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非本征法布里-珀罗干涉型传感器非周期信号的相位解调方法.docx
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非本征法布里-珀罗干涉型传感器非周期信号的相位解调方法.docx
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摘要
提出了一种恢复非本征法布里-珀罗干涉型(EFPI)传感器非周期动态信号的三波长正交相位
补偿方法。利用三个干涉信号消除直流分量的影响,并通过相位补偿算法产生两个正交信
号,用于解调出待测信号。在实验中对 EFPI 传感器加载一个非周期动态信号,使用三种不同
的激光干涉测量技术对实验数据进行信号解调。结果表明,所提方法具有较高的解调精度,
适用于高温环境下腔长变化的场合和非周期动态信号的测量。
Abstract
A three-wavelength quadrature phase compensation method for recovering non-periodic
dynamic signals in an extrinsic Fabry-Perot interferometric (EFPI) sensor is proposed.
The influence of the direct-current component is eliminated by using three interferometric
signals, and two orthogonal signals are generated by the phase compensation algorithm
to demodulate the signals to be tested. In the experiment, an aperiodic dynamic signal is
loaded on the EFPI sensor, and three laser interferometric methods are used to
demodulate the experimental data. The results show that the proposed method has
higher demodulation accuracy, and is suitable for the high temperature environment with
cavity length change and the measurement of non-periodic dynamic signals.
1 引言
光纤非本征法布里-珀罗干涉型(EFPI)传感器
[1-3]
具有耐高温、灵敏度高、抗电磁干扰、体积
小和测量距离远等优点,在航空航天、发动机工业和芯片制造等领域中具有极大的应用前
景。EFPI 传感器可用于测量各种物理量,其对振动、声音等动态信号
[4-5]
的测量尤为重要。
目前,已经提出了多种解调方法来执行动态信号的解调,解调方法包括主动解调和被动解
调。其中:相位生成载波(PGC)等主动解调方案
[6]
受限于系统的有源部分,解调频率有限;被动
解调方案以其解调频率上限高、精度高和系统简洁等优势得到了广泛的应用。常见的被动
解调技术包括正交工作点直接测量法
[7]
、双波长被动解调法
[8]
和基于 3×3 耦合器的对称解调
法
[9]
等。
在 EFPI 传感器的动态信号解调技术中,双波长正交解调方法
[10-11]
是一种比较常见且实用的
信号解调技术,具有频率响应快、灵敏度高和动态范围大等优点。利用两束不同波长的激光
获得一对正交信号,再通过反正切算法
[12]
来提取被测动态信号。该解调技术的关键是保证两
路干涉信号的相位差为 π/2。因此,要求传感器腔长与光源波长必须严格匹配,进而该技术只
能对特定腔长的 EFPI 传感器进行解调。为克服这一限制,Jiang 等
[13]
提出了一种相位补偿
方法,两个相位差偏离 π/2 的干涉信号可无失真地恢复动态信号。这样,基于该技术的解调
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