[发明专利]一种声波测量系统和方法

说明书

本发明公开一种声波测量系统和方法，属于声波探测领域，所述系统包括：单频激光器，用于产生并输出原始光信号；光纤耦合器用于将原始光信号分束为两路光信号；双光纤环行器用于将两路光信号传输至双FP光纤声波传感器；双FP光纤声波传感器用于将采集的待测声波信号分别调制到两路光信号上得到两路调制信号，并将存在相位差的两路调制信号分别反射至双光纤环行器，双光纤环行器还用于将接收到的两路调制信号传输给探测解调模块；探测解调模块用于利用相位解调算法解调两路调制信号转化后的两路数字电信号获取原始光信号的相位变化量，并基于相位灵敏度获取目标声波信号。本申请能够解决传统相位、光谱解调系统成本高、带宽有限、结构复杂的问题。

技术领域

本发明属于声波探测领域，更具体地，涉及一种声波测量系统和方法。

背景技术

声波探测技术在众多领域有着广泛的应用，在工业领域中，可用于监测油气管道泄漏、变压器工作状态与故障类型，在医疗领域中，可用于健康监测、器官成像，在军事中，可用于潜艇探测和定位。光纤声波传感器凭借其高灵敏度、大动态范围、抗电磁干扰、易于大规模组网和复用等特点，越来越多的被研究和应用。

对于光纤声波传感器，需要特定的解调算法恢复出声波信号，常用的解调算法有正交工作点解调、正交双波长解调、相位生成载波解调和光谱解调。

对于正交工作点解调，其系统简单，成本低，但是其解调结果受到正交工作点的影响，当解调系统因为环境温度等因素的干扰偏离正交工作点时，解调结果会出现严重的失真，并且解调结果受到光源功率和波长的影响，因此需要复杂的反馈电路稳定其正交工作点，此外，由于对余弦函数采用了线性近似，因而其动态范围有限；对于正交双波长解调，能够通过两路正交信号实现相位解调，动态范围大，不受功率抖动的影响，但解调系统通常需要引入滤波器、掺铒光纤放大器等，系统复杂，成本高，并且掺铒光纤放大器对光进行放大，会引入额外的噪声，降低解调结果的信噪比。

对于相位生成载波解调，同样能够通过两路信号实现相位解调，但需要引入载波信号，载波信号频率通常高于待测声波信号频率的十倍，而系统采样频率通常高于载波频率的十倍，因此系统采样频率需要高于待测声波信号频率的一百倍，载波信号的引入一方面增加了系统的复杂度和成本，另一方面只适用于光程差较大的干涉仪，此外，载波信号也限制了系统的带宽；对于光谱解调，其精度高，稳定性好，但成本高，算法复杂，同时由于目前光谱采集模块采样速度的限制，解调系统的带宽较小，难以对高频声信号进行解调。

也即，现有相位解调技术系统不仅结构复杂、成本高昂，带宽有限，同时还存在正交工作点解调技术动态范围有限、容易受到光源功率抖动以及传感器正交工作点漂移影响的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种声波测量系统，其目的在于通过双FP光纤声波传感器形成的固定的相位差，对两路信号采用椭圆拟合算法与微分交叉相乘算法实现相位解调，设计系统结构简单、成本低廉、大动态范围、宽探测频带的声波测量系统，无需引入调制信号或者使用光谱采集设备。由此不仅解决现有相位解调技术系统结构复杂、成本高昂，带宽有限的技术问题，还能够解决现有正交工作点解调技术动态范围有限、容易受到光源功率抖动以及传感器正交工作点漂移影响的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种声波测量系统，包括：

单频激光器，用于产生并输出原始光信号；

光纤耦合器，与所述单频激光器连接，用于将所述原始光信号分束为两路光信号，分别为第一光信号和第二光信号；

双光纤环行器，与所述光纤耦合器连接，用于传输所述第一光信号和所述第二光信号；还用于接收并传输第一调制信号和第二调制信号；