[发明专利]基于激光干涉的感知海洋湍流和海洋颗粒的装置

权利要求书

1.基于激光干涉的感知海洋湍流和海洋颗粒的装置，其特征在于包括：防水封装外壳(1)、第一防水透光窗口(2)、第二防水透光窗口(4)、连续型单纵模激光器(3)、单模光纤-第一光纤分束器(5-1)、第二光纤分束器(5-2)、第三光纤分束器(5-3)、光纤-空间光耦合器(6)、滤波片(7)、偏振片(8)、空间光-光纤耦合器(9)、光纤合束器(10)、第一光电探测器(11-1)、第二光电探测器(11-2)、第三光电探测器(11-3)、信号供电缆(12)和控制分析系统(13)；

激光由所述连续型单纵模激光器(3)发出，经由单模光纤被第二光纤分束器(5-2)分为两路，其中一路经过第三光纤分束器(5-3)后再分为两路，一路进入第三光电探测器(11-3)转化为电信号，另一路进入光纤合束器(10)；

经过第二光纤分束器(5-2)的另一路经过光纤-空间光耦合器(6)和第一防水透光窗口(2)进入待测水体，随后依次经过第二防水透光窗口(4)、滤波片(7)、偏振片(8)和空间光-光纤耦合器(9)，被空间光-光纤耦合器(9)耦合进入光纤传输至单模光纤-第一光纤分束器(5-1)，进入单模光纤-第一光纤分束器(5-1)的光被分为两路，一路进入第一光电探测器(11-1)转化为电信号，另一路进入光纤合束器(10)；

进入光纤合束器(10)的两路光合为一路发生干涉后进入第二光电探测器(11-2)转化为电信号；

所述控制分析系统(13)用于对电信号进行数据分析、处理和存储。

2.根据权利要求1所述的基于激光干涉的感知海洋湍流和海洋颗粒的装置，其特征在于：所述控制分析系统(13)对第一光电探测器(11-1)、第二光电探测器(11-2)和第三光电探测器(11-3)所传递的时序电信号执行如下分析流程：

步骤一：将装置投放入待测水域，此时控制分析系统(13)通过第一光电探测器(11-1)、第二光电探测器(11-2)和第三光电探测器(11-3)同时各采集一段时序电信号I_A(t)、I_B(t)、I_C(t)，采样时间不低于1分钟，采样频率不低于50Hz；

步骤二：控制分析系统(13)对步骤一所得三段信号执行初级滤波：若控制分析系统(13)为光电探测器和激光器提供频率为f₀的交流电，则控制分析系统(13)滤去这三段信号中的频率为f₀及其倍频nf₀的信号成分，n＝1,2,3…，滤波后得到信号I_1A(t)、I_1B(t)、I_1C(t)；若控制分析系统(13)为光电探测器和激光器提供直流电，则不执行初级滤波，即I_1A(t)＝I_A(t)、I_1B(t)＝I_B(t)、I_1C(t)＝I_C(t)；

步骤三：计算干涉仪两光路相位差的时序值θ₀(t)：

步骤四：控制分析系统(13)对计算得到的相位差时序值θ₀(t)进行相位解包裹，得到连续化相位差信号θ₁(t)；

步骤五：控制分析系统(13)对θ₁(t)和I_1A(t)做信号乘积，得到信号p(t)＝θ₁(t)×I_1A(t)；

步骤六：控制分析系统(13)对p(t)做傅里叶变换得到P(f)，从其中提取湍流特征频段[f_s/N_s,f_t]，其中f_s为光电探测器采样频率，N_s为I_A(t)的采样点数，f_t需满足:

其中df为对P(f)在频率坐标上进行积分的微元表示；

步骤七：控制分析系统(13)对I_1A(t)做傅里叶变换得到I_P(f)，从其中提取湍流特征频段[f_p,f_s/2]，其中f_p需满足:

步骤八：控制分析系统(13)计算湍流场感知指标颗粒物感知指标