[发明专利]一种基于宽带激光光源的光纤水听器装置及测量方法

说明书

本发明提供了一种基于宽带激光光源的光纤水听器装置，包括光源模块、信号传感模块和信号解调模块；所述光源模块用于将宽带激光光源输入所述信号传感模块；所述信号传感模块用于接收和调制声压信号，并将加载有声压信号的光信号传输至信号解调模块；所述信号解调模块用于解调得出加载有声压信号的光信号中的声压信号。所述信号传感模块包括光纤耦合器和光纤布拉格光栅FBG；所述光纤耦合器用于将所述宽带激光光源耦合进入所述光纤布拉格光栅FBG。本发明采用宽带激光作为光源，不同于以往利用窄带激光进行光信号传感，宽带激光光源价格较低，能够有效节省成本。

技术领域

本发明涉及光纤测量技术领域，特别涉及一种基于宽带激光光源的光纤水听器装置及测量方法。

背景技术

声波作为一种机械波，在水中的衰减较低，可以在水中进行远程能量传递。声波是携带信息的载波，声压、频率等信息反应了振源的方位及强弱。水听器是水中侦听声波信息的仪器，广泛用于水中通信、探洲、目标定位、跟踪等场合。

常用的水听器有两种，一是基于压电效应的PZT水听器，二是基于光纤或光纤光栅的水听器统称为光纤水听器。虽然PZT水听器的发展较早，但它存在很多缺点，例如灵敏度较低、受电磁干扰、体积较大、重量较高、价格昂贵等。而光纤水听器是一种建立在光纤、光电子技术基础上的水下声信号传感器，它通过高灵敏度的光学相干检测，将水声振动转换成光信号，通过光纤传至信号处理系统提取出声波信息。光纤水听器的信号传输系统是全光纤的，具有灵敏度高、信噪比优良，通讯带宽大、速度快、需要的信道线路数量少等优点。目前，光纤水听器应用广泛，在军事上用于反潜，在自然灾害上用于地震检测，在资源开掘上用于海下石油勘测。

光纤水听器通常由光源模块、信号检测模块、信号解调模块构成，其中光源模块中的光源有窄带光源和宽带光源两种。基于窄带光源的水听器通常为干涉式，要求光源的线宽较窄、干涉性较好、稳定性较强，但线宽越窄费用越昂贵；此外，大部分窄带光源光纤水听器的信号解调模块都比较复杂，易受环境影响。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于宽带激光光源的光纤水听器装置及测量方法，利用宽带激光光源谱线上升沿和下降沿光功率随波长线性变化的特点解调出声压信号，克服了常规光纤水听器信号解调麻烦以及光源昂贵的缺点。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于宽带激光光源的光纤水听器装置，包括光源模块、信号传感模块和信号解调模块；所述光源模块用于将宽带激光光源输入所述信号传感模块；所述信号传感模块用于接收和调制声压信号，并将加载有声压信号的光信号传输至信号解调模块；所述信号解调模块用于解调得出加载有声压信号的光信号中的声压信号。

进一步，所述信号传感模块包括光纤耦合器和光纤布拉格光栅FBG；所述光纤耦合器用于将所述宽带激光光源耦合进入所述光纤布拉格光栅FBG；所述光纤布拉格光栅FBG用于接收和调制声压信号，且所述光纤布拉格光栅FBG将加载有声压信号的光信号反射输送光纤耦合器内。

进一步，所述光纤布拉格光栅FBG的中心波长位于宽带激光光源谱线的上升沿或者下降沿。

进一步，所述光纤布拉格光栅FBG外设有放大器，用于提高光纤布拉格光栅FBG灵敏度。

进一步，所述放大器包括承压弹性薄片和弹性簧片，所述光纤布拉格光栅FBG轴向两端分别连接对称布置的弹性簧片；所述光纤布拉格光栅FBG径向上设有与两个弹性簧片接触的承压弹性薄片，所述承压弹性薄片用于接收声压信号；所述弹性簧片呈“M”，用于将径向声压信号转换成所述光纤布拉格光栅FBG轴向应变。

进一步，所述信号解调模块包括光电二极管和示波器；所述光电二极管用于将光信号转换为电信号；所述示波器用于接收和分析电信号，并解调出声压应力。

进一步，所述宽带激光光源的3dB带宽大于30nm。