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基于载波调制的光纤振动传感复用系统摘要:提出了一种基于载波调制的光纤振动传感复用系统其优点在于对于感应外界扰动的不同感应光纤单元产生的干涉信号用不同频率的载波进行调制相邻载波频率之间的频率差无需大于外界扰动引起的信号基波频率上限的两倍。各光纤感应单元形成的信号被共同的光电探测器检测后利用信号基波来分析扰动信号的物理量利用载波基波或谐波的边带判断感应扰动信号的光纤。关键词:光纤振动传感系统;复用;相位生成载波中图分类号:TN911.74文献标志码:Adoi:10.3969/j.issn.10055630.2014.01.009引言随着科技的发展安全防范的重要性越显突出。一些重要的保密部门、军事要地、银行、机场等对大范围、长距离、高可靠性的安防技术的需求越来越显著。目前已有大量的光纤传感技术应用于安防系统其特点是抗干扰性强、可靠性高隐蔽性好、可防探测易于安装和维护[12]。在实际应用中常常会遇到需要对多个对象进行监测而一个被监测对象需要对应一套光纤传感结构这不仅大大提高了整个监测系统的成本而且系统的复杂程度也逐级上升给维护也带来了很大的困难[3]。为了解决上述问题通常采用复用的方法来达到简化系统降低成本易于维护的目的。1背景技术在光纤传感所采用的复用技术中相位载波复用是较常采用的技术即通过相位载波复用使不同的感应单元复用共同的光源、光纤光路以及光电探测器等。这种复用方法如文献[45]所描述通过对不同的感应单元施以不同频率的相位载波进行调制每个载波频率对应于一个感应单元各感应单元产生的干涉信号被共同的光电探测器检测。为了实现复用与解复用的目的上述的相位载波复用技术一般具有以下特征:(1)为了使复用的信号不发生混叠相邻载波频率之间的频率差必须大于外界扰动引起的信号基波频率上限的两倍;(2)对于光电探测器后的信号通过信号处理技术采用载波基波或谐波作为参考信号对载波基波或谐波边带信号进行处理以达到将干涉信号解调出来的目的。在该技术中由于对相邻频率的间隔要求同时为了使不同载波的基波、谐波频率不发生混叠使得调制频率的选择受到较多限制由此会影响到实际复用的数量;同时为了使复用的数量足够大对调制器件的工作点要求可能会很分散并要求调制器件具有高的工作频率这不利于实际应用。在信号的解调中如引入信号处理技术会增加信号处理部分的技术难度和技术复杂性并大大提高后端的开发成本和设备成本。在光纤传感系统的许多实际应用场合两个事件完全同时发生的概率很小即两个感应单元同时感应到信号的可能性很小。针对这种情况本文提出一种新型的基于相位载波复用技术的光纤传感复用方法。在光纤干涉系统中对感应外界扰动的不同感应光纤单元产生的干涉信号用不同频率的载波进行调制相邻载波频率之间的频率差无需大于外界扰动引起的信号基波频率上限的两倍各光纤感应单元形成的信号被共同的光电探测器检测后利用信号基波来分析扰动信号的物理量并利用载波基波或谐波的边带判断感应扰动信号的光纤。由于每次扰动事件只发生在一个感应单元即只有一个感应单元感应到扰动信号设该单元为第i个感应单元从式(4)可以看出调制频率fmj(j≠i)的基波和谐波将不会出现边带而调制频率fmi的基波和谐波则出现边带根据这一特点即可判断感应扰动的感应单元。由于仅需观察是否出现边带仅需相邻的调制频率有一定的间隔不影响边带判断即可不需要传统的相位载波复用方案那样要求具有两倍于基波最大频率的要求。图1为i单元发生扰动时的频谱示示意在该图中载波频率fmi出现了明显的边带说明感应信号来自于感应单元i。对于出现边带的载波频率的确定利用一些便捷的分析手段例如边带的能量、谱线的对称性等即可实现;信号基波则可用来恢复干涉信号。由于仅用信号基波来恢复干涉信号信息无需像传统相位载波复用那样用载波基波或谐波作为参考信号来解调干涉信号相应的信号处理手段简单由于这个特点也可以很方便地应用于施加载波的调制端远离解调端的情况下(例如图3的结构中)而无需将调制信号引回解调端或在解调端恢复出解调所用的参考信号。3数据分析本文采用的是图2的结构。所使用的第一耦合器1为3×3均分耦合器第二耦合器2为2×2耦合器有2个复用的感应单元:4(1)、4(2)使用的是光缆中的一芯相应的光缆长度分别为21km、14km。光源为中国电子科技集团公司第44所生产的SO3B型超辐射发光管(SLD)型稳定光源。光纤延迟器3使用的是美国“康宁”生产的G652型单模光纤光电检测装置8中使用的光电探测器为中国电子科技集团公司第44所生产的型号为GT322C500的InGaAs光电探测器。使用的相位调制器是将光纤