CN110044466A - 光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调方法及系统 - Google Patents

光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调方法及系统 Download PDF

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CN110044466A CN201910403491.7A CN201910403491A CN110044466A CN 110044466 A CN110044466 A CN 110044466A CN 201910403491 A CN201910403491 A CN 201910403491A CN 110044466 A CN110044466 A CN 110044466A
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Abstract

本发明公开了一种光纤Fabry‑Perot水听器的双波长非线性声压解调方法及系统，属于光纤传感技术领域。其中方法包括以下步骤：1)获取两路反射谱；2)设置两路激光器工作波长，分别确定初始相位；3)反射谱相位转换、曲线拟合及求解反函数；4)分别计算光相位的改变量，确定腔长变化量；5)根据耦合模型解调非线性声压。本发明提供的光纤Fabry‑Perot水听器的双波长非线性声压解调方法及系统具有无理论声压解调上限，解调精度高，克服相位模糊，解调灵活，能对解调结果的准确性给予评价等优点。

Description

光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调方法及 系统
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及水听器的声压解调技术。
背景技术
高强度聚焦超声(High intensity focused ultrasound,HIFU)近年来在受到了广泛关注，发展十分迅速。首先，HIFU可以作为医学、物理学、化学和材料学等学科领域的一种全新的研究平台。其次，HIFU作为声学领域里的极端条件，其在各领域的重大创新研究不亚于超高压、超真空、强磁场、强辐射、高低温等已为我们所熟知的极端条件，其研究成果对推动我国科学技术与社会经济发展具有重要意义。而声压作为HIFU最为核心的一个参数，准确测量与解调声压大小就显得格外重要。
然而由于HIFU声场具有声焦域尺寸小，高温效应，空化效应，机械效应等明显特点，至今为止对声压的测量与解调还没有一种完全理想的方法。光纤Fabry-Perot水听器由于具有空间分辨率高、温度不敏感、受声场空化影响小、灵敏度高、抗电磁干扰能力强等优点，是一种理想的声压测量传感器。目前，光纤Fabry-Perot水听器主要采用最佳线性偏置点直接测量法进行声压的解调，这种是一种线性的解调方法，利用干涉信号的线性段将声压引起相位的变化转化为线性的光强变化，从而实现声压解调。但是这种方法也存在如下缺点：1)由于线性范围很窄，超过线性范围之后解调出的声压明显小于实际声压，导致计算误差大；2)由于是一种线性的解调方法，干涉信号输出存在上限，因此存在声压解调上限限制；3)存在相位模糊问题，即声压引起的相位变化在极值点附近时，光纤Fabry-Perot水听器对相位的微小变化将极不敏感，相位的微小变化几乎不引起干涉信号的变化，同时也不能确定相位的变化是增大还是减小；4)无法灵活解调，由于正负声压大小通常不对称，正负声压引起的腔长增加量和腔长减小量也不同，导致输出信号差距较大；5)无法对解调出的声压结果的准确性给予评价。受限于这五方面的问题，光纤Fabry-Perot水听器采用最佳线性偏置点直接测量法进行声压解调时，受到极大的限制。
发明内容
本发明的目的是针对现有的不足，提供一种光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调系统及方法，可以有效的改善上述问题，具有无理论声压解调上限，解调精度高，克服相位模糊，解调灵活，能对解调结果的准确性给予评价等优点。
本发明解决上述技术问题的方案如下：
第一方面，本发明提供一种光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调方法，本方法同时将两束工作波长不同的激光输入光纤Fabry-Perot水听器，两路激光分别受到声压的调制，分析两路激光调制后的信号即可分别解调出声压引起的Fabry-Perot腔的腔长变化量，最后结合光纤Fabry-Perot水听器与声场的耦合模型解调出声压。本方法包括以下步骤：
1、获取两路反射谱：首先，关闭超声换能器的输出，保证超声波未作用到光纤Fabry-Perot水听器上；然后，两路激光器工作，数据采集卡采集光电探测器的输出电压V随任意一路波长可调谐激光器波长λ变化的离散点数据，即两路反射谱。
