[发明专利]一种正交相位保持的三波长解调式光纤声传感系统和方法

权利要求书

1.一种正交相位保持的三波长解调式光纤声传感系统，其特征在于，所述的正交相位保持的三波长解调式光纤声传感系统包括波长控制和同步采样模块(1)、快速宽可调谐激光器(2)、光纤环形器(3)、Fabry–Perot干涉式光纤声传感器(4)、光电探测器(5)和数据处理模块(6)；

所述的波长控制和同步采样模块(1)是计算机、单片机或FPGA核心板，内置控制激光波长对应的电流查找表；波长控制和同步采样模块(1)分别与快速宽可调谐激光器(2)、光电探测器(5)和数据处理模块(6)相连接，波长控制和同步采样模块(1)实现快速宽可调谐激光器(2)的波长控制和输出，并通过时钟同步，同时进行光电探测器(5)数据的采集、转换和传输至数据处理模块(6)中；

所述的光纤环形器(3)，分别与快速宽可调谐激光器(2)、Fabry–Perot干涉式光纤声传感器(4)和光电探测器(5)相连接；光纤环形器(3)用于光信号的传输，将来自快速宽可调谐激光器(2)的光信号引入Fabry–Perot干涉式光纤声传感器(4)，反射光信号再次经过光纤环形器(3)被光电探测器(5)探测；

所述的光电探测器(5)是具备光纤输入接口、直流耦合的高速光电探测器，将探测到的光强信号转换为模拟信号，经波长控制和同步采样模块(1)采集后传输给数据处理模块(6)进行信号处理和反馈控制；

所述的数据处理模块(6)实现三个波长对应的光强信号的分离和腔长解调，并根据解调的腔长推导的正交相位偏离量判断是否触发波长控制和同步采样模块(1)调整三个输出波长。

2.根据权利要求1所述的正交相位保持的三波长解调式光纤声传感系统，其特征在于，所述的波长控制和同步采样模块(1)，根据接收的用户指令选择进行全光谱扫描模式或三波长扫描模式。

3.根据权利要求1所述的正交相位保持的三波长解调式光纤声传感系统的腔长解调方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)波长控制和同步采样模块(1)控制快速宽可调谐激光器(2)进行线性波长扫描，通过光电探测器(5)同步采集强度数据，获取Fabry–Perot干涉式光纤声传感器(4)的干涉光谱；

2)根据Fabry–Perot干涉式光纤声传感器(4)干涉光谱计算出初始腔长L₀，并确定具有正交相位差关系的三个波长λ₁、λ₂和λ₃；

3)通过波长控制和同步采样模块(1)控制快速宽可调谐激光器(2)进行三个选定波长的连续快速切换；

4)由三波长对应的强度数据I₁、I₂和I₃计算Fabry–Perot干涉式光纤声传感器(4)的实时腔长，公式如下：

其中为波长λ₂对应的相位角；m为整数，用以补偿相位跳变；为相位变化量，ΔL为对应的腔长变化量；n为Fabry–Perot腔的折射率，在此处为1；L_t为实时腔长；

5)实时腔长L_t的交流成分L_AC用以表征声信号；根据实时腔长L_t的直流成分L_DC计算三波长之间的正交相位偏离百分比ε：

6)当正交相位偏离百分比ε大于某一值X时，触发正交相位锁定步骤1)和2)，控制输出满足正交相位差关系的三个波长，并在此基础上依次执行步骤3)至步骤6)，其中X的取值范围为1％～10％。