ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ СРАВНЕНИЕ АЛГОРИТМОВ ГОМОДИННОЙ ДЕМОДУЛЯЦИИ СИГНАЛОВ ДЛЯ ФАЗОВОГО ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ДАТЧИКА

Предмет исследования. Приведены результаты сравнительного экспериментального анализа алгоритмов гомодин- ной демодуляции на основе перекрестного перемножения и на основе вычисления значений функции арктангенса в одинаковых условиях. Исследованы зависимости параметров выходных сигналов рассматриваемых алгоритмов демодуляции от интенсивности оптического излучения. Метод. Для проведения экспериментального сравнения алгоритмов демодуляции сигналов использован макет одиночного волоконно-оптического фазового интерферометрического датчика. Основные результаты. Установлено, что алгоритм гомодинной демодуляции на основе вычисления значений функции арктангенса обеспечивает в среднем на 7 дБ большее отношение сигнал/шум выходных сигналов в полосе частот акустического воздействия от 100 до 500 Гц по сравнению с алгоритмом гомодинной демодуляции на основе перекрестного перемножения. Показано, что для исследованного диапазона значений амплитуд оптических импульсов, поступающих на вход фотоприемного устройства, амплитуда выходных сигналов обработки не меняется. Полученные результаты свидетельствуют о том, что алгоритм гомодинной демодуляции на основе вычисления значений функции арктангенса является предпочтительным для использования в фазовых волоконно-оптических датчиках и обеспечивает большую повторяемость их характеристик в отличие от алгоритма гомодинной демодуляции на основе перекрестного перемножения. Практическая значимость. Алгоритмы гомодинной демодуляции интерференционных сигналов широко используются в фазовых волоконно-оптических датчиках, улучшение их характеристик положительно сказывается на эффективности работы таких датчиков. 

1. Shizhuo Y., Ruffin P.B., Francis T.S. Fiber Optic Sensors. 2nd ed. CRC Press, Taylor & Francis Group, 2008. 492 p.
2. Sherman C.H., Butler J.L. Transducers and Arrays for Underwater Sound. NY: Springer, 2007. 625 p. doi: 10.1007/978-0-387-33139-3
3. Liu L., Zhang H., Zhao Q., Liu Y., Li F. Temperature-independent FBG pressure sensor with high sensitivity // Optical Fiber Technology. 2007. V. 13. N 1. P. 78–80. doi: 10.1016/j.yofte.2006.09.001
4. The Ocean Engineering Handbook / Ed. F. El-Hawary. Boca Raton: CRC Press, 2001. 416 p.
5. Удд Э. Волоконно-оптические датчики. Вводный курс для инженеров и научных работников. М.: Техносфера, 2008. 520 с.
6. 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). C. 18–22.
7. Wang Y., Wang C., Yuan Y., Liang L. Detection of low frequency signals using interferometric fiber sensors based on phase generated carrier demodulation technique // International Journal of Signal Processing, Im-age Processing and Pattern Recognition. 2015. V. 8. N 2. P. 147–156. doi: 10.14257/ijsip.2015.8.2.15
8. Варжель С.В., Стригалев В.Е. Метод устранения влияния сигнала помехи на чувствительность прие-ма гидроакустической антенны на основе волоконных брэгговских решеток // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. 2010. № 5 (69). С. 5–8.
9. 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 // Journal of Electronic Science and Technology of China. 2008. V. 6. N 4. P. 385–388.
10. 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. doi: 10.1109/JQE.1982.1071416
11. Tong Y,, Zeng H., Li L., Zhou Y. Improved phase generated carrier demodulation algorithm for eliminating light intensity disturbance and phase modulation amplitude variation // Applied Optics. 2012. V. 51. N 29. P. 6962–6967. doi: 10.1364/AO.51.006962
12. Плотников М.Ю., Дейнека И.Г. Расширение функциональных возможностей схемы электронной обработки сигналов волоконно-оптического акустического датчика интерферометрического типа // Сборник трудов I Всероссийского конгресса молодых ученых. Санкт-Петербург, 2012. С. 54–58.
13. Wang L., Zhang M., Mao X., Liao Y. The arctangent approach of digital PGC demodulation for optic inter-ferometric sensors // Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering. 2006. V. 6292. Art. 62921E. doi: 10.1117/12.678455
14. Kirkendall C., Dandridge A. Overview of high performance fibre-optic sensing // Journal of Physics D: Ap-plied Physics. 2004. V. 37. N 18. P. R197– R216. doi: 10.1088/0022-3727/37/18/R01
15. Плотников М.Ю., Дейнека И.Г. Разработка блока генерации гармонических сигналов для схемы циф-ровой обработки информации волоконно-оптического гидрофона // Изв. вузов. Приборостроение. 2013. Т. 56. № 12. С. 68–71.
 

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