基于正交微幅测振解调的改进算法

程小燕　陶灵平　孙赟

【摘   要】   概述基于1/8波片产生正交干涉测振系统解调技术，重点在于通过严密的数学推导，提出改进的解调算法。通过LabVIEW软件编写信号解调过程，定量分析信号中的直流分量对于系统的边模抑制比的影响。理论分析和实验结果对于正交干涉系统解调方法的研究具有重要意义。

【关键词】   正交干涉;1/8波片;改进算法;信号解调

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

〔中圖分类号〕   TN919.3               〔文献标识码〕  A              〔文章编号〕 1674 - 3229（2022）02- 0022 - 04

0      引言

激光干涉测振系统中，为了提高系统的测量精度和稳定性，一般利用双光路正交干涉[1]和1/8波片正交干涉[2]。这两种正交干涉都是用光路来产生一对正交干涉信号，后者具有光路结构简单、便于控制和操作的特点，因而被广泛应用于激光测振系统。

1/8波片正交干涉系统在其解调过程中，由于光源和光学结构的不稳定，信号的直流分量随时间变化。因此，电路中减去一个常数不能彻底消除直流分量，而产生残余的直流分量，将导致测量结果的系统边模抑制比降低。为了克服这一缺点，本文提出一种改进的解调算法。这种方法不需要考虑直流分量的变化，可以完全消除信号中的直流分量。通过理论分析减法电路法和改进算法，通过实验证实改进算法的可行性。

1     正交测振系统

实验系统如图1所示，这是一个基于1/8波片的正交检测系统[3]。图1中光源是全保偏窄线宽激光源，中心波长为1550nm，具有较好的相干性和保偏特性。光源发出的一路线偏振光经过BS和1/8波片，再经过PZT上Mr反射的光为信号光。振动模拟信号是通过压电陶瓷[4-6]（PZT）发生驱动，改变光的偏振态则是利用1/8波片。另一路经过Mr反射的光为参考光。信号光和参考光在BS处重合发生干涉，D1和D2两个光电探测器接收到的光电压为：

2      信号解调

2.1   减法电路算法

2.2   改进算法

3      结果与分析

在实验中，为了减少环境扰动的影响，实验装置安装在隔振平台。通过PZT驱动振幅为0.5V、频率为1.1kHz正弦波信号。两路信号通过数据采集卡[8] （Ni PCI6251，16位ADC）输入到计算机，采集卡的采样频率为 250KHz，信号的解调过程是通过LabVIEW软件编写。并将两路信号合成李萨茹图形，通过圆心偏离量来确定信号中的直流分量大小。LabVIEW软件编写改进算法的实验程序如图2所示。

两种算法的解调结果通过光谱分析仪输出，图3是恰好完全消除直流分量的结果，此时系统边模抑制比为56dB。图4是信号中残余的直流分量为0.2v时的结果，此时系统边模抑制比为30dB。比较可知：当信号中的直流分量不能完全消除的情况下，残余的直流分量会大大降低解调结果。

利用改进的算法解调而得出的实验结果图如图5和图6所示。图5中信号的直流分量为1.4v，系统边摸制比为56dB，图6中信号的直流分量为1.2v，此时系统边摸制比也为56dB。因此得出：不论信号中直流分量多大，利用改进算法解调信号，系统的边模抑制比一样，都是56dB。8F75BD54-583B-4C8E-8DE1-3F90FD5745FD

4      结语

减法电路算法解调信号时，当直流分量大小由于环境原因改变之后，信号中的直流分量不能完全消除，这就使得信号解调结果的边模抑制比减小。当残余的直流分量大小不一样时，信号解调结果的边模抑制比改变也不一样，表明这种方法解调结果稳定性差。改进的算法可以完全消除信号中的直流分量，从而较好地抑制了由于光源和光路的不稳定带来的直流分量缓慢变化的影响，提高了解调结果的准确性和稳定度。

[参考文献]

[1] Dandridge A， Tveten A B， Giallorenzi T G. Homodyne demodulation scheme for fiber optic sensors using phase generated carrier[J]. Microwave Theory and Techniques， IEEE Transactions on， 1982， 30（10）： 1635-1641.

[2] Zhen S， Zhang B， Hao W， et al. Research on the laser interferometric vibration measurement system based on orthogonal signals//Photonics Asia 2010[C]. International Society for Optics and Photonics， 2010： 78532O-78532O-7.

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