure 00000005
– амплитуда вспомогательной гармонической фазовой модуляции,
Figure 00000006
,
Figure 00000007
и
Figure 00000008
– фазовые сдвиги сигналов на опорных входах синхронных детекторов первой, второй и четвертой гармоник, соответственно.
При выборе амплитуды вспомогательной гармонической фазовой модуляции
Figure 00000009
радиан и нулевых фазовых сдвигах
Figure 00000010
,
Figure 00000011
выполняются следующие равенства:
Figure 00000012
;
Figure 00000013
.
При этом значение фарадеевского фазового сдвига может быть получено путем вычисления арктангенса отношения сигналов первой и второй гармоник по формуле
Figure 00000014
.
Однако при отклонении амплитуды вспомогательной гармонической модуляции
Figure 00000005
от величины
Figure 00000015
значения функций Бесселя
Figure 00000016
и
Figure 00000017
не равны друг другу и при вычислении арктангенса возникает ошибка. Поэтому в данном способе предлагается ввести функцию, корректирующую эту ошибку.
Таким образом, для реализации способа демодуляции сигнала волоконно-оптического датчика тока необходимо решить 2 задачи:
• выбрать оптимальную амплитуду вспомогательной гармонической модуляции;
• скорректировать ошибку демодуляции, вызванную неконтролируемым изменением амплитуды вспомогательной гармонической модуляции.
Оптимальная амплитуда вспомогательной гармонической модуляции выбирается, исходя из двух критериев: первая и вторая гармоники частоты модуляции должны быть максимальны и равны, оптимальная амплитуда должна обеспечивать минимум ошибок, связанных с ее изменением. Этим критериям соответствует
Figure 00000015
– минимальная амплитуда вспомогательной гармонической модуляции, при которой
Figure 00000012
.
Учет отклонения
Figure 00000005
от оптимального значения
Figure 00000023
осуществляется с помощью выделения из интерференционного сигнала напряжения четвертой гармоники частоты модуляции и использовании в формуле для вычисления фарадеевского фазового сдвига отношения второй гармоники частоты модуляции к четвертой
Figure 00000040
В этом случае искомый фарадеевский фазовый сдвиг рассчитывается по следующей формуле
Figure 00000041
(2)
где
Figure 00000042
Figure 00000043
– корректирующая ошибку функция и
Figure 00000044
для оптимальной амплитуды вспомогательной гармонической модуляции. Коэффициенты
Figure 00000045
,
Figure 00000046
и
Figure 00000047
являются вещественными константами и определяются методом подбора таким образом, чтобы обеспечить максимально возможную близость выражения
Figure 00000048
к единице в заданной окрестности оптимальной амплитуды вспомогательной гармонической модуляции, тем самым исключая ошибку демодуляции, полученную при вычислении арктангенса.
Преимуществами данного способа демодуляции являются: выделение только четных гармоник частоты модуляции, что для ряда схем фазовых волоконно-оптических датчиков принципиально важно, вследствие отсутствия нечетных гармоник при отсутствии внешнего воздействия на датчик; коррекция ошибки, а не подстройка амплитуды модуляции к оптимальному значению.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, представленными на фиг. 1 – фиг. 3.
На фиг. 1 представлена схема волоконно-оптического датчика тока, основными составляющими которой являются широкополосный оптический источник 1 с рабочей длиной волны 1550 нм; оптический вентиль 2; Х-разветвитель 3; волоконный поляризатор 4; фазовый модулятор 5, выполненный из двулучепреломляющего (ДЛП) волоконного световода, намотанного на пьезокерамический цилиндр; волоконная линия задержки 6; подводящий тракт 7; четвертьволновая фазовая пластинка 8; чувствительный элемент 9, выполненный из волоконного световода типа Spun; зеркало 10; проводник с током 11; фотоприемное устройство 12 и блок обработки сигнала 13;
На фиг. 2 представлена блок-диаграмма способа демодуляции сигнала волоконно-оптического датчика тока 14 с компенсацией ошибки, вызванной неконтролируемым отклонением амплитуды вспомогательной гармонической модуляции от оптимального значения, где 15, 16, 17, 30 – смесители; 18 – генератор гармонического сигнала; 19, 20 – делители частоты на два; 21, 22, 23 – регулируемые фазовращатели; 24, 25, 26 – фильтры нижних частот (ФНЧ); 27, 28 – делители сигналов; 29 – компенсирующий блок обработки сигнала; 31 – блок вычисления арктангенса;
На фиг. 3 представлены результаты численного моделирования в среде программирования NI LabVIEW (кривые 1 и 2) и экспериментальная зависимость 3 ошибки демодуляции от отклонения амплитуды вспомогательной гармонической модуляции.
Способ демодуляции сигнала волоконно-оптического датчика тока осуществляют следующим образом.
В волоконно-оптическом датчике тока (фиг. 1) проводят вспомогательную гармоническую модуляцию на частоте, соответствующей резонансной частоте пьезокерамического фазового модулятора 5, и амплитудой, равной оптимальному значению
Figure 00000015
Figure 00000015
. Не поляризованное оптическое излучение последовательно проходит через оптический вентиль 2, волоконно-оптический Х-разветвитель 3, поляризатор 4 и попадает на фазовый модулятор 5, причем ось пропускания поляризатора 4 ориентирована под углом 45° к собственным поляризационным осям входного волокна фазового модулятора 5. В фазовом модуляторе 5 оптическое излучение распространяется в виде двух световых волн с ортогональными линейными поляризациями. Далее свет проходит через волоконную линию задержки 6, длина которой определяется частотой модуляционного сигнала. Четвертьволновая фазовая пластинка 8, оси которой ориентированы под углом 45° к собственным осям подводящего тракта 7, преобразует линейно поляризованные моды в моды с круговой поляризацией. Они распространяются с разными скоростями по чувствительному волокну 9 типа Spun, который обмотан вокруг проводника с током 11. При этом между ними возникает фазовый набег
