CN112197849A - 一种声波测量系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种声波测量系统和方法，属于声波探测领域，所述系统包括：单频激光器，用于产生并输出原始光信号；光纤耦合器用于将原始光信号分束为两路光信号；双光纤环行器用于将两路光信号传输至双FP光纤声波传感器；双FP光纤声波传感器用于将采集的待测声波信号分别调制到两路光信号上得到两路调制信号，并将存在相位差的两路调制信号分别反射至双光纤环行器，双光纤环行器还用于将接收到的两路调制信号传输给探测解调模块；探测解调模块用于利用相位解调算法解调两路调制信号转化后的两路数字电信号获取原始光信号的相位变化量，并基于相位灵敏度获取目标声波信号。本申请能够解决传统相位、光谱解调系统成本高、带宽有限、结构复杂的问题。

Description

一种声波测量系统和方法

技术领域

本发明属于声波探测领域，更具体地，涉及一种声波测量系统和方法。

背景技术

声波探测技术在众多领域有着广泛的应用，在工业领域中，可用于监测油气管道泄漏、变压器工作状态与故障类型，在医疗领域中，可用于健康监测、器官成像，在军事中，可用于潜艇探测和定位。光纤声波传感器凭借其高灵敏度、大动态范围、抗电磁干扰、易于大规模组网和复用等特点，越来越多的被研究和应用。

对于光纤声波传感器，需要特定的解调算法恢复出声波信号，常用的解调算法有正交工作点解调、正交双波长解调、相位生成载波解调和光谱解调。

对于正交工作点解调，其系统简单，成本低，但是其解调结果受到正交工作点的影响，当解调系统因为环境温度等因素的干扰偏离正交工作点时，解调结果会出现严重的失真，并且解调结果受到光源功率和波长的影响，因此需要复杂的反馈电路稳定其正交工作点，此外，由于对余弦函数采用了线性近似，因而其动态范围有限；对于正交双波长解调，能够通过两路正交信号实现相位解调，动态范围大，不受功率抖动的影响，但解调系统通常需要引入滤波器、掺铒光纤放大器等，系统复杂，成本高，并且掺铒光纤放大器对光进行放大，会引入额外的噪声，降低解调结果的信噪比。

对于相位生成载波解调，同样能够通过两路信号实现相位解调，但需要引入载波信号，载波信号频率通常高于待测声波信号频率的十倍，而系统采样频率通常高于载波频率的十倍，因此系统采样频率需要高于待测声波信号频率的一百倍，载波信号的引入一方面增加了系统的复杂度和成本，另一方面只适用于光程差较大的干涉仪，此外，载波信号也限制了系统的带宽；对于光谱解调，其精度高，稳定性好，但成本高，算法复杂，同时由于目前光谱采集模块采样速度的限制，解调系统的带宽较小，难以对高频声信号进行解调。

也即，现有相位解调技术系统不仅结构复杂、成本高昂，带宽有限，同时还存在正交工作点解调技术动态范围有限、容易受到光源功率抖动以及传感器正交工作点漂移影响的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种声波测量系统，其目的在于通过双FP光纤声波传感器形成的固定的相位差，对两路信号采用椭圆拟合算法与微分交叉相乘算法实现相位解调，设计系统结构简单、成本低廉、大动态范围、宽探测频带的声波测量系统，无需引入调制信号或者使用光谱采集设备。由此不仅解决现有相位解调技术系统结构复杂、成本高昂，带宽有限的技术问题，还能够解决现有正交工作点解调技术动态范围有限、容易受到光源功率抖动以及传感器正交工作点漂移影响的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种声波测量系统，包括：

单频激光器，用于产生并输出原始光信号；

光纤耦合器，与所述单频激光器连接，用于将所述原始光信号分束为两路光信号，分别为第一光信号和第二光信号；

双光纤环行器，与所述光纤耦合器连接，用于传输所述第一光信号和所述第二光信号；还用于接收并传输第一调制信号和第二调制信号；

双法布里珀罗FP光纤声波传感器，与所述双光纤环行器连接，用于将采集的待测声波信号分别调制到所述第一光信号和所述第二光信号上得到所述第一调制信号和所述第二调制信号，并将所述第一调制信号和所述第二调制信号分别反射至所述双光纤环行器，其中，所述第一调制信号和所述第二调制信号存在相位差；

