【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及光纖超聲傳感，尤其涉及一種基于lmm-ef的光纖超聲傳感器解調系統。
技術介紹
1、膜片型光纖法布里-珀羅(f-p)超聲傳感系統靈敏度高、結構簡單，是當前局部放電超聲信號檢測的研究熱點，包括光纖f-p超聲傳感器和解調系統兩部分，當外界超聲信號作用于傳感膜片時，會造成f-p腔腔長或腔內介質折射率等物理量發生變化，進一步引起干涉光信號的反射光強和反射光譜發生變化，通過解調算法找到這些變化量與待測信號之間的關系即可實現超聲信號的準確測量。不同的解調系統關注到的信息不同，需要根據實際應用選擇。目前，常用的解調系統主要分為強度解調和相位解調。其中，基于橢圓擬合(ef)和微分交叉相乘(dcm)算法的雙波長解調技術系統簡單且數據處理速度快，在光纖f-p傳感器解調領域得到廣泛應用。但由于超聲信號在空氣中衰減速度快，作用在空氣耦合傳感器上的聲信號通常較小，兩路干涉信號的李薩如圖常為短弧信號而非形成閉合橢圓，傳統基于最小二乘擬合法(lsm)的ef算法對短弧信號的擬合精度較低。
2、因此，有必要提供一種基于lmm-ef的光纖超聲傳感器解調系統實現對微弱超聲信號的高精度解調。
技術實現思路
1、為解決上述技術問題，本專利技術提供一種基于lmm-ef的光纖超聲傳感器解調系統。
2、本專利技術提供的基于lmm-ef的光纖超聲傳感器解調系統包括寬帶光源、光纖環形器、光纖f-p超聲傳感器、密集波分復用器、光電探測器、光電探測器、adc數據采集卡和信號處理單元。
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4、優選的，所述的光纖環形器中共有三個端口：1端口、2端口和3端口，寬帶光源發出的連續寬帶光信號通過1端口進入光纖環形器，由2端口注入光纖f-p超聲傳感器，并在f-p腔內發生干涉，干涉光信號由2端口返回光纖環形器后通過3端口進入密集波分復用器。
5、優選的，所述的密集波分復用器可以將寬帶光信號分離成兩路不同波長的窄帶光信號，各通道之間的隔離度大于40db，通道帶寬不超過0.4nm，通道1和通道2輸出的光信號波長分別為1549.32nm和1557.36nm。
6、優選的，聲壓較小的聲信號作用于光纖f-p超聲傳感器時，返回的兩路干涉信號李薩如圖為短弧信號，無法構成完整橢圓。
7、優選的，所述光電探測器和光電探測器兼顧高帶寬與低噪聲特點，其轉化增益可調，3db帶寬最高可達510khz，噪聲等效功率為17.6pw/hz1/2，可探測的光波長范圍為800～1800nm。
8、優選的，所述adc數據采集卡用于將光電探測器和光電探測器輸出的模擬電信號轉化為數字電信號，adc數據采集卡雙通道并行處理數據，采用usb2.0方式通信，量化位數為16bit，各通道采樣率可調，最高可達1mhz，輸入量程為±10v。
9、優選的，所述系統通過列文伯格-馬夸爾特方法對橢圓擬合過程進行優化，以解決傳統橢圓擬合算法對短弧信號的參數擬合誤差較大的問題。
10、與相關技術相比較，本專利技術提供的基于lmm-ef的光纖超聲傳感器解調系統具有如下有益效果：
11、本專利技術提供一種基于lmm-ef的光纖超聲傳感器解調系統：
12、1、本專利技術聯合使用寬帶光源和密集波分復用器實現兩路窄帶光信號的波分復用，避免使用兩路窄帶光源及耦合器的使用，大大降低了雙波長解調系統的硬件復雜程度；
13、2、本專利技術中的兩路窄帶干涉光信號波分復用，光電轉化和模數轉化過程中兩路信號同步處理，克服時分復用系統受時隙分割影響無法實現高頻超聲信號解調的缺陷；
14、3、本專利技術通過lmm-ef算法修正傳統lsm-ef算法對短弧信號擬合誤差較大的問題，減小擬合得到的橢圓參數與實際參數之間的誤差，進一步提升雙波長解調系統對微小聲信號的解調精度；
