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地震勘探对地震检波器性能的要求逐渐提高,传统加速度传感器在信号采集、信号处理和信号传输等方面,存在精度低、功耗大等不足。本文研究的数字化检波系统将光波导技术和嵌入式技术结合了起来,所设计实现的光干涉型加速度数字化传感器能够有效地提高信号的检测精度和处理的实时性,能够解决传统加速度传感器抗电磁干扰能力差、动态范围小、精度不高等问题。
本文分析了马赫-泽德尔(Mach-Zehnder)干涉仪的结构及其特点。分别对基于Mach-Zehnder干涉仪的综合外差解调算法和非对称3×3耦合输出无载波解调算法进行了理论分析和算法公式的数学推导,并运用Simulink软件对这两种解调算法进行了仿真实验分析。
本文使用Real-Time Workshop工具,生成了基于非对称3×3耦合输出无载波解调算法仿真模型的嵌入式实时目标代码。通过采用嵌入式设计方案,完成了基于ARM9微处理器的光干涉型加速度数字化传感器的硬件电路设计,并将Windows CE实时操作系统和非对称3×3耦合输出无载波解调算法移植到了光干涉型加速度数字化传感器中。本文通过采用多线程技术,开发了具有采集、解调及传输功能的应用软件,实现了光干涉型加速度数字化传感器对振动信号的实时采集、准确解调和可靠传输。
最后,本文通过搭建仿真测试平台,对所设计实现的光干涉型加速度数字化传感器进行了模拟环境测试。测试结果表明,所设计实现的光干涉型加速度数字化传感器能够实现对频率范围为20Hz~1kHz的正弦振动信号的较好解调,满足了设计的需求。本文所设计实现的光干涉型加速度数字化传感器在地震勘探、天然气、石油等自然资源勘探、桥梁、大坝等的检测中有着广泛的应用前景。