[發明專利]一種確定聲波信號的方法及系統

有效

• 申請號: 201810909561.1
• 申請日: 2018-08-10
• 公開（公告）號: CN109088670B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 魯平;傅鑫;劉德明
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H04B10/071
• 分類號: H04B10/071;H04B10/516;H04B10/548;H04B11/00
• 代理公司: 42201 華中科技大學專利中心
• 代理人: 曹葆青;李智

本發明公開了一種確定聲波信號的方法及系統，包括：提供n路相同的寬譜光信號，將n路相同的寬譜光信號分別輸入到n個光纖聲波傳感器，所述n個光纖聲波傳感器具有不同的空間頻率；n個光纖聲波傳感器分別對n路寬譜光信號進行反射，得到n路反射光信號；通過波長掃描的方式接收所述n路反射光信號，得到復合光譜，其中，所述復合光譜由所述n路反射光信號組合得到；對所述復合光譜進行快速傅里葉變換，得到空間頻譜圖；根據n個空間頻率信息和n對雙邊帶信號信息確定n個聲波信號的信息。本發明可實現光纖聲波傳感單元復用時的信號識別，在傳感單元組網、聲源定位等領域有著潛在應用價值。

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，具體的，涉及一種確定聲波信號的方法及系統。

背景技術

近年來，由于在重大自然災害預警、結構健康監測、管道泄漏監測、水聲通信等領域的應用需求，光纖聲波傳感器由于其具有的體積小、重量輕、耐腐蝕、抗電磁干擾、易組網復用等優點而成為研究熱點。其中基于光纖干涉儀的相位調制型傳感器由于其具有較高的靈敏度、分辨率、信噪比，從而在水聲探測等領域具有廣泛應用。

目前針對相位調制型光纖聲波傳感器的解調技術中，較為成熟的技術包括斜邊濾波強度解調、相位生成載波解調技術(Phase Generated Carrier，PGC)、正交雙波長相位解調、3×3耦合器相位解調、白光干涉解調等技術。從本質上來說，現有的技術都是基于對傳感器光譜以幀的形式進行離散采樣，結合相關算法，對聲信號波形進行復現。例如，斜邊濾波技術、PGC相位解調技術采用單色光源對干涉光譜進行單點采樣，利用光譜中一個數據點來反映干涉光譜信息；正交雙波長相位解調技術與3×3耦合器相位解調技術則分別選取光譜中的兩個與三個點來反映干涉光譜的信息；白光干涉解調技術則選取特定波長范圍內的所有數據點來反映光譜信息。

由于斜邊濾波強度解調、PGC相位解調、正交雙波長相位解調、3×3耦合器相位解調等技術在每幀光譜內的采樣點數很少，因此具有算法簡單的優點，但每幀光譜內采集的數據過少使得算法無法從數據中得到傳感器本身的信息(空間頻率、相位等)，因此只能適用于單點式傳感器；相比之下白光干涉解調技術由于在每幀光譜內都采樣了足量的數據進行分析，因此可通過相關算法同時得到傳感器接收到的聲波信息與傳感器本身的信息，因此可用于傳感器的組網復用，但大量的采樣數據使得白光干涉解調算法通常較為復雜。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于解決現有聲波傳感器解調技術在每幀光譜內采集的數據過少使得只能適用于單點式傳感器，及用于傳感器的組網復用解調聲波時解調算法較為復雜的技術問題。

為實現上述目的，第一方面，本發明提供一種確定聲波信號的方法，包括：

提供n路相同的寬譜光信號，n為大于或等于1的整數；

將n路相同的寬譜光信號分別輸入到n個光纖聲波傳感器，所述n個光纖聲波傳感器具有不同的空間頻率；

n個光纖聲波傳感器分別對n路寬譜光信號進行反射，得到n路反射光信號，每路光纖聲波傳感器對應的反射光信號攜帶該路光纖聲波傳感器的空間頻率信息；當n個光纖聲波傳感器中有光纖聲波傳感器受到外部聲波信號作用時，該路光纖聲波傳感器對應的反射光信號還攜帶作用在該路光纖聲波傳感器的聲波信號的信息；

通過波長掃描的方式接收所述n路反射光信號，得到復合光譜，其中，所述復合光譜由所述n路反射光信號組合得到；

對所述復合光譜進行快速傅里葉變換，得到空間頻譜圖，所述空間頻譜圖攜帶n個光纖聲波傳感器對應的n個空間頻率信息和作用于n個光纖聲波傳感器的n個聲波信號對應的n對雙邊帶信號信息；

根據所述n個空間頻率信息和n對雙邊帶信號信息確定n個聲波信號的信息；其中，對于每個光纖聲波傳感器，其對應的雙邊帶信號的中心空間頻率正比于聲波信號的頻率，其對應的雙邊帶信號的空間頻率間隔正比于光纖聲波傳感器的空間頻率。