探测解调模块，与所述双光纤环行器连接，用于将所述第一调制信号和所述第二调制信号转化为第一数字电信号和第二数字电信号，利用相位解调算法解调所述第一数字电信号和所述第二数字电信号获取所述原始光信号的相位变化量，再基于所述双FP光纤声波传感器的相位灵敏度将所述相位变化量转化为目标声波信号。

在其中一个实施例中，所述FP光纤声波传感器，包括：

第一FP干涉仪，用于接收所述第一光信号，并将所述待测声波信号调制到所述第一光信号上得到所述第一调制信号，再将所述第一调制信号反射至所述双光纤环行器；

第二FP干涉仪，用于接收所述第二光信号，并将所述待测声波信号调制到所述第二光信号上得到所述第二调制信号，再将所述第二调制信号反射至所述双光纤环行器；

其中，所述第一FP干涉仪的光程差和第二FP干涉仪的光程差不相同。

在其中一个实施例中，所述双FP光纤声波传感器，包括：

第一单模光纤，用于接收所述第一光信号；

第二单模光纤，与所述第一单模光纤贴合设置，用于接收所述第二光信号；

金属封装件，内部设有陶瓷插芯，所述第一单模光纤和所述第二单模光纤贯穿所述陶瓷插芯并延伸至所述金属封装件内部，所述金属封装件用于固定所述陶瓷插芯，所述陶瓷插芯用于固定和准直所述第一单模光纤与所述第二单模光纤；

换能薄膜，与所述金属封装件贴合设置，用于在所述待测声波信号的作用下振动，以改变所述第一光信号和所述第二光信号的相位得到所述第一调制信号和第二调制信号；

其中，所述第一单模光纤与所述换能薄膜存在第一间隔，以形成第一 FP干涉仪，所述第二单模光纤与所述换能薄膜存在第二间隔，以形成第二 FP干涉仪，所述第一间隔与所述第二间隔不相等。

在其中一个实施例中，所述单频激光器的波长λ满足λ≠4n(L₁-L₂)/k，其中，n为FP腔中介质的折射率，L₁为所述第一FP干涉仪的腔长，L₂为所述第二FP干涉仪的腔长，k为非零整数。

在其中一个实施例中，所述换能薄膜为圆形薄膜，所述圆形薄膜直径取值范围为0.5mm～30mm，厚度取值范围为10nm～100um。

在其中一个实施例中，所述双光纤环行器包括：

第一光纤环行器，用于将所述光纤耦合器出射的所述第一光信号传输至所述双FP光纤声波传感器，还用于将所述双FP光纤声波传感器反射的所述第一调制信号传输至所述探测解调模块；

第二光纤环行器，用于将所述光纤耦合器出射的所述第二光信号传输至所述双FP光纤声波传感器，还用于将所述双FP光纤声波传感器反射的所述第二调制信号传输至所述探测解调模块。

在其中一个实施例中，所述第一光纤环行器和所述第二光纤环行器均设有依次连接的：

第一端口，用于接收所述第一光信号或所述第二光信号；

第二端口，用于输出所述第一光信号或所述第二光信号至所述双FP光纤声波传感器，并接收所述双FP光纤声波传感器反射的所述第一调制信号或所述第二调制信号；

第三端口，用于输出所述第一调制信号或所述第二调制信号至所述探测解调模块。

在其中一个实施例中，所述探测解调模块包括：

第一光电探测器，用于将接收到的所述第一调制信号进行光电转化得到第一电信号；

第二光电探测器，用于将接收到的所述第二调制信号进行光电转化得到第二电信号；

数据采集器，与所述第一光电探测器和所述第二光电探测器连接，用于将接收到的所述第一电信号所述转化为第一数字电信号，将接收到的所述第二电信号转化为所述第二数字电信号；

处理器，与所述数据采集器连接，用于解调所述第一数字电信号和所述第二数字电信号获取所述原始光信号的相位变化量，由于所述待测声波信号正比于所述原始光信号的相位变化量，比例系数为所述相位灵敏度，再基于所述相位灵敏度将所述相位变化量转化为所述目标声波信号。

