一种光纤声波传感器信号解调方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种光纤声波传感器信号解调方法及系统，其不同之处在于，包括以下步骤：步骤1：光源提供的宽带光经过光纤声波传感器，宽带光发生干涉；步骤2：干涉后的宽带光经过筛选后成为N路波长间隔一定的窄带光；步骤3：由所述窄带光的N路不同波长得到对应的N路干涉光强；将所述N路干涉光强转换成为N路对应的电压信号；步骤4：对N路电压信号多通道采样，采样出N个解调工作点电压；步骤5：得到强度解调效果最佳的一路信号，作为解调信号；步骤6：所述解调信号经过处理和还原，成为声波信号。本发明专利技术增加了解调稳定性和可靠性，提高光纤声波传感器的批量实用化能力。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤声波传感器信号解调方法及系统
本专利技术涉及光纤传感
，尤其涉及一种光纤声波传感器信号解调方法及系统。
技术介绍
基于薄膜换能的光纤EFPI声波传感器具有结构紧凑、体积小、无源无金属、灵敏度高和抗电磁干扰等优良特点，在高压变电监测、工业异常声响预警、军事声波雷达和安防侦听等领域具有巨大的应用潜力。光纤传感器的信号解调技术是光纤传感系统重要的组成部分，一个合适的光信号解调方案可以使传感器始终工作在最佳的状态，并且能使整个传感系统在保持高性能的情况下降低硬件成本和操作复杂度。强度解调具有解调速度快、结构简单、灵敏度高等特点，尤其对于小信号的检测非常有用，因此在高压变电设备局部放电、非接触式超声检测、微弱振动信号、工业应力波测量等领域具有应用潜力。但是强度解调也存在不少的缺陷，第一是EFPI传感器的反射光谱会随着环境温度和湿度发生漂移，这就引起强度解调的线性静态工作点也发生移动，静态工作点从线性区移动到非线性区导致解调结果不稳定，甚至无法解调；第二是强度解调的动态范围小，当外界待测物理量的大小超过一定范围时，解调结果会出现严重的非线性失真；第三是强度解调对于光源的输出功率稳定性和光电探测器件的精确度要求较高，否则系统会引入过多的光学噪声和电学噪声。为改善强度解调的上述缺陷，现有较为成熟的强度解调技术，包括静态工作点控制法、自补偿法、正交解调法、三波长正交解调法。但是上述针对光纤EFPI声波传感器的强度解调方案一般采用反馈机制去调节波长使解调工作点位于线性区间之内，存在反馈调节复杂、解调实时性差等缺陷，还有在应对干涉光谱温度漂移和探头一致性差等关键问题时，解调稳定性和可靠性无法保证，严重地限制了光纤EFPI声波传感器的批量实用化能力。鉴于此，为克服上述技术缺陷，提供一种光纤声波传感器信号解调方法及系统成为本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种光纤声波传感器信号解调方法及系统，增加了解调稳定性和可靠性，提高光纤声波传感器的批量实用化能力。为解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：一种光纤声波传感器信号解调方法，其不同之处在于，包括以下步骤：步骤1：光源提供的宽带光经过光纤声波传感器，声压变化引起光纤声波传感器内部腔长变化，宽带光发生干涉；步骤2：干涉后的宽带光经过筛选后成为N路波长间隔一定的窄带光，N为大于或等于1的整数；步骤3：由所述窄带光的N路不同波长得到对应的N路干涉光强；将所述N路干涉光强转换成为N路对应的电压信号；步骤4：对N路电压信号多通道采样，采样通道以相位差为2π/N进行采样，采样出N个解调工作点电压，经过模数转换后，对每一路解调工作点电压求平均值；步骤5：求得结果经过比较，得到强度解调效果最佳的一路信号，作为解调信号；步骤6：所述解调信号经过处理和还原，成为声波信号。按以上技术方案，所述光源为放大自发辐射光源。按以上技术方案，所述步骤2中，利用密集型波分复用器作为波长选择器，对光纤声波传感器中反射和干涉完成的宽带光进行筛选，选择出波长间隔一定的N路窄带光。一种光纤声波传感器信号解调系统，其不同之处在于：其包括光学部分和电学部分，所述光学部分包括：光源、环形器、密集型波分复用器、光纤声波传感器，所述电学部分包括光电探测器、ADC数据采集卡、FPGA处理器；由所述光源产生宽带光经过环形器后进入光纤声波传感器，外界待测声压改变光纤声波传感器F-P腔的腔长，引起F-P腔光程差的变化，干涉使光程差的变化继而转化为干涉光强的变化；宽带光在传感器中发生干涉后经过环形器进入所述密集型波分复用器，密集型波分复用器在宽带光中滤出波长间隔相同的N路窄带光，筛选完成的N路窄带光的干涉光强经过光电探测器转换成N路电压信号，N路电压信号经过ADC数据采集卡以N通道进行采样，通道间相位差为2π/N，采样选择出N个不同的解调工作点电压，进行模数转换成为N路数字电压信号；N路数字电压信号进行比较，选择出强度解调效果最佳的一路作为解调信号，所述解调信号通过FPGA处理器的处理和还原，成为声波信号。按以上技术方案，所述N路数字信号同时进入解调工作点选择模块和N通道选择器，通过解调工作点选择模块得出N路数字信号中强度解调效果最佳一路信号的通道号。按以上技术方案，所述解调工作点选择模块包括N个基于FIFO的滑动平均滤波器和一个N路比较器。按以上技术方案，所述N通道选择器，根据所述解调工作点选择模块输出的强度解调效果最佳一路信号的通道号，输出对应通道号的信号作为解调信号。