基于3×3耦合器的光纤水听器时分复用系统的光强补偿方法

提出一种在光纤水听器时分复用系统中以3×3耦合器作为匹配干涉仪的光强补偿方案,光纤水听器仍为2×2耦合器结构。该方案以时分复用中的非干涉脉冲作参考光强,通过对3×3耦合器两路输出进行简单数学运算并结合数字反正切技术实现信号解调,光强波动和耦合器分光比变化导致的信号畸变得到有效抑制。算法不需要载波调制,可实现光纤水听器近似等臂干涉,有利于降低系统相位噪声。算法的运算量小且适用于一般的非对称3×3耦合器,解调动态范围大。利用该方案实现了8路光纤水听器时分复用实验系统,在光功率变化约10%时,光强补偿方法可将总谐波失真平均值降低30dB,系统噪声本底在信号频率为1kHz时小于30μrad/Hz1/2。     

基于参数估计的光纤水听器解调系统研究

研究并实现了可工程应用的光纤水听器解调系统,采用相除查找表的PGC解调方案和逐步参数估计的参数提取方法.从理论上详细阐述了参数提取方法原理,并从实验上分析了该方法的稳定性和有效性.实验测试表明1倍频/2倍频相位延迟的提取精度优于5％.光强、伴生调幅和角度修正因子的估算精度分别达到0.5％,2.5％和5％,能够满足实际工程应用要求.所研制的光纤水听器解调系统解调结果谐波分量较少,失真小.相比于标准压电水昕器系统,具有很好的线性度.解调系统噪声本底达到- 90 dB/Hz@ 100 Hz和- 95 dB/Hz@1 kHz.10 h连续测试,SINAD方差小于1 dB,THD方差约为2 dB,表明系统具有较好的稳定性.上述技术指标,达到了目前工程应用要求.     

光纤水听器时分复用系统通过3×3耦合器信号解调的一种新算法

提出了在光纤水听器时分复用系统中采用3×3耦合器解调信号的一种新算法。在该方案中,光纤水听器仍为2×2耦合器结构,3×3耦合器作为匹配干涉仪,利用其三路输出的线性组合和数字反正切技术实现信号解调,解调中使用的参数通过奇异值分解和椭圆拟合得到。该方案不需要载波调制,可实现光纤水听器近似等臂干涉,有利于抑制系统相位噪声。算法的运算量小且适用于一般的非对称3×3耦合器,解调的动态范围很大。最终利用该方案实现了两路光纤水听器时分复用的实验系统,在1 kHz时,系统的噪声本底为31μrad/Hz,动态范围超过125 dB,串扰小于64 dB。     

一种可用于油藏监测的3分量光纤加速度传感器

研制了一种可用于油藏监测的3分量光纤加速度传感器。该传感器通过3个单方向传感单元分别获得3个正交方向上的被测加速度分量,每个传感单元是一质量-弹簧系统,通过波纹管与顺变材料构成复合弹性体,并采用光纤干涉结构将被测加速度通过解调光纤中的相位变化反映出来。实验数据表明,该加速度传感器具有良好的线性度、一致性和稳定性。系统的工作频带范围为10Hz至800Hz,其轴向灵敏度为38dB re rad／g,交叉法去敏度达到32dB re rad／g,最小可检测加速度为39．3μg／Hz^1／2。     

压差式矢量水听器驻波场校准实验研究

压差式矢量水听器的校准一直是国内尚未解决的难题,针对此问题设计了一种基于光纤传感的压差式矢量水听器,对其传感原理进行了理论分析,为其设计了驻波场校准方案,对驻波场校准此类压差式矢量水听器进行了理论分析和计算机仿真,最后对此压差式矢量水听器进行了声压灵敏度和方向性的测试,实验结果与理论分析和计算机仿真比较吻合.这些研究对压差式矢量水听器的应用具有重要的意义.     

基于固定相位延迟的相位生成载波检测方法

为了克服光源频率调制深度、信号相位延迟、伴生调幅等参数对基于正交项解调的相位生成载波(OT-PGC)解调方法的影响,提出一种基于固定相位延迟的PGC检测方法(FPD-PGC),采用3×2耦合器产生固定相位延迟,分别利用两路信号的倍频信号进行解调。详细阐述了该方法的检测原理,分析了关键参数的影响。当伴生调幅系数为0.4时,仿真对比了FPD-PGC方法与OT-PGC方法的解调性能,结果表明新方法谐波比提高30dB以上,系统信噪比(SNR)也有显著改善。对实际信号进行解调,得到了类似结果。分析及实验表明该方法完全消除了信号相位延迟的影响,较好地抑制了调频深度和伴生调幅的影响。     

长距离双M-Z干涉型振动传感器实时定位算法研究

提出了一种基于离散小波预处理的长距离双Mach-Zehnder(M-Z)干涉型振动传感器实时定位算法。在进行互相关时延估计前,首先利用离散小波分解寻找振动起始点,并提取出有效数据域,在显著提高运算速度的同时,有效降低了各类相干噪声和干扰引入的定位误差。利用总长30.498km的普通室外光缆进行了现场实验,结果表明,算法在2MHz采样率情况下达到了50m的定位精度,定位时间不超过1s。     

抑制光纤检波器系统光强波动影响的解调方法

基于海上油藏勘探领域的光纤检波器光电复合空分阵列系统,通过两路PGC 干涉检波信号相除以构造非线性函数,提出了一种采用查找表实现该非线性函数解调的新方法。相比传统的两路PGC 干涉检波信号线性组合的反正切解调方法,构造非线性函数解调新方案不仅可以补偿生成载波时直接调制DFB 光源带来的高频光强波动干扰,也可以抑制其他因素造成的光强随机波动给采用定常系统参数解调带来的影响。实验结果表明:内调制DFB 激光器,采用非线性函数解调方案比线性组合方案在谐波抑制方面优势明显,两者HSR 平均值相差达26.37 dB;当系统光强降低50%,非线性函数解调方案的结果HSR 平均值优于线性组合方案得到的结果,两者相差达17.53 dB。     

光纤干涉仪数字相位生成载波解调系统数据采集单元设计

数字化相位生成载波（PGC）方法是实现光纤干涉仪大动态范围、高精度信号检测的主要手段。为了实现一个实用系统，必须对该方法的各种参数进行深入研究。以非平衡干涉仪为基础，推导了数据采集单元和相位生成载波方法相关参数及待测信号参数之间的关系，提出了抗混叠滤波器的设计方法，给出了实验结果，实现了高精度相位生成载波数字解调系统的设计。