[发明专利]基于Fizeau干涉的光纤光栅水声传感阵列解调方法及系统

权利要求书

1.一种基于Fizeau干涉的光纤光栅水声传感阵列的解调系统，其特征在于，包括光源(1)、信号发生器(2)、声光调制器(3)、光纤掺铒放大器(4)、第一光纤环形器（5）、参考传感器(6)、光纤光栅水声传感阵列(7)、第二光纤环形器（8）、 非平衡干涉仪、光电探测器(13)和工控机(14)；

其中，非平衡干涉仪包括3×3耦合器(9)、相位调制器(10)、第一法拉第旋转镜(11)、第二法拉第旋转镜(12)，非平衡干涉仪臂长差等于光栅间距；相位调制器(10)设置在3×3耦合器(9)和第二法拉第旋转镜(12)之间；

光源(1)发出的窄线宽连续光进入由信号发生器(2)驱动的声光调制器(3)中调制成脉冲光，脉冲光通过光纤掺铒放大器(4)放大后，再经过光纤环形器(5)进入到参考传感器(6)和光纤光栅水声传感阵列(7)中，经过光纤光栅水声传感阵列(7)反射回来的脉冲序列经第二光纤环形器(8)、进入到非平衡干涉仪，其中非平衡干涉仪包括3×3耦合器（9）和臂长差等于光栅间距的第一法拉第旋转镜（11）、第二法拉第旋转镜（12）；第一法拉第旋转镜(11)和第二法拉第旋转镜(12)对反射回来的脉冲序列进行光程补偿，使相邻两个反射脉冲在3×3耦合器(9)中发生干涉，3×3耦合器(9)输出的三路干涉信号经过光电探测器(13)转化为电信号，最终进入到工控机(14)进行数据采集与信号处理；

参考传感器(6)为振动和温度减敏封装结构，与光纤光栅水声传感阵列(7)隔绝；该解调系统工作时，仅光纤光栅水声传感阵列(7)置于液体中。

2.根据权利要求1所述的基于Fizeau干涉光纤光栅水声传感阵列的解调系统，其特征在于，用脉冲激光器替代光源(1)、信号发生器(2)和声光调制器(3)。

3.根据权利要求1所述的基于Fizeau干涉光纤光栅水声传感阵列的解调系统，其特征在于，光纤光栅水声传感阵列(7)的传感部分为光栅之间的光纤部分，是一种基于Fizeau干涉的水声敏感单元。

4.根据权利要求1所述的基于Fizeau干涉光纤光栅水声传感阵列的解调系统，其特征在于，光纤光栅水声传感阵列(7)为弱反射光纤光栅水声传感阵列。

5.根据权利要求1所述的基于Fizeau干涉光纤光栅水声传感阵列的解调系统，其特征在于，所述光纤光栅水声传感阵列(7)为大规模拉丝塔光纤光栅制成。

6.一种基于Fizeau干涉光纤光栅水声传感阵列的解调方法，其特征在于，该方法基于权利要求1-5中任一项的系统，包括以下步骤：

将外调制信号通过相位调制器施加到非平衡干涉仪中以产生高频调制信号，根据参考传感器和光纤光栅水声传感阵列的位置，分别寻得参考传感器干涉信号与水声传感阵列干涉信号；

对参考传感器信号进行延时，延时时间是光脉冲从对应水声传感器到参考传感器所用时间，以匹配阵列中不同传感器反射光脉冲延时得到同步解调信号；

将三路干涉信号取出后，对三路信号求和得到直流电压，再将其中两路信号分别去除信号中直流分量得到水声传感器交流信号I^’_a1、I^’_a3和参考传感器交流信号I^’_b1、I^’_b3，经过两路信号相加减然后进行幅值补偿分别得到两种传感器归一化的两路正交信号I_P、I_Q和I_M、I_N；

对传感器正交信号交叉相乘相减得到滤除载波相位的信号，再通过低通滤波器去除载波高次倍频，然后通过反正切算法和相位纠正，最后经高通滤波器滤除低频噪声信号输出得到所需水声传感阵列接收的水声信号。