论文摘要
干涉型光纤磁场传感器涉及光电子学、材料学、信号处理、加工工艺等多个学科领域。由于干涉型光纤磁场传感器具有灵敏度高、动态范围大、抗干扰能力强、成本低等优点,有广泛的应用前景和发展潜力,是当今磁场传感器技术研究领域的一个热门方向。干涉型光纤微弱磁场传感探头的灵敏度很高,因此对信号处理模块提出了相应的要求。一个设计良好的信号处理模块应该能很好地还原传感器探头所探测到的信号,并较少地引入噪声。而通常采用的硬件信号检测方法具有不灵活和局限性,特别是额外的引入了电噪声,所以本文考虑用软件的手段进行信号检测。由于系统噪声对传感器输出光信号会产生相位漂移,所以如何抑制系统噪声是信号检测的关键所在。干涉型光纤磁场传感器的系统噪声包括外界环境引入噪声和光源噪声、光纤热噪声、散弹噪声以及光电探测器噪声等本底噪声。本文详细分析和评估了这些噪声的来源及对输出信号相位影响的机理。其中,光纤热噪声、散射噪声是传感系统中对灵敏度(即最小可测相位)影响最大的起伏噪声,为此,本文提出了基于自适应谱线增强技术的滤波方案,对干涉型磁场传感探头现场获得的差分输出信号进行采样,将采样数据通过自适应谱线增强器滤波,利用波形中的三个相位点确定直流、基波、二次谐波分量等参数,实现被测磁场信号的软件解调。由于自适应谱线增强技术是一个通过时间延迟和多次迭代实现噪声滤除的方法,可以有效滤除光纤热噪声和散弹噪声等系统宽带白噪声。同时,在频域上,它是一个带宽可调的窄带滤波,可以动态跟踪光纤传感器谐振工作点,克服了硬件实现中带通滤波器中心频率受限的弱点。实验表明,自适应谱线增强器模块对系统本底噪声有很好的抑制作用,与未采用该模块相比,减少了13dB。同时,我们发现,解调线性度优于未经过滤波模块的结果,使光纤传感器灵敏度达到5.22×10 ?3mV nT。信号处理软件化的方法不仅设计参数灵活易调节,而且能抑制系统噪声的影响。本文结合传感网络的趋势,提出将基于软件解调方法的干涉型光纤传感器信号处理系统虚拟仪器化的思想,结合计算机的高性能处理能力,即可将信号处理系统处于远距离的监控中心进行实时测量,此为今后课题研究方向的一个参考。
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标签：干涉型光纤磁场传感器论文; 信号检测论文; 最小可探测相位论文; 系统噪声论文; 自适应谱线增强器论文; 软件解调论文; 灵敏度论文;