[发明专利]光纤Fabry-Perot水听器任意工作点非线性声压解调方法及系统

权利要求书

1.一种光纤Fabry-Perot水听器任意工作点非线性声压解调方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)获取反射谱：关闭超声换能器，保证超声波未作用到光纤Fabry-Perot水听器上，记录系统输出电压V随激光器波长λ变化的离散点数据，即反射谱；

(2)调整激光器工作点，确定初始相位：对反射谱进行傅里叶变换，计算Fabry-Perot腔腔长L，并调整激光器工作点：首先将工作点设置在反射谱中斜率最大的最佳线性偏置点处，如果声压引起的系统输出电压达到当前工作点的最大输出电压时，则将工作点位置下移或者上移；如果声压引起的系统输出电压达到当前工作点的最小输出电压时，则将工作点位置上移或者下移；反复调整工作点，直到系统输出电压不在当前工作点的最大输出电压或者最小输出电压附近；完成工作点设置后，根据确定超声波未作用到光纤Fabry-Perot水听器时的初相位φ₀，其中n_a为Fabry-Perot腔腔内空气折射率；

(3)反射谱相位转换、曲线拟合及求解反函数：根据将反射谱转换为输出电压V与光相位φ的离散点数据，并进行拟合，建立输出电压V与光相位φ的函数关系V(φ)，求反函数得到光相位φ与输出电压V的函数关系V^-1(φ)；

所述曲线拟合是将输出电压V与光相位φ采用最小二乘拟合：

式中y0、A、xc和w都为待拟合的参数；

(4)计算光相位的改变量，确定腔长变化量：打开超声换能器，使超声波作用到光纤Fabry-Perot水听器上，记录系统输出电压V₁，根据步骤(3)中光相位与输出电压的函数关系计算超声波作用后的终相位φ₁，然后结合初相位φ₀得到相位变化量Δφ，并根据Fabry-Perot腔腔长L和激光器工作波长λ₀计算出超声波引起的Fabry-Perot腔腔长变化量ΔL；

所述的光相位的终相位是根据式(2)计算得到，式(2)通过式(1)的反函数V^-1(φ)得到：

式中k为整数；

(5)根据耦合模型解调非线性声压：根据Fabry-Perot腔腔长变化量ΔL，再结合光纤Fabry-Perot水听器与声场的耦合模型解调出非线性声压P。

2.根据权利要求1所述的光纤Fabry-Perot水听器任意工作点非线性声压解调方法，其特征在于：步骤(1)获取的反射谱为超声波未作用到光纤Fabry-Perot水听器上时系统输出电压随激光器工作波长增加得到的离散点数据。

3.根据权利要求1所述的光纤Fabry-Perot水听器任意工作点非线性声压解调方法，其特征在于：步骤(2)所述的激光器工作点的选取是任意的，只要满足系统输出电压不在当前工作点的最大输出电压或者最小输出电压附近即可。

4.根据权利要求1所述的光纤Fabry-Perot水听器任意工作点非线性声压解调方法，其特征在于：步骤(5)采用的声压解调公式为：

式中T₂、T₁为声压透射系数，E为石光纤的杨氏模量，f为超声波的频率，c为超声波在光纤中的声速。

5.一种实现权利要求1-4中任一项所述方法的光纤Fabry-Perot水听器系统，其特征在于：所述系统包括光纤Fabry-Perot水听器、超声换能器、波长可调谐激光器、光纤环形器、光电探测器和数据采集卡，波长可调谐激光器输出的激光经过光纤环形器到达光纤Fabry-Perot水听器，光纤Fabry-Perot水听器的反射光经过超声换能器被超声波调制后，经过光纤环形器后到达光电探测器输出两路电压信号，一路接入数据采集卡，另一路接输出端。