偏振無關(guān)光纖Michelson干涉型微弱磁場傳感器信號處理.pdf

1、光纖微弱磁場傳感器具有靈敏度高、體積小、可以測量三軸向磁場分量等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于國防、醫(yī)學(xué)、地質(zhì)等各個領(lǐng)域。本文主要介紹了偏振無關(guān)光纖Michelson干涉型微弱磁場傳感器信號處理的方案：通過閉環(huán)控制工作點算法使干涉儀工作在正交工作點處，再利用相敏檢波算法提取傳感器輸出信號的基頻分量，以測量直流磁場的大小。敘述了該方案的原理、軟硬件設(shè)計過程，并通過實驗進行了驗證，本文主要內(nèi)容如下：
　　首先，研究了基于磁致伸縮效應(yīng)的光纖微弱磁場傳

2、感器傳感原理以及輸出信號的特征，分析得出在干涉儀處于正交工作點時，傳感器輸出信號的基頻分量與被測直流磁場成正比關(guān)系。研究了外界環(huán)境變化引起的干涉儀輸出信號衰落問題，在比較幾種常見的解決方案后，選用靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單的閉環(huán)控制工作點算法來穩(wěn)定干涉儀的工作點。
　　其次，分析了系統(tǒng)各部分的噪聲，以提高系統(tǒng)信噪比為原則，設(shè)計了由信號通道、參考通道、相關(guān)解調(diào)器三部分組成的相敏檢波系統(tǒng)。信號通道由硬件實現(xiàn),包括光電探測前置放大電路及濾波電路

3、；參考通道及相關(guān)解調(diào)器部分則利用Labview軟件編程實現(xiàn)。另外，采用軟件平滑濾波等處理以減小白噪聲和高頻噪聲的影響，利用接地及屏蔽技術(shù)消除外界的電磁干擾，并對電路進行合理布局布線，以獲得高信噪比的光纖微弱磁場傳感器系統(tǒng)。
　　最后，利用本文設(shè)計的信號處理方案對傳感器系統(tǒng)性能進行驗證，測試了傳感器的頻率響應(yīng)特性及在加載不同交流調(diào)制磁場時傳感器探測直流磁場的情況。實驗證明，傳感器輸出信號穩(wěn)定性良好，不穩(wěn)定度低于1％，系統(tǒng)噪聲為3mV