КОМПЕНСАЦИЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА В СХЕМЕ ГОМОДИННОГО ПРИЕМА СИГНАЛА ФАЗОВЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ

Мехреньгин Михаил Викторович, Киреенков Александр Юрьевич, Погорелая Дарья Андреевна, Плотников Михаил Юрьевич, Шуклин Филипп Александрович

doi:10.17586/2226-1494-2015-15-2-227-233

2015 , ТОМ 15, НОМЕР 2 ( март-апрель )

ISSN 2226-1494 (print), ISSN 2500-0373 (online)

Меню

Публикации

Главный редактор

НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор

Партнеры

doi: 10.17586/2226-1494-2015-15-2-227-233

УДК 53.082.54

КОМПЕНСАЦИЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА В СХЕМЕ ГОМОДИННОГО ПРИЕМА СИГНАЛА ФАЗОВЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ

Мехреньгин М.В., Киреенков А.Ю., Погорелая Д.А., Плотников М.Ю., Шуклин Ф.А.

Читать статью полностью

Язык статьи - Русский

Ссылка для цитирования: Мехреньгин М.В., Киреенков А.Ю., Погорелая Д.А., Плотников М.Ю., Шуклин Ф.А. Компенсация температурной зависимости выходного сигнала в схеме гомодинного приема сигнала фазовых волоконно-оптических датчиков // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Том 15. № 2. С. 227–233.

Аннотация

Предложена модифицированная схема гомодинного приема сигнала фазовых волоконно-оптических датчиков. На данный момент метод гомодинной демодуляции является одним из самых распространенных. Одним из его недостатков является температурная зависимость выходного сигнала, обусловленная зависимостью масштабного коэффициента модулятора от температуры. Компенсация такой зависимости возможна при автоматической подстройке глубины фазовой модуляции. Для решения этой задачи был проведен анализ дополнительных гармоник интерференционного сигнала с использованием функции Бесселя. В известную схему гомодинной демодуляции добавлена ветвь умножения интерферометрического сигнала на третью гармонику сигнала модуляции. Отклонение отношения нечетных гармоник от оптимального значения используется в качестве сигнала обратной связи для подстройки глубины модуляции. В моменты, когда третья гармоника принимает значения, близкие к нулю, в сигнале обратной связи возникают выбросы. Для устранения выбросов в сигнале обратной связи в схему добавлена ветвь умножения сигнала интерферометра на четвертую гармонику сигнала модуляции. Отклонение отношения четных гармоник от оптимального значения используется в сигнале обратной связи попеременно с отклонением отношения нечетных гармоник от оптимального значения. Предложенный алгоритм реализован в пакете MATLAB. Результаты моделирования подтвердили, что предложенный метод позволяет автоматически подстраивать глубину фазовой модуляции и компенсировать температурную зависимость масштабного коэффициента модулятора и амплитуды выходного сигнала.

Ключевые слова: фазовые волоконно-оптические датчики, гомодинная демодуляция, компенсация температурной зависимости

Благодарности. Работа выполнена в Университете ИТМО при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (проект № 02.G25.31.0044).

Список литературы

1. Plotnikov M.J., Kulikov A.V., Strigalev V.E., Meshkovsky I.K. Dynamic range analysis of the phase generated carrier demodulation technique // Advances in Optical Technologies. 2014. Art. 815108. doi: 10.1155/2014/815108

2. Dandridge A., Tveten A.B., Gialloronzi T.G. Homodyne demodulation scheme for fiber optic sensors using phase generated carrier // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1982. V. 18. N 10. P. 1647–1653.

3. Плотников М.Ю., Куликов А.В., Стригалев В.Е. Исследование зависимости амплитуды выходного сигнала в схеме гомодинной демодуляции для фазового волоконно-оптического датчика // Научно- технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2013. № 6 (88). С. 18–22.

4. Azmi A.I., Leung I., Chen X., Zhou S., Zhu Q., Gao K., Childs P., Peng G. Fiber laser based hydrophone systems // Photonic Sensors. 2011. V. 1. N 3. P. 210–221. doi: 10.1007/s13320-011-0018-3

5. Wang L., Zhang M., Mao X., Liao Y. The arctangent approach of digital PGC demodulation for optic interferometric sensors // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 2006. V. 6292. Art. 62921E. doi: 10.1117/12.678455

6. Плотников М.Ю. Волоконно-оптический гидрофон: автореф. дис. … канд. тех. наук. СПб.: НИУ ИТМО, 2014. 23 с.

7. Yang X., Chen Z., Ng J.H., Pallayil V., Unnikrishnan K.C. A PGC demodulation based on differential-crossmultiplying (DCM) and arctangent (ATAN) algorithm with low harmonic distortion and high stability // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 2012. V. 8421. Art. 84215J. doi: 10.1117/12.974939.

8. Тарасов И.Е. Разработка цифровых устройств на основе ПЛИС Xilinx с применением языка VHDL. М.: Горячая линия-Телеком, 2005. 252 с.

9. Liao F., Zhang M., Wang L., Liao Y. The noise analysis and digital realization of arctangent approach of PGC demodulation for optic interferometric sensors // Proc. SPIE. 2007. V. 6595. Art. 65954A. doi: 10.1117/12.726512

10. Ватсон Г.Н. Теория Бесселевых функций. Ч.1. М.: Издательство иностранной литературы, 1949. 800 с.

11. Волков А.В., Осколкова Е.С., Плотников М.Ю. Моделирование и исследование алгоритмов демодуляции сигналов волоконно-оптических интерферометрических датчиков // Сборник тезисов докладов III конгресса молодых ученых. Вып. 4. СПб.: НИУ ИТМО, 2014. C. 364–365.

12. Bush J., Suh K. Fiber Fizeau interferometer for remote passive sensing // Proc. SPIE. 2012. V. 8370. Art. 83700S. doi: 10.1117/12.921010

13. Мирошниченко Г.П., Дейнека И.Г., Погорелая Д.А., Шуклин Ф.А., Смоловик М.А. Способ измерения фазы интерферометрического сигнала // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2013. № 6 (88). С. 61–67.

14. Плотников М.Ю., Дейнека И.Г., Шарков И.А. Модификация схемы обработки данных фазового интерферометрического акустического датчика // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2012. № 5 (81). С. 20–25.

15. Smith S.W. The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing. 2nd ed. California Technical Publishing, 1999. 650 p.

16. Ingle V.K., Proakis J.G. Digital Signal Processing Using MATLAB. 3rd ed. CL-Engineering, 2011. 672 p.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License