[发明专利]一种光纤光声传感器的空间域复用解调仪器及方法

权利要求书

1.一种光纤光声传感器的空间域复用解调仪器，其特征在于，包括宽谱光源、光纤分路器、多组光纤光声传感通道、玻璃片、光电二极管阵列、数据采集与处理电路及通信模块；宽谱光源发射的宽谱光被光纤分路器分成多束，同时入射到多组光纤光声传感通道，反射回的信号光分别经对应的光纤光声传感通道后，同时入射到玻璃片，从玻璃片表面反射的高斯发散光投射到光电二极管阵列的不同空间区域后被光电二极管阵列接收；数据采集与处理电路采集光电二极管阵列上的光信号，当光声压力波作用引起多组光纤光声传感通道中干涉腔长产生周期性变化时，光电二极管阵列同时探测的多个干涉条纹的峰值发生移动，经高通滤波后，通过寻峰和标定实时解调出多个干涉腔长，进而同时恢复出多组待测声波信号；通信模块对外传输解调结果。

2.根据权利要求1所述的一种光纤光声传感器的空间域复用解调仪器，其特征在于，所述空间域复用解调仪器包括两组光纤光声传感通道，第一组光纤光声传感通道包括第一通道光纤耦合器和第一通道光纤传感器接口，第二组光纤光声传感通道包括第二通道光纤耦合器和第二通道光纤传感器接口，宽谱光源发射的宽谱光被光纤分路器分成两束，同时入射到第一通道光纤耦合器和第二通道光纤耦合器后，经第一通道光纤耦合器入射到第一通道光纤传感器接口，经第二通道光纤耦合器入射到第一通道光纤传感器接口；反射回的信号光分别经第一通道光纤耦合器和第二通道光纤耦合器后，同时入射到玻璃片，从玻璃片表面反射的高斯发散光被光电二极管阵列接收。

3.根据权利要求2所述的一种光纤光声传感器的空间域复用解调仪器，其特征在于，所述玻璃片相对地面水平，第一通道光纤耦合器以及第二通道光纤耦合器入射到玻璃片表面的光均相对玻璃片倾斜45°。

4.根据权利要求2所述的一种光纤光声传感器的空间域复用解调仪器，其特征在于，所述光电二极管阵列探测到的光强表示为：

I(r,z)＝∫I₁(d₁,λ)A_g(Δ_OPD,λ)dλ+∫I₂(d₂,λ)A_g(Δ_OPD,λ)dλ (1)

式中，I₁和I₂分别是从两个光纤光声传感器反射的干涉光强，d₁和d₂分别是两个光纤光声传感器的干涉腔长，λ是光波长，A_g是光入射到玻璃片产生的干涉系数，Δ_OPD是玻璃片的下表面和上表面的光程差；

其中，

式中，I₀(λ)为宽谱光源的光强，γ₁和γ₂分别是两个光纤光声传感器的干涉条纹对比度；

当光声压力波作用引起两个光纤光声传感器中干涉腔长产生周期性变化时，光电二极管阵列探测的两个干涉条纹的峰值发生移动，经高通滤波后，通过寻峰和标定实时解调出两个干涉腔长，干涉腔长中的交流分量即为待测声波信号。

5.根据权利要求2所述的一种光纤光声传感器的空间域复用解调仪器，其特征在于，所述宽谱光源的谱宽超过40nm。

6.根据权利要求2所述的一种光纤光声传感器的空间域复用解调仪器，其特征在于，所述光纤分路器的分光比为50:50。

7.根据权利要求2所述的一种光纤光声传感器的空间域复用解调仪器，其特征在于，所述第一通道光纤耦合器和第二通道光纤耦合器的光耦合比为50:50。

8.根据权利要求2所述的一种光纤光声传感器的空间域复用解调仪器，其特征在于，所述玻璃片的厚度是光纤光声传感器腔长的1.5倍。

9.根据权利要求2所述的一种光纤光声传感器的空间域复用解调仪器，其特征在于，所述光电二极管阵列中光电二极管的数量不少于512个，每个光电二极管与玻璃片的夹角为45°。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种光纤光声传感器的空间域复用解调仪器的方法，其特征在于，将不同光纤光声传感通道反射的光信号投射到光电二极管阵列的不同空间区域，数据采集与处理电路采集光电二极管阵列上的空间光信号并解调处理，对多个光纤光声传感通道无干扰同时解调。