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电路设计显得尤为重要 ， 同时后续信 号放大 电路设计 出于最 大信噪 比考虑 ， 采用多级放 大设 计并且让 电路满足噪声 匹配 应 的要求 。按照弱信号检测理论 ， 用较高信 噪比的器件 以及多 采 项 抑制噪声 措施设计 ， 所采用 解调电路原理 如 图 １ 所示 。光 电 解 调电路由光电检测部分 、 电流电压转换部分 、 置放大部分 、 前
０ 引言
微弱光 电信号有重大ຫໍສະໝຸດ 的意义 。 １ 光 电解 调 电 路 设 计 原 理
光纤 光栅 （ Ｂ ） Ｆ Ｇ 传感技术是 光纤传感 技术发 展 的新 阶段 ， Ｆ Ｇ是一种光无 源器 件 ， Ｂ 它具 有抗 电磁 干扰 、 积小 、 量轻 、 体 质 灵 敏度高和耐腐蚀 等优 点 。基 于 匹配光 纤光栅 的检 测 系统 除 具有 上述优点外 ， 还以相对简单 的解调 电路代 替 了复 杂昂贵 的 波 长解调仪 ， 大幅度降低了成本 ， 因而有较好的应用前景 ¨ 。 ］
在光纤光栅传感系统 中 ， 电检测 电路把光 纤光栅 中反 射 光
因为 Ｆ Ｇ传感器是 以光信号为变换和传输的载体 ， 以需 Ｂ 所 要借助 电子处理器构成智 能化解 调仪器 ， 就必须首先借 助光检
测放大器完成光信号到 电信号 的变换 ， 调制到光载 波上 的 将被 外界变化量转换 成 电信号输 出。而后 续 的电子处理 精度 多半 依赖于检测放大器输 出的电信号 的精度 ， 因而光检测放 大器 的
ｎ ｅ ｃ ａ ｃ ｒ ｔｌ ｅ ｔ ｉ ｒ ｔ ｉ ｌ ｗｈｌ ｔ ｅ ｍｅ ｄ ｏ ｔ ｅ ｃｒ ｉ ａ ｒ ｆ ｒ ｃ ｏ ｔ ｅ ａ ｕ ｅ ｎ ｙ ｔｍｓ ａ ｃ ， ａ ｃ ｕ ａｅ ｙ ｔｓ ｅ ｖｂ ａｉｎ ｓｇ ａ ， ｉ ｈ ｔ ｏ ｈ ｉ ｕ ｔｈ ｅ ｅ ｎ ｅ ｆｒｏｈ ｒｍｅ ｓ ｒｍｅ ｔｓ ｓｅ ． ｎ ｈ ｔ ｏ ｎ ｅ ｈ ｆ ｃ ｓ ｅ
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摘要 ： 了在光 纤光栅 匹配解调 系统 中实现对光 纤光栅微 弱信 号的检测 与处理 ， 应用微 弱光 电信 号检 测原理 的基 为 在
础上设计 一种 高信 噪比 、 测精 度的解调 电路 ， 高检 该解调 电路采 用低 噪声 电路 元件参数 选取原 则和 前置放 大器设计 的一
般 方法 ， 在雪崩光 电二极 管与信号数模转换之 间采 用互阻放 大器 、 巴特 沃斯 滤波电路 和 多级放 大 电路 ， 实现 了电路 的最佳
２ １ 拉 ０２
仪 表 技 术 与 传 感 器
Ｉ ｓ ｕ ｎ Ｔ ｃ ｎｑ ｅ ａ ｄ Ｓ ｎ ｏ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｒ ｅ ｈ ｉｕ ｎ ｅ ｓ ｒ
２ ２ ０１ Ｎｏ ５ ．
第 ５期
光 纤 光 栅 微 弱信 号 检 测 的解 调 电路
贾振 安 ， 郑德 琳
（ 西安石油大学 ， 陕西省光电传感测 井重点 实验 室 ， 教育部重点 实验 室 ， 陕西西安 ７ ０６ ） １０ ５
２ 光 电检 测 部 分
和测量精度 ， 因此设计一种 高信噪 比高 检测精度 的 电路 对检测
基金项 目： 国家 ８ ３ ６ 计划项 目（０ ９ Ａ ６ ２ ３ ； ２０ Ａ ０ Ｚ ０ ） 教育 部科技创 新工程重 大项 目培育资金项 目（ ００ ７ ７ ８８ ） 收稿 日期 ：０ １— ９一 ２ １ ０ 加 收修 改稿 日期 ：０ ２— ２—３ ２１ ０ ０
Ｋｅ ｒ ｓ ｆ ｅ ｒ ｇ ａ ｉ ｇ ｐ ｏｏ ｌ ｃｒ ｅｅ ｔ ｎ ｃ ｒｕ ｔ ｍｕｕ ｍｐ ｄ ｎ ｅ ａ ｌ ｅ ； ｒ ａ ｌ ｅ ｙ ｗｏ ｄ ： ｂ ｒｂ ａ ｇ ｇ ｔ ； ｈ ｔｅｅ ｔｉ ｄ ｔ ｃｉ ｉ ｉ； ｔ ａ ｉ ｅ ａ ｃ ｍｐ ｉ ｒ ｐ ｅ ｍｐ ｉ ｒ ｉ ｒ ｎ ｃ ｏ ｃ ｌ ｉ ｆ ｉ ｆ