另一方面，本发明还提供一种声波测量方法，包括：

S1：产生原始光信号并将所述原始光信号分束为第一光信号和第二光信号；

S2：将采集的待测声波信号分别调制到所述第一光信号和所述第二光信号上得到第一调制信号和第二调制信号；所述第一调制信号和所述第二调制信号存在相位差；

S3：将所述第一调制信号和所述第二调制信号转化为第一数字电信号和第二数字电信号；

S4：利用相位解调算法解调所述第一数字电信号和所述第二数字电信号获取所述原始光信号的相位变化量，再基于所述双FP光纤声波传感器的相位灵敏度将所述相位变化量转化为目标声波信号。

在其中一个实施例中，所述S4具体包括：

S401：采用椭圆拟合算法处理所述第一数字电信号和所述第二数字电信号得到椭圆方程系数；

S402：基于所述椭圆方程系数获取所述第一数字电信号和所述第二数字电信号中直流分量、交流幅值和相位差，再将所述第一数字电信号和所述第二数字电信号做差去除两路信号的直流分量得到所述两路信号的交流分量；

S403：采用微分交叉相乘算法根据所述两路信号的交流分量获得所述原始光信号的相位变化量，由于所述待测声波信号正比于所述原始光信号的相位变化量，比例系数为所述相位灵敏度，再基于所述相位灵敏度将所述相位变化量转化为所述目标声波信号。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本申请能够取得下列有益效果：

(1)本申请通过双FP光纤声波传感器形成的固定的相位差，对两路信号采用椭圆拟合算法与微分交叉相乘算法实现相位解调，同时无需引入调制信号或者使用光谱采集设备就能够设计出系统结构简单、成本低廉、动态范围大、宽探测频带的声波测量系统。另外，还能够解决现有正交工作点解调技术动态范围有限、容易受到光源功率抖动以及传感器正交工作点漂移影响等技术问题。

(2)相比于正交工作点解调，由于没有工作于正交工作点和余弦函数的线性近似，导致解调结果不受光源功率和波长的影响，最终实现系统简单、动态范围大的声波测量系统；相比于传统的正交双波长解调，由于没有使用光滤波器和掺铒光纤放大器，导致系统成本更低，噪声更小，最终实现低成本、高信噪比的声波测量系统；相比于相位生成载波解调，由于没有引入载波调制信号，导致系统成本更低，在相同的采样速率下有更宽的探测频带，最终实现低成本、宽探测频带的声波测量系统；相比于光谱解调，由于没有使用光谱采集模块采集光谱，导致系统成本更低，同时探测频带不受光谱采集模块的采样速率的限制，最终实现低成本、宽探测频带的声波测量系统。

附图说明

图1是本发明一实施例中声波测量系统的结构示意图；

图2是本发明一实施例中双FP光纤声波传感器的结构示意图；

图3是本发明一实施例中声波测量方法的流程图；

图4是本发明一实施例中S4的流程图；

图5是本发明一实施例中测试5Hz声信号的时域与频域结果图；

图6是本发明一实施例中测试不同声压级的5Hz声信号的动态范围和线性拟合结果图；

图7是本发明一实施例中在不同波长下测试相同声压级的5Hz声信号的相位解调结果图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

单频激光器1；光纤耦合器2；第一光纤环行器3；第二光纤环行器4；双FP光纤声波传感器5；第一光电探测器6；第二光电探测器7；数据采集器8；处理器9；第一单模光纤10；第二单模光纤11；陶瓷插芯12；金属封装件13；换能薄膜14。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供的一种声波测量系统包括：单频激光器1，用于产生并输出原始光信号；光纤耦合器2，与单频激光器1连接，用于将原始光信号分束为两路光信号，分别为第一光信号和第二光信号；双光纤环行器包括第一光纤环行器3和第二光纤环行器4，与光纤耦合器2连接，用于传输第一光信号和第二光信号；还用于接收并传输第一调制信号和第二调制信号；双法布里珀罗(Fabry-Perot，FP)光纤声波传感器5，与第一光纤环行器3和第二光纤环行器4连接，用于将采集的待测声波信号分别调制到第一光信号和第二光信号上得到第一调制信号和第二调制信号，并将第一调制信号和第二调制信号分别反射至第一光纤环行器3和第二光纤环行器4，其中，第一调制信号和第二调制信号存在相位差，待测声波信号，通过扬声器或其他发声装置产生；探测解调模块，与双光纤环行器连接，用于将第一调制信号和第二调制信号转化为第一数字电信号和第二数字电信号，利用相位解调算法解调第一数字电信号和第二数字电信号获取原始光信号的相位变化量，再基于双FP光纤声波传感器5的相位灵敏度将相位变化量转化为目标声波信号。

