光纤麦克风光电信号处理技术的研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:woshoubei
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在众多传感技术当中,光纤传感因其独特的优良特性,在研究和实际应用中都具有重要意义。而光纤麦克风作为光纤传感技术、信号与信息处理等交叉学科的典型应用,相比于传统的电麦克风,具有灵敏度高、抗干扰能力强、高信噪比、长距离低失真、体积小等优点,在核磁医疗、安防侦听、流量监测等领域都具有一定应用前景。本文针对法布里-珀罗(Fabry-Perot,以下简称F-P)干涉型结构的光纤麦克风,以强度解调的原理,设计了一套仪器化的解调系统,并对该系统的光电控制技术和解调性能进行了研究。主要内容如下:第一章概述了光纤传感技术的特点,指出光纤麦克风与电容式麦克风、动态麦克风相比,具有的独特优势,阐述了当前光纤麦克风的研究现状和本课题的研究意义。第二章对本论文的光纤麦克风传感与解调系统所涉及的主要理论进行介绍。首先,概述了强度调制型和相位调制型光纤麦克风的结构,并着重介绍了光纤麦克风闭环控制系统的强度解调原理,对本论文中的所使用的工作点控制法进行了重点分析。其次,介绍了本系统的光源取样光栅-分布布拉格反射式(Sampled Grating Distributed Bragg Reflector,以下简称SG-DBR)可调谐半导体激光器的模块构成及其恒温控制原理。最后,介绍了PIN型光电探测器的工作原理及选型依据。第三章对本文的光纤麦克风闭环控制系统的硬件电路进行设计制作,详细介绍了对干涉光信号的探测与处理。首先,针对激光器的光频内调制方案,以一款12位数控电流源芯片ADN8810为核心,制作了激光器的电流源驱动电路。为达到调节激光器内部工作温度恒定的效果,以MAX1968芯片为核心,设计了激光器的温度控制电路。其次,设计并制作了以电流反馈型芯片AD810为核心的线性前置放大电路,并使输出增益可调。在设计电路的过程中,对其功能进行详细的标定、仿真。光电转换后的信号,经A/D模数转换与采集,发送至以LabVIEW语言编写的上位机程序,完成声音信号的解调和音频信号的输出。为验证和优化所设计光电探测系统的功能,加入商业化的Thorlabs探测模块和USB-NI-6211数据采集模块进行对比。第四章对光纤麦克风解调系统的声信号指标进行测试。将整个光纤麦克风闭环控制系统仪器化,得到较高的灵敏度和较宽的频响范围,工作点稳定在±π/4附近,基本满足了对声信号的测量要求。最后,对光纤麦克风光电控制系统的研究结果进行了总结。针对系统尚存在的问题,提出了改进方案。本文的光纤麦克风光电控制系统将在核磁医疗方面得到应用。
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