本發(fā)明屬于光纖傳感系統(tǒng)，具體涉及一種基于差分反向頻率調(diào)制的光纖傳感噪聲抑制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、光纖傳感技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代化制造、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域的重要技術(shù)手段，其中外差干涉技術(shù)是光纖傳感中最重要的技術(shù)之一。它基于干涉原理實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的檢測(cè)和解調(diào)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光的幅度、相位、頻率等參數(shù)的高精度測(cè)量，具有靈敏度高、分辨率高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于光纖通信、光譜分析、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)與工業(yè)制造等領(lǐng)域。因此，外差干涉技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景和市場(chǎng)需求，與此同時(shí)，也對(duì)其檢測(cè)性能提出了更高的要求。

2、在實(shí)際應(yīng)用中，由于光纖中存在的二次瑞利散射效應(yīng)，此部分散射光會(huì)與原始信號(hào)相互作用，導(dǎo)致信號(hào)的相位和幅度發(fā)生變化，從而影響到光外差干涉信號(hào)檢測(cè)的測(cè)量精度和靈敏度。目前，針對(duì)光纖傳輸中二次瑞利散射對(duì)外差干涉檢測(cè)的影響，提出了一種通過(guò)頻率調(diào)制消除二次瑞利散射影響的方法，稱為頻率調(diào)制解調(diào)技術(shù)（fm-am技術(shù)）。由于二次瑞利散射在光信號(hào)的頻率范圍內(nèi)分布比較均勻，通過(guò)對(duì)光信號(hào)的頻率進(jìn)行調(diào)制，在頻率調(diào)制的過(guò)程中，二次瑞利散射的信號(hào)會(huì)被調(diào)制到檢測(cè)帶寬之外，而被測(cè)量信號(hào)落在檢測(cè)帶寬之內(nèi)，從而二者可以從頻段上被有效分離，對(duì)二次瑞利散射引起的噪聲進(jìn)行抑制。但是，頻率調(diào)制解調(diào)技術(shù)對(duì)光信號(hào)的頻率和調(diào)制深度等參數(shù)有一定的要求。如果頻率和調(diào)制深度選擇不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致解調(diào)信號(hào)的幅度和相位信息受到影響，降低系統(tǒng)的靈敏度和精度。同時(shí)，在解調(diào)過(guò)程中需要使用特殊的解調(diào)器和信號(hào)處理算法，導(dǎo)致了系統(tǒng)技術(shù)難度和計(jì)算復(fù)雜度的提升，從而限制了頻率調(diào)制解調(diào)技術(shù)在消除二次瑞利散射上的實(shí)際應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種基于差分反向頻率調(diào)制的光纖傳感噪聲抑制系統(tǒng)解決上述提到的技術(shù)問(wèn)題，具體采用如下的技術(shù)方案：

2、一種基于差分反向頻率調(diào)制的光纖傳感噪聲抑制系統(tǒng)，包含：激光器、第一聲光移頻器、第二聲光移頻器、傳感光纖、參考光纖、敏感單元、光電轉(zhuǎn)換單元、第一調(diào)制頻率輸出電路、第二調(diào)制頻率輸出電路和解調(diào)電路；

3、所述激光器的輸出分為兩路，一路作為傳感光輸入所述第一聲光移頻器，另一路作為參考光輸入所述第二聲光移頻器，所述第一聲光移頻器分別連接至所述第一調(diào)制頻率輸出電路和所述傳感光纖，所述傳感光纖連接至所述敏感單元，所述敏感單元用于將待檢測(cè)的物理量轉(zhuǎn)化為傳感光的相位變化，所述第二聲光移頻器分別連接至所述第二調(diào)制頻率輸出電路和所述參考光纖，所述敏感單元和所述參考光纖的輸出的傳感光與參考光合束干涉后，輸入所述光電轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換為微波電信號(hào)，轉(zhuǎn)換后的微波電信號(hào)輸入所述解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)；

4、所述第一調(diào)制頻率輸出電路和所述第二調(diào)制頻率輸出電路分別輸出兩路頻率同步差分反向變化的微波信號(hào)至所述第一聲光移頻器和第二聲光移頻器，所述第一聲光移頻器和第二聲光移頻器基于接收到的微波信號(hào)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行移頻調(diào)制。

5、進(jìn)一步地，所述解調(diào)電路包含帶通濾波器，轉(zhuǎn)換后的微波電信號(hào)輸入所述帶通濾波器。

6、進(jìn)一步地，所述解調(diào)電路還包含依次連接鎖定放大器、a/d轉(zhuǎn)換器和第一數(shù)字微控制器，所述鎖定放大器連接至所述帶通濾波器。

7、進(jìn)一步地，所述調(diào)制頻率輸出電路輸出的兩路頻率同步差分反向變化的同源微波信號(hào)為動(dòng)態(tài)變化的頻率值，從而對(duì)所述第一聲光移頻器與所述第二聲光移頻器進(jìn)行動(dòng)態(tài)變化的頻率調(diào)制。

