CN107948896B - 一种光纤传声器阵列系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的光纤传声器阵列系统，包括：发射模块、光纤传声器探头、接收模块及信号解调模块，通过在发射模块中设置第一波分复用器、在接收模块中设置第三波分复用器，在发射模块与光纤传声器探头阵列之间设置第二波分复用器，基于时分波分混合复用技术，提高了该光纤传声器阵列的灵敏度、降低了传输损耗及提升了抗电磁干扰能力，解决了现有传声器阵列中灵敏度低、信号传输损耗大、抗电磁干扰能力差的问题。

Description

一种光纤传声器阵列系统
技术领域
本发明涉及声探测技术领域，特别涉及一种光纤传声器阵列系统。
背景技术
声探测技术采用被动工作方式，隐蔽性强，不易被敌方电子侦察设备发现、摧毁，而且不受通视度、能见度、复杂气象环境和复杂电磁环境的影响，广泛应用于直升机、巡航弹、无人机等低空目标的预警探测领域，以及火炮、狙击手等地面目标的战场侦察领域。随着打击对抗武器能力的提升和目标噪声控制技术的发展，对新一代声探测系统的探测距离、精度和目标识别探测能力提出了新的要求，迫使装备向低频、宽带、高精度和高分辨率方向发展。
光纤传声器作为新型传声器，具有灵敏度高、抗电磁干扰能力强、传输损耗低、传输距离远等优点。较高的灵敏度可提升声探测识别系统的作用距离；抗电磁干扰能力使其可以在强辐射、高温高湿等特殊环境下使用；并可布置于复杂地形环境，进行远距离目标探测，在战场侦察、要地防护、边境预警监控等领域有着巨大的应用潜力。为了实现声信号的有效识别与定位，需组建光纤传声器阵列，对声信号的方向和距离进行探测。当前成熟的光纤传声器产品采用强度型光纤传声器探头，其通过直接检测光强变化量得到声信号大小，若组成阵列多采用功分方式，即通过一个光源或多个光源，带动多路强度型光纤传声器，这对光源功率要求较高，无法搭建大规模阵列进行声信号的识别探测。每个光纤传声器探头自带两根光纤(输入光纤和输出光纤)，导致系统较复杂，且随着光纤长度增加，光功率损耗增大，较难实现远距离铺设，且受光强波动影响严重，较难实现多个光纤传声器探头的性能一致性。
发明内容
本发明实施例提供了一种光纤传声器阵列系统，以期解决现有传声器阵列系统存在的上述问题。
本发明实施例提供的光纤传声器阵列系统，包括：发射模块、多个光纤传声器探头、接收模块及信号解调模块。
所述发射模块包括激光器和第一波分复用器，所述第一波分复用器与所述激光器连接，用于将所述激光器发出的不同波长的光信号合为一束，并发送给所述多个光纤传声器探头；
所述光纤传声器阵列系统还包括第二波分复用器，所述第二波分复用器分别与所述多个光纤传声器探头及所述发射模块连接，用于将所述多个光纤传声器探头反射回来的不同波长的光信号合为一束并传送回发射模块，所述发射模块再将所述第二波分复用器返回的光信号发送给所述接收模块；
所述接收模块包括光电探测器和第三波分复用器，所述第三波分复用器分别与所述光电探测器及所述发射模块连接，用于接收所述发射模块发出的光信号并将其分成多个不同波段，经滤波放大后传送给所述信号解调模块。
所述信号解调模块还包括时序控制器和波形发生器，所述时序控制器用于定时向所述波形发生器发送控制信号，使所述波形发生器定时产生载波信号并发送给所述发射模块。
在一种实现方式中，所述光纤传声器探头的数量为M×N个，其中，M为所述激光器发出的光信号的束数，N为每束光对应的光纤传声器的数量，且M、N均为大于1的整数。
在一种实现方式中，所述激光器的数量为M个。
在一种实现方式中，所述发射模块还包括驱动电路，所述驱动电路根据所述信号解调模块发出的载波信号，驱动所述激光器发出带有载波信号的不同波长的激光。
