基于相位调制与解调的电场传感器研究

论文摘要

电场强度是描述电磁现象的基本物理参数,电场的测量在各个电磁研究领域都是不可或缺的需要,尤其是随着高压工程、电磁脉冲技术和高能物理的不断发展,高频、高频瞬态和微弱电场的测量变得越来越重要。相对于电学测量的方法,基于光学方法实现电场的传感测量具有设备体积小、重量轻、响应频带宽、不受电磁干扰等优点,因此广受重视,并有成熟的基于集成光学调制器实现电场传感的方案。但传统的集成光学电场传感器通常基于马赫曾德尔干涉仪结构,该结构的调制与解调都在电场环境中实现,因此存在由于外界因素的干扰导致解调时工作点漂移的问题,研究人员虽然提出了很多针对工作点漂移的解决方案,包括实时检测器件输出功率、温度等,然后给予直流偏置电压补偿,以及采用可调谐光源结合非对称马赫曾德尔干涉仪结构。但引入直流偏置的方法会引入人为的电场干扰因素,而采用非对称马赫曾德尔干涉仪结构会增加系统的复杂性与成本。鉴于此,本文为针对消除马赫曾德尔干涉仪电场传感器工作点漂移的问题,引入能够在电场环境内感应电场信息实现相位调制的电场传感头,并采用光纤非对称马赫曾德尔干涉仪进行相位解调,这一方案将调制与解调分离,电场环境内仅实现相位调制,而将解调部分放在电场外,使得传感器设计灵活,并可根据具体情况选择解调方案。本论文的主要工作如下:1.分析与研究了传统集成光学电场传感器出现工作点漂移的原因。2.对相位调制信号的调制与解调进行了理论分析与推导,并解释了相位调制信号无法通过光探测器直接探测的原因,提出了信号的解调方案,并对整体方案进行了数学推导。3.利用仿真软件对相位调制信号进行了仿真,总结了不同半高脉宽与不同周期频率的相位调制信号的区别,以及不同相位调制信号对滤波器性能的需要;通过软件对整个实验的可行性进行了理论性的仿真,验证了方案的可行性。4.实验中利用天线接收外界电场信息后调制在光信号相位上,然后通过不同长度光纤搭建了非对称M-Z光纤干涉仪结构滤波器解调,并通过对实验数据进行分析。实验实现了MHz级别的电场传感,测试了电场传感器的传感范围,证明了方案的可行性。最后对影响实验结果的光功率、电场频率以及臂长差进行实验研究,采集数据分析,量化这些因素对传感器输出信号的影响。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 罗罡

导师: 陈开鑫

关键词: 电场传感器,工作点漂移,马赫曾德尔干涉仪,相位信号,调制,解调

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,自动化技术

单位: 电子科技大学

分类号: TP212;O441.1

总页数: 60

文件大小: 3762K

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