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相位生成载波反正切解调中非线性误差的实时计算方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2017-10-24
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2018-06-01
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2019-12-06
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2037-10-24
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201711001592.9 申请日 2017-10-24
公开/公告号 CN108007340B 公开/公告日 2019-12-06
授权日 2019-12-06 预估到期日 2037-10-24
申请年 2017年 公开/公告年 2019年
缴费截止日
分类号 G01B9/02 主分类号 G01B9/02
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 2
权利要求数量 3 非专利引证数量 1
引用专利数量 8 被引证专利数量 0
非专利引证 1、全文. 黎永前 等.•纳米精度外差式激光干涉仪非线性误差修正方法研究《.仪器仪表学报》.2005,第26卷(第5期),第542-546页.;
引用专利 CN105157733A、CN101839686A、CN103163513A、CN104677295A、JP2000081307A、JP4930068B2、JP2008052066A、CN105486331A 被引证专利
专利权维持 5 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 浙江理工大学 当前专利权人 浙江理工大学
发明人 陈本永、张世华、严利平 第一发明人 陈本永
地址 浙江省杭州市江干经济开发区2号大街928号 邮编 310018
申请人数量 1 发明人数量 3
申请人所在省 浙江省 申请人所在市 浙江省杭州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
杭州求是专利事务所有限公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
林超
摘要
本发明公开了一种相位生成载波(PGC)反正切解调中非线性误差的实时计算方法。激光干涉仪产生的干涉条纹同时被两个光电探测器探测,且两个光电探测器的探测中心相距四分之一个周期的干涉条纹,移动干涉仪中的测量镜,干涉仪的待测相位连续变化,分别对两个光电探测器探测到的干涉信号进行PGC解调获得解调相位值,作差获得相位差,实时检测获得相位差的非线性项的峰峰值,并根据该峰峰值计算解调相位对应的非线性误差的大小。本发明对PGC反正切解调引起的非线性误差进行实时评估,与传统的总谐波失真方法相比,具有实现简单、评估结果直观、实时性好等优点,可广泛应用于干涉型光纤传感器、自混合干涉仪等相位解调非线性误差的评估。
  • 摘要附图
    相位生成载波反正切解调中非线性误差的实时计算方法
  • 说明书附图:图1
    相位生成载波反正切解调中非线性误差的实时计算方法
  • 说明书附图:图2
    相位生成载波反正切解调中非线性误差的实时计算方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2019-12-06 授权
2 2018-06-01 实质审查的生效 IPC(主分类): G01B 9/02 专利申请号: 201711001592.9 申请日: 2017.10.24
3 2018-05-08 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种相位生成载波反正切解调中非线性误差的实时计算方法,其特征在于:
(1)激光干涉仪产生的干涉条纹同时被两个光电探测器探测,且两个光电探测器的探测中心对应于干涉条纹中的位置相距四分之一个周期的干涉条纹,使得两光电探测器对应的解调相位差为90°;
(2)分别对两个光电探测器探测到的干涉信号进行PGC解调获得各自的解调相位值,再对解调相位值作差获得相位差,相位差为一个固定相位和一个相位周期为π的非线性项的叠加;非线性项具体是一个由ν≠1引起的非线性项 其中:ν
为正交信号幅值的比例系数,t表示时间,δ为两探测中心点的位置间隔引起的相位差;
表示待测相位;
(3)通过移动激光干涉仪中的测量镜,使激光干涉仪的待测相位连续变化,在测量镜移动过程中进行步骤2)实时检测获得相位差的非线性项的峰峰值,根据峰峰值计算解调相位对应的非线性误差的大小。

