[发明专利]一种波长移相式光纤声传感阵列解调系统和方法

说明书

本发明公开了一种波长移相式光纤声传感阵列解调系统和方法，将相移干涉技术用于光纤声传感器解调。其中，相移由波长快速切换产生。利用宽可调谐激光器实现纳秒量级的波长切换速度，通过波长线性扫描获取干涉式光纤声传感器阵列中每个传感器的干涉光谱并计算对应的初始腔长。根据平均腔长确定能产生正交相移的五个波长进行波长切换。由波长切换给每个传感通道引入的相移步长可以精确计算，进而通过五步相移算法计算实时腔长变化。解调腔长的交流量用于表征声信号，直流量用于实时校准每个通道的相移步长。该发明可以解决现存干涉式光纤声传感阵列解调难题，采用波长移相方式，实现大规模声传感器的高速、大动态范围和高稳定性解调。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，首次提出并构建波长移相式光纤声传感阵列解调系统，解决干涉型光纤声传感器的复用难题。

背景技术

声学信号的高性能动态传感已得到广泛应用，如无损检测，光声成像和结构状态监测。干涉型光纤声传感器由于其紧凑的结构，高灵敏度，抗电磁干扰和远程监测等特性，是一种有很大潜力的声传感技术，尤其在极端温度、强电磁干扰等其他无法使用传统电学声传感器的使用场景。通常基于四种基本结构：光纤Mach-Zehnder干涉仪，光纤迈克尔逊干涉仪，光纤Sagnac干涉仪和光纤Fabry–Perot干涉仪。其中Fabry–Perot干涉声传感器由于具有结构简单，体积小，稳定性高等优势得到了广泛的应用。当前使用最为广泛的光纤Fabry–Perot(FP)声传感器解调方法是强度解调方法，输出波长固定在正交点(Q点)，以确保最大的灵敏度和线性度。然而，强度解调法的检测动态范围很小，难以检测大声压；另外，Q点可能会因为环境温度或背景压力变化产生大的漂移，每个传感器的Q点变化很难完全一致，因此，固定正交工作点的强度解调方法无法用来同时解调多个声传感器。白光干涉腔长解调方法通常通过使用宽带光源和光谱分析仪。通过互相关算法或快速傅立叶变换，可以通过空分复用的方式从多个传感器的干涉光谱中解调各自的腔长变化。通常具有高精度和大动态范围，但系统成本高，测量速度慢，难以胜任高速动态信号的解调。而常规的双波长或三波长正交相位解调技术也是单点解调技术，无法实现光纤声传感器的大规模复用。