2、设置两路激光器工作波长，分别确定初始相位：对反射谱进行傅里叶变换，计算出Fabry-Perot腔腔长L，并分别设置两路激光器的工作波长。两路激光的波长满足：对应波分复用器两个不同通道，且两个波长对应反射谱上的电压不能相同。完成工作波长设置后根据分别确定超声波未作用到光纤Fabry-Perot水听器时的初相位φ10和φ20，其中na为Fabry-Perot腔腔内空气折射率。
3、反射谱相位转换、曲线拟合及求解反函数：根据将反射谱转换为输出电压V与光相位φ的离散点数据，并进行最小二乘拟合，建立输出电压V与光相位φ的函数关系V(φ)，拟合形式为：
式中y0、A、xc、w都为待拟合的参数，求式(1)的反函数V-1(φ)得到光相位φ与输出电压V的函数关系为：
式中k为整数。
4、分别计算光相位的改变量，确定腔长变化量：打开超声换能器的输出，使超声波作用到光纤Fabry-Perot水听器上，分别记录超声波作用到光纤Fabry-Perot水听器后两路光电探测器的输出电压，根据步骤3中光相位与输出电压的函数关系分别计算超声波作用后的终相位φ11和φ21，然后结合初相位φ01和φ02分别得到两路激光的相位变化量Δφ1和Δφ2，并根据Fabry-Perot腔腔长L和两路激光器的工作波长分别计算出超声波引起的Fabry-Perot腔腔长变化量ΔL1和ΔL2。
5、根据耦合模型解调非线性声压：根据Fabry-Perot腔腔长变化量ΔL1和ΔL2，再结合光纤Fabry-Perot水听器与声场的耦合模型分别解调出两路激光下非线性声压P1和P2为：
其中T2、T1为声压透射系数，E为石光纤的杨氏模量，f为超声波的频率，c为超声波在光纤中的声速。
第二方面，本发明提供的实现上述方法的光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调系统，系统包括：光纤Fabry-Perot水听器、超声换能器、两路波长可调谐激光器、两个光纤耦合器、光纤环形器、波分复用器、两个光电探测器和数据采集卡。两路波长可调谐激光器输出的两路波长不同的激光混合后经过光纤环形器到达光纤Fabry-Perot水听器，两路激光同时经超声换能器受到超声波调制后经过光纤环形器，到达波分复用器分离为两路不同波长的激光，或者直接到达波分复用器分离为两路不同波长的激光，两路激光同时进行光电转换后分别输出两路电压信号，一路接入数据采集卡，另一路接输出端。
上述系统中使用的光纤Fabry-Perot水听器的结构包括：单模光纤、反射光纤和石英毛细管，所述石英毛细管、所述单模光纤、所述反射光纤的外径相同，所述石英毛细管的两端分别与所述单模光纤和反射光纤熔接，所述石英管内的空气腔作为干涉腔；在所述空气腔的两个反射面之间自然构成光纤Fabry-Perot水听器的Fabry-Perot腔。
上述系统可以是如下的具体形式：所述波长可调谐激光器通过所述第一光纤耦合器进入光纤环形器一端的一臂，光纤环形器一端的另一臂与所述第二光纤耦合器连接，第二光纤耦合器的一端的一臂与所述波分复用器连接，第二光纤耦合器的一端的另一臂与所述光电探测器输入端连接，光纤环形器另一端与所述光纤Fabry-Perot水听器连接，所述波分复用器另一端与所述光电探测器输入端连接，所述光电探测器输出端一端连接所述数据采集卡，另一端连接输出端。
上述系统也可以是如下另一种具体形式：所述波长可调谐激光器通过所述第一光纤耦合器进入光纤环形器一端的一臂，光纤环形器一端的另一臂与所述波分复用器连接，光纤环形器另一端与所述光纤Fabry-Perot水听器连接，所述波分复用器另一端与所述光电探测器输入端连接，所述光电探测器输出端一端连接所述数据采集卡，另一端连接输出端。
本发明具有的有益的效果是：
1、本发明提供的光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调方法及系统，克服了最佳线性偏置点直接测量法线性解调时存在声压解调上限的限制。本方法可以准确解调饱和信号波形，并且理论上不存在声压解调上限的限制，极大的扩大了声压解调范围。
2、本发明提供的光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调方法及系统，相比最佳线性偏置点直接测量法的解调准确性更高。
3、本发明提供的光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调方法及系统，由于两路激光器的工作波长不同，如果一路信号刚好处于相位模糊点附近，但是由于两路信号初始相位不同，则另一路信号一定不会处在相位模糊点附近，也就不受相位模糊的影响。
4、本发明提供的光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调方法及系统，声压解调非常灵活，能分别解调正负声压。当正负声压大小不对称时，引起的腔长增加量和腔长减小量也不同，导致输出电压差距较大，可以分别设置不同的工作波长使得两路输出电压尽可能大，可有针对性的解调声压引起的腔长增加量和腔长减小量。