8、進(jìn)一步地，所述第一調(diào)制頻率輸出電路和所述第二調(diào)制頻率輸出電路采用同源信號(hào)。

9、進(jìn)一步地，所述第一調(diào)制頻率輸出電路和所述第二調(diào)制頻率輸出電路為一個(gè)集成的電路，集成的電路包含：晶振、第一頻率合成器、第二頻率合成器和第二數(shù)字微控制器；

10、所述晶振連接至所述第一頻率合成器和所述第二頻率合成器，所述第二數(shù)字微控制器連接至所述第一頻率合成器和所述第二頻率合成器，所述第一頻率合成器連接至所述第一聲光移頻器，所述第二頻率合成器連接至所述第二聲光移頻器。

11、進(jìn)一步地，所述第一頻率合成器和所述第二頻率合成器為直接數(shù)字頻率合成器。

12、進(jìn)一步地，所述光電轉(zhuǎn)換單元為光電二極管。

13、進(jìn)一步地，所述激光器產(chǎn)生窄線寬光學(xué)信號(hào)并通過(guò)耦合器產(chǎn)生兩路輸出分別輸入所述第一聲光移頻器與所述第二聲光移頻器。

14、本發(fā)明的有益之處在于所提供的基于差分反向頻率調(diào)制的光纖傳感噪聲抑制系統(tǒng)，對(duì)光纖外差干涉系統(tǒng)中的傳感光與參考光同時(shí)進(jìn)行差分反向頻率調(diào)制，從而使得在任意時(shí)刻，傳感光與二次瑞利散射光、參考光與二次瑞利散射光之間干涉產(chǎn)生的二次瑞利散射噪聲所處頻段區(qū)別于傳感光與參考光直接干涉后的信號(hào)所處頻段。進(jìn)而通過(guò)設(shè)計(jì)光電二極管后級(jí)的濾波器帶寬，將二次瑞利散射噪聲進(jìn)行濾除。

15、本發(fā)明的有益之處在于所提供的基于差分反向頻率調(diào)制的光纖傳感噪聲抑制系統(tǒng)，采用了同源信號(hào)驅(qū)動(dòng)、頻率同步產(chǎn)生、調(diào)制頻率反向變化的方式，可以使得兩束光合束干涉時(shí)，將調(diào)制頻率動(dòng)態(tài)變化的部分進(jìn)行共模消除，一方面避免了由于調(diào)制頻率動(dòng)態(tài)變化而引入噪聲，另一方面極大簡(jiǎn)化了解調(diào)電路的設(shè)計(jì)難度。最終，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離光纖傳感系統(tǒng)的檢測(cè)信噪比提升，保證系統(tǒng)的檢測(cè)性能。

技術(shù)特征：

1.一種基于差分反向頻率調(diào)制的光纖傳感噪聲抑制系統(tǒng)，其特征在于，包含：激光器、第一聲光移頻器、第二聲光移頻器、傳感光纖、參考光纖、敏感單元、光電轉(zhuǎn)換單元、第一調(diào)制頻率輸出電路、第二調(diào)制頻率輸出電路和解調(diào)電路；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于差分反向頻率調(diào)制的光纖傳感噪聲抑制系統(tǒng)，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于差分反向頻率調(diào)制的光纖傳感噪聲抑制系統(tǒng)，其特征在于，

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于差分反向頻率調(diào)制的光纖傳感噪聲抑制系統(tǒng)，其特征在于，

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于差分反向頻率調(diào)制的光纖傳感噪聲抑制系統(tǒng)，其特征在于，

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于差分反向頻率調(diào)制的光纖傳感噪聲抑制系統(tǒng)，其特征在于，

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于差分反向頻率調(diào)制的光纖傳感噪聲抑制系統(tǒng)，其特征在于，

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于差分反向頻率調(diào)制的光纖傳感噪聲抑制系統(tǒng)，其特征在于，

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于差分反向頻率調(diào)制的光纖傳感噪聲抑制系統(tǒng)，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于差分反向頻率調(diào)制的光纖傳感噪聲抑制系統(tǒng)，包含：傳感光路模塊包含：激光器、第一聲光移頻器、第二聲光移頻器、傳感光纖、參考光纖、敏感單元、光電轉(zhuǎn)換單元、第一調(diào)制頻率輸出電路、第二調(diào)制頻率輸出電路和解調(diào)電路。本發(fā)明的基于差分反向頻率調(diào)制的光纖傳感噪聲抑制系統(tǒng)對(duì)傳感光與參考光同時(shí)進(jìn)行差分反向移頻調(diào)制，使得在任意時(shí)刻，二次瑞利散射噪聲所處頻段區(qū)別于載波信號(hào)所處頻段，通過(guò)設(shè)計(jì)解調(diào)電路帶通濾波器，從而濾除二次瑞利散射噪聲。同時(shí)，調(diào)制頻率采用了同源信號(hào)驅(qū)動(dòng)、調(diào)制頻率同步反向變化的方式，使得兩束光干涉時(shí)，調(diào)制頻率動(dòng)態(tài)變化的部分共模抵消，極大簡(jiǎn)化了解調(diào)電路。

技術(shù)研發(fā)人員：孫興林,吳豪杰,王文睿,胡雋,葉凌云
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19