2.根据权利要求1所述的一种相位生成载波反正切解调中非线性误差的实时计算方法,其特征在于:所述的激光干涉仪中测量镜的移动引起的激光干涉仪的待测相位改变大于π。

3.根据权利要求1所述的一种相位生成载波反正切解调中非线性误差的实时计算方法,其特征在于:所述根据峰峰值计算解调相位对应的非线性误差的大小,具体采用以下公式:
非线性误差为 且当 时非线性误差在达到最大,k=
0,1,2…,最大值为±α/4rad;
其中,α表示峰峰值。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及激光干涉仪中相位解调非线性误差的评估方法,具体涉及到一种相位生成载波(PGC)反正切解调中非线性误差的实时计算方法。

背景技术

[0002] 相位生成载波(PGC)调制解调技术具有高灵敏度、大动态范围和良好的线性度等优点,被广泛应用于干涉型光纤传感器、光学反馈干涉仪和自混合干涉仪的相位解调。PGC调制解调中,高频相位载波 将激光干涉仪的待测相位 调制为高频载波及其各阶谐频信号的边带,调制后的干涉信号为:
其中S0和S1分别为直流分量和交流分量的幅值,z为相位调制深度,θ为载波相位延迟。将S(t)分别与载波信号的基频 和二倍频 相乘并低通滤波,可得到一
对含有待测相位信息的正交信号:
其中J1(z)和J2(z)分
别为一阶贝塞尔函数和二阶贝塞尔函数,K1和K2为乘法器和滤波器的总增益。正交信号P1(t)与P2(t)相除再做反正切运算得解调相位为:
其中ν=[J1(z)K1cosθ]/[J2(z)K2cos2θ]为正交信号幅值的比例系数。显然,载波相位延迟θ≠kπ(k=0,1,2,…)、相位调制深度偏离2.63引起J1(z)≠J2(z)、或乘法器或滤波器性能不理想(K1≠K2)都会导致正交信号的幅值不相等(ν≠1),从而使得PGC反正切解调得到的相位Ф(t)与实际待测相位 不相等,该误差即为PGC解调的非线性误差。为了检验相位解调方法的线性度,非线性误差的评估至关重要。
[0003] 一般情况下,可通过总谐波失真(THD)来评估PGC反正切解调的线性度:将待测相位设置为一单频正弦信号,若存在非线性误差,解调相位中除了相位信号的基频外,还包含高阶谐频信号,THD为各阶谐频信号幅值的均方根与基频信号幅值的比值。虽然THD为相位解调线性度的有效评估方法,但此方法要求待解调相位必须为单频正弦信号,一般只能做离线模拟评估,对于待测相位任意变化的实际干涉系统,THD无法实现实时评估。THD只是一个比例系数,不能直接计算相位解调引起的非线性误差大小。

发明内容

[0004] 针对现有方法中的不足,本发明的目的在于提供一种PGC反正切解调中非线性误差的实时计算方法。采用固定相位差方式评估PGC反正切解调的非线性引起的相位误差,为PGC反正切解调的非线性提供一种实时、简单、直观的评估方法。
[0005] 本发明采用的技术方案的步骤如下:
[0006] (1)激光干涉仪产生的干涉条纹同时被两个光电探测器探测,且两个光电探测器的探测中心对应于干涉条纹中的位置相距四分之一个周期的干涉条纹,使得两探测器对应的解调相位差为90°;
[0007] (2)分别对两个光电探测器探测到的干涉信号进行PGC解调获得各自的解调相位值,再对解调相位值作差获得相位差,相位差为一个固定相位(90°)和一个相位周期为π的非线性项的叠加;
[0008] (3)通过移动激光干涉仪中的测量镜,使激光干涉仪的待测相位连续变化,在测量镜移动过程中进行步骤2)实时检测获得相位差的非线性项的峰峰值,根据该峰峰值计算解调相位对应的非线性误差的大小。
[0009] 所述的激光干涉仪中测量镜的移动引起的激光干涉仪的待测相位改变大于π。
[0010] 具体实施中,可以将两个光电探测器相紧挨平行布置,用同一束光打到两个光电探测器上;也可以将两个光电探测器分开布置,并且在光路中设置分光镜进行分光处理后再分别打到两个光电探测器上。
[0011] 本发明具有的有益效果是:
[0012] (1)本发明采用固定相位差方式,实现了PGC反正切解调非线性误差的实时评估,可在实验过程中直接计算由于非线性解调引起的相位误差。
[0013] (2)与常用的THD方法相比,固定相位差方式对实际干涉系统中任意变化的待测相位都可以进行非线性解调误差评估,具有实现简单、评估结果直观、实时性好等优点,可广泛应用于干涉型光纤传感器、自混合干涉仪等相位解调非线性误差的评估。