在一种实现方式中，所述光纤传声器探头的阵型为线形。
在一种实现方式中，所述光纤传声器探头的阵型为圆形。
在一种实现方式中，所述光纤传声器探头为法布里-珀罗F-P干涉型光纤传声器探头。
在一种实现方式中，所述接收模块包括多个所述光电探测器和多个滤波放大器。
本发明实施例提供的光纤传声器阵列系统，包括：发射模块、光纤传声器探头、接收模块及信号解调模块，通过在发射模块中设置第一波分复用器、在接收模块中设置第三波分复用器，在发射模块与光纤传声器探头阵列之间设置第二波分复用器，基于时分波分混合复用技术，提高了该光纤传声器阵列的灵敏度、降低了传输损耗及提升了抗电磁干扰能力，解决了现有传声器阵列中灵敏度低、信号传输损耗大、抗电磁干扰能力差的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的光纤传声器阵列系统的组成结构示意图；
图2为本发明实施例提供的线形光纤传声器探头阵列的组成结构示意图；
图3为本发明实施例提供的圆形光纤传声器探头阵列的组成结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明实施例提供的光纤传声器阵列系统的组成结构示意图，如图1所示，该光纤传声器阵列系统可以包括：发射模块、多个光纤传声器探头、接收模块、信号解调模块及波分复用器15。
其中，发射模块包括：驱动电路10、多个激光器、波分复用器12、电光调制器13及环形器14。其中，驱动电路10根据所述信号解调模块发出的载波信号，驱动所述激光器发出带有载波信号的不同波长的激光，波分复用器12用于将M个激光器发出的不同波长的光信号合为一束，并将合为一束的光信号发送给多个光纤传声器探头。
在一个示例中，M个激光器分别与驱动电路10及波分复用器12连接，电光调制器13分别与波分复用器12及环形器14连接。
在一个示例中，多个光纤传声器探头可以包括：探头11、探头21、探头31…探头N1及探头1N、探头2N、探头3N…探头MN，数量为M×N个，其中，M为M个激光器发出的光信号的束数，N为每束光对应的光纤传声器的数量，且M、N均为大于1的整数。
其中，波分复用器15分别与M×N个探头及环形器14连接，用于将M×N个探头发出的不同波长的光信号合为一束。
在一个示例中，激光器的数量可以为M。
接收模块包括：波分复用器16、M个光电探测器及M个滤波放大器。
其中，波分复用器16分别与环形器14及M个光电探测器连接，用于将环形器14发出的不同波长的光信号分开。
信号解调模块包括：多个模数转换器、数据处理控制单元及数模转换器19。其中，数据处理控制单元包括时序控制器17及波形发生器18。
在一个示例中，光纤传声器探头的阵型可以为线形。
在一个示例中，光纤传声器探头的阵型可以为圆形。
在一个示例中，数据处理单元包括：时序控制器17和波形发生器18，该数据处理控制单元分别与M个模数转换器和数模转换器19连接。
时序控制器17用于定时向波形发生器18发送控制信号，使波形发生器18定时产生数据信号。
其中，该光纤传声器阵列系统的工作流程如下：
驱动电路10接收数模转换器19发出的载波信号，驱动M个激光器发出带有载波信号的不同波长的激光，波分复用器12后将这些不同波长的光信号合为一束后发送至电光调制器13；
电光调制器13接收数模转换器19发出的信号，将该载波信号加载至被合为一束的光信号中，并将加载完成的光信号发送至环形器14；
环形器14控制该光信号沿规定的端口顺序传输至波分复用器15，同时波分复用器15接收各个探头发出的不同波长的光信号合为一束，然后再通过环形器14，将合为一束的光信号发送至接收模块中的波分复用器16；