Figure 00000026
Figure 00000026
, пропорциональный току в проводнике 11. Световая волна, отразившись от зеркала 10, распространяется в обратном направлении, вследствие чего левая круговая поляризация меняется на правую и наоборот. При повторном проходе фазовой пластинки 8 циркулярно поляризованные моды вновь преобразуются в линейно поляризованные, причем х и у-моды меняются местами. В результате на входе в поляризатор 4 все фазовые сдвиги между поляризованными волнами, обусловленные взаимными эффектами (влияние внешних воздействий на волокно, ДЛП в световоде), компенсируются, и сохраняется только связанный с измеряемым электрическим током фарадеевский фазовый сдвиг
Figure 00000026
Figure 00000026
. Линейно поляризованные моды, проходя через поляризатор 4, интерферируют, затем интерференционный сигнал через Х-разветвитель 3 поступает на фотоприемное устройство 12. Интерференционный сигнал напряжений с фотоприемного устройства 12 попадает в блок обработки 13 сигнала датчика.
Схема блока обработки 13 представлена на фиг. 2. Сигнал волоконно-оптического датчика тока 14, попадая на первые входы смесителей 15, 16 и 17, подвергается синхронному детектированию на частоте вспомогательной гармонической модуляции
Figure 00000037
Figure 00000037
, удвоенной частоте модуляции
Figure 00000038
Figure 00000038
и учетверенной частоте модуляции
Figure 00000039
Figure 00000039
. Для этого на второй вход смесителя 15 подается гармонический сигнал с частотой
Figure 00000037
Figure 00000037
, получаемый с помощью генератора 18 гармонического сигнала на частоте
Figure 00000039
Figure 00000039
и двух последовательных делителей частоты на два 19 и 20; на второй вход смесителя 16 подается гармонический сигнал с частотой
Figure 00000038
Figure 00000038
, получаемый с помощью генератора 18 и делителя частоты на два 20; на второй вход смесителя 17 подается гармонический сигнал с частотой
Figure 00000039
Figure 00000039
, создаваемый непосредственно генератором 18. Для изменения фаз опорных сигналов, подаваемых на вторые входы смесителей 15, 16 и 17, с целью их совпадения с фазами соответствующих частотных составляющих сигнала волоконно-оптического датчика тока 14 используются регулируемые фазовращатели 21, 22, 23. Для выделения первой, второй и четвертой гармоники частоты модуляции сигналы после смесителей 15, 16, 17 подаются на входы ФНЧ 24, 25, 26 соответственно. Отношение первой гармоники ко второй вычисляется в делителе сигналов 27, после чего попадает на первый вход смесителя 30. Отношение второй гармоники к четвертой, полученное с помощью делителя сигналов 28, подают на вход компенсирующего блока обработки сигнала 29, с выхода которого сигнал подают на второй вход смесителя 30. Сигнал с выхода смесителя 30 подают на вход блока вычисления арктангенса 31, на выходе которого получают искомый фарадеевский фазовый сдвиг.
Для проверки предлагаемого способа было проведено численное моделирование демодуляции сигнала волоконно-оптического датчика тока при отклонении амплитуды вспомогательной гармонической модуляции от оптимального значения.
Численное моделирование проводили с использованием графических инструментов среды программирования NI LabVIEW. Оптимальное значение амплитуды вспомогательной гармонической модуляции было равно
Figure 00000015
Figure 00000015
. Амплитуду вспомогательной модуляции изменяли в диапазоне ±8% от оптимального значения. При всех значениях амплитуды вспомогательной модуляции вычисляли отношения функции Бесселя первого рода 1-го порядка к функции Бесселя первого рода 2-го порядка и функции Бесселя первого рода 2-го порядка к функции Бесселя первого рода 4-го порядка. Полученные значения подставляли в формулу (2).
В результате численного моделирования были определены коэффициенты
Figure 00000049
Figure 00000049
по следующему критерию: корректирующая ошибку функция
Figure 00000050
Figure 00000050
в формуле (2), помноженная на
Figure 00000051
Figure 00000051
, должна быть как можно ближе к единице в окрестности оптимальной амплитуды вспомогательной гармонической модуляции
Figure 00000023
Figure 00000023
. Для этого были определены методом подбора значения
Figure 00000020
Figure 00000020
,
Figure 00000021
Figure 00000021
,
Figure 00000022
Figure 00000022
. Исходя из максимально возможной близости
Figure 00000052
Figure 00000052
к единице вычисляли ошибку, вносимую в измерения при отклонении амплитуды вспомогательной гармонической модуляции от оптимального значения.
Результаты численного моделирования приведены на фиг. 3.
Кривая 1 на фиг. 3 представляет собой результат численного моделирования для предлагаемого способа демодуляции сигнала волоконно-оптического датчика тока по формуле (2). В результате компенсации ошибка не превышает 0.1% при изменении амплитуды вспомогательной гармонической модуляции в пределах ±6% от оптимального значения
Figure 00000023
Figure 00000023
, и не превышает 0.0001% при изменении амплитуды вспомогательной гармонической модуляции в пределах ±3.4% от оптимального значения
Figure 00000023
Figure 00000023
.
Кривая 2 на фиг. 3 представляет собой результат численного моделирования зависимости ошибки демодуляции по способу, выбранному в качестве прототипа, от отклонения амплитуды вспомогательной гармонической модуляции от оптимального значения. Ошибка демодуляции с использованием данного способа превышает 1% при отклонении амплитуды вспомогательной модуляции на ±0.5% от оптимального значения.
Из результатов численного моделирования видно, что точность демодуляции, достигаемая при использовании предлагаемого способа, при отклонении амплитуды вспомогательной гармонической модуляции на ±3.4% примерно в 10000 раз выше, чем при использовании способа, выбранного в качестве прототипа.