实施方案

[0016] 下面结合附图和实施例对本发明加以详细说明。
[0017] 本发明实施过程如下:
[0018] (1)激光干涉仪产生的干涉条纹被光电探测器探测,对光电探测器探测到的干涉信号进行PGC反正切解调,解调相位为 将其进行傅里叶展开并化简得:
[0019]
[0020] 其中,ν为正交信号幅值的比例系数,t表示时间;
[0021] 可见,ν≠1时,干涉仪的实际待测相位 上会叠加一个相位周期为π的非线性误差 且实际待测相位 对应的非线性误差的大小只和ν值与1的偏离程度有关。
[0022] (2)用另一个光电探测器探测激光干涉仪产生的同一个干涉条纹,设两探测中心点的位置间隔引起的相位差为δ,则另一个探测器对应的解调相位傅里叶展开并化简为:
[0023]
[0024] (3)将两个探测器对应的解调相位作差得:
[0025]
[0026] 相位差ΔΦ(t)包含一个固定相位δ和一个由ν≠1引起的非线性项[0027] |sinδ|=1(δ=90°或270°)时,非线性项 的振幅(ν-1)sinδ达到最大,最大值为(v-1)rad。具体实施中,两个光电探测器的探测中心对应于干涉条纹中的位置相距四分之一个周期的干涉条纹,即使得两探测器对应的解调相位差为90°。
[0028] (4)调整干涉仪中的测量镜,使待测相位 连续变化,相位差ΔΦ(t)的值随相位 的变化而变化,当 的变化大于π时,测量得到ΔΦ(t)中非线性项的峰峰值为α,且有α=2(v-1)rad。
[0029] (5)根据测得的非线性项的峰峰值α,计算得PGC反正切相位解调非线性误差对应的非线性误差为 且当 时非线性误差在达到最大,最大值为±α/4rad。
[0030] 实施例具体实施为:如附图1所述,激光干涉仪的干涉条纹周期为d,两个光电探测器的探测中心距离为d/4,即两探测器对应的解调相位差为90°。测量镜线性运动,使待测相位 从0连续变化至4π。在v=1.05时,经相位扩展和解包裹后的解调相位Φ(t)和Φ′(t)以及相位差ΔΦ(t)如附图2所示:ΔΦ(t)为一个固定相位90°与一个周期为π的非线性项的叠加,经软件测量得非线性项的峰峰值为α=5.6°,由此得待测相位 对应的PGC反正切相位解调非线性误差的值为 非线性误差最大值为±1.4°。
[0031] 由实施例可见,本发明利用固定相位差方式实现了PGC反正切解调非线性误差的实时评估,克服了传统的THD方法只能做离线模拟评估,且待测相位仅限于正弦变化和不能直接计算相位解调引起的非线性误差大小等缺点,固定相位差方式实现简单、评估结果直观、实时性好,可广泛应用于干涉型光纤传感器、自混合干涉仪等相位解调非线性误差的评估,具有其突出显著的技术效果。

附图说明

[0014] 图1是两个探测器在相对于激光干涉条纹的放置位置,d是干涉条纹的周期。
[0015] 图2是实施例v=1.05时待测相位 与解调相位Φ(t)和Φ′(t)及解调相位差ΔΦ(t)的关系图。
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