或透射 的光信号转 换为 电信 号 ， 对 电信 号进行 放大 滤 波 ， 并 最 后进行 Ａ Ｄ采样 并送入运 算 系统 处理 。光 电检 测系统 在整个 ／
系统 中是非 常重 要 的 ， 的性 能对 整个 系统 性 能有 极大 的影 它
响。
首先 ， 当光纤光栅 传感 器输 出量很 小 时 ， 会受 到 电子 系统 噪声 的极 大干扰 ， 这也 是制 约 系统分 辨率 的一 个 因素 。其 次 ， 在任何 电子 系统 中， 电信号 都受 到 噪声 干 扰 ， 光 同时 光 电通 常
小信号 电压进行放 大 ， 互阻 放大 器后还 需 接后 续放 大器 ， 互 在
阻级后 还必须添加滤波器方可 滤除带宽以外噪声 。
图 １ 光 电解 调 电路 原 理 图
工作 ， 收光信号形 成光 生载 流子并 雪崩 倍增 ， 成放 大 的 电 接 形 信号作为前置 放大电路 的输入信 号 ， 经过 固定 的雪崩增 益 的 在 前放 电路后 ， 进入后续 电路 。 由于 雪崩管 的特 性 （ 崩效应 和 雪 雪崩击穿效应 ） 对温度 变化非 常敏 感 ， 以需要 通过 温度监 控 所 电路 自动 调 整 雪 崩 管 的偏 置 电压 ， 以达 到 温 度 补 偿 的 目的。 Ｇ ３ ２ＩＧ Ａ Ｉ 电二极 管 ， Ｔ ２ ｎ ａ ｓ Ｎ光 Ｐ 其光敏面积 为 ６ ｍ， ０ 光谱响应
雪崩光 电二极 管 （ Ｐ 在 近于雪 崩击穿 电压偏 置工作 点 Ａ Ｄ）
８ ０
Ｉ ｓ ｕ ｎ ｅ ｈ ｉｕ ｎ ｅ ｓ ｒ ｎ ｔ ｍｅ ｔＴ ｃ ｎ ｑ ｅ ａ ｄ Ｓ ｎ ｏ ｒ
Ｍａ ． ０ ２ ｙ ２ １
声带宽 ， 因此仅增 大 Ｃ 或 不 能起 到滤波 器 的作 用 ， 了对 。 为
噪声 匹配 ， 有效地抑制 了电路 的噪声和干扰 。该解调 电路在 光纤光栅 匹配解调 系统 中具有很 高的信噪 比和测 量精度 ， 且 具有很好 的灵敏度 ， 在测量低频 率振 动信号试验 中具有优 异的性 能。实验表 明 ： 电路 解调 系统在 ２ ２ ０Ｈ 正 弦激励 该 ５～ ０ ｚ
比较微弱 ， 很容易 淹没在 电子 噪声 之 中， 而影 响系 统性 噪 比 从
低 通滤波部分和 二级放 大部 分组成 。光 纤光栅 中 的光 信号 进 入光 电检测部分 ， 电流 电压 转换部 分使光 电流转 化为 电压 ， 经
电压通 过前 置放大部分得到初步放大 ， 再经低通滤 波部 分滤 除 电噪声 ， 经过滤波后 的信 号进 入二级放大部分再次 得到放大 使 之 电压幅度满足 Ｄ Ｐ处理器 Ａ Ｄ转换 条件 ， Ｓ ／ 最后信号进入 Ｄ Ｐ Ｓ 处理器 进行 运算 处理 。
ｐ ｅ ｄ ｔ ｅ ｇ ｎ ｒ ｔ ｏ ｆｐ ｅ ｐ ｉ ｅ ｅ ｉ ， ｅｒ ｎ ｉ ｅ ａ ｃ ｐｉ ｅ ， ｕｔｒ ｏｔ ｌ ｒｃｒ ｕ ｔａ ｄ ｍｕ ｔ ｓａ ｅ ａ ｌ ｅ ｉ ｓａ ｅ ｅ ａ ｍｅ ｄ ｏ ｒ ａ ｌ ｒ ｄ ｓｇ ｔ ｔ ｓｍｐ ｄ ｎ ｅ ａ ｌ ｒ ｂ ｔ ｗ ｒ ｆ ｔ ｉ ｉ ｎ ｌ －ｔ ｇ ｍｐｉ ｒ ｎ ｈ ｌ ｈ ｍ ｉ ｆ ｎ ｈ ａ ｍ ｉ ｆ ｅ ｈｉ ｅ ｃ ｉ ｉ ｆ
振动信 号下具有很 好的低噪 声性 能 ， 精确的测试 出 动信 号 ， 振 同时该 电路 所采用 的方法与措施 对其他测量 系统也有借 鉴
意 义。 关 键 词 ： 纤 光 栅 ； 电 检 测 电路 ； 阻 放 大 器 ； 置 放 大 器 光 光 互 前
中图分 类号 ：Ｂ ９ Ｔ ２
文献标识码 ： Ａ
ｔ ｅ ｃｒ ｕ ｔ ｆ ｃ ｉｅｙ ｓ ｐ ｒ ｓ ｈ ｏ ｓ ｎ ｎ ｅ ｆｒ ｎ ｅ Ｔ ｅ ｄ ｍｏ ｕ ａ ｉｎ ｃ ｒ ｕｔｈ ｊ ｈ ｓｇ ａ ｏ ｎ ｉ ａｉ ｎ ｃ ｕ ａ ｙ ｈ ｉ ｉ ｅ ｅ ｔ ｌ ｕ ｐ ｅ ｓ ｔ ｅ ｎ ｉｅ ａ ｄ ｉ ｔｒｅ ｃ ． ｈ ｅ ｄ ｌｔ ｉｃ ｉ ａ ａ ｈｓ ｉｎ ｔ ｏｓ ｒ ｔ ａ ｄ ａ ｃ ｒ ｃ ． ｃ ｖ ｅ ｏ ｓ ｌ ｅ ｏ