光纖機(jī)械振動(dòng)傳感器解調(diào)及信號處理研究.pdf

1、光纖傳感器具有抗電磁干擾、抗腐蝕、抗輻射等優(yōu)點(diǎn)，受到了人們越來越高的重視與研究?；谒_格奈克（Sagnac）的干涉型光纖振動(dòng)傳感器動(dòng)態(tài)范圍大，靈敏度高，可進(jìn)行長距離實(shí)時(shí)監(jiān)測，應(yīng)用前景廣泛。
　　本文研究了基于 Sagnac干涉儀原理以及相位載波解調(diào)技術(shù)的光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)。重點(diǎn)研究了通過本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對外界機(jī)械振動(dòng)等干擾信號的準(zhǔn)確解調(diào)，并引入小波去噪和移動(dòng)平均濾波技術(shù)對解調(diào)后信號進(jìn)行處理，提取振動(dòng)信號特征，提高解調(diào)精度。
　　本文

2、在Sagnac干涉儀原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了集數(shù)據(jù)采集、解調(diào)和信號處理于一體的光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)。首先分析了外界振動(dòng)信號對傳感光纖中光信號相位調(diào)制機(jī)理，給出光纖相位調(diào)制應(yīng)變公式，并分析了系統(tǒng)解調(diào)和定位原理，通過 Matlab仿真證明了定位中的陷波點(diǎn)，以及延遲光纖的長度對外界振動(dòng)引起的陷波點(diǎn)的影響。然后通過理論分析說明相位載波解調(diào)的可行性，并開發(fā)基于Labview軟件平臺的PGC解調(diào)程序，采用三角波、正弦波和矩形波作為三種不同的入侵振動(dòng)信號進(jìn)行

3、解調(diào)仿真，驗(yàn)證了該解調(diào)方法的有效性。接下來研究了PIN光電探測器的放大電路，并利用Protues軟件設(shè)計(jì)并仿真了前置放大電路、二次放大電路和三階巴特沃斯高通濾波電路，并通過Altium Designer13實(shí)現(xiàn)了PCB(Printed Circuit Board)板設(shè)計(jì)，電路最終達(dá)到的頻譜寬度為500kHz，放大倍數(shù)為125000倍。
　　基于Labview編寫了系統(tǒng)中所用的數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)程序。通過小波閾值去噪和移動(dòng)平均濾波技術(shù)對

4、解調(diào)信號頻譜進(jìn)行處理，并對去噪時(shí)閾值函數(shù)的選擇和閾值方式的確定進(jìn)行了理論分析，通過比較幾種不同閾值量化方式對系統(tǒng)輸出信號去噪效果的影響，得到最佳閾值去噪方法，同時(shí)比較了不同平滑數(shù)據(jù)方式下的移動(dòng)平均濾波效果，得到合適的數(shù)據(jù)平滑移動(dòng)平均方法。并利用這種相結(jié)合的方法對系統(tǒng)輸出信號進(jìn)行處理，在有效地去除大量噪聲的同時(shí)，較好地保留了外界振動(dòng)信號的原始信息，在頻譜圖上得到清晰的“陷波點(diǎn)”，有利于通過頻陷波點(diǎn)的位置對外界振動(dòng)信號實(shí)現(xiàn)定位。
　　

5、最后，利用ASE光源、光纖環(huán)形器、3×3耦合器、PZT相位調(diào)制器、法拉第旋轉(zhuǎn)鏡和PIN光電探測器等搭建了Sagnac光纖振動(dòng)傳感實(shí)驗(yàn)平臺，進(jìn)行對外界振動(dòng)干擾信號的解調(diào)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中利用信號發(fā)生器產(chǎn)生高頻載波信號，并通過 PZT加載到系統(tǒng)中。利用NI的USB6361采集卡采集PIN中輸出的帶有外界振動(dòng)信息的干涉信號，并對該信號進(jìn)行解調(diào)、頻譜變換以及去噪處理，從而提高系統(tǒng)信噪比。此外，系統(tǒng)中通過使用法拉第旋轉(zhuǎn)鏡消除了偏振態(tài)不穩(wěn)定的問題，對