[發明專利]光纖Fabry-Perot水聽器的雙波長非線性聲壓解調方法及系統

有效

• 申請號: 201910403491.7
• 申請日: 2019-05-15
• 公開（公告）號: CN110044466B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 王代華;王杰;吳軻
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

1.一種光纖Fabry-Perot水聽器的雙波長非線性聲壓解調方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

(1)獲取反射譜：首先，關閉超聲換能器的輸出，保證超聲波未作用到光纖Fabry-Perot水聽器上；然后，兩路激光器工作，數據采集卡采集光電探測器的輸出電壓V隨各自對應的波長可調諧激光器波長λ變化的離散點數據，即兩路反射譜；

(2)設置兩路激光器工作波長，分別確定初始相位：對反射譜進行傅里葉變換，計算出Fabry-Perot腔腔長L，并分別設置兩路激光器的工作波長，兩個工作波長對應波分復用器兩個不同通道，完成工作波長設置后，根據分別確定超聲波未作用到光纖Fabry-Perot水聽器時的初相位φ₁₀和φ₂₀，其中n_a為Fabry-Perot腔腔內空氣折射率；

(3)反射譜相位轉換、曲線擬合及求解反函數：根據將反射譜轉換為輸出電壓V與光相位φ的離散點數據，并進行擬合，建立輸出電壓V與光相位φ的函數關系V(φ)，求反函數得到光相位φ與輸出電壓V的函數關系V^-1(φ)；所述曲線擬合是對輸出電壓V與光相位φ采用最小二乘擬合，擬合形式為：

式中y0、A、xc、w都為待擬合的參數；

(4)分別計算光相位的改變量，確定腔長變化量：兩路激光器仍然同時保持步驟(2)中設置的工作波長輸出，然后，打開超聲換能器的輸出，使超聲波作用到光纖Fabry-Perot水聽器上；分別記錄超聲波作用到光纖Fabry-Perot水聽器后兩路光電探測器的輸出電壓，根據步驟(3)中光相位與輸出電壓的函數關系分別計算超聲波作用后的終相位φ₁₁和φ₂₁，然后結合初相位φ₀₁和φ₀₂分別得到兩路激光的相位變化量Δφ₁和Δφ₂，并根據Fabry-Perot腔腔長L和兩路激光器的工作波長分別計算出超聲波引起的Fabry-Perot腔腔長變化量ΔL₁和ΔL₂；

所述的光相位的終相位是根據式(2)計算得到，求式(1)的反函數V^-1(φ)得到光相位φ與輸出電壓V的函數關系為：

(5)根據耦合模型解調非線性聲壓：根據Fabry-Perot腔腔長變化量ΔL₁和ΔL₂，再結合光纖Fabry-Perot水聽器與聲場的耦合模型分別解調出兩路激光下非線性聲壓P₁和P₂。

2.根據權利要求1所述的光纖Fabry-Perot水聽器的雙波長非線性聲壓解調方法，其特征在于：步驟(2)中兩路激光器的波長滿足：對應波分復用器兩個不同通道，且兩個波長對應反射譜上的電壓不能相同。

3.根據權利要求1所述的光纖Fabry-Perot水聽器的雙波長非線性聲壓解調方法，其特征在于：步驟(5)采用的聲壓解調公式如下：

式中ΔL為Fabry-Perot腔腔長變化量，T₂、T₁為聲壓透射系數，E為石光纖的楊氏模量，f為超聲波的頻率，c為超聲波在光纖中的聲速。

4.實現權利要求1-3中任一項所述方法的光纖Fabry-Perot水聽器的雙波長非線性聲壓解調系統，其特征在于：所述聲壓解調系統包括光纖Fabry-Perot水聽器、超聲換能器、兩路波長可調諧激光器、兩個光纖耦合器、光纖環形器、波分復用器、兩個光電探測器和數據采集卡；兩路波長可調諧激光器輸出的兩路波長不同的激光混合后經過光纖環形器到達光纖Fabry-Perot水聽器，兩路激光同時經超聲換能器受到超聲波調制后經過光纖環形器，到達波分復用器分離為兩路不同波長的激光，或者直接到達波分復用器分離為兩路不同波長的激光，兩路激光同時進行光電轉換后分別輸出兩路電壓信號，一路接入數據采集卡，另一路接輸出端。