[发明专利]光纤FBG水听器的双波长非线性声压解调方法及系统

权利要求书

1.一种光纤FBG水听器的双波长非线性声压解调方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)获取两路反射谱：关闭超声换能器的输出，保证超声波未作用到光纤FBG水听器上，两路激光器工作，用数据采集卡采集光电探测器的输出电压V随各自对应的波长可调谐激光器波长λ变化的离散点数据，即获取两路反射谱；

(2)设置两路激光器工作波长：分别设置两路激光器的工作波长λ₁₀和λ₂₀，两个工作波长对应波分复用器两个不同通道；

(3)反射谱曲线拟合及求解反函数：将反射谱中输出电压V与工作波长λ的离散点数据进行拟合，建立输出电压V与波长λ的函数关系V(λ)，求反函数得到波长λ与输出电压V的函数关系V^-1(λ)；其中反射谱曲线拟合是将输出电压V与工作波长λ采用最小二乘拟合：

式中A、xc、w都为待拟合的参数；

所述的波长根据式(2)计算得到，即求式(1)的反函数V^-1(λ)得到波长λ与输出电压V的函数关系为：

(4)分别确定波长平移量：打开超声换能器的输出，使超声波作用到光纤FBG水听器上，分别记录超声波作用到光纤FBG水听器后两路光电探测器的输出电压，根据步骤(3)中波长λ与输出电压V的函数关系分别计算超声波作用后的波长λ₁₁和λ₂₁，然后结合λ₁₀和λ₂₀分别计算出两路激光的波长平移量Δλ₁和Δλ₂；

(5)根据耦合模型解调非线性声压：根据波长平移量Δλ₁和Δλ₂，再结合光纤FBG水听器与声场的耦合模型分别解调出两路激光下非线性声压P₁和P₂。

2.根据权利要求1所述的光纤FBG水听器的双波长非线性声压解调方法，其特征在于：所述光纤FBG水听器的栅区长度小于1/2超声波波长，光纤FBG水听器的声轴方向与超声换能器声轴重合。

3.根据权利要求1所述的光纤FBG水听器的双波长非线性声压解调方法，其特征在于：步骤(2)中两路激光器的波长满足：对应波分复用器两个不同通道，并且两个波长对应反射谱上的电压不相同。

4.根据权利要求1所述的光纤FBG水听器的双波长非线性声压解调方法，其特征在于：步骤(5)中的声压解调公式为：

式中Δλ为光纤FBG水听器的波长平移量，λ₀为光纤FBG水听器的中心波长，K₀为光纤FBG水听器的波长相对变化量随声压变化系数。

5.实现权利要求1-4中任一项所述方法的光纤FBG水听器的双波长非线性声压解调系统，其特征在于：所述系统包括光纤FBG水听器、超声换能器、两路波长可调谐激光器、两个光纤耦合器、光纤环形器、波分复用器、两个光电探测器和数据采集卡；两路波长可调谐激光器输出的两路波长不同的激光混合后经过光纤环形器到达光纤FBG水听器，两路激光同时经超声换能器受到超声波调制后经过光纤环形器，到达波分复用器分离为两路不同波长的激光，或者直接到达波分复用器分离为两路不同波长的激光，两路激光同时进行光电转换后分别输出两路电压信号，一路接入数据采集卡，另一路接输出端。

6.根据权利要求5所述的光纤FBG水听器的双波长非线性声压解调系统，其特征在于：所述波长可调谐激光器通过第一光纤耦合器进入光纤环形器一端的一臂，光纤环形器一端的另一臂与第二光纤耦合器连接，第二光纤耦合器的一端的一臂与所述波分复用器连接，第二光纤耦合器的一端的另一臂与所述光电探测器输入端连接，光纤环形器另一端与所述光纤FBG水听器连接，所述波分复用器另一端与所述光电探测器输入端连接，所述光电探测器输出端一端连接所述数据采集卡，另一端连接输出端。