5、本发明提供的光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调方法及系统，能对解调的声压结果的准确性给予评价。正常情况下，声场引起的Fabry-Perot腔的腔长变化量始终恒定，两路激光解调出的声压P1和P2应该是相同的。如果两路信号解调出的声压不一致，即可确定光纤Fabry-Perot水听器在测量中已损坏或者有系统故障，此时解调的结果不可靠，能够避免粗大误差。这种评价能力能够极大的提高声压解调的可靠性和准确性，防止无效声压的干扰。
因此，光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调方法及系统对准确解调HIFU声场，具有独特的优势和潜在的实用价值。
附图说明
图1是光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调系统涉及的光纤Fabry-Perot水听器结构示意图。
图2是光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调系统的实施例1的系统框图。
图3是光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调系统的实施例2的系统框图。
图4是本发明提供的光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调方法的解调流程图。
图5是光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调系统的实施例2的第一路反射谱曲线。
图6是光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调系统的实施例2的第二路反射谱曲线。
图7是光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调系统的实施例2的第一路输出信号。
图8是光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调系统的实施例2的第二路输出信号。
图中：001.反射光纤、002.石英毛细管、003.输入/输出单模光纤、101.PC机、102.第一波长可调谐激光器、103.第二波长可调谐激光器、104.第一光纤、105.第二光纤、106.第一光纤耦合器、107.第三光纤、108.光纤环形器、109.第四光纤、110.光纤Fabry-Perot水听器、111.超声换能器、112.第五光纤、113.第二光纤耦合器、114.第六光纤、115.第七光纤、116.波分复用器、117.第八光纤、118.第九光纤、119.第一光电探测器、120.第二光电探测器、121.输出端、122.数据采集卡、201.PC机、202.第一波长可调谐激光器、203.第二波长可调谐激光器、204.第一光纤、205.第二光纤、206.光纤耦合器、207.第三光纤、208.光纤环形器、209.第四光纤、210.光纤Fabry-Perot水听器、211.超声换能器、212.第五光纤、213.波分复用器、214.第六光纤、215.第七光纤、216.第一光电探测器、217.第二光电探测器、218.输出端、219.数据采集卡。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调系统
图1是本发明提供的光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调系统涉及的光纤Fabry-Perot水听器结构示意图，该光纤Fabry-Perot水听器包括：单模光纤、反射光纤和石英毛细管，所述石英毛细管的两端分别与所述单模光纤和反射光纤熔接，所述石英管内的空气腔作为干涉腔，在空气腔的两个反射面之间自然构成光纤Fabry-Perot水听器的Fabry-Perot腔。
参见图2，本发明中的光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调系统结构包括：PC机101、超声换能器111、第一波长可调谐激光器102、第二波长可调谐激光器103、第一光纤耦合器106、光纤环形器108、光纤Fabry-Perot水听器110、第二光纤耦合器113、波分复用器116、第一光电探测器119、第二光电探测器120、输出端121、数据采集卡122等。
超声换能器111输出后，调节光纤Fabry-Perot水听器110位于超声换能器111的焦域位置。关闭超声换能器111，获取两路输出电压随波长变化的反射谱信号。第一波长可调谐激光器102或第二波长可调谐激光器103任意一路激光器输出不同波长的激光，第二光电探测器120得到不同波长下的输出电压。开启超声换能器111。
