[發明專利]光纖激光水聽器信號解調系統

有效

• 申請號: 200910062834.4
• 申請日: 2009-06-23
• 公開（公告）號: CN101608946A
• 公開（公告）日: 2009-12-23
• 發明（設計）人: 黃俊斌;顧宏燦;李日忠;譚波
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;G02F2/00
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司
• 代理人: 陳家安

技術領域

本發明屬于信號調制解調系統，更具體地說它是一種光纖激光水聽器信號解調系統。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解調。

背景技術

光纖激光水聽器是最近發展起來的水聲傳感技術，由于其細小、靈敏度高和抗電磁干擾的優勢，正受到廣泛的關注。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，激光器的出射波長產生正比于外界聲壓大小的移動，只要檢測出波長的位移量就可以得出外界聲壓變化的大小，因此波長解調技術直接限制了整個系統的檢測精度，合理的設計波長移動解調方案至關重要。

干涉測量是目前最靈敏的波長檢測技術，采用非平衡光纖干涉儀，將光纖激光器出射波長的位移轉換為干涉相位的變化，由光電探測器得到攜帶相位變化信息的干涉強度輸出，由于干涉儀的輸出為余弦信號，因此，如何從非線性的余弦輸出中解調出正比于聲壓振幅的相位信息，需要設計解調算法和相應的干涉儀結構。

目前發展出的基于3×3耦合器的對稱解調方案不需要載波調制和濾波處理，解調電路相對簡單且動態范圍不受濾波器和調制頻率的限制。見沈梁等干涉型光纖水聽器調制解調方案研究，2001，半導體光電，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，直接由光電探測器8接收，三個光電探測器的輸出信號經信號傳輸線9傳輸至解調運算處理系統10得出聲壓的大小(如圖3所示)。

然而，由于光纖的微彎、扭曲和環境溫度的變化可能導致參與干涉的兩束光的偏振態的變化，使得輸出信號呈隨機消隱狀態，尤其當干涉儀兩臂中光波的偏振態正交時，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格的對稱，非對稱的三路信號將使外界環境變化對解調輸出信號產生非線性的影響。

發明內容

本發明提出一種光纖激光水聽器信號解調系統，基于Michelson(邁克爾遜)非平衡光纖干涉儀，高分辨率、高穩定性地解調出聲壓信號，并消除普通單模光纖干涉儀中偏振態隨機變化對干涉解調信號的影響。

本發明的目的是通過如下措施來達到的：光纖激光水聽器信號解調系統，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，其中一路激光經單模光纖繞成的延遲線后由第一路法拉第旋轉反射鏡反射后沿原路徑返回至3×3耦合器的d端，另一路激光經纏繞于壓電陶瓷圓柱的單模光纖圈引入高頻調制后由第二路法拉第旋轉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由3×3耦合器的a端和c端輸出，a端和c端的激光信號由光電探測器接收，兩個光電探測器輸出的二路V₁(t)、V₂(t)信號，經信號傳輸線傳輸至解調運算處理系統得出聲壓的大小。

在上述技術方案中，所述解調運算處理系統使用光電探測器的兩路輸入信號解調出作用于光纖激光水聽器的聲壓大小，V₁(t)信號經第一路直流消除處理得V′₁(t)，V₂(t)經第二路直流消除處理得V′₂(t)，V′₂(t)的幅度調整至與V′₁(t)的幅度相等，然后兩路信號相加得電壓U₊(t)、相減得電壓U_-(t)，U₊(t)經微分處理器微分后與U_-(t)相乘，U_-(t)經微分處理器微分后與U₊(t)相乘，交叉微分相乘的兩路信號相減后得出與聲壓大小的微分成正比的電壓N，U₊(t)經過增益調整處理后和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的AGC電壓，N和AGC電壓相除得出不受激光功率影響的信號，經積分處理器積分后得到和聲壓成正比的電壓輸出。

本發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制，干涉儀的兩路輸出可見度穩定，沒有偏振引起的信號衰減。本系統采用的解調算法在3×3耦合器分光比不完全對稱的情況下，不用復雜的系數調整過程即能得到穩定的輸出，具有較好的實用價值。

附圖說明