论文总字数：18900字

目录

摘要 4

Abstract 5

1.引言 6

1.1课题的目的和意义 6

1.2光信号解调技术发展及简述 6

2.设计原理与方案 7

2.1 光信号的调制原理 7

2.2 光信号解调系统的原理 8

2.3 快速傅立叶变换 9

3.4方案设计 9

3.硬件设计 10

3.1主要器件的选型 10

3.1.1发射端 11

3.1.2接收器 11

3.2 控制器 12

3.3发射端光路电路设计 13

3.4接收端电路设计 14

3.4.1光电转换电路 14

3.4.2 信号调理电路 15

3.4.3控制电路 15

4.软件设计 17

4.1 软件设计的流程 17

4.2 功能程序 18

4.2.1 A/D转换 18

4.2.2液晶显示屏（LCD） 19

4.2.3快速傅立叶变换（FFT） 20

5.调试与小结 22

5.1 硬件系统搭建过程 22

5.2 软件操作方法及主要结果 23

5.2.1 信号电压调试 23

5.2.2 实际频率分时测试 24

5.2.3 频率混叠和滤波效果 25

5.2.4 实际使用效果 25

6.结论 26

参考文献 27

致谢 28

分时多频光信号的合成与解调

旦增次仁

物理与光电工程学院， 20141388007

摘要；随着光信号解调的日益发展，已经应用到很多领域。本论文中首先阅读和了解一些基本的光信号解调的理论知识以及快速傅里叶变换的基本理论，初步设计了结构相对比较简单而且比较容易实现的分时多频光信号的合成与解调的系统，根据分时多频光信号的合成与解调系统的需要首先以光源和光探测器以及光斩波器为主设计来实现本次设计的光路设计部分以及光路部分的电路设计，其次利用单片机对信号完成了A\D转换，完成了模拟信号之后利用快速傅里叶变换对信号进行计算和处理，最后用液晶显示器显示结果；

关键词:傅里叶变化;调制;解调;单片机；Synthesis and demodulation of time-sharing multi-frequency optical signals

Danzengciren

NUIST, nanjing 20141388007,China

Abstract；With the increasing development of optical signal demodulation, it has been applied to many fields. In this dissertation, we first read and understand some basic theoretical knowledge of optical signal demodulation and the basic theory of fast Fourier transform, and preliminarily design the synthesis and demodulation of time-divided multi-frequency optical signals with relatively simple structure and relatively easy implementation. The system, based on the requirements of the synthesis and demodulation system of time-division multi-frequency optical signals, first uses the light source, the photodetector, and the optical chopper as the primary design to realize the optical path design part and the circuit design of the optical path part of this design, and then uses The MCU completed the A/D conversion of the signal. After the analog signal was completed, the FFT was used to calculate and process the signal. Finally, the result was displayed on the LCD display.

Key words；Fourier Transform；modulation;demodulation;MCU；

1.引言

1.1课题的目的和意义

本课题研究的目的在于理解分时多频光信号的合成和解调的原理，构建以分时多频光信号的合成与解调系统，通过傅里叶变化对光信号进行解调和处理，用单片机来对光信号的合成和解调做数据处理并计算出结果。

光调制解调器由发送端，接收端，控制端，接口，显示屏和控制面板组成。发送端是用来发出传载一定信息的光，接收端也就是光电探测器是接受的光信号转变成传载一样信息的电信号然后发送到控制器中，电信号是利用调制电路来实现发送。因为发送过来的电信号是非常弱的，所以利用放大器来增强信号，在由控制器了来实现数模转换以及信号的计算跟处理^[1]。

