基于Labview的光纖傳感器相位解調技術
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圖4a 單路經過微分處理信號波形
圖4b 單路平方波形
圖4c 一路信號與另兩路微分信號之差的乘積
圖4d 最終解調信號
圖4 信號為Pa( t)=3π×sin(2πf t),f = 100 Hz時解調過程中各節點波形
3. 2. 2 疊加諧波時信號的解調
考慮到實際信號的復雜諧波構成,必須考慮解調程序在包含高次諧波時執行的情況1當原始信號為, Pc(t)=4π×sin (2πf t) +π×sin(12πf t) , f=100 Hz時, 原始諧波信號與解調信號如圖5所示1由圖5可見,軟件解調可以恢復由諧波組成的原始波形。
圖5a 原始諧波信號
圖5b 解調諧波信號
圖5 原始信號為Pb ( t) = 4π×sin(2πf t) +π×sin (12πf t) ,f = 100Hz時解調圖
3. 2. 3 探測器響應不均衡時信號的解調
由于探測器的光電響應物理特性不盡相同,可能導致3個探測電壓(Um )出現偏差。現假設3路探測電壓相差10%,當原始信號為Pc ( t) = 2π×sin (2πf t) , f = 100 Hz時,解調信號波形如圖6所示?？梢?當3路探測信號出現較小的不平衡時,解調軟件可以基本完整的恢復原始波形。
3. 2. 4 3 ×3耦合器各端口相位差偏離2π/3時信號的解調
實際光耦合器的光功率分配比不可能達到理想狀態,因此會導致相位差不準確1假設功率分配比不同導致相位差偏離2π/3達到10%即π/15,當原始信號為Pd(t) = 2π×sin (2πf t) , f = 100Hz時,解調信號波形如圖7所示。從解調結果可知,較小的光功率分配不均衡對解調造成的影響可以忽略。
圖6 原信號為Pc( t)且三路探測器響應度偏差10%時的解調波形
圖7 原信號為Pd( t)且耦合器端口相位差偏離理想值10%時的解調波形
3. 2. 5 不同頻率信號的解調波形
考慮到信號頻率可能覆蓋較大的范圍,因此采用多種頻率的原始信號進行解調測試,結果如圖8所示。對于0～2KHz頻率范圍內的原始信號,這種軟件解調方法均能實現完整的解調恢復。
圖8a f = 5Hz解調信號
圖8b f = 100Hz解調信號
圖8c f = 500Hz解調信號
圖8d f = 2000Hz解調信號
圖8 不同頻率原始信號的解調波形
4 實驗結果分析
上試驗覆蓋了實際傳感系統中可能存在的非理想情況。從測試結果可以看出:在原始信號疊加有高次諧波、探測器響應度不均衡或耦合器相位差偏離標準值、原始信號頻率較高等各種條件下,采用這種軟件解調方法恢復的波形雖然出現了一定程度的噪聲和波形失真,但仍具有較高的信噪比和基本形狀,因此并不影響對原始信號的分析1總體而言,由Labview編制的基于3×3對稱耦合器的軟件解調方案可準確恢復中低頻的原始信號。
如果結合軟件的頻譜分析以及閾值報警等函數,還可以進行事件類型的判斷以及報警,從而具備一個監測系統的基本功能。利用Labview軟件解調,還能夠充分應用軟件的強大功能:可以靈活地實現量程自動匹配而實現波形的完整復現;可以根據需要加入濾波器濾除信號譜外和以及微分引起的高頻噪聲;可以將采集的數字波形任意處理而不必如電路一般考慮的阻抗匹配以及負載過多等多種因素,便于信號多次重復利用。
5 結論
與目前常用的軟件解調系統相比,使用Labview本身具有的多種信號數據處理模塊,使得開發專用的波形時域和頻域處理軟件更為準確,直觀,便捷。該系統不僅可以作為硬件解調系統的模擬仿真和有力補充,而且可以獨立有效的執行信號處理和解調的全部功能。
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