[发明专利]光纤Fabry-Perot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Fabry-Perot水听器的双波长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：首先，关闭超声换能器的输出，保证超声波未作用到光纤Fabry-Perot水听器上；然后，两路激光器工作，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，即两路反射谱；

(2)设置两路激光器工作波长，分别确定初始相位：对反射谱进行傅里叶变换，计算出Fabry-Perot腔腔长L，并分别设置两路激光器的工作波长，两个工作波长对应波分复用器两个不同通道，完成工作波长设置后，根据分别确定超声波未作用到光纤Fabry-Perot水听器时的初相位φ₁₀和φ₂₀，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)；所述曲线拟合是对输出电压V与光相位φ采用最小二乘拟合，拟合形式为：

式中y0、A、xc、w都为待拟合的参数；

(4)分别计算光相位的改变量，确定腔长变化量：两路激光器仍然同时保持步骤(2)中设置的工作波长输出，然后，打开超声换能器的输出，使超声波作用到光纤Fabry-Perot水听器上；分别记录超声波作用到光纤Fabry-Perot水听器后两路光电探测器的输出电压，根据步骤(3)中光相位与输出电压的函数关系分别计算超声波作用后的终相位φ₁₁和φ₂₁，然后结合初相位φ₀₁和φ₀₂分别得到两路激光的相位变化量Δφ₁和Δφ₂，并根据Fabry-Perot腔腔长L和两路激光器的工作波长分别计算出超声波引起的Fabry-Perot腔腔长变化量ΔL₁和ΔL₂；

所述的光相位的终相位是根据式(2)计算得到，求式(1)的反函数V^-1(φ)得到光相位φ与输出电压V的函数关系为：

(5)根据耦合模型解调非线性声压：根据Fabry-Perot腔腔长变化量ΔL₁和ΔL₂，再结合光纤Fabry-Perot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Fabry-Perot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，且两个波长对应反射谱上的电压不能相同。

3.根据权利要求1所述的光纤Fabry-Perot水听器的双波长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如下：

式中ΔL为Fabry-Perot腔腔长变化量，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。

4.实现权利要求1-3中任一项所述方法的光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调系统，其特征在于：所述声压解调系统包括光纤Fabry-Perot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Fabry-Perot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。