在其中一个实施例中，如图1所示，探测解调模块包括：第一光电探测器6，用于将接收到的第一调制信号进行光电转化得到第一电信号；第二光电探测器7，用于将接收到的第二调制信号进行光电转化得到第二电信号；数据采集器8，与第一光电探测器6和第二光电探测器7连接，用于将接收到的第一电信号转化为第一数字电信号，将接收到的第二电信号转化为第二数字电信号；处理器9，与数据采集器8连接，用于解调第一数字电信号和第二数字电信号获取原始光信号的相位变化量，由于待测声波信号正比于原始光信号的相位变化量，比例系数为相位灵敏度，再基于相位灵敏度将相位变化量转化为目标声波信号。

在其中一个实施例中，如图1所示，双光纤环行器包括：第一光纤环行器3和第二光纤环行器4。第一光纤环行器3用于将光纤耦合器2出射的第一光信号传输至双FP光纤声波传感器5，还用于将双FP光纤声波传感器5反射的第一调制信号传输至探测解调模块；第二光纤环行器4用于将光纤耦合器2出射的第二光信号传输至双FP光纤声波传感器5，还用于将双FP光纤声波传感器5反射的第二调制信号传输至探测解调模块。

在其中一个实施例中，如图1所示，第一光纤环行器3和第二光纤环行器4均设有依次连接的：第一端口，用于接收第一光信号或第二光信号；第二端口，用于输出第一光信号或第二光信号至双FP光纤声波传感器5，并接收双FP光纤声波传感器5反射的第一调制信号或第二调制信号；第三端口，用于输出第一调制信号或第二调制信号至探测解调模块。第一调制信号与第二调制信号不一样，存在相位差，且相位差不为π的整数倍。

具体的，单频激光器1输出端口连接光纤耦合器2输入端口，光纤耦合器2第一输出端口连接第一光纤环行器3的第一端口；光纤耦合器2第二输出端口连接第二光纤环行器4的第一端口连接，第一光纤环行器3的第一端口用于接收第一光信号，第二光纤环行器4的第一端口用于接收第一光信号。第一光纤环行器3的第二端口用于输出第一光信号至双FP光纤声波传感器5的第一输入端口，第二光纤环行器4的第二端口用于输出第二光信号至双FP光纤声波传感器5的第二输入端口。双FP光纤声波传感器5利用待测声波信号调制第一光信号和第二光信号得到第一调制信号和第二调制信号。然后，将第一调制信号反射至第一光纤环行器3的第二端口，第一光纤环行器3的第三端口连接光第一光电探测器6的输入端口，以使第一光纤环行器3的第三端口将第一调制信号传输至第一光电探测器 6，第一光电探测器6的输出端口连接数据采集器8的第一输入端口。同时，双FP光纤声波传感器5将第二调制信号反射至第二光纤环行器4的第二端口，第一光纤环行器4的第三端口连接光第二光电探测器7的输入端口，以使第二光纤环行器4的第三端口将第二调制信号传输至第二光电探测器 7，第二光电探测器7的输出端口连接数据采集器8的第二输入端口。

在其中一个实施例中，FP光纤声波传感器包括：第一FP干涉仪，用于接收第一光信号，并将待测声波信号调制到第一光信号上得到第一调制信号，再将第一调制信号反射至双光纤环行器；第二FP干涉仪，用于接收第二光信号，并将待测声波信号调制到第二光信号上得到第二调制信号，再将第二调制信号反射至双光纤环行器；其中，第一FP干涉仪的光程差和第二FP干涉仪的光程差不相同。

在其中一个实施例中，如图2所示，双FP光纤声波传感器，包括：第一单模光纤10，用于接收第一光信号；第二单模光纤11，与第一单模光纤 10贴合设置，用于接收第二光信号；金属封装件13，内部设有陶瓷插芯12，第一单模光纤10和第二单模光纤11贯穿陶瓷插芯12并延伸至金属封装件 13内部，金属封装件13用于固定陶瓷插芯12，陶瓷插芯12用于固定和准直第一单模光纤10与第二单模光纤11；换能薄膜14，与金属封装件13贴合设置，用于在待测声波信号的作用下振动，以改变第一光信号和第二光信号的相位得到第一调制信号和第二调制信号；其中，第一单模光纤10与换能薄膜14存在第一间隔，以形成第一FP干涉仪，第二单模光纤与换能薄膜14存在第二间隔，以形成第二FP干涉仪，第一间隔与第二间隔不相等。

