DISEÑO DE UN DEMODULADOR DE FM MEDIANTE PLL PARA LA INTERROGACIÓN DE SENSORES INTERFEROMÉTRICOS DE FIBRA ÓPTICA

Jesús Lorenzo Cisneros Hernández, Alejandro Rodríguez Antonio, Abimael Jiménez Pérez, José Mireles Jr. García, Rafael E. González Landaeta, Ángel Sauceda Carvajal

Resumen


Resumen

En este trabajo se diseñó y se construyó un sistema de interrogación de sensores interferométricos. El sistema está constituido por una etapa que emula la señal interferométrica típica de un sensor de este tipo: Primeramente, una etapa de acondicionamiento que convierte esta señal en una señal de FM convencional y finalmente una etapa de demodulación de frecuencia; mediante el uso de la técnica de amarre de fase PLL, (del inglés: Phase Lock Loop). El proceso de demodulación, denominado en la literatura como “heterodino sintético”, utiliza un par de osciladores locales sintonizados a la frecuencia de la señal portadora y al doble de ésta. Así mismo, se requirieron una serie de filtros pasabanda tipo Butterworth de segundo orden para acotar el espectro de las señales de interés centrados en la frecuencia de la armónica necesaria para realizar el proceso de mezclado. Finalmente, la señal acondicionada se usó como entrada a un demodulador de FM mediante un PLL. Se consiguió recuperar señales del orden de miliradianes en el rango de 90 a 260 Hz. Se observó que este rango dependió del ancho de banda de los filtros pasabanda utilizados en el circuito. Se optó por esta técnica de demodulación basada en un PLL, pues logra la sintonización de una amplia gama de frecuencias, al ser también sintonizable el PLL a través de su VCO.

Palabras Claves: Demoduladores de FM, fase óptica, sensores interferométricos, PLL.

 

DESIGN OF AN FM DEMODULATOR THROUGH PLL FOR THE INTERROGATION OF OPTICAL FIBER INTERFEROMETRIC SENSORS


Abstract

In this work, an interrogation system of interferometric sensors was designed and constructed. The system consists of a stage emulating the interferometric signal typical of such sensor: First a conditioning stage that converts the above signal into a conventional FM signal and finally a frequency demodulation stage, based in the Phase Lock Loop technique o demodulate FM signals (PLL). The demodulation process used here, referred in the literature as "synthetic heterodyne", uses a pair of local oscillators, one tuned to the frequency of the carrier signal and the other one tuned at twice of the carrier frequency. It also requires a series of second-order Butterworth bandpass filters to limit the signals of interest and maintain a constant amplitude in the passband. As well as a trimmer to minimize the amplitude changes, in the final part of the conditioning stage. Finally, the conditioned signal was used as input to an FM demodulator via a PLL and signals of the order of miliradianes were achieved; with frequencies of modulating signals in the range of 90 to 260 Hz. It was observed that this range depended on the bandwidth of the bandpass filters used in the circuit.

Keywords: FM demodulators, Interferometric sensors, optical phase, PLL.


Texto completo:

335-351 PDF

Referencias


Dandridge, A. y A. B. Tveten. Homodyne Demodulation Scheme For Fiber Optic Sensors Using Phase Generated Carrier, IEEE Photonics Soc., vol. 18, no. 10, pp. 1647–1653, 2010.

Fang, W. Jia, Q. Zhen, S. Chen, J. Cheng, X. y Yu, B. Low Coherence Fiber Differentiating Interferometer And Its Passive Demodulation Schemes, Opt. Fiber Technol., vol. 21, no. 2015, pp. 34–39, 2015.

Kumar, R. Barrios, E. MacRae, A. Cairns, E. Huntington, E. H. y Lvovsky, A. I. Versatile Wideband Balanced Detector for Quantum Optical Homodyne tomography, Opt. Commun., vol. 285, no. 24, pp. 5259–5267, 2012.

Malacara, D. Óptica Básica, Segunda edición, México: Fondo de Cultura Económica, pp. 532, 2004.

Malacara, D. Optical Shop Testing, Tercera edición, New Jersey: John Wiley & Sons, pp. 862, 2007.

McKinney, J. D. Colladay, K. y Williams, K. J. Linearization of phase-modulated analog optical links employing interferometric demodulation, J. Light. Technol., vol. 27, no. 9, pp. 1212–1220, 2009.

Nolte, D. Optical Interferometry for Biology and Medicine, West Lafayette, IN, USA: Springer Science+Business Media, 2012.

Schlecker, B. Ortmanns, M. Anders, J. and Fantner, G. PLL-based high-speed demodulation of FM signals for real-time AFM applications, Proc. - IEEE Int. Symp. Circuits Syst., pp. 197–200, 2013.

Silver, H. W. Experiment #68 — Phase Locked, Loops the Basic, hands-on radio, pp. 2, 2008.

Udd, E. Fiber Optic Sensors An Introduction for Engineers and Scientists, Segunda edición, New Jersey: John Wiley & Sons, 2007.

Zibar, D. Johansson, L. A. Chou, H. F. Ramaswamy, A. Rodwell, M. and Bowers, J. E. Novel optical phase demodulator based on a sampling phase-locked loop, IEEE Photonics Technol. Lett., vol. 19, no. 9, pp. 686–688, 2007.


Enlaces refback

  • No hay ningún enlace refback.