15、4、本專利技術克服傳統多波長解調系統要求各路干涉信號相位差保持正交或反相的限制條件，在不改變解調系統硬件設備的情況下實現多種腔長光纖f-p超聲傳感器的高精度解調。
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1.一種基于LMM-EF的光纖超聲傳感器解調系統，其特征在于：所述的解調系統包括寬帶光源(1)、光纖環形器(2)、光纖F-P超聲傳感器(3)、密集波分復用器(4)、光電探測器(5)、光電探測器(6)、ADC數據采集卡(7)和信號處理單元(8)。
2.根據權利要求1所述的基于LMM-EF的光纖超聲傳感器解調系統，其特征在于，所述寬帶光源(1)發出功率為30mW、波長范圍為1535nm～1565nm的寬帶光信號。
3.根據權利要求1所述的基于LMM-EF的光纖超聲傳感器解調系統，其特征在于，所述光纖環形器(2)中共有三個端口，其中，一個端口用于寬帶光源(1)發出的連續寬帶光信號通過此端口進入光纖環形器(2)，一個端口用于注入光纖F-P超聲傳感器(3)，另外一個端口用于干涉光信號通過此端口進入密集波分復用器(4)。
4.根據權利要求1所述的基于LMM-EF的光纖超聲傳感器解調系統，其特征在于，所述密集波分復用器(4)將光纖F-P超聲傳感器(3)返回的寬帶干涉光信號濾波為兩路窄帶干涉光信號，各通道之間的隔離度大于40dB，通道帶寬不超過0.4nm，窄帶
5.根據權利要求1所述的基于LMM-EF的光纖超聲傳感器解調系統，其特征在于，聲壓較小的聲信號作用于光纖F-P超聲傳感器(3)時，返回的兩路干涉信號李薩如圖為短弧信號。
6.根據權利要求1所述的基于LMM-EF的光纖超聲傳感器解調系統，其特征在于，所述光電探測器(5)和光電探測器(6)兼顧高帶寬與低噪聲特點，其轉化增益可調，3dB帶寬最高可達510kHz，噪聲等效功率為17.6pW/Hz1/2，可探測的光波長范圍為800～1800nm。
7.根據權利要求1所述的基于LMM-EF的光纖超聲傳感器解調系統，其特征在于，所述ADC數據采集卡(7)用于將光電探測器(5)和光電探測器(6)輸出的模擬電信號轉化為數字電信號，ADC數據采集卡(7)雙通道并行處理數據，采用USB2.0方式通信，量化位數為16Bit，各通道采樣率可調，最高可達1MHz，輸入量程為±10V。
8.根據權利要求1所述的基于LMM-EF的光纖超聲傳感器解調系統，其特征在于，所述系統使用列文伯格-馬夸爾特方法對橢圓擬合過程進行優化。
...【技術特征摘要】
1.一種基于lmm-ef的光纖超聲傳感器解調系統，其特征在于：所述的解調系統包括寬帶光源(1)、光纖環形器(2)、光纖f-p超聲傳感器(3)、密集波分復用器(4)、光電探測器(5)、光電探測器(6)、adc數據采集卡(7)和信號處理單元(8)。
2.根據權利要求1所述的基于lmm-ef的光纖超聲傳感器解調系統，其特征在于，所述寬帶光源(1)發出功率為30mw、波長范圍為1535nm～1565nm的寬帶光信號。
3.根據權利要求1所述的基于lmm-ef的光纖超聲傳感器解調系統，其特征在于，所述光纖環形器(2)中共有三個端口，其中，一個端口用于寬帶光源(1)發出的連續寬帶光信號通過此端口進入光纖環形器(2)，一個端口用于注入光纖f-p超聲傳感器(3)，另外一個端口用于干涉光信號通過此端口進入密集波分復用器(4)。
4.根據權利要求1所述的基于lmm-ef的光纖超聲傳感器解調系統，其特征在于，所述密集波分復用器(4)將光纖f-p超聲傳感器(3)返回的寬帶干涉光信號濾波為兩路窄帶干涉光信號，各通道之間的隔離度大于40db，通道帶寬不超過0.4nm，窄帶光信號的中心...
【專利技術屬性】
技術研發人員：黃懌，張麗娜，王廷云，鄧傳魯，胡程勇，張小貝，張琦，
申請(專利權)人：上海大學，
類型：發明
國別省市：
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