一种能产生小角度相移并能进行检测的系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种能产生小角度相移并能进行检测的系统。属于相位检测技术领 域。
【背景技术】
[0002] 随着电子技术和计算机技术的发展，相位检测技术得到了迅速的发展，尤其在电 气、电力技术方面得到了极大地重视和发展。目前，相位检测技术已较完善，测量方法和理 论也较成熟，相位测试仪器已系列化和商品化，广泛应用于RC、LC网络，放大器相频特性以 及依靠信号相位传递信息等方面的电子设备。
[0003]目前，国内外提出了许多改进的高精确度的相位检测方法，主要包括有：⑴用专 用数字处理芯片，利用正余弦表格及傅里叶变换方法来计算相移，可大大提高测量精度。 (2)采用新器件及设计方法提高相位检测精度及展宽工作频率范围。（3)采用新的算法来 实现相位检测（4)采用高精度相位检测设备，通过相位输出信号，利用桥路与输入信号相 位进行比较，从而测出相移。然而利用电桥将交流信号转化为直流信号，其交流信号的幅值 必须在0. 7v以上才能达到二极管的导通电压，从而限制了相位检测的应用范围。
[0004] 专利号为ZL00915671. 9、发明人为U.普尔舍、发明名称为'相位检测器'的发明， 公开了一种相位检测器。该相位检测器有至少两个串联的二极管（VI，V2)，经过变压器 (UT)将参考信号（U1)输入给二极管。此外二极管（V1，V2)是与脱耦网络（R4，C3，C4)连 接的，经过脱耦网络将输入信号（U2)加在二极管（VI，V2)上和将输出信号（U3)分出来。 因此当环境温度改变时相位检测器的输出电压尽可能少地漂移，为了加在二极管（VI，V2) 上电压（URF1，URF2)的对称性在从二极管（V1，V2)到变压器（UT)的导线上插入可调协的 电容（C1，C2)和/或可调协的电感（L1，L2)，和/或安排具有平衡的变压器（UT)，用这个 可以改变其输出端的电压。此发明对于大信号能够实现高精度的相位检测，但是对于小于 〇. 7v的信号却不能精确测量，其测量电压必须大于二极管的导通电压。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述已有技术中存在的缺陷和不足，以实现大信号和弱信号相移的检 测，本发明提出了一种能产生小角度相移并能进行检测的系统。
[0006] 本发明的技术方案是按以下形式实现的：
[0007] -种能产生小角度相移并能进行检测的系统，包括激光器，1*2耦合器，传感光纤 A和B，光电探测器A和B，自增益模块A和B，减法器，电压跟随器，带通滤波器，锁相放大 器，数据采集卡和计算机，其特征在于1*2耦合器的1号端口接激光器；1*2耦合器的2、3号 端口分别连接传感光纤A和B,传感光纤A和B的输出端分别与光电探测器A和光电探测 器B相连，光电探测器A和B的输出端分别连接到自增益模块A和B，自增益模块A和B的 输出端分别与减法器的两输入端相连，减法器之后依次连接电压跟随器、带通滤波器、锁相 放大器、数据采集卡和计算机。
[0008] 所述的激光器为中心波长1370nm，输出功率lOmw的激光器。
[0009] 所述的耦合器为1:1的1*2耦合器。
[0010] 所述的传感光纤A和B为FC/APC型0. 14dB的传感光纤。
[0011] 所述的光电探测器A和B为PIN型铟镓砷、响应度0. 8安/瓦的单模光纤耦合光 电探测器。
[0012] 所述的自增益模块A和B为凌智电子生产的10M带宽的自增益模块。
[0013] 所述的减法器为ad8221芯片。
[0014] 所述的电压跟随器为3140芯片。
[0015] 所述的带通滤波器为uaf42芯片。
[0016] 所述的锁相放大器为ad630芯片组成的锁相放大器。
[0017] 所述的数据采集卡为150M单通道数据采集卡。
[0018] -种利用上述系统进行小角度相移检测的方法，包括相移的产生和相移的测量， 该方法步骤如下：
[0019] 1)相移的产生
[0020] a、将上述系统的光路和电路连接好，给激光器及各电路通电；
[0021] b、调整好光路，使激光器输出的激光入射到1*2親合器的1号端口即输入端口， 1*2耦合器的输出端口即2号端口连接长度为 Xl的传感光纤，该传感光纤的另一端与光电 探测器A相连；1*2耦合器的另一输出端口即3号端口连接长度为x 2的传感光纤，传感光纤 x2与光电探测器B相连；
[0022] c、两束激光分别经长度为&、12的传感光纤后分别到达光电探测器A、B的输入端， Xl、x2W者间将会产生Ax = x「^的光程差，由于石英的折射率为1. 5,所以光在光纤中的 传播速度为2xl〇Sm/s，其中％为光在真空种的传播速度，因此两路光信号产生 八y 相移的公式为：心=一（1)， v