具体的，光纤声波传感器包括：第一单模光纤10、第二单模光纤11、陶瓷插芯12、金属封装件13和换能薄膜14；第一单模光纤10端面与换能薄膜14之间存在一定的距离，形成第一FP干涉仪，第二单模光纤11端面与换能薄膜14之间存在一定的距离，形成第二FP干涉仪，第一FP干涉仪的光程差不等于第二FP干涉仪的光程差；第一单模光纤10与第二单模光纤11相外切，第一单模光纤10与陶瓷插芯12相内切，第二单模光纤11 与陶瓷插芯12相内切；换能薄膜14边界固定在金属封装件13端面，陶瓷插芯12位于金属封装件13内部。

在其中一个实施例中，换能薄膜14为圆形薄膜，圆形薄膜直径取值范围为0.5mm～30mm，厚度取值范围为10nm～100um。优选的，圆形薄膜直径为10mm，圆形薄膜厚度为800nm，圆形薄膜材料为钛/铝/钛三层复合结构，厚度分别为200nm/400nm/200nm。具体的，换能薄膜14随着接收到的待测声波信号振动，换能薄膜14到第一单模光纤10端面和第二单模光纤11端面的距离不同，导致第一FP干涉仪和第二FP干涉仪的相位发生量也不相同，根据两个FP干涉仪对应的相位发生量差值计算出原始信号对应的相位变化量，原始信号对应的相位变化量正比于目标声波信号的幅值，比例系数为双FP光纤声波传感器的相位灵敏度。

在其中一个实施例中，单频激光器1的波长λ满足λ≠4n(L₁-L₂)/k，其中， n为FP腔中介质的折射率，L₁为第一FP干涉仪的腔长，L₂为第二FP干涉仪的腔长，k为非零整数。优选地，单频激光器的波长为1550nm，第一FP 干涉仪的腔长为455.61μm，第二FP干涉仪的腔长为368.4μm，计算可得，两个FP干涉仪形成的相位差为703.47rad。

另外方面，如图3所示，本发明还提供一种声波测量方法，包括：S1 至S4。其中，S1：产生原始光信号并将原始光信号分束为第一光信号和第二光信号；S2：将采集的待测声波信号分别调制到第一光信号和第二光信号上得到第一调制信号和第二调制信号；第一调制信号和第二调制信号存在相位差；S3：将第一调制信号和第二调制信号转化为第一数字电信号和第二数字电信号；S4：利用相位解调算法解调第一数字电信号和第二数字电信号获取原始光信号的相位变化量，再基于双FP光纤声波传感器5的相位灵敏度将相位变化量转化为目标声波信号。

在其中一个实施例中，如图4所示，S4具体包括：S401：采用椭圆拟合算法处理第一数字电信号和第二数字电信号得到椭圆方程系数；S402：基于椭圆方程系数获取第一数字电信号和第二数字电信号中直流分量、交流幅值和相位差，再将第一数字电信号和第二数字电信号做差去除两路信号的直流分量得到两路信号的交流分量；S403：采用微分交叉相乘算法根据两路信号的交流分量获得原始光信号的相位变化量，由于待测声波信号正比于原始光信号的相位变化量，比例系数为相位灵敏度，再基于相位灵敏度将相位变化量转化为目标声波信号。

具体的，将采集到的两路信号分别记为x、y，采用椭圆拟合算法，得到椭圆方程系数；根据椭圆方程的系数与两路信号中直流分量、交流幅值、相位差之间的关系，得到两路信号中直流分量、交流幅值、相位差，再通过做差去除两路信号的直流分量，通过做商去除两路信号的交流幅值；采用微分交叉相乘算法获得光的相位变化，并根据两路信号的相位差对获得的相位变化做归一化，消除两路信号的相位差对于相位变化的影响，由于待测声波信号正比于原始光信号的相位变化量，比例系数为相位灵敏度。已知原始光信号的相位变化量，通过双FP光纤声波传感器的相位灵敏度，即可得到目标声波信号。