PC机101根据两路反射谱信号分别设置第一波长可调谐激光器102输出波长λ1，第二波长可调谐激光器103输出波长λ2，λ1和λ2不能相同，并且对应波分复用器的不同通道。
波长为λ1、λ2的两路激光分别经过第一光纤104和第二光纤105传输进入第一光纤耦合器106耦合为一路混合激光后，经过光纤环形器108一端进入光纤Fabry-Perot水听器110。声压调制后的混合激光反射回光纤环形器108的另一端，经过第二光纤耦合器113按比例分离成两束混合激光，其中一路混合激光再通过波分复用器116分离成λ1、λ2波长的激光。只有波长λ1进入第一光电探测器119，同样只有波长λ2进入第二光电探测器120；至此，两个光电探测器实现对两个波长的光分别同时进行光电转换，在转换后的电压信号一路接入数据采集卡122，另一路接输出端121。
本实施例中第一光纤耦合器106可以用波分复用器代替，属于同等替代，同样能实现发明目的。
本实施例中光纤环形器108可以采用光隔离器和光纤耦合器代替，同样能够实现发明目的。
本实施例中波分复用器116可以采用光纤耦合器和可调谐FP滤波器或光纤光栅代替，同样能够实现发明目的。
本实施例中第二光电探测器120是二输入二输出光电探测器，也可以采用两个一输入一输出光电探测器代替，同样能够实现发明目的。
本实施例中超声换能器可以是球形超声换能器，也可以是环形超声换能器。
实施例2：光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调系统
参见图3，本发明中的光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调系统结构包括：PC机201、第一波长可调谐激光器202、第二波长可调谐激光器203、光纤耦合器206、光纤环形器208、光纤Fabry-Perot水听器210、波分复用器213、第一光电探测器216、第二光电探测器217、输出端218、数据采集卡219等。
超声换能器211输出后，调节光纤Fabry-Perot水听器210位于超声换能器211的焦域位置。关闭超声换能器211，获取两路输出电压随波长变化的反射谱信号。第一波长可调谐激光器202或第二波长可调谐激光器203任意一路激光器输出不同波长的激光，第一光电探测器216和第二光电探测器217同时得到两路不同波长下的输出电压。开启超声换能器211。
PC机201根据两路反射谱信号分别设置第一波长可调谐激光器202输出波长λ1，第二波长可调谐激光器203输出波长λ2，λ1和λ2不能相同，并且对应波分复用器的不同通道。
波长为λ1、λ2的两路激光分别经过第一光纤204和第二光纤205传输进入光纤耦合器206耦合为一路混合激光后，经过光纤环形器208一端进入光纤Fabry-Perot水听器210。声压调制后的混合激光反射回光纤环形器208的另一端，通过波分复用器213将λ1、λ2波长的激光进行分离。只有波长λ1进入第一光电探测器216，同样只有波长λ2进入第二光电探测器217；至此，两个光电探测器实现对两个波长的光分别同时进行光电转换，在转换后的电压信号一路接入数据采集卡219，另一路接输出端218。
本实施例中光纤耦合器206可以用波分复用器代替，属于同等替代，同样能实现发明目的。
本实施例中光纤环形器208可以采用光隔离器和光纤耦合器代替，同样能够实现发明目的。
本实施例中波分复用器213可以采用光纤耦合器和可调谐FP滤波器或光纤光栅代替，同样能够实现发明目的。
本实施例中超声换能器可以是球形超声换能器，也可以是环形超声换能器。
实施例3：光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调方法
本实施例是提供光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调方法，应用于上述的光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调系统，下面结合附图对本方法的步骤详细描述如下：
1、获取两路反射谱信号：首先需要关闭超声换能器211，数据采集卡采集两个光电探测器的输出电压V随任意一路波长可调谐激光器波长λ变化的反射谱信号。第一波长可调谐激光器202、第二波长可调谐激光器203和数据采集卡219开始工作，数据采集卡219采集第一光电探测器216和第二光电探测器217的输出电压V随任意一路波长可调谐激光器波长λ变化的离散点数据，即两路反射谱，如图4和图5所示。由于波分复用器213的存在，导致每个探测器只能获取一部分反射谱信号。然后开启超声换能器211。
