本公开公开了一种基于相位生成载波的解调装置及方法，包括：模拟解调部分，模拟解调部分实现将高频干涉信号转换为滤除载波及高次谐波后的低频信号，所述低频信号传输至数字补偿部分；数字解调部分实现将两路低频信号解调为被测信号。本公开采用模拟解调实现干涉信号与一倍频载波的混频，以及混频后的低通滤波。去除了现有数字解调中的混频算法和低通滤波算法，降低了算法复杂度；采样率可以降低为现有数字解调方法的1％，与现有数字解调方法相比，可以显著提解调响应时间。
【技术实现步骤摘要】
一种基于相位生成载波的解调装置及方法
本公开涉及相位生成载波解调
，特别是涉及一种基于相位生成载波的解调装置及方法。
技术介绍
对于干涉型光纤传感系统，通常直接获得光强信号，通过解调光强中的相位信号，将相位测量变化反演来实现对待测物理量的间接测量，因此相位解调方法显得尤为重要。目前常用的解调技术可以分为主动零差解调法、合成外差解调法以及伪外差解调法和相位生成载波(PGC)解调法。相位生成载波(PGC)解调法是光纤干涉型传感器应用最广泛的无源解调技术之一。PGC解调法通过在被测低频信号带宽之外的高频带上引入一个相位载波信号，将被测信号调制到载波信号的边带上，利用相关检测和解调算法分离出被测信号和低频带外噪声，再通过积分器和高通滤波器得到稳定的被测信号。PGC解调方法主要分为两种方案：微分交叉相乘法(DCM)和反正切法(Arctan)。公开人在研究中发现，现有文献中在解调时用到模拟解调、数字补偿及数据解调相关技术，但是，在信号的选取上采用的是一般的一倍频、二倍频信号，而信号的选取决定了后续的信号处理的结果不同，在数据解调的解调上，选用的算法是一般的微分交叉相乘(DCM)算法，而该算法决定了解调的精度以及解调的结果。另外，在实际应用中，仍然存在很多问题：解调结果受到环境的干扰带来解调相位的漂移，引入测量误差；伴生调幅造成解调结果的失真；解调结果对调制深度的依赖度高。因此如何设计解调方法及装置，并获得更高精度的测量值是目前亟待解决的问题。公开内容为了解决现有技术的不足，本公开的实施例子提供了一种基于相位生成载波的解调装置，本公开的实施例子中的解调方法消除了直流分量对解调结果的影响，打破了基频混频只适用于小信号检测的局限性。为了实现上述目的，本申请采用以下技术方案：一种基于相位生成载波的解调装置，包括：模拟解调部分，包括直流滤波器，干涉信号通过直流滤波器滤波后分两路，一路直接通过第一低通滤波器，另一路与一倍频载波在混频器中混频后通过第二低通滤波器，模拟解调部分实现将高频干涉信号转换为滤除载波及高次谐波后的低频信号，所述低频信号传输至数字补偿部分；数字补偿部分，将低频信号的经过模数转换为两路低频数字信号，并分别进行失调补偿及相位补偿，失调补偿及相位补偿之后的信号传输至信号解调部分；数字解调部分包括三个混频器、微分器、依次连接的减法器，除法器，积分器和高通滤波器；三个混频器的输入为数字补偿部分的输出，其中，第二混频器的输出连接至微分器的输入端，第三混频器、第四混频器的输出端连接至减法器的两路输入端，微分器的输出端及减法器的输出端分别连接至除法器；数字解调部分实现将两路低频信号解调为被测信号。进一步的技术方案，上述混频器均为双通道的混频器。进一步的技术方案，所述数字补偿部分包括依次顺序连接的数据采集卡，失调补偿单元和相位补偿单元，数据采集卡、失调补偿单元和相位补偿单元均是双通道，数字补偿部分的输入与模拟解调部分的输出端连接，数字补偿部分的输出端与数字解调部分的输入端连接。进一步的技术方案，微分器、减法器的输出为单路，除法器、积分器和高通滤波器均是单通道。本公开的实施例子公开了一种基于相位生成载波的解调方法，包括：干涉信号通过直流滤波器滤除直流项后一路直接通过第一低通滤波器后的信号为第一信号；干涉信号通过直流滤波器滤除直流项后另一路与一倍频载波信号进行混频后通过第二低通滤波器后的信号为第二信号；数字补偿通过失调补偿单元和相位补偿单元对由模拟解调造成的失调量和相位噪声进行补偿，两路信号分别表示第三信号及第四信号；将两路信号第三信号及第四信号在第二混频器处相乘得第五信号，对相乘后的第五信号在微分器处进行微分处理得第六信号，将第三信号在第三混频器处倍频得第七信号：将第四信号在第四混频器处倍频得第八信号，对两路倍频的信号第七信号，第八信号进行差分处理后，在减法器处进行差分处理的得第九信号；将微分后的第六信号与差分后的第九信号在除法器处作除后积分可得：进一步的技术方案，使信号中调制深度C约等于1.44时，J1(C)与J0(C)的值相等，J0(C)和J1(C)是贝塞尔函数展开式的系数。本公开的实施例子公开了干涉型光纤传感系统，通过上述基于相位生成载波的解调方法或装置解调光强中的相位信号，将相位测量变化反演来实现对待测物理量的间接测量。与现有技术相比，本公开的有益效果是：(1)本公开中解调方法消除了光源信号强度和不稳定性对解调结果的影响，获得了更高的线性度。(2)通过本公开的方法装置获得的解调结果中不含有关于调制深度C有关的贝塞尔函数项，在一定程度上，减少了由于调制深度带来解调结果的不稳定性。(3)本公开中的解调方法消除了直流分量对解调结果的影响，打破了基频混频只适用于小信号检测的局限性。