基于Labview的光纖傳感器相位解調(diào)技術(shù)
作者：
時(shí)間：2017-01-12
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)
收藏
加入技術(shù)交流群
掃碼加入
和技術(shù)大咖面對(duì)面交流
海量資料庫(kù)查詢(xún)
圖4a 單路經(jīng)過(guò)微分處理信號(hào)波形
圖4b 單路平方波形
圖4c 一路信號(hào)與另兩路微分信號(hào)之差的乘積
圖4d 最終解調(diào)信號(hào)
圖4 信號(hào)為Pa( t)=3π×sin(2πf t),f = 100 Hz時(shí)解調(diào)過(guò)程中各節(jié)點(diǎn)波形
3. 2. 2 疊加諧波時(shí)信號(hào)的解調(diào)
考慮到實(shí)際信號(hào)的復(fù)雜諧波構(gòu)成,必須考慮解調(diào)程序在包含高次諧波時(shí)執(zhí)行的情況1當(dāng)原始信號(hào)為, Pc(t)=4π×sin (2πf t) +π×sin(12πf t) , f=100 Hz時(shí), 原始諧波信號(hào)與解調(diào)信號(hào)如圖5所示1由圖5可見(jiàn),軟件解調(diào)可以恢復(fù)由諧波組成的原始波形。
圖5a 原始諧波信號(hào)
圖5b 解調(diào)諧波信號(hào)
圖5 原始信號(hào)為Pb ( t) = 4π×sin(2πf t) +π×sin (12πf t) ,f = 100Hz時(shí)解調(diào)圖
3. 2. 3 探測(cè)器響應(yīng)不均衡時(shí)信號(hào)的解調(diào)
由于探測(cè)器的光電響應(yīng)物理特性不盡相同,可能導(dǎo)致3個(gè)探測(cè)電壓(Um )出現(xiàn)偏差?，F(xiàn)假設(shè)3路探測(cè)電壓相差10%,當(dāng)原始信號(hào)為Pc ( t) = 2π×sin (2πf t) , f = 100 Hz時(shí),解調(diào)信號(hào)波形如圖6所示?？梢?jiàn),當(dāng)3路探測(cè)信號(hào)出現(xiàn)較小的不平衡時(shí),解調(diào)軟件可以基本完整的恢復(fù)原始波形。
3. 2. 4 3 ×3耦合器各端口相位差偏離2π/3時(shí)信號(hào)的解調(diào)
實(shí)際光耦合器的光功率分配比不可能達(dá)到理想狀態(tài),因此會(huì)導(dǎo)致相位差不準(zhǔn)確1假設(shè)功率分配比不同導(dǎo)致相位差偏離2π/3達(dá)到10%即π/15,當(dāng)原始信號(hào)為Pd(t) = 2π×sin (2πf t) , f = 100Hz時(shí),解調(diào)信號(hào)波形如圖7所示。從解調(diào)結(jié)果可知,較小的光功率分配不均衡對(duì)解調(diào)造成的影響可以忽略。
圖6 原信號(hào)為Pc( t)且三路探測(cè)器響應(yīng)度偏差10%時(shí)的解調(diào)波形
圖7 原信號(hào)為Pd( t)且耦合器端口相位差偏離理想值10%時(shí)的解調(diào)波形
3. 2. 5 不同頻率信號(hào)的解調(diào)波形
考慮到信號(hào)頻率可能覆蓋較大的范圍,因此采用多種頻率的原始信號(hào)進(jìn)行解調(diào)測(cè)試,結(jié)果如圖8所示。對(duì)于0～2KHz頻率范圍內(nèi)的原始信號(hào),這種軟件解調(diào)方法均能實(shí)現(xiàn)完整的解調(diào)恢復(fù)。
圖8a f = 5Hz解調(diào)信號(hào)
圖8b f = 100Hz解調(diào)信號(hào)
圖8c f = 500Hz解調(diào)信號(hào)
圖8d f = 2000Hz解調(diào)信號(hào)
圖8 不同頻率原始信號(hào)的解調(diào)波形
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
上試驗(yàn)覆蓋了實(shí)際傳感系統(tǒng)中可能存在的非理想情況。從測(cè)試結(jié)果可以看出:在原始信號(hào)疊加有高次諧波、探測(cè)器響應(yīng)度不均衡或耦合器相位差偏離標(biāo)準(zhǔn)值、原始信號(hào)頻率較高等各種條件下,采用這種軟件解調(diào)方法恢復(fù)的波形雖然出現(xiàn)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(duì)原始信號(hào)的分析1總體而言,由Labview編制的基于3×3對(duì)稱(chēng)耦合器的軟件解調(diào)方案可準(zhǔn)確恢復(fù)中低頻的原始信號(hào)。
如果結(jié)合軟件的頻譜分析以及閾值報(bào)警等函數(shù),還可以進(jìn)行事件類(lèi)型的判斷以及報(bào)警,從而具備一個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本功能。利用Labview軟件解調(diào),還能夠充分應(yīng)用軟件的強(qiáng)大功能:可以靈活地實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)匹配而實(shí)現(xiàn)波形的完整復(fù)現(xiàn);可以根據(jù)需要加入濾波器濾除信號(hào)譜外和以及微分引起的高頻噪聲;可以將采集的數(shù)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(fù)載過(guò)多等多種因素,便于信號(hào)多次重復(fù)利用。
5 結(jié)論
與目前常用的軟件解調(diào)系統(tǒng)相比,使用Labview本身具有的多種信號(hào)數(shù)據(jù)處理模塊,使得開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的波形時(shí)域和頻域處理軟件更為準(zhǔn)確,直觀,便捷。該系統(tǒng)不僅可以作為硬件解調(diào)系統(tǒng)的模擬仿真和有力補(bǔ)充,而且可以獨(dú)立有效的執(zhí)行信號(hào)處理和解調(diào)的全部功能。
評(píng)論