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专利名称：一种具有双调制特征的光纤磁场传感器数字闭环检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有双调制特征的光纤磁场传感器数字闭环检测装置，属于光纤探测技术领域。
背景技术：
目前采用的光纤微弱磁场传感器的主要方案为基于Michelson干涉仪、基于 Mach-Zehnder干涉仪及基于F-P干涉仪的光纤磁场传感器。但上述光纤磁场传感器在检测电路方面通常采用开环检测方案，所以使得上述光纤磁场传感器的灵敏度受到了限制。

发明内容
本发明提供了一种具有双调制特征的光纤磁场传感器数字闭环检测装置，以解决现有技术中由于采用开环检测方案使得光纤磁场传感器的灵敏度受到限制的问题，为此本发明采用如下的技术方案一种具有双调制特征的光纤磁场传感器数字闭环检测装置，包括干涉仪，其中干涉仪中的光源、环形器、起偏器、相位调制器、法拉第旋光器45°、换能器、光纤补偿器和反射镜依次相连；其特征在于，还包括光源驱动器、光电探测器、前放调理电路、模数采样电路、第一调制方波发生电路、阶梯波驱动电路、阶梯波发生电路、数字逻辑电路、第二调制方波发生电路和第二调制方波驱动电路；所述光源驱动器用于驱动所述光源；所述光电检测器用于对环形器输出的信号进行光电探测，所述前放调理电路用于对光电探测器输出的信号进行光电探测、隔直、滤波和放大处理；所述模数采样电路用于将所述前放调理电路输出的信号转换为数字信号；所述数字逻辑电路用于将所述模数采样电路输出的信号通过数字解调传输给阶梯波发生电路；所述数字逻辑电路通过第一调制方波发生电路产生第一调制方波信号；所述数字逻辑电路通过第二调制方波发生电路产生第二调制方波信号；所述阶梯波驱动电路用于放大所述阶梯波发生电路输出的信号；所述第一调制方波发生电路和所述阶梯波驱动电路输出的信号叠加后用于驱动所述相位调制器；第二调制方波驱动电路用于放大所述第二调制方波发生电路输出的信号；所述第二调制方波驱动电路输出的模拟信号用于驱动所述换能器。本发明实施方式通过第一调制方波发生电路和第二调制方波发生电路实现了对信号的双调制，并且通过上述方波调制及解调实现了微弱信号的互相关检测，具有优良的检测灵敏度和大的测量动态范围；同时通过第二调制方波发生电路的引入，使传感器输出线性化，提高了磁场传感器的检测精度，并且由于采用闭环方案，使得光纤磁场传感器的输出与光强无关，增强了系统的长期工作的稳定性，降低了对光路器件的要求。


为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明所述的一种具有双调制特征的光纤磁场传感器数字闭环检测装置的结构示意图；图2是本发明所述的一种具有双调制特征的光纤磁场传感器数字闭环检测装置中方波调制及其引入的相位差示意图；图3是本发明所述的一种具有双调制特征的光纤磁场传感器数字闭环检测装置中相位的方波调制及探测器输出信号示意图；图4是本发明所述的一种具有双调制特征的光纤磁场传感器数字闭环检测装置数字相关检测原理示意图；图5是本发明所述的一种具有双调制特征的光纤磁场传感器数字闭环检测装置中阶梯波反馈原理示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在本发明实施方式提供的一种具有双调制特征的光纤磁场传感器数字闭环检测装置的技术方案中，通过引入两个方波调制，实现光纤磁场传感器的闭环检测并实现传感器的线性输出，较佳的实施方式如图1所示，包括光源驱动器1、光电探测器10、前放调理电路2、模数采样电路3、第一调制方波发生电路4、阶梯波驱动电路5、阶梯波发生电路6、数字逻辑电路7、第二调制方波发生电路8和第二调制方波驱动电路9以及干涉仪，其中干涉仪包括光源11、环形器12、起偏器13、相位调制器14、法拉第旋光器45° (1 、换能器16、光纤补偿器17和反射镜18，并且它们依次相连。光源驱动器1用于驱动所述光源；光电检测器10用于对环形器12输出的信号进行光电探测；前放调理电路2用于对光电探测器10输出的信号进行隔直、滤波和放大处理； 模数采样电路3用于将所述前放调理电路2输出的信号转换为数字信号；数字逻辑电路7 用于将所述模数采样电路3输出的信号通过数字解调传输给阶梯波发生电路6 ；数字逻辑电路7通过第一调制方波发生电路4产生第一调制方波信号；数字逻辑电路7通过第二调制方波发生电路8产生第二调制方波信号；阶梯波驱动电路5用于放大阶梯波发生电路6 输出的信号；第一调制方波发生电路4和阶梯波驱动电路5输出的模拟信号叠加后用于驱动相位调制器14 ；第二调制方波驱动电路9用于放大所述第二调制方波发生电路8输出的信号；所述第二调制方波驱动电路9输出的模拟信号用于驱动换能器16。