[发明专利]一种光纤光栅水听器的解调装置及方法

说明书

本发明公开了一种光纤光栅水听器的解调装置及方法。其中，该装置包括宽带光源1、第一耦合器2、Y波导3、第一干涉仪光纤10、第二干涉仪光纤11、第二耦合器4、光电探测器5、A/D转换电路6、FPGA7和D/A转换电路8；其中，所述Y波导3通过干涉仪光纤10和干涉仪光纤11连接第二耦合器4组成光纤M‑Z干涉仪。本发明采用基于FPGA控制的数字闭环控制方法，使得光纤光栅水听器具有较高灵敏度，并有效的提高了线性度和稳定性。

技术领域

本发明涉及一种光纤光栅的测量技术领域，特别是一种光纤光栅水听器的信号解调装置及方法。

背景技术

光纤水听器是以光纤为传感和信号传输媒介的水下声压传感器，具有灵敏度高、抗电磁干扰强、全光传输、体积小、重量轻、易于组网等特点，已成为新一代水声探测装备发展的方向。目前较为成熟的光纤水听器为干涉型，其原理是通过增加绕制光纤长度来获得高灵敏度，从而限制了干涉型光纤水听器的最小尺寸。

自从1989年Mcltz成功地实现光纤光栅紫外光侧面写入技术以来，光纤光栅已被用来对诸多物理量进行传感检测。光纤光栅水听器以其体积小，复用能力强、成本低等优点，为解决阵列小尺寸和大规模复用等工程应用问题提供了新的方案。温度和应力是直接影响光纤光栅布拉格波长的主要物理量，受这两个物理量作用时，热光效应和弹光效应将引起纤芯折射率变化，热膨胀以及机械拉伸也将影响光栅常数，从而引起布拉格波长漂移。因此观察光纤光栅的波长漂移量便可判断待测量大小，如何检测传感光栅布拉格波长的微小偏移，是这类传感器实用化面临的关键技术，也是整个传感系统的核心部分，很大程度上决定了解调系统的分辨率、可靠性和成本。为此，人们提出了许多检测方案，诸如可调谐激光边波法、锁模调制法、非平衡M-Z干涉法等。

其中非平衡M-Z干涉法是一种参量转化方法，将光纤光栅的波长转变为干涉仪的相位变化。这种方法的检测灵敏度高，但是很容易受到外界环境的干扰。目前报道的基于非平衡干涉仪的光纤光栅解调方案采用压电陶瓷调制器或3×3耦合器，线性度和稳定性较差。

发明内容

本发明解决的技术问题是：相比于现有技术，提供了一种光纤光栅水听器的解调装置及方法，使得光纤光栅水听器具有较高灵敏度，并有效的提高了线性度和稳定性。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：根据本发明的一个方面，提供了一种光纤光栅水听器的解调装置，包括：宽带光源、第一耦合器、Y波导、第一干涉仪光纤、第二干涉仪光纤、第二耦合器、光电探测器、A/D转换电路、FPGA和D/A转换电路，其中，Y波导、第一干涉仪光纤、第二干涉仪光纤和第二耦合器组成光纤M-Z干涉仪；宽带光源产生光信号，经第一耦合器传给光纤光栅水听器，经光纤光栅水听器产生反射光再传给第一耦合器，第一耦合器将反射光传输给Y波导，在Y波导分成两束光，分别经过第一干涉仪光纤和第二干涉仪光纤传给第二耦合器，然后在第二耦合器内干涉，光纤光栅水听器探测到的水声信号会引起光纤光栅水听器的反射光中心波长的变化，光纤M-Z干涉仪将反射光的中心波长变化转换为干涉信号相位的变化，相位变化引起光纤M-Z干涉仪透射强度变化，再由光电探测器将干涉光信号转化为电流信号，FPGA控制A/D转换电路采集电流信号并转换成数字信号，再将数字信号传给D/A转换电路，通过D/A转换电路产生一个方波调制信号和反馈信号并加载到Y波导，通过Y波导实现相位偏置调制和闭环反馈控制。

上述光纤光栅水听器的解调装置中，所述宽带光源为掺铒光纤光源或超辐射发光二极管光源，所述宽带光源的谱宽40nm～80nm。

上述光纤光栅水听器的解调装置中，所述第一耦合器为2×2光纤耦合器，分光比为1：1。

上述光纤光栅水听器的解调装置中，所述第二耦合器为2×2光纤耦合器，分光比为1：1。

上述光纤光栅水听器的解调装置中，所述光纤M-Z干涉仪的光程差小于0.481mm。