專利名稱：一種具有雙調(diào)制特征的光纖磁場傳感器數(shù)字閉環(huán)檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有雙調(diào)制特征的光纖磁場傳感器數(shù)字閉環(huán)檢測裝置，屬于光纖探測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前采用的光纖微弱磁場傳感器的主要方案為基于Michelson干涉儀、基于 Mach-Zehnder干涉儀及基于F-P干涉儀的光纖磁場傳感器。但上述光纖磁場傳感器在檢測電路方面通常采用開環(huán)檢測方案，所以使得上述光纖磁場傳感器的靈敏度受到了限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種具有雙調(diào)制特征的光纖磁場傳感器數(shù)字閉環(huán)檢測裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中由于采用開環(huán)檢測方案使得光纖磁場傳感器的靈敏度受到限制的問題，為此本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案一種具有雙調(diào)制特征的光纖磁場傳感器數(shù)字閉環(huán)檢測裝置，包括干涉儀，其中干涉儀中的光源、環(huán)形器、起偏器、相位調(diào)制器、法拉第旋光器45°、換能器、光纖補(bǔ)償器和反射鏡依次相連；其特征在于，還包括光源驅(qū)動器、光電探測器、前放調(diào)理電路、模數(shù)采樣電路、第一調(diào)制方波發(fā)生電路、階梯波驅(qū)動電路、階梯波發(fā)生電路、數(shù)字邏輯電路、第二調(diào)制方波發(fā)生電路和第二調(diào)制方波驅(qū)動電路；所述光源驅(qū)動器用于驅(qū)動所述光源；所述光電檢測器用于對環(huán)形器輸出的信號進(jìn)行光電探測，所述前放調(diào)理電路用于對光電探測器輸出的信號進(jìn)行光電探測、隔直、濾波和放大處理；所述模數(shù)采樣電路用于將所述前放調(diào)理電路輸出的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；所述數(shù)字邏輯電路用于將所述模數(shù)采樣電路輸出的信號通過數(shù)字解調(diào)傳輸給階梯波發(fā)生電路；所述數(shù)字邏輯電路通過第一調(diào)制方波發(fā)生電路產(chǎn)生第一調(diào)制方波信號；所述數(shù)字邏輯電路通過第二調(diào)制方波發(fā)生電路產(chǎn)生第二調(diào)制方波信號；所述階梯波驅(qū)動電路用于放大所述階梯波發(fā)生電路輸出的信號；所述第一調(diào)制方波發(fā)生電路和所述階梯波驅(qū)動電路輸出的信號疊加后用于驅(qū)動所述相位調(diào)制器；第二調(diào)制方波驅(qū)動電路用于放大所述第二調(diào)制方波發(fā)生電路輸出的信號；所述第二調(diào)制方波驅(qū)動電路輸出的模擬信號用于驅(qū)動所述換能器。本發(fā)明實(shí)施方式通過第一調(diào)制方波發(fā)生電路和第二調(diào)制方波發(fā)生電路實(shí)現(xiàn)了對信號的雙調(diào)制，并且通過上述方波調(diào)制及解調(diào)實(shí)現(xiàn)了微弱信號的互相關(guān)檢測，具有優(yōu)良的檢測靈敏度和大的測量動態(tài)范圍；同時(shí)通過第二調(diào)制方波發(fā)生電路的引入，使傳感器輸出線性化，提高了磁場傳感器的檢測精度，并且由于采用閉環(huán)方案，使得光纖磁場傳感器的輸出與光強(qiáng)無關(guān)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的長期工作的穩(wěn)定性，降低了對光路器件的要求。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發(fā)明所述的一種具有雙調(diào)制特征的光纖磁場傳感器數(shù)字閉環(huán)檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明所述的一種具有雙調(diào)制特征的光纖磁場傳感器數(shù)字閉環(huán)檢測裝置中方波調(diào)制及其引入的相位差示意圖；圖3是本發(fā)明所述的一種具有雙調(diào)制特征的光纖磁場傳感器數(shù)字閉環(huán)檢測裝置中相位的方波調(diào)制及探測器輸出信號示意圖；圖4是本發(fā)明所述的一種具有雙調(diào)制特征的光纖磁場傳感器數(shù)字閉環(huán)檢測裝置數(shù)字相關(guān)檢測原理示意圖；圖5是本發(fā)明所述的一種具有雙調(diào)制特征的光纖磁場傳感器數(shù)字閉環(huán)檢測裝置中階梯波反饋原理示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。