DOI: 10.17586/2226-1494-2015-15-4-608-614


ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА СИГНАЛА ОПОРНОГО ГЕНЕРАТОРА НА ВЫХОДНОЙ СИГНАЛ СХЕМЫ ГОМОДИННОЙ ДЕМОДУЛЯЦИИ СИГНАЛОВ

Волков А.В., Осколкова Е.С., Плотников М.Ю., Мехреньгин М.В., Шуклин Ф.А.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования: Волков А.В., Осколкова Е.С., Плотников М.Ю., Мехреньгин M.В., Шуклин Ф.А. Исследование влия- ния фазового сдвига сигнала опорного генератора на выходной сигнал схемы гомодинной демодуляции сигналов // Научно- технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Т. 15. № 4. С. 608–614.

Аннотация
Предмет исследования. Важной особенностью схемы гомодинной демодуляции сигналов на основе вычисления значений функции арктангенса является фазовый сдвиг сигнала опорного генератора относительно интерференционного сигнала. Это явление обусловлено наличием задержек распространения импульсов в оптической схеме интерферометрического датчика и аналогового фильтра низких частот перед фазовым модулятором, что вносит фазовую задержку в сигнал опорного генератора. В рассматриваемой схеме гомодинной демодуляции происходит перемножение сигналов опорного генератора и интерференционного сигнала в процессе его обработки, а фазовый сдвиг между этими сигналами приводит к искажению выходного сигнала. В предлагаемой работе представлены результаты исследования влияния фазового сдвига сигнала опорного генератора на выходной сигнал рассматриваемой схемы демодуляции при различных параметрах интерференционного сигнала. Дается оценка требуемой точности компенсации фазового сдвига для обеспечения заданного уровня искажений выходного сигнала. Метод. Предложена математическая модель в среде MATLAB. В этой модели интерференционный сигнал с изменяющимися по заданным правилам параметрами пропускается через рассматриваемую схему демодуляции. Это позволяет получить зависимости амплитуды выходного сигнала от фазового сдвига сигнала опорного генератора, положения рабочей точки интерферометра, глубины фазовой модуляции и амплитуды измеряемого фазового сигнала. Полученные в ходе моделирования результаты показали необходимость компенсации фазового сдвига сигнала опорного генератора. Для оценки этого сдвига в действующей схеме гомодинной демодуляции предложена оригинальная методика его определения. Методика основана на пропускании интерференционного сигнала и сигнала опорного генератора через один и тот же полосовой фильтр, выделяющий несущую частоту фазовой модуляции. По фазовой задержке между получившимися сигналами можно судить о значении фазового сдвига сигнала опорного генератора. Зная значение фазового сдвига сигнала опорного генератора, можно этот сдвиг скорректировать. Коррекция достигается внесением в сигнал опорного генератора требуемой задержки. Основные результаты. Результаты математического моделирования показали существенную нелинейную зависимость выходного сигнала от фазового сдвига сигнала опорного генератора при различных значениях глубины фазовой модуляции, положениях рабочей точки интерферометра и амплитудах измеряемого фазового сигнала. Обнаружено, что оптимальные значения фазового сдвига сигнала опорного генератора 0, 180 и 360, обеспечивают отсутствие искажений в выходном сигнале. Показано, что для обеспечения уровня искажений в выходном сигнале рассматриваемой схемы демодуляции около 4% требуется компенсация фазового сдвига с точностью до 3% относительно периода сигнала опорного генератора. Практическая значимость. Предложена оригинальная методика, позволяющая оценивать значение фазового сдвига сигнала опорного генератора. Компенсация найденного фазового сдвига в ходе практической реализации рассматриваемой схемы гомодинной демодуляции обеспечивает корректность работы схемы и увеличивает соотношение сигнал шум выходного сигнала.

Ключевые слова: волоконно-оптический датчик, методы гомодинной демодуляции, опорный генератор, фазовый сдвиг, измеряемый фазовый сигнал.

Список литературы
1. Удд Э. Волоконно-оптические датчики. Вводный курс для инженеров и научных работников. М.: Техносфера, 2008. 520 с.
2. Окоси Т. Волоконно-оптические датчики. Л.: Энергоатомиздат, 1990. 256 с.
3. Yin S., Ruffin P.B., Yu F.T.S. Fiber Optic Sensors. 2nd ed. CRC Press, 2008. 492 p.
4. Feng L., He J., Duan J.-Y., Li F., Liu Y.-L. Implementation of phase generated carrier technique for FBG laser sensor multiplexed system based on compact RIO // Proc. 1st Asia-Pacific Optical Fiber Sensors Conference, APOS 2008. Chengdu, China, 2008. Art. 5226295. doi: 10.1109/APOS.2008.5226295
5. Dandridge A., Tveten A.B., Gialloronzi T.G. Homodyne demodulation scheme for fiber optic sensors using phase generated carrier // IEEE J Quantum Electron. 1982. V. QE-18. N 10. P. 1647–1653.
6. Варжель С.В., Стригалев В.Е. Метод устранения влияния сигнала помехи на чувствительность приема гидроакустической антенны на основе волоконных брэгговских решеток // Научно- технический вестник СПбГУ ИТМО. 2010. № 5 (69). С. 5–8.
7. Li Y., Liu Z., Liu Y., Ma L., Tan Z., Jian S. Interferometric vibration sensor using phase-generated carrier method // Applied Optics. 2013. V. 52. N 25. P. 6359–6363. doi: 10.1364/AO.52.006359
8. He C., Hang L., Wu B. Application of homodyne demodulation system in fiber optic sensors using phase generated carrier based on LabVIEW in pipeline leakage detection // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 2006. V. 6150. Art. 61502G. doi: 10.1117/12.676892
9. Li Y., Huang J., Gu H., Li R., Tan B., Chen L. All–digital real time demodulation system of fiber laser hydrophone using PGC method // Proc. 3rd Int. Conf. on Measuring Technology and Mechatronics Automation (ICMTMA 2011). Shanghai, China, 2011. V. 1. P. 359–362. doi: 10.1109/ICMTMA.2011.91
10. 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
11. 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.
12. 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. V. 2014. Art. 815108. doi:10.1155/2014/815108
13. Huang S.-C., Lin H. Modified phase-generated carrier demodulation compensated for the propagation delay of the fiber // Applied Optics. 2007. V. 46. N 31. P. 7594–7603. doi: 10.1364/AO.46.007594
14. Артеев В.А., Варжель С.В., Куликов А.В. Распределенный волоконно-оптический датчик акустиче- ского давления на брэгговских решетках // Сборник трудов VII международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика-2011». СПб., 2011. С. 509–510.
15. Плотников М.Ю., Варжель С.В., Коннов К.А., Грибаев А.И., Куликов А.В., Артеев В.А. Применение решеток Брэгга при создании современных волоконно-оптических сенсорных систем // Сборник трудов I Международной научно-практической конференции «Sensorica-2013». Санкт-Петербург, НИУ ИТМО, 2013. Вып. I. С. 76–77.
16. Плотников М.Ю., Волков А.В., Осколкова Е.С. Моделирование и исследование алгоритмов демодуляции сигналов волоконно-оптических интерферометрических датчиков // Сборник тезисов III Все- российского конгресса молодых ученых. СПб.: Университет ИТМО, 2014. С. 364–365.
17. Плотников М.Ю., Волков А.В., Осколкова Е.С. Исследование алгоритмов демодуляции интерференционных сигналов // Сборник трудов II Международной научно-практической конференции «Sensorica-2014». СПб.: Университет ИТМО, 2014. С. 99–100.


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2019 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика