[发明专利]一种用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置及方法

权利要求书

1.一种用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置，其特征在于，所述用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置包括：

光源模块，用于发出第一差频光束；

超声换能器，用于向待测介质区域发射啁啾脉冲超声波；

分光模块，用于接收所述第一差频光束，将所述第一差频光束分束为第二差频光束和第三差频光束，并使得所述第二差频光束和所述第三差频光束平行穿过所述待测介质区域；

测距模块，用于通过外差法测量所述待测介质区域中所述第二差频光束和所述第三差频光束之间的距离；

时间测量模块，用于测量声波在所述距离上的传播时间；

速度计算模块，根据所述距离和所述传播时间，计算得到声速；

所述分光模块包括第三分束镜、第四分束镜、第三反射镜、第四反射镜、开关；

所述第三分束镜用于将所述第一差频光束分束为所述第二差频光束和所述第三差频光束；

所述第三分束镜、所述开关、所述待测介质区域和所述第四分束镜设置在所述第二差频光束的光路上；

所述第三分束镜、所述第三反射镜、所述开关、所述待测介质区域、所述第四反射镜和所述第四分束镜设置在所述第三差频光束的光路上；

所述时间测量模块包括四象限光电探测器、第一低通滤波器和示波器；

所述四象限光电探测器用于接收所述第四分束镜射出的第四差频光束；

所述四象限光电探测器与所述第一低通滤波器，所述第一低通滤波器与所述示波器连接。

2.根据权利要求1所述的用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置，其特征在于，光源模块包括光源、第一分束镜、第二分束镜、第一反射镜、第二反射镜和声光移频器；

所述第一分束镜用于将所述光源发出的光束分束为第一光束和第二光束；

所述第一分束镜和所述第二分束镜设置在所述第一光束的光路上；

所述第一分束镜、所述第一反射镜、所述声光移频器、所述第二反射镜和所述第二分束镜设置在所述第二光束的光路上；

所述第二分束镜用于将所述第一光束和所述第二光束合束为所述第一差频光束。

3.根据权利要求1所述的用于海底勘测和声呐探测的声速测量装置，其特征在于，所述测距模块包括硅雪崩光电探测器、放大器、混频器、第二低通滤波器、频率计数器、铷钟、第一信号发生器和第二信号发生器；

所述硅雪崩光电探测器用于接收所述第四分束镜射出的第五差频光束；

所述硅雪崩光电探测器、所述放大器、所述混频器、所述第二低通滤波器和所述频率计数器依次连接设置；

所述铷钟分别连接所述第一信号发生器和所述第二信号发生器，所述第一信号发生器与所述混频器连接，所述第二信号发生器与所述频率计数器连接。

4.一种用于海底勘测和声呐探测的声速测量方法，其特征在于，所述用于海底勘测和声呐探测的声速测量方法包括：

发射第一差频光束；

接收所述第一差频光束，将所述第一差频光束分束为第二差频光束和第三差频光束，并使得所述第二差频光束和所述第三差频光束平行穿过待测介质区域；

分别测量所述第二差频光束和所述第三差频光束的相位，计算两束差频光束的相位差，并根据所述相位差得到所述第二差频光束和所述第三差频光束之间的距离D；

在待测介质区域中发射第一声波，分别获取所述第一声波穿过所述第二差频光束和所述第三差频光束产生的衍射光信号，根据所述衍射光信号和互相关算法得到所述第一声波的飞行时间t；

根据公式v=D/t计算出所述第一声波的声速v；

得到所述飞行时间t之前还包括调整声波的发射角度，具体包括如下步骤：

在所述待测介质区域中发出第二声波，使所述第二声波穿过所述第二差频光束和所述第三差频光束，产生第一衍射光信号；

利用四象限光电探测器接收所述第一衍射光信号，并在示波器中显示所述第一衍射光信号的波形图；

通过调整所述第二声波发射角度，使得波形图中的X轴电压输出值最小且Y轴输出电压最大，得到所述第二声波的传播方向同时垂直于所述第二差频光束和所述第三差频光束。