(4)本公开涉及的数字补偿部分消除了模拟解调引入的相位噪声和失调量，与现有模拟解调方法相比，提高了解调精度。(5)本公开采用模拟解调实现干涉信号与一倍频载波的混频，以及混频后的低通滤波。去除了现有数字解调中的混频算法和低通滤波算法，降低了算法复杂度；采样率可以降低为现有数字解调方法的1％，与现有数字解调方法相比，可以显著提解调响应时间。(6)本公开数字解调模采用的是新改进的算法结构，就是两路信号倍频后的差分结果与其相乘后的微分结果相除得到被测信号，因此整体的解调运算算法结构以及最后得到的解调结果与现有技术存在本质的不同。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1是本公开的一个或多个实施例子的改进的相位生成载波解调方法及装置结构图；图2是本公开的一个或多个实施例子的失调补偿单元结构图；图3是本公开的一个或多个实施例子的相位补偿单元结构图；图中标记：[1]直流滤波器，[2]混频器M1，[3]低通滤波器LPF1，[4]低通滤波器LPF2，[5]数据采集卡，[6]失调补偿单元[7]相位补偿单元，[8]混频器M2，[9]混频器M3，[10]混频器M4，[11]微分器，[12]减法器，[13]除法器，[14]积分器，[15]高通滤波器，[16]加法器1，[17]加法器2，[18]低通滤波器LPF3，[19]低通滤波器LPF4，[20]控制器1，[21]延迟器1，[22]延迟器2，[23]混频器M5，[24]低通滤波器LPF6，[25]控制器2。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，一种采用改进的相位生成载波(PGC)解调装置，由模拟解调、数字补偿和数字解调三部分组成。具体实施例子中，模拟解调部分包括直流滤波器[1]、双通道的混频器M1[2]和两个6阶贝塞尔低通滤波器L本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于相位生成载波的解调装置，其特征是，包括：模拟解调部分，包括直流滤波器，干涉信号通过直流滤波器滤波后分两路，一路直接通过第一低通滤波器，另一路与一倍频载波在混频器中混频后通过第二低通滤波器，模拟解调部分实现将高频干涉信号转换为滤除载波及高次谐波后的低频信号，所述低频信号传输至数字补偿部分；数字补偿部分，将低频信号的经过模数转换为两路低频数字信号，并分别进行失调补偿及相位补偿，失调补偿及相位补偿之后的信号传输至信号解调部分；数字解调部分包括三个混频器、微分器、依次连接的减法器，除法器，积分器和高通滤波器；三个混频器的输入为数字补偿部分的输出，其中，第二混频器的输出连接至微分器的输入端，第三混频器、第四混频器的输出端连接至减法器的两路输入端，微分器的输出端及减法器的输出端分别连接至除法器；数字解调部分实现将两路低频信号解调为被测信号。
【技术特征摘要】
1.一种基于相位生成载波的解调装置，其特征是，包括：模拟解调部分，包括直流滤波器，干涉信号通过直流滤波器滤波后分两路，一路直接通过第一低通滤波器，另一路与一倍频载波在混频器中混频后通过第二低通滤波器，模拟解调部分实现将高频干涉信号转换为滤除载波及高次谐波后的低频信号，所述低频信号传输至数字补偿部分；数字补偿部分，将低频信号的经过模数转换为两路低频数字信号，并分别进行失调补偿及相位补偿，失调补偿及相位补偿之后的信号传输至信号解调部分；数字解调部分包括三个混频器、微分器、依次连接的减法器，除法器，积分器和高通滤波器；三个混频器的输入为数字补偿部分的输出，其中，第二混频器的输出连接至微分器的输入端，第三混频器、第四混频器的输出端连接至减法器的两路输入端，微分器的输出端及减法器的输出端分别连接至除法器；数字解调部分实现将两路低频信号解调为被测信号。2.如权利要求1所述的一种基于相位生成载波的解调装置，其特征是，上述混频器均为双通道的混频器。3.如权利要求1所述的一种基于相位生成载波的解调装置，其特征是，所述数字补偿部分包括依次顺序连接的数据采集卡，失调补偿单元和相位补偿单元，数据采集卡、失调补偿单元和相位补偿单元均是双通道，数字补偿部分的输入与模拟解调部分的输出端连接，数字补偿部分的输出端与数字解调部分的输入端连接。4.如权利要求1所述的一种基于相位生成载波的解调装置，其特征是，微分器、减法器的输出为单路，除法器、积分器和高通滤波器均是单通道。5.如权利要求3所述的一种基于相位生成载波的解调装置，其特征是，所述失调补偿单元用于调节2路数字信号的直流偏置量，消除模拟解调引入的失调量；失调补偿单元包括2个加法器，2个低通滤波器LPF3、LPF4和1个控制器，2个加法器的输入连接前级数据采集卡的2路输出；2个加法器的输出连接2个低通滤波器LPF3、LPF4的输入，同时作为失调补偿单元的输出；2个...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔洪亮，孙韦，于淼，程立耀，吴崇坚，
申请(专利权)人：珠海任驰光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44
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