Меню
Публикации
2024
2023
2022
2021
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
Главный редактор
НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор
Партнеры
doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-6-899-906
УДК 681.787
Волков А.В. и др.
Разработка и исследование способов подавления аддитивных шумов в волоконнооптических интерферометрических датчиках
Разработка и исследование способов подавления аддитивных шумов в волоконнооптических интерферометрических датчиках
Читать статью полностью
Язык статьи - русский
Ссылка для цитирования:
Аннотация
Ссылка для цитирования:
Волков А.В., Малмакин А.П., Ушанов С.А. Разработка и исследование способов подавления аддитивных шумов в волоконно-оптических интерферометрических датчиках // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2024. Т. 24, № 6. С. 899–906. doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-6-899-906
Аннотация
Введение. Представлены результаты исследования и разработки способов подавления аддитивных шумов в волоконно-оптических интерферометрических датчиках, оптическая схема которых основана на двулучевом интерферометре Майкельсона. Предложенные решения предназначены для уменьшения уровня аддитивных шумов и увеличения соотношения сигнал-шум в фазовом сигнале волоконно-оптического интерферометрического датчика. Первый предложенный способ предполагает введение в оптическую схему дополнительного фотоприемника, что позволяет осуществить одновременную регистрацию одного и того же интерференционного сигнала дважды. В оптическую схему второго предложенного способа включается дополнительная волоконная линия задержки, которая позволяет опрашивать один и тот же датчик два раза. Метод. Для подавления аддитивных шумов применены методы математического анализа, основанные на когерентном усреднении сигналов. Когерентное усреднение сигналов позволяет без искажения полезной составляющей фазового сигнала уменьшить уровень аддитивных шумов на величину, пропорциональную квадратному корню из количества сигналов, участвующих в усреднении. Основные результаты. Экспериментальное исследование предложенных способов подавления аддитивных шумов показало уменьшение уровня шумов в 1,4 раза и увеличение соотношения сигнал-шум в фазовом сигнале волоконно-оптического интерферометрического датчика в среднем на 2,87 дБ в полосе частот от 250 до 2250 Гц. Обсуждение. Предложенные способы подавления аддитивных шумов могут быть использованы для увеличения соотношения сигнал-шум в волоконно-оптических измерительных системах, построенных на основе массивов интерферометрических датчиков, таких как волоконно-оптические буксируемые и донные сейсмические косы, системы охраны периметра, волоконнооптические навигационные системы и комплексы.
Ключевые слова: волоконно-оптический фазовый датчик, двулучевой интерферометр, обработка сигналов, аддитивные шумы, шумы электроники, когерентное усреднение
Благодарности. Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSER-2024-0006).
Список литературы
Благодарности. Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSER-2024-0006).
Список литературы
- Udd E., Spillman W.B.,Jr. Fiber Optic Sensors: An Introduction for Engineers and Scientists / 2nd ed. John Wiley & Sons, 2011. 506 p.
- Yu F.T.S., Ruffin P.B., Yin S. Fiber Optic Sensors / 2nd ed. CRC Press, Taylor & Francis Group, 2008. 494 p.
- Бутусов М.М.,Галкин С.Л., Оробинский С.П.Волоконная оптика и приборостроение. М.: Машиностроение, 1987. 328 с.
- Cole J.H., Kirkendall C., Dandridge A., Cogdell G., Giallorenzi T.G. Twenty–five years of interferometric fiber optic acoustic sensors at the Naval Research Laboratory // Washington Academic Science Journal. 2004. V. 90. N 3. P. 18.
- Jackson D.A., Dandridge A., Sheem S.K. Measurement of small phase shifts using a single-mode optical-fiber interferometer // Optics Letters. 1980. V. 5. N 4. P. 139–141. https://doi.org/10.1364/ol.5.000139
- Leach W.M. Fundamentals of low-noise analog circuit design // Proceedings of the IEEE. 1994. V. 82. N 10. P. 1515–1538. https://doi.org/10.1109/5.326411
- Kirkendall C.K., Dandridge A. Overview of high performance fibre-optic sensing // Applied Physics. 2004. V. 37. N 18. P. R197–R216. https://doi.org/10.1088/0022-3727/37/18/r01
- Blotekjaer K. Fundamental noise sources that limit the ultimate resolution of fiber optic sensors // Proceedings of SPIE. 1998. V. 3555. P. 1–12. https://doi.org/10.1117/12.318192
- Киреенков А.Ю. Волоконно-оптические интерферометрические методы для построения измерительных систем на основе поверхностно-излучающего лазера: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / НИУ ИТМО.СПб., 2017.155 с.
- Волков А.В. Способы подавления фазовых шумов и помех в массиве волоконно-оптических интерферометрических датчиков: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / НИУ ИТМО. СПб, 2019. 177 с.
- 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. https://doi.org/10.1155/2014/81510
- Dandridge A. Zero path-length difference in fiber-optic interferometers // Journal of Lightwave Technology. 1983. V. 1. N 3. P. 514–516. https://doi.org/10.1109/jlt.1983.1072134
- Kersey A.D., Berkoff T.A. Passive laser phase noise suppression technique for fiber interferometers // Proceedings of SPIE. 1991. V. 1367. P. 310–319. https://doi.org/10.1117/12.24759
- Плотников М.Ю., Волков А.В. Способ измерения фазового сигнала двухлучевого волоконно-оптического интерферометра. Патент RU2719635C1.Бюл. 2020. № 12.
- Plotnikov M.Y., Volkov A.V. Adaptive phase noise cancellation technique for fiber-optic interferometric sensors // Journal of Lightwave Technology. 2021. V. 39. N 14. P. 4853–4860. https://doi.org/10.1109/jlt.2021.3075781
- Christian T.R., Frank P.A., Houston B.H. Real-time analog and digital demodulator for interferometric fiber optic sensors // Proceedings of SPIE. 1994. V. 2191. P. 324–337. https://doi.org/10.1117/12.173962
- Wang L., Zhang M., Mao X., Liao Y. The arctangent approach of digital PGC demodulation for optic interferometric sensors // Proceedings of SPIE. 2006. V. 6292. P. 62921E. https://doi.org/10.1117/12.678455
- Nikitenko A.N., Plotnikov M.Y., Volkov A.V., Mekhrengin M.V., Kireenkov A.Y. PGC-Atan demodulation scheme with the carrier phase delay compensation for fiber-optic interferometric sensors // IEEE Sensors Journal. 2018. V. 18. N 5. P. 1985–1992.
- Dandridge A., Tveten A.B. Properties of diode lasers with intensity noise control // Applied Optics. 1983. V. 22. N 2. P. 310–312. https://doi.org/10.1364/ao.22.000310
- Bennett S.M. Apparatus and method for electronic RIN reduction in fiber-optic sensors. Patent US6370289B1. 2002.
- Лайонс Р. Цифровая обработка сигналов / пер с англ. М.: ООО «Бином–Пресс», 2006. 652 с.
- Johnson R.A., Miller I., Freund J.E. Probability and Statistics for Engineers. London: Pearson Education, 2000. 642 p.
- Spiegel M.R., Stephens L.J. Schaum's Outline of Theory and Problems of Statistics. McGraw-Hill, 1999. 538 p.