波分复用器16将合为一束的不同波段的光信号分开，通过M个光电探测器将光信号转化为电信号并通过M个滤波放大器将该电信号放大；
通过M个模数转换器将放大后的电信号转换为数字信号；
转换后的数字信号通过数据处理控制单元将声音信号提取出来，再通过信号解调模块中的数模转换器，将该数字信号还原为声音，并通过显示器显示，或通过音响播放。
其中，该光纤传声器阵列的工作原理为：通过光纤传声器探头的端面和振膜组成F-P干涉腔，目标声音引起振膜振动改变干涉谱的谐振波长，将声波调制到光波上，通过检测调制光波的谐振波长的变化解调目标声信号。
如图2及图3所示，该光纤传声器阵列的阵型可以为线形，也可以为圆形。
本发明提供的光纤传声器阵列系统，包括：发射模块、光纤传声器探头、接收模块及信号解调模块，通过在发射模块中设置第一波分复用器、在接收模块中设置第三波分复用器，在发射模块与光纤传声器探头阵列之间设置第二波分复用器，基于时分波分混合复用技术，提高了该光纤传声器阵列的灵敏度、降低了传输损耗及提升了抗电磁干扰能力，解决了现有传声器阵列中灵敏度低、信号传输损耗大、抗电磁干扰能力差的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光纤传声器阵列系统，包括：发射模块、多个光纤传声器探头、接收模块及信号解调模块，其特征在于，
所述发射模块包括激光器和第一波分复用器，所述第一波分复用器与所述激光器连接，用于将所述激光器发出的不同波长的光信号合为一束，并发送给所述多个光纤传声器探头；
所述光纤传声器阵列系统还包括第二波分复用器，所述第二波分复用器分别与所述多个光纤传声器探头及所述发射模块连接，用于将所述多个光纤传声器探头反射回来的不同波长的光信号合为一束并传送回发射模块，所述发射模块再将所述第二波分复用器返回的光信号发送给所述接收模块；
所述接收模块包括光电探测器和第三波分复用器，所述第三波分复用器分别与所述光电探测器及所述发射模块连接，用于接收所述发射模块发出的光信号并将其分成多个不同波段，经滤波放大后传送给所述信号解调模块；
所述信号解调模块还包括时序控制器和波形发生器，所述时序控制器用于定时向所述波形发生器发送控制信号，使所述波形发生器定时产生载波信号并发送给所述发射模块。
2.根据权利要求1所述的光纤传声器阵列系统，其特征在于，所述光纤传声器探头的数量为M×N个，其中，M为所述激光器发出的光信号的束数，N为每束光对应的光纤传声器的数量，且M、N均为大于1的整数。
3.根据权利要求2所述的光纤传声器阵列系统，其特征在于，所述激光器的数量为M个。
4.根据权利要求1所述的光纤传声器阵列系统，其特征在于，所述发射模块还包括驱动电路，所述驱动电路根据所述信号解调模块发出的载波信号，驱动所述激光器发出带有载波信号的不同波长的激光。
5.根据权利要求4所述的光纤传声器阵列系统，其特征在于，所述发射模块还包括电光调制器，所述电光调制器将所述信号解调模块发出的载波信号加载至被所述第一波分复用器合为一束的光信号中，并将加载完成的信号发送给所述光纤传声器探头。
6.根据权利要求1所述的光纤传声器阵列系统，其特征在于，所述光纤传声器探头的阵型为线形。
7.根据权利要求1所述的光纤传声器阵列系统，其特征在于，所述光纤传声器探头的阵型为圆形。
8.根据权利要求1所述的光纤传声器阵列系统，其特征在于，所述光纤传声器探头为法布里-珀罗F-P干涉型光纤传声器探头。
9.根据权利要求1所述的光纤传声器阵列系统，其特征在于，所述接收模块包括多个所述光电探测器和多个滤波放大器。
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