基于相位生成载波技术的相位灵敏度标定方法
技术领域
本发明涉及一种光纤干涉传感测量领域，特别是一种基于相位生成载波技术的相位灵敏度标定方法。
背景技术
随着科学研究的快速发展和工业生产水平飞速提高，科研和工业领域对位移测量也提出了更高的要求，光纤干涉测量技术由于其测量精度高、应用范围广，并用于抗电磁干扰等优点而备受关注，相位生成载波(PGC)相位解调技术是目前应用最广、性能最稳定的光纤干涉信号解调技术。
PGC算法应用中如图1所示，外界待测量作用于传感区使干涉仪相位发生变化，干涉仪输出出现强度波动，PGC算法依据此强度波动解调并输出相应解调电压信号，此解调电压信号表征外界待测量的大小及频率。这个过程中发生了几个转化：待测量转化成相位量，相位量转化成解调电压量，解调电压量转化成待测量。我们可以通过干涉仪施加一个标准的待测量而后读出解调后的电压值，从而建立待测量与解调电压的关系。PGC算法的输出值会受到光路参数、算法调制性能以及信号输出增益的影响，即相同的算法，不同的实现硬件实体--解调仪存在相位-电压转化的差异，所以我们需要知道每个解调仪的相位-电压的转化性能，也就是相位灵敏度。
目前还没有发现直接测出PGC解调仪相位灵敏度的方法，现有方法为间接表征法，即通过贝塞尔函数比值法测试出传感器的相位灵敏度(传感物理量与相位的关系)，传感器通过PGC解调后的灵敏度(传感物理量与解调电压的关系)，从而建立PGC解调的相位与解调电压的关系。此方法复杂，需要测量的量多，设备需求繁多，而且计算误差大。
发明内容
为解决上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供一种基于相位生成载波技术的相位灵敏度自动标定的方法，以期能够快速方便的标定出相位解调仪的相位灵敏度。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
基于相位生成载波技术的相位灵敏度标定方法，其特征在于，首先通过相位调制器额外加入一个已知相位量的标定信号，通过相位载波算法解调出这个信号，得出算法中单位相位量对应的解调输出值；
具体包括如下步骤：
步骤1：由PGC解调传感系统的相位调制器性能参数，得到标定信号频率与载波频率对应的响应关系；
步骤2：相位生成载波技术要求PGC解调传感系统的载波调制深度为C，得到对应的载波调制信号强度，由步骤1得到的响应关系得到标定信号施加额定相位量φ所需的信号强度U；
步骤3：对PGC解调传感系统的相位调制器施加步骤2所述标定信号，运用相位生成载波技术解调出对应信号的强度V；
步骤4：对比标定信号产生的相位量φ与算法输出的信号强度V，得出算法中单位相位量对应的解调输出值，即解调仪的相位灵敏度V/φ。
作为本发明的进一步方案，所述PGC解调传感系统包括基于马赫增德尔干涉仪的PGC解调传感系统与基于迈克尔逊干涉仪的PGC解调传感系统。
作为本发明的进一步方案，所述基于马赫增德尔干涉仪的PGC解调传感系统包括激光器与调制信号源，激光器通过光纤连接有两个耦合器，两个耦合器之间并联有传感元与相位调制器，其中一个耦合器通过光纤与光电探测器连接，调制信号源通过内调制调制信号传输电缆向相位调制器发出内调制信号，用于调制激光器的频率，调制信号源通过外调制调制信号传输电缆向激光器发出外调制信号，用于调制干涉仪其中一臂的光程，。
作为本发明的进一步方案，相位生成载波算法为交叉相乘算法或反正切算法，当相位生成载波算法为交叉相乘算法时，C为2.37rad，当相位生成载波算法为反正切算法时，C为2.63rad。
作为本发明的进一步方案，步骤3中标定信号通过载波信号源加载；标定信号需要时能够加载，不需要时能够关闭；相位调制器处于激光器中或处于干涉仪中。
作为本发明的进一步方案，标定信号的频率处于传感系统设定的工作频带内，标定信号的强度应在传感系统设定的工作动态范围内。
作为本发明的进一步方案，步骤1中标定信号频率与载波频率对应的响应关系，响应是指信号源输入到相位调制器一定的信号强度，相位调制器相应输出一定的相位量；两种频率的响应关系是指不同频率的信号，相同信号强度下响应的大小关系。
本发明的有益效果：
1、本发明在原有相位生成载波技术实施方法的基础上实现的，无需对原有方案进行较大改变，实施简单、效果有效、成本低廉；
2、本发明的实施过程与相位解调过程无需时刻并行，不会引入外界或附加噪声，不会影响到解调结果；
3、本发明可应用于各种相位生成载波技术方案中，具有普遍适用性。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
图1为本发明基于马赫增德尔干涉仪的PGC解调传感系统外部结构图。
具体实施方式
下面将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它实施例，都属于本发明保护的范围。
相位生成载波PGC解调法常常使用于马赫增德尔干涉仪或迈克尔逊干涉仪，两者的使用方法相同；本实施例采用马赫增德尔干涉仪来说明。PGC根据载波方式的不同分为内调制(调制激光器的频率)与外调制(调制干涉仪其中一臂的光程)，两者都能达到相位载波的效果，本例以外调制进行说明；
如图1所示，基于马赫增德尔干涉仪的PGC相位解调传感系统应包括激光器、干涉仪、传感元、相位调制器、调制信号源、光电探测器以及配套的解调算法电路；
激光器发射激光进入干涉仪，调制信号源发射载波信号对干涉仪中相位调制器对干涉仪进行调制，干涉仪输出的光信号经光电探测器转化为电信号，电信号输入相位解调仪中经解调，解调输出的信息表征传感元接收的外界物理量信息。根据相位生成载波技术要求，载波信号经相位调制器施加在干涉仪中的相位量为C，当相位生成载波算法为交叉相乘算法时，C为2.37rad，当相位生成载波算法为反正切算法时，C为2.63rad，频率要高于测试频带最大频率。由相位调制器性能，得出标定信号(含有频率与幅值参量)频率与载波信号频率的相位调制响应关系，根据载波信号的强度与所产生的相位量C的相位值，推出标定信号要施加额定相位量φ所需的信号强度U。调制信号源同时对相位调制器发射标定信号，强度为U，相位解调仪对应输出信号，强度为V，则得到解调仪的相位灵敏度：V/φ。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
