[發(fā)明專利]光纖激光水聽器信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910062834.4
• 申請(qǐng)日: 2009-06-23
• 公開（公告）號(hào): CN101608946A
• 公開（公告）日: 2009-12-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃俊斌;顧宏?duì)N;李日忠;譚波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍海軍工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01H9/00
• 分類號(hào): G01H9/00;G02F2/00
• 代理公司: 武漢開元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 陳家安

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信號(hào)調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，更具體地說它是一種光纖激光水聽器信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)。它主要用于基于非平衡光纖干涉儀的光纖激光水聽器信號(hào)解調(diào)。

背景技術(shù)

光纖激光水聽器是最近發(fā)展起來的水聲傳感技術(shù)，由于其細(xì)小、靈敏度高和抗電磁干擾的優(yōu)勢(shì)，正受到廣泛的關(guān)注。光纖激光水聽器的傳感元件為光纖激光器，受水中聲壓作用時(shí)，激光器的出射波長(zhǎng)產(chǎn)生正比于外界聲壓大小的移動(dòng)，只要檢測(cè)出波長(zhǎng)的位移量就可以得出外界聲壓變化的大小，因此波長(zhǎng)解調(diào)技術(shù)直接限制了整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)精度，合理的設(shè)計(jì)波長(zhǎng)移動(dòng)解調(diào)方案至關(guān)重要。

干涉測(cè)量是目前最靈敏的波長(zhǎng)檢測(cè)技術(shù)，采用非平衡光纖干涉儀，將光纖激光器出射波長(zhǎng)的位移轉(zhuǎn)換為干涉相位的變化，由光電探測(cè)器得到攜帶相位變化信息的干涉強(qiáng)度輸出，由于干涉儀的輸出為余弦信號(hào)，因此，如何從非線性的余弦輸出中解調(diào)出正比于聲壓振幅的相位信息，需要設(shè)計(jì)解調(diào)算法和相應(yīng)的干涉儀結(jié)構(gòu)。

目前發(fā)展出的基于3×3耦合器的對(duì)稱解調(diào)方案不需要載波調(diào)制和濾波處理，解調(diào)電路相對(duì)簡(jiǎn)單且動(dòng)態(tài)范圍不受濾波器和調(diào)制頻率的限制。見沈梁等干涉型光纖水聽器調(diào)制解調(diào)方案研究，2001，半導(dǎo)體光電，Vol.22(2)。激光從輸入端1通過單模光纖2傳輸至光纖2×2耦合器17的a端，b端空置，激光經(jīng)2×2耦合器c端和d端通過光纖傳輸至3×3耦合器3的a端和c端產(chǎn)生干涉，其中b端空置，干涉后的激光通過3×3耦合器分成三路輸出，直接由光電探測(cè)器8接收，三個(gè)光電探測(cè)器的輸出信號(hào)經(jīng)信號(hào)傳輸線9傳輸至解調(diào)運(yùn)算處理系統(tǒng)10得出聲壓的大小(如圖3所示)。

然而，由于光纖的微彎、扭曲和環(huán)境溫度的變化可能導(dǎo)致參與干涉的兩束光的偏振態(tài)的變化，使得輸出信號(hào)呈隨機(jī)消隱狀態(tài)，尤其當(dāng)干涉儀兩臂中光波的偏振態(tài)正交時(shí)，干涉儀的輸出可見度為零，外界參量的信息將完全丟失。且3×3耦合器的分光比不能保持嚴(yán)格的對(duì)稱，非對(duì)稱的三路信號(hào)將使外界環(huán)境變化對(duì)解調(diào)輸出信號(hào)產(chǎn)生非線性的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種光纖激光水聽器信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)，基于Michelson(邁克爾遜)非平衡光纖干涉儀，高分辨率、高穩(wěn)定性地解調(diào)出聲壓信號(hào)，并消除普通單模光纖干涉儀中偏振態(tài)隨機(jī)變化對(duì)干涉解調(diào)信號(hào)的影響。

本發(fā)明的目的是通過如下措施來達(dá)到的：光纖激光水聽器信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于光纖激光水聽器輸出的激光從輸入端通過單模光纖傳輸至光纖3×3耦合器的b端，激光通過3×3耦合器分成三路輸出，其中e端空置，激光由d端和f端分成兩路，其中一路激光經(jīng)單模光纖繞成的延遲線后由第一路法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡反射后沿原路徑返回至3×3耦合器的d端，另一路激光經(jīng)纏繞于壓電陶瓷圓柱的單模光纖圈引入高頻調(diào)制后由第二路法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡反射后沿原路徑返回至3×3耦合器的f端，兩路激光干涉后的激光信號(hào)由3×3耦合器的a端和c端輸出，a端和c端的激光信號(hào)由光電探測(cè)器接收，兩個(gè)光電探測(cè)器輸出的二路V₁(t)、V₂(t)信號(hào)，經(jīng)信號(hào)傳輸線傳輸至解調(diào)運(yùn)算處理系統(tǒng)得出聲壓的大小。

在上述技術(shù)方案中，所述解調(diào)運(yùn)算處理系統(tǒng)使用光電探測(cè)器的兩路輸入信號(hào)解調(diào)出作用于光纖激光水聽器的聲壓大小，V₁(t)信號(hào)經(jīng)第一路直流消除處理得V′₁(t)，V₂(t)經(jīng)第二路直流消除處理得V′₂(t)，V′₂(t)的幅度調(diào)整至與V′₁(t)的幅度相等，然后兩路信號(hào)相加得電壓U₊(t)、相減得電壓U_-(t)，U₊(t)經(jīng)微分處理器微分后與U_-(t)相乘，U_-(t)經(jīng)微分處理器微分后與U₊(t)相乘，交叉微分相乘的兩路信號(hào)相減后得出與聲壓大小的微分成正比的電壓N，U₊(t)經(jīng)過增益調(diào)整處理后和U_-(t)分別通過平方乘法器，相加得到與激光功率和相干可見度有關(guān)的AGC電壓，N和AGC電壓相除得出不受激光功率影響的信號(hào)，經(jīng)積分處理器積分后得到和聲壓成正比的電壓輸出。

本發(fā)明采用的光纖干涉儀為基于3×3耦合器的Michelson干涉儀，并在干涉儀中引入高頻調(diào)制，干涉儀的兩路輸出可見度穩(wěn)定，沒有偏振引起的信號(hào)衰減。本系統(tǒng)采用的解調(diào)算法在3×3耦合器分光比不完全對(duì)稱的情況下，不用復(fù)雜的系數(shù)調(diào)整過程即能得到穩(wěn)定的輸出，具有較好的實(shí)用價(jià)值。

附圖說明