引用本文:
田培廷,赵英亮,王黎明,等. 基于EFPI地声传感器的信号解调算法[J]. 光通信技术,2020,44(11):20-23.
田培廷,赵英亮,王黎明*,吴 博,徐 亮
(中北大学 信息探测与处理技术研究所, 太原 030051)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:地声主要为频率集中在0~20 Hz的次声波,对传感器灵敏度、精确度及频响特性具有较高要求,合理的信号解调方法是传感器研究的关键。提出了双波长单通道正交解调算法,根据光的干涉原理对基于非本征法布里-珀罗干涉(EFPI)地声传感器进行了敏感机理的理论分析,明确了传感器在工作时需满足在线性区域的要求,利用Matlab软件进行仿真分析,结果表明:该算法避免了外界环境造成的腔长变化对输出结果的干扰,可准确解调出原始信号,印证了该解调方法的可行性。
关键词:法布里-珀罗腔;地声传感器;正交解调法
中图分类号:TN911.7 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2020)11-0020-04
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.11.005
0 引言
未来信息化作战中,电子武器的投入使用和强电磁干扰,使得北斗、GPS等导航系统失灵,传统通信方式难以发挥作用。地声传播由于其信道为土壤层,且具有屏蔽电子武器干扰的优势,低频地声具有近场穿透能力、信息可靠、易于提取和接收的特点。若利用可控震源发送地声信号及利用地声传感器进行信号采集和后续处理,搭建地声通信系统,可有效解决导航失灵、雷达迷茫和通信中断等问题。
地声通信系统必不可缺的是高精度、高灵敏度地声传感器的支持。光纤式声传感器具有光纤灵敏度高、抗干扰性强、耐高温耐腐蚀和传输损耗低的特点,使其在强电磁干扰环境中拥有不可替代性[。但是,强度型光纤声传感器对光源的功率稳定性要求很高,由于其测量精度和灵敏度偏低,不能满足一些高精度、大范围测量的应用需求;波长调制型声传感器很难使低频声波与光纤光栅耦合,温度串扰的问题也给这类声传感器的使用带来很大的局限性。
相位调制型光纤传感器由于高灵敏度和高分辨率,适用于各种不同场合。其中,基于法布里-珀罗(F-P)干涉(EFPI)结构的声传感器结构简单,可以通过设计不同结构、选择不同材料及不同敏感薄膜应对不同的场景需要。但目前的法珀式声传感器的研究还不够成熟,未达到可实用化的需求。需要较为系统的理论及合理的信号解调方法。
本文在对光纤非本征EFPI地声传感器的结构原理和敏感机理分析的基础上,提出一种双波长单通道的正交解调算法。
4 结束语
本文提出了一种基于F-P腔的光纤传感器的信号解调算法。理论分析了算法原理,采用双波长单通道正交解调算法,解决了信号解调时需控制传感器工作在线性区域的问题,对一般信号及特殊的小信号分别提出对应的算法,并对算法的有效性进行仿真分析。由仿真及理论分析结果表明:本文所提的解调算法避免了腔长不可精确控制对信号解调的影响,在0~20 Hz的频率范围内具有良好的线性响应,信号解调结果符合理想输出结果,为开发测量结果更准确、灵敏度更高的光纤光栅类传感器提供了理论基础。