[0023] 其中：A t为两路激光信号分别经长度为Xl、x2的传感光纤后产生的相移，v为激 光在光纤中的传播速度，由公式（1)可得出At ;
[0024] d、由于得出A t，激光器的驱动信号频率为f，因此光电探测器A、B输出的两路电 信号的相移为at= 231 fAt (2)
[0025] 其中：AT为光电探测器A、B输出的两路电信号的相移，将步骤c得出的At以及 激光器的驱动信号频率f带入由公式（2)中即可得出相移为AT;
[0026] 2)相移的测量
[0027] a、将光电探测器A、B的输出端分别连接到自增益模块A和B，由于1:1的耦合器 很难做到精确地1:1分光，并且光电探测器的外围电路也很难做到放大倍数相等，从而使 得光电探测器A、B两输出端的电信号幅值不相等，而自增益模块的作用就是不管输入信号 幅值是多少其输出信号的幅值是定值，因此自增益模块A和B的输出端为具有相移且幅值 相等的两路正弦电信号
[0028] b、自增益模块A和B的输出端分别送入减法器的两个输入端，两正弦信号经减 法器相减之后还是正弦信号，由于两信号的相移非常小，接近为0,因而减法器的一路输 入信号与输出信号的相移92约为90°，减法器的两个输入信号的相移Q :的正切表不为 tan 0= f，其中E为减法器的一路输入信号的幅值，E。为减法器的输出信号的幅值，通t 过测量减法器输出端信号的幅值就能得到两信号的相移0 1;
[0029] c、由于减法器的输出阻抗很大因此需要在减法器输出端加入电压跟随器，使其幅 值不变输出阻抗减小，减法器输出端信号含有很大的高频和低频噪声，因此在电压跟随器 之后接带通滤波器，带通滤波器将高、低频噪声滤除掉后便得到噪声很小的正弦信号；
[0030] d、带通滤波器输出的正弦信号送入锁相放大器，使交流信号转化成直流，得到的 直流值就是E。的有效值马=￥巧；
[0031] e、为了精确得到直流值，锁相放大器之后与数据采集卡相连，然后数据采集卡与 计算机相连，用计算机将数据采集卡多次采集到的数据求平均，得到^有效值E :的精确直 流值E2，将得到的精确值代入下式$ =arctan^^中，通过公式由计算机计算即可得到相 E 移。
[0032] 本发明具有以下优点：利用本发明系统能够精确和稳定的产生小角度相移，并且 能够检测到弱信号的相移，本发明系统及测量方法结构简单，成本很低，适合工业生产。
【附图说明】
[0033] 图1是本发明系统的结构示意图。
[0034] 其中：1为激光器，2为1*2耦合器1号端口，3为1*2耦合器，4为1*2耦合器的2 号端口，5为1*2親合器的3号端口，6为传感光纤A，7为光电探测器A, 8为自增益模块A， 9为传感光纤B，10为光电探测器B，11为自增益模块B，12为减法器，13为电压跟随器，14 为带通滤波器，15为锁相放大器，16为数据采集卡，17为计算机。
[0035]图2是本发明一种能产生小角度相移并能进行检测的系统精确测量相位角的示 意图。
[0036] 其中：E为减法器输入端一路输入信号的幅值，E。为减法器输出信号的幅值，0 :为 减法器的两个输入信号间的相移，9 2为减法器的一路输入信号与输出信号的相移。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但不限于此。
[0038] 实施例1:
[0039]本发明实施例1如图1所示，一种能产生小角度相移并能进行检测的系统，包括激 光器1，1*2耦合器3,传感光纤A6和B9,光电探测器A7和B10,自增益模块A8和B11，减法 器12,电压跟随器13,带通滤波器14,锁相放大器15,数据采集卡16和计算机17,其特征在 于1*2耦合器3的1号端口 2接激光器1 ;1*2耦合器3的2、3号端口分别连接传感光纤A6 和B9,传感光纤A6和B9的输出端分别与光电探测器A7和光电探测器B10相连，光电探测 器A7和B10的输出端分别连接到自增益模块A8和B11，自增益模块A8和B11的输出端分 别与减法器12的两输入端相连，减法器12之后依次连接电压跟随器13、带通滤波器14、锁 相放大器15、数据采集卡16和计算机17。
[0040] 所述的激光器1为中心波长1370nm，输出功率10丽的激光器。
[0041] 所述的1*2耦合器3为1:1的1*2耦合器。
[0042] 所述的传感光纤A和B为FC/APC型0. 14dB的传感光纤。
[0043] 所述的光电探测器A和B为PIN型铟镓砷、响应度0. 8安/瓦的单模光纤耦合光 电探测器。
[0044] 所述的自增益模块A和B为凌智电子生产的10M带宽的自增