举例来说，对于双FP解调，只需用到第一光电探头和第二光电探头采集到的两路信号，其输出电压信号可以表示为：

其中，A1，A2，B1和B2是由两个FPIs和光电探头决定的常数，L1 和L2是两个FPIs的腔长，n是空气的折射率，λ是可调谐激光器的波长，

是待测声波信号引起的相位变化。

两个FPIs的相位差可以表示为：

将V1，V2作为x，y绘制在平面直角坐标系中，所有的点将会位于椭圆上，椭圆系数方程可以表示为：

V₁ ²+a₁V₂ ²+a₂V₁V₂+a₃V₁+a₄V₂+a₅＝0 (3)

其中a_i(i＝1,2,3,4,5)是未知系数，通过采用椭圆拟合方法，可以求得未知系数，进一步的，将等式(1)(2)和等式(3)结合起来，消去

由对应系数相等和推导可得：

在计算出等式(1)中的常数之后，通过对两路信号去除直流分量和交流幅值，得到归一化的信号：

可通过微分交叉相乘算法(Differential cross multiply，DCM)计算出相位变化量

为：

已知原始光信号的相位变化量，基于比例系数双FP光纤声波传感器的相位灵敏度即可得到目标声波信号。

在一个实施例中，测试了5Hz声信号，测得的时域信号和频域信号如图5所示，信噪比为52.98dB，当对双FP光纤声波传感器施加不同声压的声信号，可以测得解调算法的线性响应区和动态范围，测试结果如图6所示。在双FP光纤声波传感器的相位变化幅值在1-6rad范围内，具有接近于 1的线性度，远远高于正交工作点解调的动态范围。

在一个实施例中，为了更进一步的测试激光器的波长对于相位解调的影响，在声信号声压保持不变的条件下，测试了激光器波长在1549.7-1550.6nm之间的相位解调结果，如图7所示，尽管激光器波长的改变引起了两个FP干涉仪的相位差的变化，解调出的相位幅值波动很小，两个FP干涉仪的相位差只要不是π的整数倍，均能够正确的解调出相位幅值。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种声波测量系统，其特征在于，包括：

单频激光器，用于产生并输出原始光信号；

光纤耦合器，与所述单频激光器连接，用于将所述原始光信号分束为两路光信号，分别为第一光信号和第二光信号；

双光纤环行器，与所述光纤耦合器连接，用于传输所述第一光信号和所述第二光信号；还用于接收并传输第一调制信号和第二调制信号；

双法布里珀罗FP光纤声波传感器，与所述双光纤环行器连接，用于将采集的待测声波信号分别调制到所述第一光信号和所述第二光信号上得到所述第一调制信号和所述第二调制信号，并将所述第一调制信号和所述第二调制信号分别反射至所述双光纤环行器，其中，所述第一调制信号和所述第二调制信号存在相位差；

探测解调模块，与所述双光纤环行器连接，用于将所述第一调制信号和所述第二调制信号转化为第一数字电信号和第二数字电信号，利用相位解调算法解调所述第一数字电信号和所述第二数字电信号获取所述原始光信号的相位变化量，再基于所述双FP光纤声波传感器的相位灵敏度将所述相位变化量转化为目标声波信号。

2.如权利要求1所述的声波测量系统，其特征在于，所述FP光纤声波传感器，包括：

第一FP干涉仪，用于接收所述第一光信号，并将所述待测声波信号调制到所述第一光信号上得到所述第一调制信号，再将所述第一调制信号反射至所述双光纤环行器；

第二FP干涉仪，用于接收所述第二光信号，并将所述待测声波信号调制到所述第二光信号上得到所述第二调制信号，再将所述第二调制信号反射至所述双光纤环行器；

其中，所述第一FP干涉仪的光程差和第二FP干涉仪的光程差不相同。

3.如权利要求2所述的声波测量系统，其特征在于，所述双FP光纤声波传感器，包括：

第一单模光纤，用于接收所述第一光信号；

第二单模光纤，与所述第一单模光纤贴合设置，用于接收所述第二光信号；

金属封装件，内部设有陶瓷插芯，所述第一单模光纤和所述第二单模光纤贯穿所述陶瓷插芯并延伸至所述金属封装件内部，所述金属封装件用于固定所述陶瓷插芯，所述陶瓷插芯用于固定和准直所述第一单模光纤与所述第二单模光纤；

