[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

说明书

本发明公开了一种基于Fizeau干涉的大规模拉丝塔光纤光栅水声传感阵列的解调方法及系统，该系统包括光源、信号发生器、声光调制器、光纤掺铒放大器、第一光纤环形器、参考传感器、光纤光栅水声传感阵列、第二光纤环形器、3×3耦合器、相位调制器、法拉第旋转镜、光电探测器和工控机。本发明利用信号发生器驱动相位调制器对阵列信号进行外调制，通过设置独立参考传感器对水声传感阵列进行信号交叉相乘解调，然后通过反正切以及信号补偿实现对水声信号的测量。本发明具备的自参考传感器将极大程度地提高解调信号稳定性，不受调制深度、载波频率漂移影响，同时降低了硬件成本，为长时间、多传感器同步解调等水声探测应用提供了一种新的解决方案。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种基于Fizeau干涉的光纤光栅水声传感阵列解调方法。

背景技术

采用光纤光学方法进行水声探测具有高灵敏度、抗电磁干扰、传感探头无源而安全可靠、易于组网等众多优势，同时对低频信号又可实现远距离探测，因此在水下目标探测、海底石油监测、海洋观测网等领域具有非常重要的应用前景。

水声传感测量采用基于Fizeau干涉传感器与传统光纤光栅传感单元的不同之处在于，阵列中光纤光栅用作光脉冲反射节点而不是传感单元，传感单元是光纤光栅之间的光纤。当水声信号作用在传感单元时，光纤会发生形变导致内部所传输的光脉冲相位发生变化。通过解调算法检测相位变化量即可解调水声信号。

光纤水声传感器进行水声探测时，需要保证较大的声压相位灵敏度，同时对于阵列传感单元要有较好的相位一致性，以及整个传感阵列能拥有较高的复用数量。文献1[D.J.Hill and G.A.Cranch,“Gain in hydrostatic pressure sensitivity of coatedfiber Bragg grating,”Electronics Letter,vol.35,no.15,pp.1268,1999]针对普通光纤光栅为传感单元的水声传感器做了增敏处理，弥补了光纤光栅对于水声信号响应灵敏度低的问题，但是这种依靠波长漂移进行测量的方式精度不高且易受外界环境如温度变化的影响。文献2[R.Li,X.Wang and J.Huang,“Spatial-division-multiplexing addressedfiber laser hydrophone array,”Optic Letter,vol.38,no.11,pp.1909-1911,2013]提出了一种有源型光纤激光水声传感器，该水声传感器传感单元具有较高灵敏度，但是由于基于光谱波长测量机理难以进行大规模复用。因此这些类型的传感器均没有实现高灵敏度与大规模复用同时实现的问题。