上述一种具有双调制特征的光纤磁场传感器数字闭环检测装置中，所述数字逻辑电路7，由现场可编程门阵列FPGA完成对所述模数采用电路输出的信号的处理，所述信号的处理包括时序控制、接收所述模数采样电路输出的信号、第一调制方波信号产生、数字解调、数字相位阶梯波的产生、第二调制方波信号产生。上述一种具有双调制特征的光纤磁场传感器数字闭环检测装置中，所述第一调制
权利要求
1.一种具有双调制特征的光纤磁场传感器数字闭环检测装置，包括干涉仪，其中干涉仪中的光源、环形器、起偏器、相位调制器、法拉第旋光器45°、换能器、光纤补偿器和反射镜依次相连；其特征在于，还包括光源驱动器、光电探测器、前放调理电路、模数采样电路、第一调制方波发生电路、阶梯波驱动电路、阶梯波发生电路、数字逻辑电路、第二调制方波发生电路和第二调制方波驱动电路；所述光源驱动器用于驱动所述光源；所述光电检测器用于对环形器输出的信号进行光电探测，所述前放调理电路用于对光电探测器输出的信号进行光电探测、隔直、滤波和放大处理；所述模数采样电路用于将所述前放调理电路输出的信号转换为数字信号；所述数字逻辑电路用于将所述模数采样电路输出的信号通过数字解调传输给阶梯波发生电路；所述数字逻辑电路通过第一调制方波发生电路产生第一调制方波信号；所述数字逻辑电路通过第二调制方波发生电路产生第二调制方波信号；所述阶梯波驱动电路用于放大所述阶梯波发生电路输出的信号；所述第一调制方波发生电路和所述阶梯波驱动电路输出的信号叠加后用于驱动所述相位调制器；第二调制方波驱动电路用于放大所述第二调制方波发生电路输出的信号；所述第二调制方波驱动电路输出的模拟信号用于驱动所述换能器。
2.根据权利要求1所述的一种具有双调制特征的光纤磁场传感器数字闭环检测装置， 其特征在于，所述数字逻辑电路，由现场可编程门阵列FPGA完成对所述模数采用电路输出的信号的处理，所述信号的处理模块包括时序控制、接收所述模数采样电路输出的信号、 第一调制方波信号产生、数字解调、数字相位阶梯波的产生、第二调制方波信号产生。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有双调制特征的光纤磁场传感器数字闭环检测装置，其特征在于，所述第一调制方波发生电路采用幅值为；或或7的方波调制，所述第一调制方波发生电路通过对第一调制方波的调制实现微弱信号的数字相关检测。
4.根据权利要求1或2所述的一种具有双调制特征的光纤磁场传感器数字闭环检测装置，其特征在于，所述第二调制方波发生电路采用方波或正弦波的调制方式。
5.根据权利要求1或2所述的一种具有双调制特征的光纤磁场传感器数字闭环检测装置，其特征在于，所述阶梯波发生电路用于补偿由于磁场造成的相移。
6.根据权利要求1或2所述的一种具有双调制特征的光纤磁场传感器数字闭环检测装置，其特征在于第一调制回路方波由数字逻辑直接产生，或者，采用数字逻辑驱动模拟开关发生。
7.根据权利要求1或2所述的一种具有双调制特征的光纤磁场传感器数字闭环检测装置，其特征在于第一调制方波发生电路、阶梯波发生电路通过模拟加法器叠加，或者，通过在数字逻辑中叠加的方式。
全文摘要
一种具有双调制特征的光纤磁场传感器数字闭环检测装置，包括光源驱动器、前放调理电路、模数采样电路、第一调制方波发生电路、阶梯波驱动电路、阶梯波发生电路、数字逻辑电路、第二调制方波发生电路和第二调制方波驱动电路以及干涉仪。通过第一调制方波发生电路和第二调制方波发生电路实现了对信号的双调制，并且通过方波的调制与解调实现了微弱信号的互相关检测，具有优良的检测灵敏度和大的测量动态范围；第二调制方波发生电路的引入，使传感器输出线性化，并可以区分磁场的方向，提高了磁场传感器的检测精度；由于采用闭环方案，使光纤磁场传感器的输出与光强无关，增强了系统的长期工作的稳定性，降低了对光路器件的要求。
文档编号G01R33/032GK102520374SQ201110388450
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月29日 优先权日2011年11月29日
发明者于佳, 冯秀娟, 张晞, 李传生, 李彦, 李立京, 王夏霄, 邬战军 申请人:北京航空航天大学