[發明專利]一種光纖激光水聽器光路結構及信號解調方法

有效

• 申請號: 201711023333.6
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107884059B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 郝良彬;趙晨;張海巖;李振;趙俊鵬
• 申請（專利權）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

本發明公開了一種光纖激光水聽器光路結構及信號解調方法。其中，該結構包括泵浦激光器、波分復用器、光纖激光水聽器、隔離器、非平衡邁克爾遜干涉儀、光電探測器、模數轉換器和數字調制解調模塊；其中，非平衡邁克爾遜干涉儀將攜帶有外界聲信號的光信號進行載波調制得到攜帶有外界聲信號的干涉光信號，光電探測器將攜帶有外界聲信號的干涉光信號轉換為攜帶有外界聲信號的模擬電信號，并將模擬電信號傳輸給模數轉換器，模數轉換器將模擬電信號轉換成數字電信號并將數字電信號輸入至數字調制解調模塊進行信號解調，得到外界聲信號對應的信息。本發明使得制作工藝簡單，抗噪能力強，實時性好，便于光纖激光水聽器的大規模復用。

技術領域

本發明涉及光纖水聽器領域，具體涉及一種光纖激光水聽器光路結構及信號解調方法。

背景技術

光纖激光水聽器既具有光柵傳感器波長編碼、抗干擾能力強、探頭尺寸小、易于波分復用的優點，又具有相位干涉型傳感器靈敏度極高的優點，因此引起國內外科學家的密切關注。在軍用方面，光纖激光水聽器可以成為一種新型水聽器，用于艦艇監測等；經稍加改裝后，光纖激光水聽器可以應用于民用，如油田勘探、海洋河流資源開發和地震監測環境噪聲評估。光纖激光器水聽器對環境微擾的高響應度等諸多優點滿足光纖聲波探測的發展趨勢，從而備受聲波探測領域的關注，有望成為新一代高靈敏度的光纖傳感器件。

光纖激光器水聽器是以刻在光纖上的激光器諧振腔作為傳感單元，聲壓信號作用在光纖激光器諧振腔上，使得諧振腔長度和介質折射率發生變化，從而使得激光器輸出激光波長發生變化，通過測量激光波長的變化可獲得作用在光纖激光器諧振腔上的聲壓信號。在眾多測量光波長的方法中，由于干涉法測量精度最高，最適合聲信號作用在光纖激光器水聽器諧振腔上導致的極微小波長變化的測量。目前，干涉法測量波長變化常用的結構是非平衡馬赫-曾德干涉儀，但此干涉儀具有一定的局限性：非平衡馬赫-曾德干涉儀需要兩個耦合器，對于小型化光纖激光水聽器工藝設計帶來了挑戰；非平衡馬赫-曾德干涉儀結構不帶有法拉第旋轉鏡，無法有效消除光信號的偏振衰落。

干涉法測量波長變化的干涉儀將波長變化轉變成光強信號，并通過光電探測器轉變成電信號，最后采用信號處理算法得到波長變化，最終得到作用在光纖激光水聽器的聲信號大小。目前，采用信號處理算法有模擬電路形式、模擬電路和數字電路相結合形式、數字電路DSP形式等。這些信號處理算法同樣具有一定的局限性：模擬電路形式一致性較差，抗干擾能力差，信號延遲時間不易控制；模擬電路和數字電路相結合形式在采用模擬電路產生倍頻信號時，容易出現基頻信號，采用模擬電路不容易濾除，并影響最后解調結果；數字電路DSP形式中DSP受硬件結構條件限制，串行運算，實時性較差，不利于光纖激光水聽器的大規模復用。

發明內容

本發明解決的技術問題是：相比于現有技術，提供了一種光纖激光水聽器光路結構及信號解調方法，使得制作工藝簡單，便于工程實用化；同時抗噪能力強，實時性好，便于光纖激光水聽器的大規模復用。

本發明目的通過以下技術方案予以實現：一方面，本發明提供了一種光纖激光水聽器光路結構，包括：泵浦激光器、波分復用器、光纖激光水聽器、隔離器、非平衡邁克爾遜干涉儀、光電探測器、模數轉換器和數字調制解調模塊；其中，泵浦激光器輸出的連續光通過尾纖進入波分復用器的輸入端，經波分復用器的公共端進入光纖激光水聽器；外界聲波信號對光纖激光水聽器進行波長調制，使得光纖激光水聽器反射的光信號攜帶有外界聲信號，并進入波分復用器，經波分復用器的輸出端進入隔離器的一端，由隔離器的另一端進入非平衡邁克爾遜干涉儀，非平衡邁克爾遜干涉儀將攜帶有外界聲信號的光信號進行載波調制得到攜帶有外界聲信號的干涉光信號，并將攜帶有外界聲信號的干涉光信號輸入至光電探測器，光電探測器將攜帶有外界聲信號的干涉光信號轉換為攜帶有外界聲信號的模擬電信號，并將模擬電信號傳輸給模數轉換器，模數轉換器將模擬電信號轉換成數字電信號并將數字電信號輸入至數字調制解調模塊進行信號解調，得到外界聲信號對應的信息。