2、设置两路激光器工作波长，分别确定初始相位：对反射谱进行傅里叶变换，计算出Fabry-Perot腔腔长L，并分别设置两路激光器的工作波长。两路激光的波长满足：对应波分复用器两个不同通道，且两个波长对应反射谱上的电压不能相同。由于相同声压作用下，引起的腔长变化量相同，通过设置不同的激光器工作波长可以改变光相位的变化量不同，进而使得不同工作波长下的系统输出电压不同。
将一路激光器工作波长设置在图5中A点位置，此时正声压引起的腔长变化量对应的输出电压变化大，负声压引起的腔长变化量对应的输出电压变化小。同样腔长变化量下，正声压引起的输出的电压信号变化足够大，所以能够更加精确解调。同理，将另一路激光器工作波长设置在图6中B点位置，此时负声压引起的腔长变化量对应的输出电压变化大，正声压引起的腔长变化量对应的输出电压变化小。同样腔长变化量下，负声压引起的输出的电压信号变化足够大，所以能够更加精确解调负声压。完成工作波长设置后分别确定超声波未作用到光纤Fabry-Perot水听器时的初相位φ10和φ20，光相位φ可表示为
式中na为Fabry-Perot腔内空气折射率。
3、反射谱相位转换、曲线拟合及求解反函数：光纤Fabry-Perot水听器210属于低精细度水听器，从光纤Fabry-Perot水听器210反射回光电探测器的光强Ir可近似为
Ir＝2R(1-cosφ)Ii (2)
式中Ii为波长可调谐激光器的输出光强，R为Fabry-Perot腔内空气-光纤界面反射率。由式(2)可得，输出的反射光强是激光器波长λ和腔长L的双值函数，是相位φ的单值函数，改变波长和腔长都能引起反射光强的变化。由于光在从光纤Fabry-Perot水听器210反射回光电探测器的过程中会引入附加相位，并且获取的反射谱为离散点数据，如果需要建立任意相位与输出电压的关系就需要对反射谱信号进行曲线拟合。因此，根据式(1)将反射谱转换为输出电压V与光相位φ的离散点数据，并进行最小二乘拟合，建立输出电压V与光相位φ的函数关系V(φ)，拟合形式为：
式中y0、A、xc、w都为待拟合的参数，求式(3)的反函数V-1(φ)得到光相位φ与输出电压V的函数关系为：
式中k为整数。
4、分别计算光相位的改变量，确定腔长变化量：分别记录超声波作用到光纤Fabry-Perot水听器后两路光电探测器的输出电压，解调正声压的输出信号如图7所示，解调负声压的输出信号如图8所示。根据步骤3中光相位与输出电压的函数关系分别计算超声波作用后的终相位φ11和φ21，然后结合初相位φ01和φ02分别得到两路激光的相位变化量Δφ1和Δφ2，并根据Fabry-Perot腔腔长L和两路激光器的工作波长分别计算出超声波引起的Fabry-Perot腔腔长变化量ΔL1和ΔL2。
5、根据耦合模型解调非线性声压：根据Fabry-Perot腔腔长变化量ΔL1和ΔL2，再结合光纤Fabry-Perot水听器与声场的耦合模型分别解调出两路激光下非线性声压P1和P2。
其中T2、T1为声压透射系数，E为石光纤的杨氏模量，f为超声波的频率，c为超声波在光纤中的声速。
本实施例中，两激光器工作波长并非只能设置在图中A点和B点位置，只要两路工作波长满足：对应波分复用器两个不同通道，且两个波长对应反射谱上的电压不能相同，也能实现发明目的。
本发明提供的解调方法是相互独立的同时进行声压测量。由于不是采用的类似最佳线性偏置点直接测量法的线性解调，所以克服了声压解调上限的限制，极大的扩大了声压解调范围，解调准确性也就更高。同时由于两路激光器的工作波长不同，如果一路信号刚好处于相位模糊点附近，但是由于两路信号初始相位不同，则另一路信号一定不会处在相位模糊点附近，保证了至少一路信号不受相位模糊的影响。此外，由于两路激光同时受到声压的调制，而腔长变化是相同的，所以只有解调出的声压是相同的，才能确定此次测量结果可靠，否则可能光纤Fabry-Perot水听器还没完成测量即已损坏或者出现系统故障，能够避免粗大误差，能够极大的提高声压解调的可靠性和准确性。
最后，需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
(1)获取反射谱：首先，关闭超声换能器的输出，保证超声波未作用到光纤Fabry-Perot水听器上；然后，两路激光器工作，数据采集卡采集光电探测器的输出电压V随各自对应的波长可调谐激光器波长λ变化的离散点数据，即两路反射谱；
(2)设置两路激光器工作波长，分别确定初始相位：对反射谱进行傅里叶变换，计算出Fabry-Perot腔腔长L，并分别设置两路激光器的工作波长，两个工作波长对应波分复用器两个不同通道，完成工作波长设置后，根据分别确定超声波未作用到光纤Fabry-Perot水听器时的初相位φ10和φ20，其中na为Fabry-Perot腔腔内空气折射率；
(3)反射谱相位转换、曲线拟合及求解反函数：根据将反射谱转换为输出电压V与光相位φ的离散点数据，并进行拟合，建立输出电压V与光相位φ的函数关系V(φ)，求反函数得到光相位φ与输出电压V的函数关系V-1(φ)；