在本發(fā)明實(shí)施方式提供的一種具有雙調(diào)制特征的光纖磁場傳感器數(shù)字閉環(huán)檢測裝置的技術(shù)方案中，通過引入兩個(gè)方波調(diào)制，實(shí)現(xiàn)光纖磁場傳感器的閉環(huán)檢測并實(shí)現(xiàn)傳感器的線性輸出，較佳的實(shí)施方式如圖1所示，包括光源驅(qū)動器1、光電探測器10、前放調(diào)理電路2、模數(shù)采樣電路3、第一調(diào)制方波發(fā)生電路4、階梯波驅(qū)動電路5、階梯波發(fā)生電路6、數(shù)字邏輯電路7、第二調(diào)制方波發(fā)生電路8和第二調(diào)制方波驅(qū)動電路9以及干涉儀，其中干涉儀包括光源11、環(huán)形器12、起偏器13、相位調(diào)制器14、法拉第旋光器45° (1 、換能器16、光纖補(bǔ)償器17和反射鏡18，并且它們依次相連。光源驅(qū)動器1用于驅(qū)動所述光源；光電檢測器10用于對環(huán)形器12輸出的信號進(jìn)行光電探測；前放調(diào)理電路2用于對光電探測器10輸出的信號進(jìn)行隔直、濾波和放大處理； 模數(shù)采樣電路3用于將所述前放調(diào)理電路2輸出的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；數(shù)字邏輯電路7 用于將所述模數(shù)采樣電路3輸出的信號通過數(shù)字解調(diào)傳輸給階梯波發(fā)生電路6 ；數(shù)字邏輯電路7通過第一調(diào)制方波發(fā)生電路4產(chǎn)生第一調(diào)制方波信號；數(shù)字邏輯電路7通過第二調(diào)制方波發(fā)生電路8產(chǎn)生第二調(diào)制方波信號；階梯波驅(qū)動電路5用于放大階梯波發(fā)生電路6 輸出的信號；第一調(diào)制方波發(fā)生電路4和階梯波驅(qū)動電路5輸出的模擬信號疊加后用于驅(qū)動相位調(diào)制器14 ；第二調(diào)制方波驅(qū)動電路9用于放大所述第二調(diào)制方波發(fā)生電路8輸出的信號；所述第二調(diào)制方波驅(qū)動電路9輸出的模擬信號用于驅(qū)動換能器16。上述一種具有雙調(diào)制特征的光纖磁場傳感器數(shù)字閉環(huán)檢測裝置中，所述數(shù)字邏輯電路7，由現(xiàn)場可編程門陣列FPGA完成對所述模數(shù)采用電路輸出的信號的處理，所述信號的處理包括時(shí)序控制、接收所述模數(shù)采樣電路輸出的信號、第一調(diào)制方波信號產(chǎn)生、數(shù)字解調(diào)、數(shù)字相位階梯波的產(chǎn)生、第二調(diào)制方波信號產(chǎn)生。上述一種具有雙調(diào)制特征的光纖磁場傳感器數(shù)字閉環(huán)檢測裝置中，所述第一調(diào)制
權(quán)利要求
1.一種具有雙調(diào)制特征的光纖磁場傳感器數(shù)字閉環(huán)檢測裝置，包括干涉儀，其中干涉儀中的光源、環(huán)形器、起偏器、相位調(diào)制器、法拉第旋光器45°、換能器、光纖補(bǔ)償器和反射鏡依次相連；其特征在于，還包括光源驅(qū)動器、光電探測器、前放調(diào)理電路、模數(shù)采樣電路、第一調(diào)制方波發(fā)生電路、階梯波驅(qū)動電路、階梯波發(fā)生電路、數(shù)字邏輯電路、第二調(diào)制方波發(fā)生電路和第二調(diào)制方波驅(qū)動電路；所述光源驅(qū)動器用于驅(qū)動所述光源；所述光電檢測器用于對環(huán)形器輸出的信號進(jìn)行光電探測，所述前放調(diào)理電路用于對光電探測器輸出的信號進(jìn)行光電探測、隔直、濾波和放大處理；所述模數(shù)采樣電路用于將所述前放調(diào)理電路輸出的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；所述數(shù)字邏輯電路用于將所述模數(shù)采樣電路輸出的信號通過數(shù)字解調(diào)傳輸給階梯波發(fā)生電路；所述數(shù)字邏輯電路通過第一調(diào)制方波發(fā)生電路產(chǎn)生第