Claims (3)

  1. Способ демодуляции сигнала волоконно-оптического датчика тока, включающий вспомогательную модуляцию разности фаз в фазовом волоконно-оптическом датчике гармоническим сигналом, выделение из сигнала, получаемого с фотоприемника, установленного на выходе фазового волоконно-оптического датчика, напряжений первой и второй гармоник частоты вспомогательной модуляции, синхронное детектирование напряжений первой и второй гармоник частоты вспомогательной модуляции и вычисление искомой разности фаз, отличающийся тем, что из сигнала, получаемого с фотоприемника, выделяют напряжение четвертой гармоники частоты вспомогательной фазовой модуляции, осуществляют его синхронное детектирование, после чего вычисляют значение искомой разности фаз по формуле
  2. Figure 00000053
    ,
  3. где
    Figure 00000054
    – искомая разность фаз, пропорциональная измеряемому электрическому току, U1, U2 и U4 – напряжения первой, второй и четвертой гармоник интерферометрического сигнала на выходах соответствующих синхронных детекторов, коэффициенты
    Figure 00000055
    ,
    Figure 00000056
    ,
    Figure 00000057
    фиксированы и не зависят от измеряемых величин.
RU2018138506A 2018-10-31 2018-10-31 Способ демодуляции сигнала волоконно-оптического датчика тока RU2682981C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018138506A RU2682981C1 (ru) 2018-10-31 2018-10-31 Способ демодуляции сигнала волоконно-оптического датчика тока

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018138506A RU2682981C1 (ru) 2018-10-31 2018-10-31 Способ демодуляции сигнала волоконно-оптического датчика тока

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2682981C1 true RU2682981C1 (ru) 2019-03-25

Family

ID=65858638

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018138506A RU2682981C1 (ru) 2018-10-31 2018-10-31 Способ демодуляции сигнала волоконно-оптического датчика тока

