【技术实现步骤摘要】
本公开涉及光学声传感，尤其涉及一种腔长调制fp干涉型光学声传感器及校准方法。
技术介绍
1、由于光波的检测精度高、光纤工作频带宽、传输损耗小等优点，光学声传感器相比于传统的电学声传感器灵敏度和信噪比更高，频带响应更宽。同时，光学声传感器还具有结构简单、成本较低、抗电磁干扰等优点，可应用于传统电学声传感器难以正常工作的高温、高压、强腐蚀、强辐射等环境。光学声传感器在军事、工业、环保等领域具有广泛的应用前景，可用于工业故障诊断和噪音控制、安全领域监测、医疗设备的声学测试、城市噪音的检测。其中，光干涉型声传感器具有高精度与高灵敏度、宽频率范围的突出优势，但其工作点偏离时制约其实用化的瓶颈问题。
2、光干涉型声传感器在最佳工作点下，展现出最优的声响应灵敏度、线性度和动态范围。然而，受制造误差及环境影响，特别是环境温度波动的影响，传感器静态工作点会发生偏移，导致传感器对声波响应特性减弱，限制了其实际应用潜力。为应对这一挑战，当前主流方案是设计多波长或宽频带检测光路，利用正交检测信号进行相位解调，以此缓解工作点偏移问题。
3、尽管设计多波长或宽频带检测光路，利用正交检测信号进行相位解调，以此缓解工作点偏移问题的方法十分有效，但其高度依赖高精度光学组件和复杂算法，显著提升了系统成本及能耗，阻碍了其大规模应用。因此，寻求更简便、高效的解决方案，以解决光干涉型声传感器工作点偏移问题，变得尤为迫切。这不仅关乎传感器性能的稳定性提升，更有助于降低成本，促进光干涉型声传感器在更多领域的广泛应用与发展。
1、有鉴于此，本公开的主要目的在于提供一种腔长调制fp干涉型光学声传感器及校准方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
2、为实现上述目的，本公开的技术方案如下：
3、作为本公开的一个方面，提供了一种腔长调制fp干涉型光学声传感器的校准方法，包括：提供腔长调制fp干涉型光学声传感器，光学声传感器包括激光光源、光干涉型声探头、光电探测器、电压输出模块、压电陶瓷和信号采集与处理模块，压电陶瓷设置于光干涉型声探头的内部，光干涉型声探头包括一端面为光纤端面或光栅表面的干涉腔；通过电压输出模块输出交流电压以施加于压电陶瓷，控制压电陶瓷带动光干涉型声探头的光纤或光栅发生单频振动，使得光干涉型声探头的干涉腔响应单频振动，对激光光源发出的光信号进行调制，并输出被单频振动调制的光信号；在通过光电探测器接收光信号并转换为电信号后，通过信号采集与处理模块对电信号进行傅里叶变换处理，得到频谱数据数字信号；通过信号采集与处理模块从频谱数据数字信号中识别与单频振动同频的主频信号以及主频信号的倍频信号；在倍频信号的强度不满足预设条件的情况下，则通过预设程序自动控制电压输出模块输出施加于压电陶瓷上的偏置电压，来对干涉腔的腔长进行调整，直至倍频信号的强度满足预设条件。
4、作为本公开的另一个方面，提供了一种腔长调制fp干涉型光学声传感器，包括：激光光源，适用于发射光信号；光干涉型声探头，包括一端面为光纤端面或光栅表面的干涉腔，适用于响应可引起干涉腔腔长变化的机械振动，并对来自激光光源的光信号进行调制；光电探测器，适用于将来自于光干涉型声探头的经调制后的光信号转换为电信号；压电陶瓷，与干涉腔的光纤或光栅的一端固定连接，适用于在交流电压作用下发生单频振动，使得单频振动作用于干涉腔，以及在偏置电压作用下改变伸长量以调节干涉腔的腔长；电压输出模块，适用于向压电陶瓷施加交流电压和偏置电压；以及信号采集与处理模块，与电压输出模块电连接，适用于对来自于光电探测器的电信号进行傅里叶变换处理，得到频谱数据数字信号；从频谱数据数字信号中识别与单频振动同频的主频信号以及主频信号的倍频信号；以及在倍频信号的强度不满足预设条件的情况下，则通过预设程序自动控制电压输出模块输出偏置电压，来对干涉腔的腔长进行调整，直至倍频信号的强度满足预设条件。
5、从上述技术方案可以看出，本公开的腔长调制fp干涉型光学声传感器及校准方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
6、（1）本公开基于工作点偏离造成的倍频信号作为判别标准，通过驱动压电陶瓷来提供参考信号并调整腔长，可以自动识别光学声传感器工作点状态并控制其调整至最佳位置，方法简便。
7、（2）本公开由于无需借助外部参考声源来反复对激光器波长进行调整，也无需依赖高精度光学组件和复杂算法，使得光学声传感器的工作状态较为稳定，对激光器的性能要求不高，可以实现原位（或现场）实时调节，控制精度高等优势，尤其适用于工作于复杂恶劣环境的声探测设备。
8、（3）本公开由于未附加额外的光学器件和光路设计，体积小功耗低，便于便携设备应用，且结构简单、成本较低，易于实现，具有极高的推广应用价值。
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1.一种腔长调制FP干涉型光学声传感器的校准方法，包括：
2.根据权利要求1所述的校准方法，其中，所述预设条件为倍频信号的强度小于等于预设阈值；所述通过预设程序自动控制电压输出模块调节施加于压电陶瓷上的偏置电压，来对所述干涉腔的腔长进行调整，直至倍频信号的强度满足预设条件包括：
3.根据权利要求1或2所述的校准方法，还包括：在所述倍频信号的强度满足预设条件的情况下，则判定所述光学声传感器的工作点未发生偏离，对施加于所述压电陶瓷上的偏置电压进行锁定。
4.根据权利要求2所述的校准方法，其中，所述倍频信号的强度为所述倍频信号与所述主频信号的强度比值，所述预设阈值为0.0001至0.5，优选为0.01至0.1。
5.根据权利要求2所述的校准方法，其中，所述倍频信号的强度为所述倍频信号与所述频谱数字信号的本底噪声的强度比值，所述预设阈值为1至5，优选为1至3。
6.根据权利要求1所述的校准方法，其中：
7.一种腔长调制FP干涉型光学声传感器，包括：
8.根据权利要求7所述的光学声传感器，还包括电路模块，所
9.根据权利要求7所述的光学声传感器，其中，所述光干涉型声探头包括：
10.根据权利要求7所述的光学声传感器，其中，所述光干涉型声探头包括：
...【技术特征摘要】
1.一种腔长调制fp干涉型光学声传感器的校准方法，包括：
2.根据权利要求1所述的校准方法，其中，所述预设条件为倍频信号的强度小于等于预设阈值；所述通过预设程序自动控制电压输出模块调节施加于压电陶瓷上的偏置电压，来对所述干涉腔的腔长进行调整，直至倍频信号的强度满足预设条件包括：
3.根据权利要求1或2所述的校准方法，还包括：在所述倍频信号的强度满足预设条件的情况下，则判定所述光学声传感器的工作点未发生偏离，对施加于所述压电陶瓷上的偏置电压进行锁定。
4.根据权利要求2所述的校准方法，其中，所述倍频信号的强度为所述倍频信号与所述主频信号的强度比值，...
【专利技术属性】
技术研发人员：祁志美，汪海波，高鹏宇，岳研，张丽超，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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