光调制技术是一种将承载信息的信号叠加到载波上的调制技术。光调制可以使某些光波参数如振幅，频率，相位，偏振态和持续时间等按一定的规律变化。光调制过程实质上调制单位矢量中的一个或多个参数，振幅，载波频率和极化方向上的相位。光的解调技术现在已经在个个领域有了很重要的作用，是高速，短距离光通信的关键设备，也是最重要的集成光器件之一。根据其调制原理，光调制器可分为电光学，热光学，声光学和全光学等。它们所基于的基本理论是各种形式的电光效应，声光效果和磁光效应。其中，电光调制器是最终通过电压或电场的变化来调节输出光的折射率，吸收率，振幅或相位的装置，其在损失方面优于其他类型的调制器，功耗，速度和集成度。光调制器用于控制整个光通信的光传输，发送和接收过程中的光强度，其功能非常重要^[2]。

1.2光信号解调技术发展及简述

光信号解调技术是从20世纪70年代和80年代光的利用跟处理技术的快速发展而发展起来的。它使用光波作为载体和光纤作为媒介来感测和传输外部感测信号。自引入光信号解调技术以来，逐渐受到各国科研领域的重视，已成为世界范围内的研究热点。

在二十世纪八十年代，光信号解调技术有了非常好的发展前景和很大实用性。光信号的解调技术会有这么大的发展空间和实用性是因为它具有不用考虑重量和面积，也不容易被电磁所干扰，不怕的腐蚀和高温，信息传送的完整性，能够传输的信息量也是非常之大，也需要特别之大的传输流程以及组成，系统的硬件要求不是特别的高。21世纪初，光信号调制为主的光学技术发展非常快，逐渐在很多领域的有了很重要的应用和作用^[3]。

光调制和解调是指改变光波的幅度，强度，频率，相位和偏振以承载信息的技术过程。通过对光信号进行调制，可以将直流辐射信号转换为交流信号，从而可以滤除背景干扰，提高测量信号的信噪比。作为传感系列的新成员，光信号解调器因其卓越的性能而受到青睐。该光信号解调器具有体积小，重量轻，抗电磁干扰，抗腐蚀，灵敏度高，测量带宽宽，测量距离远，传感器网络容易构成等优点。特别是，其灵敏度比传统传感器高几个数量级，可用于测量物理量，如应力，温度，振动，磁场，位移和声压。

光信号解调包括光信号的调制，然后才接收端接收以及调制好的传载信息的光信号之后对此进行转换成电信号，然后利用调制电路把电信号发送到控制器，控制器首先对发送进来的弱信号利用放大器进行增强，然后对电信号转换成模拟信号，最有对信号进行计算和处理过后用显示屏显示出来^[4]。

2.设计原理与方案

2.1 光信号的调制原理

到现在为止所有光电探测器都不能直接检测后感知光波的相位变化，所以我们必须采用干涉测量技术，将使相位的变化转化成强度的变化，才可以实现对光波的相位变化的检测。相位调制传感技术在精度上可以测量到的最小相位变化到10"'rad，适用于精度要求比较高的检测。

相位调制型光信号解调器的基本传感机制是：通过测量能量场的作用，改变光纤中传播的光波的相位，然后利用干涉测量技术将相变转换为光强度的变化，如检测待测量的物理量。光纤中光波的相位由光纤的物理长度，折射率及其分布以及波导的横向几何形状决定。它可以表示为konL，其中ko是真空中的波数，n是传播路径中的折射率，并且L是传播路径的长度。通常，外部物理量如温度应力，应变和温度应变可以直接改变上述三个波导参数，从而产生相位变化并实现光波的相位调制^[5]。

在相位调制型光信号解调器中，相位调制是光纤干涉仪的敏感光纤用作相位调制元件，以将敏感光纤置于测量能量场中。由于测量场和敏感光纤之间的相互作用，光纤中的光学相位被调制。常用的物理效应是应力应变效应，还有温度应变效应等。下面以常见的应力应变效应来讲述在敏感光纤中光相位调制的一些基本原理。

应力应变效应是造成敏感光纤中光相位调制的主要物理效应，也是光纤相位调制电流传感器的起点。当光纤被纵向或者轴向的机械应力的作用时，光纤的芯径、长度以及纤芯折射率所有都会发生变化，从而将会导致光波相位的变化。光波经过在长度以L的光纤后，相应出射光波的相位延迟公式为；