一調(diào)制方波信號；所述數(shù)字邏輯電路通過第二調(diào)制方波發(fā)生電路產(chǎn)生第二調(diào)制方波信號；所述階梯波驅(qū)動電路用于放大所述階梯波發(fā)生電路輸出的信號；所述第一調(diào)制方波發(fā)生電路和所述階梯波驅(qū)動電路輸出的信號疊加后用于驅(qū)動所述相位調(diào)制器；第二調(diào)制方波驅(qū)動電路用于放大所述第二調(diào)制方波發(fā)生電路輸出的信號；所述第二調(diào)制方波驅(qū)動電路輸出的模擬信號用于驅(qū)動所述換能器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有雙調(diào)制特征的光纖磁場傳感器數(shù)字閉環(huán)檢測裝置， 其特征在于，所述數(shù)字邏輯電路，由現(xiàn)場可編程門陣列FPGA完成對所述模數(shù)采用電路輸出的信號的處理，所述信號的處理模塊包括時(shí)序控制、接收所述模數(shù)采樣電路輸出的信號、 第一調(diào)制方波信號產(chǎn)生、數(shù)字解調(diào)、數(shù)字相位階梯波的產(chǎn)生、第二調(diào)制方波信號產(chǎn)生。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有雙調(diào)制特征的光纖磁場傳感器數(shù)字閉環(huán)檢測裝置，其特征在于，所述第一調(diào)制方波發(fā)生電路采用幅值為；或或7的方波調(diào)制，所述第一調(diào)制方波發(fā)生電路通過對第一調(diào)制方波的調(diào)制實(shí)現(xiàn)微弱信號的數(shù)字相關(guān)檢測。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有雙調(diào)制特征的光纖磁場傳感器數(shù)字閉環(huán)檢測裝置，其特征在于，所述第二調(diào)制方波發(fā)生電路采用方波或正弦波的調(diào)制方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有雙調(diào)制特征的光纖磁場傳感器數(shù)字閉環(huán)檢測裝置，其特征在于，所述階梯波發(fā)生電路用于補(bǔ)償由于磁場造成的相移。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有雙調(diào)制特征的光纖磁場傳感器數(shù)字閉環(huán)檢測裝置，其特征在于第一調(diào)制回路方波由數(shù)字邏輯直接產(chǎn)生，或者，采用數(shù)字邏輯驅(qū)動模擬開關(guān)發(fā)生。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有雙調(diào)制特征的光纖磁場傳感器數(shù)字閉環(huán)檢測裝置，其特征在于第一調(diào)制方波發(fā)生電路、階梯波發(fā)生電路通過模擬加法器疊加，或者，通過在數(shù)字邏輯中疊加的方式。
全文摘要
一種具有雙調(diào)制特征的光纖磁場傳感器數(shù)字閉環(huán)檢測裝置，包括光源驅(qū)動器、前放調(diào)理電路、模數(shù)采樣電路、第一調(diào)制方波發(fā)生電路、階梯波驅(qū)動電路、階梯波發(fā)生電路、數(shù)字邏輯電路、第二調(diào)制方波發(fā)生電路和第二調(diào)制方波驅(qū)動電路以及干涉儀。通過第一調(diào)制方波發(fā)生電路和第二調(diào)制方波發(fā)生電路實(shí)現(xiàn)了對信號的雙調(diào)制，并且通過方波的調(diào)制與解調(diào)實(shí)現(xiàn)了微弱信號的互相關(guān)檢測，具有優(yōu)良的檢測靈敏度和大的測量動態(tài)范圍；第二調(diào)制方波發(fā)生電路的引入，使傳感器輸出線性化，并可以區(qū)分磁場的方向，提高了磁場傳感器的檢測精度；由于采用閉環(huán)方案，使光纖磁場傳感器的輸出與光強(qiáng)無關(guān)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的長期工作的穩(wěn)定性，降低了對光路器件的要求。
文檔編號G01R33/032GK102520374SQ201110388450
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者于佳, 馮秀娟, 張晞, 李傳生, 李彥, 李立京, 王夏霄, 鄔戰(zhàn)軍 申請人:北京航空航天大學(xué)