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2682981C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115963443A (zh) * 2023-03-13 2023-04-14 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 一种全光纤电流互感器异常处理方法及系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2099892C1 (ru) * 1995-05-10 1997-12-20 Сибирская государственная академия телекоммуникаций и информатики Способ демодуляции сигналов с относительной фазовой модуляцией и устройство для его осуществления
US6028668A (en) * 1998-02-04 2000-02-22 Rockwell Collins, Inc. Fiber optic gyroscope having improved readout and modulation index control
US6556509B1 (en) * 1999-11-08 2003-04-29 Optiphase, Inc. Demodulator and method for interferometric outputs of increased accuracy
RU2408996C2 (ru) * 2009-03-11 2011-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУ ВПО "СибГУТИ") Способ демодуляции сигналов относительной фазовой модуляции и устройство для его осуществления
RU2470477C1 (ru) * 2011-05-13 2012-12-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский Государственный политехнический университет" (ГОУ "СПбГПУ") Способ демодуляции сигнала волоконного интерферометра
RU2595320C1 (ru) * 2015-07-16 2016-08-27 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" Способ контроля параметров сигнала волоконно-оптического интерферометрического фазового датчика с перестраиваемым источником оптического излучения

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2099892C1 (ru) * 1995-05-10 1997-12-20 Сибирская государственная академия телекоммуникаций и информатики Способ демодуляции сигналов с относительной фазовой модуляцией и устройство для его осуществления
US6028668A (en) * 1998-02-04 2000-02-22 Rockwell Collins, Inc. Fiber optic gyroscope having improved readout and modulation index control
US6556509B1 (en) * 1999-11-08 2003-04-29 Optiphase, Inc. Demodulator and method for interferometric outputs of increased accuracy
RU2408996C2 (ru) * 2009-03-11 2011-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУ ВПО "СибГУТИ") Способ демодуляции сигналов относительной фазовой модуляции и устройство для его осуществления
RU2470477C1 (ru) * 2011-05-13 2012-12-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский Государственный политехнический университет" (ГОУ "СПбГПУ") Способ демодуляции сигнала волоконного интерферометра
RU2595320C1 (ru) * 2015-07-16 2016-08-27 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" Способ контроля параметров сигнала волоконно-оптического интерферометрического фазового датчика с перестраиваемым источником оптического излучения

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115963443A (zh) * 2023-03-13 2023-04-14 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 一种全光纤电流互感器异常处理方法及系统
CN115963443B (zh) * 2023-03-13 2023-06-16 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 一种全光纤电流互感器异常处理方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4046243B2 (ja) 精密電流検知のための光ファイバ装置及び方法
CN110411335B (zh) 差动式正弦相位调制激光干涉纳米位移测量装置及方法
US6636321B2 (en) Fiber-optic current sensor
CN105992934B (zh) 干涉测定传感器
CN105051551B (zh) 具有旋制光纤和温度补偿的光纤电流传感器
US5987195A (en) Fiber optics apparatus and method for accurate current sensing
EP2010925B1 (en) Fiber-optic current sensor with polarimetric detection scheme
WO2018014325A1 (zh) 基于相位调制的双激光单频干涉纳米位移测量装置及方法
WO2000019217A9 (en) In-line electro-optic voltage sensor
US4573795A (en) Rotation rate measuring instrument
CN106062506B (zh) 干涉测定传感器
CN110530497A (zh) 基于光电振荡器的干涉型光纤振动传感解调系统和方法
EP2145194B1 (en) Adaptive filters for fiber optic sensors
Zheng et al. Influences of optical-spectrum errors on excess relative intensity noise in a fiber-optic gyroscope
RU2682981C1 (ru) Способ демодуляции сигнала волоконно-оптического датчика тока
Zhen et al. A novel interferometric vibration measurement sensor with quadrature detection based on 1/8 wave plate
Bohnert et al. Coherence-tuned interrogation of a remote elliptical-core, dual-mode fiber strain sensor
GB2046434A (en) Optical-fibre interferometric gyrometer
JP2012103200A (ja) 変調光解析装置とその変調光解析装置を用いた電界あるいは磁界測定プローブ装置
CN101592526A (zh) 一种光平均波长的测量方法及装置
CN107764517B (zh) 用于消除白光干涉仪干涉信号二阶伪耦合点的方法
US20030095262A1 (en) Optical interferometric sensor with optical error compensation
CN111512165A (zh) 在高信号范围具有增强精确度的偏振光学检测
JPH08146066A (ja) 電気信号測定方法および装置
RU126452U1 (ru) Волоконно-оптический гироскоп