[發(fā)明專利]一種調(diào)制解調(diào)器及光纖激光水聽(tīng)器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811280743.3
• 申請(qǐng)日: 2018-10-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109211394B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李振;鄭百超;張海巖;王學(xué)鋒;趙晨;趙俊鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號(hào): G01H9/00
• 分類號(hào): G01H9/00
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

本發(fā)明涉及一種調(diào)制解調(diào)器及光纖激光水聽(tīng)器，屬于光纖傳感領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)域。所述調(diào)制解調(diào)裝置包括調(diào)制系統(tǒng)和解調(diào)系統(tǒng)，所述調(diào)制系統(tǒng)包括耦合器6、第一聲光調(diào)制器5、光纖環(huán)4、第一法拉第旋轉(zhuǎn)鏡3、第二聲光調(diào)制器22、第二法拉第旋轉(zhuǎn)鏡23及光電探測(cè)器8；本發(fā)明避免了光纖激光水聽(tīng)器在接收大能量水聲信號(hào)時(shí)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，提高了水聽(tīng)器的應(yīng)用范圍，且調(diào)制產(chǎn)生的干涉信號(hào)數(shù)學(xué)形式簡(jiǎn)潔，有利于后續(xù)水聲信號(hào)處理。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種調(diào)制解調(diào)器及光纖激光水聽(tīng)器，屬于光纖傳感領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

光纖激光水聽(tīng)器作為一種新型水聽(tīng)器，由于其直徑細(xì)、靈敏度高、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，受到了水聽(tīng)器領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。光纖激光水聽(tīng)器利用有源光柵作為敏感單元，當(dāng)聲波作用水聽(tīng)器上時(shí)，有源光柵的反射波長(zhǎng)產(chǎn)生正比于聲壓大小的移動(dòng)，只要通過(guò)檢測(cè)波長(zhǎng)的變化量就可以反應(yīng)出外界聲壓的信號(hào)特征，所以波長(zhǎng)解調(diào)技術(shù)直接影響水聲信號(hào)的檢測(cè)質(zhì)量和精度。

目前光纖激光水聽(tīng)器最常用的波長(zhǎng)檢測(cè)方法是干涉測(cè)量法，即利用非平衡光纖干涉儀將有源光纖光柵反射波長(zhǎng)的位移轉(zhuǎn)換為干涉相位的變化，再通過(guò)光電探測(cè)器得到含有相位變化信息的干涉強(qiáng)度輸出。比如常見(jiàn)的相位載波法(PGC)，如圖1所示，光纖激光水聽(tīng)器返回的激光經(jīng)過(guò)980/1550nmWDM進(jìn)入1550nm隔離器后再進(jìn)入2×2耦合器與反射鏡構(gòu)成的非平衡邁克爾遜干涉儀，通過(guò)PZT(壓電陶瓷)對(duì)短臂信號(hào)的調(diào)制產(chǎn)生單頻ω₀的調(diào)制信號(hào)，調(diào)制后的信號(hào)在2×2耦合器干涉后通過(guò)光電探測(cè)器進(jìn)入數(shù)字解調(diào)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算后得到水聲信息。

然而，由于PZT的自身特性致使調(diào)制頻率ω₀較低，根據(jù)PGC解調(diào)的原理，解調(diào)信號(hào)的輸出動(dòng)態(tài)范圍與調(diào)制頻率ω₀的大小直接相關(guān)，當(dāng)水聽(tīng)器靈敏度較高時(shí)，采用目前的PZT調(diào)制方式難以獲得較大的輸出動(dòng)態(tài)范圍，當(dāng)信號(hào)較大時(shí)很容易產(chǎn)生飽和現(xiàn)象，影響了光纖激光水聽(tīng)器的應(yīng)用場(chǎng)合，同時(shí)圖1所示的解調(diào)方案會(huì)產(chǎn)生較大的二次諧波，不利于后續(xù)信號(hào)的處理。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種調(diào)制解調(diào)器及光纖激光水聽(tīng)器，避免了光纖激光水聽(tīng)器在接收大能量水聲信號(hào)時(shí)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，提高了水聽(tīng)器的應(yīng)用范圍，且調(diào)制產(chǎn)生的干涉信號(hào)數(shù)學(xué)形式簡(jiǎn)潔，有利于后續(xù)水聲信號(hào)處理。

本發(fā)明的上述目的主要是通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：

一種調(diào)制解調(diào)裝置，包括調(diào)制系統(tǒng)和解調(diào)系統(tǒng)，所述調(diào)制系統(tǒng)包括：

耦合器6、第一聲光調(diào)制器5、光纖環(huán)4、第一法拉第旋轉(zhuǎn)鏡3、第二聲光調(diào)制器22、第二法拉第旋轉(zhuǎn)鏡23及光電探測(cè)器8；

波長(zhǎng)為λ的激光經(jīng)過(guò)所述耦合器6分光為兩路頻率為f的光，一路所述頻率為f的光經(jīng)過(guò)所述第一聲光調(diào)制器5調(diào)制成頻率為f+f1的光，所述頻率為f+f1的光經(jīng)所述光纖環(huán)4后再通過(guò)所述第一法拉第旋轉(zhuǎn)鏡3按原光路返回得到頻率為f+2f1的光，另一路所述頻率為f的光經(jīng)過(guò)所述第二聲光調(diào)制器22調(diào)制成頻率為f+f₂的光，所述頻率為f+f2的光通過(guò)所述第二法拉第旋轉(zhuǎn)鏡23按原光路返回得到頻率為f+2f2的光，返回的兩路光進(jìn)入所述耦合器6在所述耦合器6處進(jìn)行干涉，干涉后的光信號(hào)進(jìn)入所述光電探測(cè)器8進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后得到電信號(hào)，所述電信號(hào)進(jìn)入所述解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行解調(diào)運(yùn)算。

在一可選實(shí)施例中，所述解調(diào)系統(tǒng)包括第一乘法器9、第一低通濾波器10、第一微分器11、第二乘法器19、第三乘法器12、第二低通濾波器18、第二微分器17和第四乘法器16、減法器13、積分器14和高通濾波器15；

所述電信號(hào)分成兩路分別進(jìn)入所述第一乘法器9和所述第二乘法器19；

其中一路所述電信號(hào)和頻率為4*f0的信號(hào)在所述第一乘法器9中混頻后通過(guò)所述第一低通濾波器10濾除高頻信號(hào)，從所述第一低通濾波器10輸出的信號(hào)分成兩路，一路經(jīng)過(guò)所述第一微分器11后進(jìn)入所述第三乘法器12，另一路直接進(jìn)入所述第四乘法器16；