按以上技术方案，所述光纤声波传感器为双光束光纤干涉仪结构。按以上技术方案，所述光纤声波传感器由削平的单模光纤端面和声敏薄膜构成一个F-P腔，通过F-P腔的声压敏感薄膜换能，改变腔长，腔长变化引起光源发出的光产生干涉，干涉光强变化量ΔΙFP(λ)与声压P之间形成一定的系数关系，实现对外界待测声压的测量。按以上技术方案，所述ADC数据采集卡实现对光电探测器输出电压的采样、量化和数字编码输出，包括低速AD7606和高速AD9226两款数据采集卡，分别用于可听声和超声波的数据采集，数据采集卡均由FPGA产生的时序控制。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)有效地解决强度解调受温漂影响静态工作点消隐或失真的问题，提高了光纤EFPI声波传感器的解调稳定性和实用性。该强度解调法能够解决解调工作点消隐或者严重失真的问题，并且能自适应各传感器探头的腔长误差性，特别是在大规模制作和使用探头时，使每一个传感器探头都能保证较好的强度解调效果，对于光纤EFPI声波传感器的实用化和批量化具有重要的作用；(2)设计和搭建了三波长自适应强度解调法系统，包括光源、DWDM和光电探测器等器件的参数选型，开发和制作了AD7606和AD9226两款数据采集卡，节约了系统成本；(3)本系统可探测可听声和超声波，系统部分器件根据探测对象有所不同。附图说明图1为本专利技术实施例的系统结构示意图；图2为本专利技术实施例的解调工作点选择模块的结构示意图；其中，1-光源，2-环形器，3-密集型波分复用器，4-光电探测器，5-ADC数据采集卡，6-FPGA处理器，7-SD存储卡，8-声卡，9-上位机，10-光纤声波传感器，11-滑动平均滤波器，12-比较器。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在下文中，将参考附图来更好地理解本专利技术的许多方面。附图中的部件未必按照比例绘制，重点在于清楚地说明本专利技术的部件。此外，在附图中的若干视图中，相同的附图标记指示相对应零件。如本文所用的词语“示例性”或“说明性”表示用作示例、例子或说明。在本文中描述为“示例性”或“说明性”的任何实施方式未必理解为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤声波传感器信号解调方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：光源提供的宽带光经过光纤声波传感器，声压变化引起光纤声波传感器内部腔长变化，宽带光发生干涉；/n步骤2：干涉后的宽带光经过筛选后成为N路波长间隔一定的窄带光，N为大于或等于1的整数；/n步骤3：由所述窄带光的N路不同波长得到对应的N路干涉光强；将所述N路干涉光强转换成为N路对应的电压信号；/n步骤4：对N路电压信号多通道采样，采样通道以相位差为2π/N进行采样，采样出N个解调工作点电压，经过模数转换后，对每一路解调工作点电压求平均值；/n步骤5：求得结果经过比较，得到强度解调效果最佳的一路信号，作为解调信号；/n步骤6：所述解调信号经过处理和还原，成为声波信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种光纤声波传感器信号解调方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：光源提供的宽带光经过光纤声波传感器，声压变化引起光纤声波传感器内部腔长变化，宽带光发生干涉；
步骤2：干涉后的宽带光经过筛选后成为N路波长间隔一定的窄带光，N为大于或等于1的整数；
步骤3：由所述窄带光的N路不同波长得到对应的N路干涉光强；将所述N路干涉光强转换成为N路对应的电压信号；
步骤4：对N路电压信号多通道采样，采样通道以相位差为2π/N进行采样，采样出N个解调工作点电压，经过模数转换后，对每一路解调工作点电压求平均值；
步骤5：求得结果经过比较，得到强度解调效果最佳的一路信号，作为解调信号；
步骤6：所述解调信号经过处理和还原，成为声波信号。


2.根据权利要求1所述的光纤声波传感器信号解调方法，其特征在于：所述光源为放大自发辐射光源。


3.根据权利要求1所述的光纤声波传感器信号解调方法，其特征在于：所述步骤2中，利用密集型波分复用器作为波长选择器，对光纤声波传感器中反射和干涉完成的宽带光进行筛选，选择出波长间隔一定的N路窄带光。


4.一种光纤声波传感器信号解调系统，其特征在于：其包括光学部分和电学部分，所述光学部分包括：光源、环形器、密集型波分复用器、光纤声波传感器，所述电学部分包括光电探测器、ADC数据采集卡、FPGA处理器；
由所述光源产生宽带光经过环形器后进入光纤声波传感器，外界待测声压改变光纤声波传感器F-P腔的腔长，引起F-P腔光程差的变化，干涉使光程差的变化继而转化为干涉光强的变化；宽带光在传感器中发生干涉后经过环形器进入所述密集型波分复用器，密集型波分复用器在宽带光中滤出波长间隔相同的N路窄带光，筛选完成的N路窄带光的干涉光强经过光电探测器转换成N路电压信号，N路...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈浩，郭灿，柴世一，李其良，陈小威，吕辉，官成钢，
申请(专利权)人：武汉凹伟能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42