基于正交微幅測振解調(diào)的改進(jìn)算法

程小燕　陶靈平　孫赟

【摘? ?要】? ?概述基于1/8波片產(chǎn)生正交干涉測振系統(tǒng)解調(diào)技術(shù)，重點在于通過嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，提出改進(jìn)的解調(diào)算法。通過LabVIEW軟件編寫信號解調(diào)過程，定量分析信號中的直流分量對于系統(tǒng)的邊模抑制比的影響。理論分析和實驗結(jié)果對于正交干涉系統(tǒng)解調(diào)方法的研究具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】? ?正交干涉;1/8波片;改進(jìn)算法;信號解調(diào)

An Improved Algorithm Based on Orthogonal Micro-amplitude

Vibration Measurement and Demodulation

Cheng Xiaoyan， Tao Lingping， Sun Yun

（Anhui Sanlian University， Hefei 230601， China）

【Abstract】? ? This paper summarizes the demodulation technology of orthogonal interferometric vibrometer system based on 1/8 wave plate. Its key point is to propose an improved demodulation algorithm through rigorous mathematical derivation. In this paper， the signal demodulation process was written by LabVIEW software， and the influence of the DC component in the signal on the side mode suppression ratio of the system was quantitatively analyzed. The theoretical analysis and experimental results were important to the study of demodulation method of orthogonal interference system.

【Key words】? ? ?orthogonal interference; the 1/8 wave plate; improved algorithm; signal demodulation

〔中圖分類號〕? ?TN919.3? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕? A ? ? ? ? ? ? ?〔文章編號〕 1674 - 3229（2022）02- 0022 - 04

0? ? ? 引言

激光干涉測振系統(tǒng)中，為了提高系統(tǒng)的測量精度和穩(wěn)定性，一般利用雙光路正交干涉[1]和1/8波片正交干涉[2]。這兩種正交干涉都是用光路來產(chǎn)生一對正交干涉信號，后者具有光路結(jié)構(gòu)簡單、便于控制和操作的特點，因而被廣泛應(yīng)用于激光測振系統(tǒng)。

1/8波片正交干涉系統(tǒng)在其解調(diào)過程中，由于光源和光學(xué)結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，信號的直流分量隨時間變化。因此，電路中減去一個常數(shù)不能徹底消除直流分量，而產(chǎn)生殘余的直流分量，將導(dǎo)致測量結(jié)果的系統(tǒng)邊模抑制比降低。為了克服這一缺點，本文提出一種改進(jìn)的解調(diào)算法。這種方法不需要考慮直流分量的變化，可以完全消除信號中的直流分量。通過理論分析減法電路法和改進(jìn)算法，通過實驗證實改進(jìn)算法的可行性。

1? ? ?正交測振系統(tǒng)

實驗系統(tǒng)如圖1所示，這是一個基于1/8波片的正交檢測系統(tǒng)[3]。圖1中光源是全保偏窄線寬激光源，中心波長為1550nm，具有較好的相干性和保偏特性。光源發(fā)出的一路線偏振光經(jīng)過BS和1/8波片，再經(jīng)過PZT上Mr反射的光為信號光。振動模擬信號是通過壓電陶瓷[4-6]（PZT）發(fā)生驅(qū)動，改變光的偏振態(tài)則是利用1/8波片。另一路經(jīng)過Mr反射的光為參考光。信號光和參考光在BS處重合發(fā)生干涉，D1和D2兩個光電探測器接收到的光電壓為：

2? ? ? 信號解調(diào)

2.1? ?減法電路算法

2.2? ?改進(jìn)算法

3? ? ? 結(jié)果與分析

在實驗中，為了減少環(huán)境擾動的影響，實驗裝置安裝在隔振平臺。通過PZT驅(qū)動振幅為0.5V、頻率為1.1kHz正弦波信號。兩路信號通過數(shù)據(jù)采集卡[8] （Ni PCI6251，16位ADC）輸入到計算機(jī)，采集卡的采樣頻率為 250KHz，信號的解調(diào)過程是通過LabVIEW軟件編寫。并將兩路信號合成李薩茹圖形，通過圓心偏離量來確定信號中的直流分量大小。LabVIEW軟件編寫改進(jìn)算法的實驗程序如圖2所示。

兩種算法的解調(diào)結(jié)果通過光譜分析儀輸出，圖3是恰好完全消除直流分量的結(jié)果，此時系統(tǒng)邊模抑制比為56dB。圖4是信號中殘余的直流分量為0.2v時的結(jié)果，此時系統(tǒng)邊模抑制比為30dB。比較可知：當(dāng)信號中的直流分量不能完全消除的情況下，殘余的直流分量會大大降低解調(diào)結(jié)果。

利用改進(jìn)的算法解調(diào)而得出的實驗結(jié)果圖如圖5和圖6所示。圖5中信號的直流分量為1.4v，系統(tǒng)邊摸制比為56dB，圖6中信號的直流分量為1.2v，此時系統(tǒng)邊摸制比也為56dB。因此得出：不論信號中直流分量多大，利用改進(jìn)算法解調(diào)信號，系統(tǒng)的邊模抑制比一樣，都是56dB。8F75BD54-583B-4C8E-8DE1-3F90FD5745FD

4? ? ? 結(jié)語

減法電路算法解調(diào)信號時，當(dāng)直流分量大小由于環(huán)境原因改變之后，信號中的直流分量不能完全消除，這就使得信號解調(diào)結(jié)果的邊模抑制比減小。當(dāng)殘余的直流分量大小不一樣時，信號解調(diào)結(jié)果的邊模抑制比改變也不一樣，表明這種方法解調(diào)結(jié)果穩(wěn)定性差。改進(jìn)的算法可以完全消除信號中的直流分量，從而較好地抑制了由于光源和光路的不穩(wěn)定帶來的直流分量緩慢變化的影響，提高了解調(diào)結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定度。

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