(4)分别计算光相位的改变量，确定腔长变化量：两路激光器仍然同时保持步骤(2)中设置的工作波长输出，然后，打开超声换能器的输出，使超声波作用到光纤Fabry-Perot水听器上；分别记录超声波作用到光纤Fabry-Perot水听器后两路光电探测器的输出电压，根据步骤(3)中光相位与输出电压的函数关系分别计算超声波作用后的终相位φ11和φ21，然后结合初相位φ01和φ02分别得到两路激光的相位变化量Δφ1和Δφ2，并根据Fabry-Perot腔腔长L和两路激光器的工作波长分别计算出超声波引起的Fabry-Perot腔腔长变化量ΔL1和ΔL2；
(5)根据耦合模型解调非线性声压：根据Fabry-Perot腔腔长变化量ΔL1和ΔL2，再结合光纤Fabry-Perot水听器与声场的耦合模型分别解调出两路激光下非线性声压P1和P2。
2.根据权利要求1所述的光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调方法，其特征在于：步骤(2)中两路激光的波长满足：对应波分复用器两个不同通道，且两个波长对应反射谱上的电压不能相同。
3.根据权利要求1所述的光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调方法，其特征在于：步骤(3)中的曲线拟合是对输出电压V与光相位φ采用最小二乘拟合，拟合形式为：
式中y0、A、xc、w都为待拟合的参数。
4.根据权利要求3所述的光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调方法，其特征在于：步骤(4)所述的光相位的终相位是根据式(2)计算得到。求式(1)的反函数V-1(φ)得到光相位φ与输出电压V的函数关系为：
式中k为整数。
5.根据权利要求1所述的光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调方法，其特征在于：步骤(5)采用解调声压采用声压解调公式：
式中ΔL为Fabry-Perot腔腔长变化量，T2、T1为声压透射系数，E为石光纤的杨氏模量，f为超声波的频率，c为超声波在光纤中的声速。
6.实现权利要求1-5所述方法的光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调系统，其特征在于：所述声压解调系统包括光纤Fabry-Perot水听器、超声换能器、两路波长可调谐激光器、两个光纤耦合器、光纤环形器、波分复用器、两个光电探测器和数据采集卡；两路波长可调谐激光器输出的两路波长不同的激光混合后经过光纤环形器到达光纤Fabry-Perot水听器，两路激光同时经超声换能器受到超声波调制后经过光纤环形器，到达波分复用器分离为两路不同波长的激光，或者直接到达波分复用器分离为两路不同波长的激光，两路激光同时进行光电转换后分别输出两路电压信号，一路接入数据采集卡，另一路接输出端。
7.根据权利要求6所述的光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调系统，其特征在于：所述光纤Fabry-Perot水听器包括单模光纤、反射光纤和石英毛细管，所述石英毛细管、所述单模光纤、所述反射光纤的外径相同，所述石英毛细管的两端分别与所述单模光纤和反射光纤熔接，所述石英管内的空气腔作为干涉腔；在所述空气腔的两个反射面之间自然构成Fabry-Perot水听器的Fabry-Perot腔。
8.根据权利要求6所述的光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调系统，其特征在于：所述波长可调谐激光器通过所述第一光纤耦合器进入光纤环形器一端的一臂，光纤环形器一端的另一臂与所述第二光纤耦合器连接，第二光纤耦合器的一端的一臂与所述波分复用器连接，第二光纤耦合器的一端的另一臂与所述光电探测器输入端连接，光纤环形器另一端与所述光纤Fabry-Perot水听器连接，所述波分复用器另一端与所述光电探测器输入端连接，所述光电探测器输出端一端连接所述数据采集卡，另一端连接输出端。
9.根据权利要求6所述的光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调系统，其特征在于：所述波长可调谐激光器通过所述第一光纤耦合器进入光纤环形器一端的一臂，光纤环形器一端的另一臂与所述波分复用器连接，光纤环形器另一端与所述光纤Fabry-Perot水听器连接，所述波分复用器另一端与所述光电探测器输入端连接，所述光电探测器输出端一端连接所述数据采集卡，另一端连接输出端。
10.根据权利要求6述的光纤Fabry-Perot水听器的双波长非线性声压解调系统，其特征在于：光纤耦合器可以用波分复用器代替，光纤环形器可以采用光隔离器和光纤耦合器代替，波分复用器可以采用光纤耦合器和可调谐FP滤波器或光纤光栅代替；所述超声换能器可以是球形超声换能器，也可以是环形超声换能器。
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