基于3×3多相检测的光纤矢量水听器研究

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光纤矢量水听器具有良好的指向性和较高的灵敏度等特点,通常与光纤声压水听器组合使用同时获取水声场标量与矢量信号,通过联合信号处理,能较好地抑制干扰,提高信噪比,在水声领域有很好的应用前景。  光纤加速度计作为光纤矢量水听器的核心部件,决定了光纤矢量水听器的性能。本文采用有限元分析的方法,对光纤加速度计性能参数进行建模分析。研究了3×3解调算法,使该算法具有更加稳定了解调效果,搭建了测试平台,对传感器基元的性能进行测试,并对仿真结果进行验证。  首先,利用有限元软件建立等效模型分析一维光纤加速度计加速度灵敏度、串扰、谐振频率以及对比分析三维光纤加速度计Y轴和Z轴加速度灵敏度。计算得到加速度灵敏度为40.7 dB,探头的最低谐振频率为1729 Hz,并分析了角度偏差对加速度灵敏度和串扰的影响,并针对质量块在 Z轴的结构偏差,分析了其灵敏度比Y轴略低的原因。  接下来对3×3解调算法进行了详细的分析,对比正交解调算法与对称解调算法利弊之后,最终采用解调输出较为稳定的三路对称解调算法。研究了对称解调算法,采用椭圆拟合来得到直流、交流振幅以及相位差的方法,解决了由于耦合器不对称导致该算法直流补偿不完全的缺点,并对其进行仿真验证,得到与原始信号一致的解调结果。搭建了实验平台,将引入椭圆拟合算法之后的对称解调算法与PGC解调算法进行了实验对比验证,并得到两者结果一致。  基于椭圆拟合算法的3×3解调搭建测试平台对传感器样品进行性能测试,并测得X轴、Y轴的加速度灵敏度分别为40.3 dB、40.4 dB,与仿真结果基本一致,正交性在?65~?30 dB以内。
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