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针对微弱极低频信号的探测在诸如地震预测、水下低频声纳系统、次声监测等民用、军用领域都有着广阔的应用前景。而光纤激光器作为传感元件用于环境中振动、应变等物理信号的探测具有极高的灵敏度,在需要超高探测分辨率的微弱信号探测领域有着无可比拟的优势。本文论述了极低频信号探测的应用背景,总结了基于光纤传感器的极低频传感系统的主要实现方案,重点针对利用光纤激光传感器实现的极低频信号传感系统开展研究,主要内容包含三个部分。
第一部分首先从理论上对相位生成载波(PGC)解调技术进行了说明,着重介绍了PGC算法在PXI数据采集与处理平台和LabVIEW语言环境中的具体实现过程,从信号采集与传输、“流水线”式的算法实现、“先入先出”的数据传递结构以及多通道间同步触发等方面说明了算法实现的关键技术问题。在此基础上搭建了32通道光纤激光传感系统,并对系统的各项参数,如动态范围、线性相关系数等参数进行了测试,实验结果表明32通道的光纤激光传感解调系统噪声水平达到1×10-6 pm/√HZ,动态范围达到100 dB@100 Hz,线性度达到0.9992@100 Hz。
第二部分围绕PGC算法应用于极低频信号解调时产生的关键问题,从理论上对微分交叉相乘式和反正切式两种不同的PGC相位抽取算法解调极低频信号进行了对比分析,并通过程序仿真验证了理论分析的结果,进而基于光纤干涉仪搭建了极低频光纤传感系统,进行了两种PGC解调算法的对比实验,实验结果证明了只有反正切式PGC算法能够实现对极低频信号的准确解调。
第三部分首先介绍了基于反正切式PGC解调技术实现的光纤激光器极低频传感系统,针对外界环境干扰引起的干涉仪极低频初始相位漂移问题,从理论上对双参考补偿法消除相位漂移进行了推导和分析,并详细介绍了双参考补偿法中激光器的封装工艺及波长-温度系数的测量实验,在理论分析的基础上设计了双参考补偿实验,实验结果证明了双参考补偿泫能够有效地消除干涉仪相位漂移对待测信号解调的影响。
最后对全文内容和创新点进行了总结。