一种微振动光纤传感系统信号预处理电路.pdf

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1、2012证仪表技术与传感器20】2第7期InstrumentTechniqueandSensorNO.7一种微振动光纤传感系统信号预处理电路郭澎(南开大学信息技术科学学院,天津300071)摘要:长距离分布式微振动光纤传感系统的系统噪声的重要产生原因是光源噪声。为了消除这类噪声,设计了预处理电路将一路光电信号转化为两路差分信号。电路将输入的光电流通过对管结构形成差分电流再分别转换成电压信号输出。仿真结果显示该电路可成功的输出两路差分信号,且带宽、增益和信号处理能力都比较强。关键词:微振动光纤传感系统;共模噪声;预处理电路;对管结构中图分类号:TN29文献标识码

2、:A文章编号:1002—1841(2012)07—0071—02DesignofPreconditioningCircuitforMicrovibrationFiberSensingSystemGUOPeng(Conegeofinformationtechnicalscience,NankaiUniversity,Tianjin300071,China)Abstract:Lasernoiseisasignificantcauseofsystemnoiseoflongdistancemicro—vibrationfibersensingsystem.Forsup

3、press—ingthisnoise,flpreconditioningcircuitwhichtransferredaphotoelectriccurentintotwodifferentialsignalswasdesigned.Throughapair·-transistorstructureonephotoelectriccurentwasconvenedintotwodiferentialcurentsandthentwodifferentialvoltagesig—nalsbythecircuit.Thesimulationresultsshowt

4、hecircuitsuccessfullyoutputstwodiferentialsignalsandhasgoodbandwidth,gainandsignalprocessingcapability.一Keywords:micro-vibrationfibersensingsystem;commonmodenoise;preconditioningcircuit;pair—transistorstructure0引言引起的系统噪声是随机波动的,可以近似认为是共模噪声。这长距离分布式微振动光纤传感系统具有灵敏度高、探测范样经过预处理电路后,系统噪声可由差分

5、电路压制,提高系统围广、抗电磁干扰、本质安全等优点⋯,可广泛用于石油管线安信噪比。全防护、油气管线泄漏检测、军事重点区域防护等领域。2信号预处理电路设计影响传感系统性能的主要原因是由相位衰落、偏振衰落、光源预处理电路的工作原理是输入光电流通过对管结构形成噪声引起的系统噪声“。近年的研究集中于从光学或信号差分电流信号再分别进行电流一电压转换形成两路差分电压处理算法角度出发,讨论消除噪声的方法。】。文中从电路设信号输出。输出信号可通过差分放大电路去掉共模噪声。设计角度出发,设计了一种光电信号预处理电路,用来消除由光计时核心器件采用了晶体管便于今后的集成化。源噪声引

6、起的系统噪声。图1是电路结构图,其中输入级对信号进行偏置,箝位,抑1由光源噪声引起的系统噪声制光电二极管产生的噪声。恒流源作为偏置。区域A相当于长距离分布式微振动光纤传感系统采用干涉结构,由于两一个积分放大器,电路原理图如图2所示。其工作原理是:干涉臂长度不相等,光源噪声会转化为光电信号幅度的起伏混是输入光电电流,当,增大时,,(Q2o)增大,,(Q20)增大,导至杂在有用的干涉信号中,形成系统噪声。由于系统本身信噪比不致,(Q18)减小,(Q18)减小,则导致Ih(Q9)减小,这样就将高,光源噪声会使系统性能进一步降低,因此必须设法消除。光源输入光电电流I墨

7、化为差分对管Q9的基极输入电流。引起的系统噪声dF与两干涉臂间光程差D的关系式为:dF:(1)式中:dv为光频率的变化量;c为真空光速。由式(1)可见,随着干涉臂光程差的增加,相位噪声呈增加趋势。对于长距离光纤传感系统(十几km到几十km),两干涉图1光电信号预处理电路结构图臂长度用光时域反射仪(OTDR)测量。由于OTDR的测量误差差分级电路原理图如图2所示。电流首先流入Q9的基为±10m,所以两干涉臂不能精确相等,因此光源引起的系统极,(Q9)的部分电流通过电阻R.转化为Q10的反相交变电噪声无法通过光学方法消除。流。当,(Q9)减小时,(Q9)减小,因为

8、Q9、Q10射极连接恒设计预处理电路的

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