换能薄膜，与所述金属封装件贴合设置，用于在所述待测声波信号的作用下振动，以改变所述第一光信号和所述第二光信号的相位得到所述第一调制信号和第二调制信号；

其中，所述第一单模光纤与所述换能薄膜存在第一间隔，以形成第一FP干涉仪，所述第二单模光纤与所述换能薄膜存在第二间隔，以形成第二FP干涉仪，所述第一间隔与所述第二间隔不相等。

4.如权利要求3所述的声波测量系统，其特征在于，所述单频激光器的波长λ满足λ≠4n(L₁-L₂)/k，其中，n为FP腔中介质的折射率，L₁为所述第一FP干涉仪的腔长，L₂为所述第二FP干涉仪的腔长，k为非零整数。

5.如权利要求3所述的声波测量系统，其特征在于，所述换能薄膜为圆形薄膜，所述圆形薄膜直径取值范围为0.5mm～30mm，厚度取值范围为10nm～100um。

6.如权利要求1所述的声波测量系统，其特征在于，所述双光纤环行器包括：

第一光纤环行器，用于将所述光纤耦合器出射的所述第一光信号传输至所述双FP光纤声波传感器，还用于将所述双FP光纤声波传感器反射的所述第一调制信号传输至所述探测解调模块；

第二光纤环行器，用于将所述光纤耦合器出射的所述第二光信号传输至所述双FP光纤声波传感器，还用于将所述双FP光纤声波传感器反射的所述第二调制信号传输至所述探测解调模块。

7.如权利要求6所述的声波测量系统，其特征在于，所述第一光纤环行器和所述第二光纤环行器均设有依次连接的：

第一端口，用于接收所述第一光信号或所述第二光信号；

第二端口，用于输出所述第一光信号或所述第二光信号至所述双FP光纤声波传感器，并接收所述双FP光纤声波传感器反射的所述第一调制信号或所述第二调制信号；

第三端口，用于输出所述第一调制信号或所述第二调制信号至所述探测解调模块。

8.如权利要求1-7任一项所述的声波测量系统，其特征在于，所述探测解调模块包括：

第一光电探测器，用于将接收到的所述第一调制信号进行光电转化得到第一电信号；

第二光电探测器，用于将接收到的所述第二调制信号进行光电转化得到第二电信号；

数据采集器，与所述第一光电探测器和所述第二光电探测器连接，用于将接收到的所述第一电信号所述转化为第一数字电信号，将接收到的所述第二电信号转化为所述第二数字电信号；

处理器，与所述数据采集器连接，用于解调所述第一数字电信号和所述第二数字电信号获取所述原始光信号的相位变化量，由于所述待测声波信号正比于所述原始光信号的相位变化量，比例系数为所述相位灵敏度，再基于所述相位灵敏度将所述相位变化量转化为所述目标声波信号。

9.一种声波测量方法，其特征在于，包括：

S1：产生原始光信号并将所述原始光信号分束为第一光信号和第二光信号；

S2：将采集的待测声波信号分别调制到所述第一光信号和所述第二光信号上得到第一调制信号和第二调制信号；所述第一调制信号和所述第二调制信号存在相位差；

S3：将所述第一调制信号和所述第二调制信号转化为第一数字电信号和第二数字电信号；

S4：利用相位解调算法解调所述第一数字电信号和所述第二数字电信号获取所述原始光信号的相位变化量，再基于所述双FP光纤声波传感器的相位灵敏度将所述相位变化量转化为目标声波信号。

10.如权利要求9所述的声波测量方法，其特征在于，所述S4具体包括：

S401：采用椭圆拟合算法处理所述第一数字电信号和所述第二数字电信号得到椭圆方程系数；

S402：基于所述椭圆方程系数获取所述第一数字电信号和所述第二数字电信号中直流分量、交流幅值和相位差，再将所述第一数字电信号和所述第二数字电信号做差去除两路信号的直流分量得到所述两路信号的交流分量；

S403：采用微分交叉相乘算法根据所述两路信号的交流分量获得所述原始光信号的相位变化量，由于所述待测声波信号正比于所述原始光信号的相位变化量，比例系数为所述相位灵敏度，再基于所述相位灵敏度将所述相位变化量转化为所述目标声波信号。

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