一种膜片式水下声信号探测系统、方法及设备

一种膜片式水下声信号探测系统、方法及设备
【技术领域】
1.本发明涉及水下探测技术领域，尤其涉及一种膜片式水下声信号探测系统、方法及设备。


背景技术：

2.现有的膜片式水下声信号探测系统利用声光移频器获得干涉信号后，通常利用干涉信号乘以与声光移频器相等的同步载波来获得正弦信号和余弦信号，这种方法如果声光移频器移频不稳定，会带来额外的相位噪声。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提供了一种膜片式水下声信号探测系统、方法及设备，以实现去掉额外的相位噪声。
4.本发明第一实施例的具体技术方案为：一种膜片式水下声信号探测系统，其特征在于，所述系统包括：探测光纤探头模块、激光多普勒测振模块和已调干涉信号解调模块；所述探测光纤探头模块连接所述激光多普勒测振模块，所述探测光纤探头模块内设有薄膜，所述薄膜用于接收水下声信号后产生振动；所述激光多普勒测振模块输出端连接所述已调干涉信号解调模块，所述激光多普勒测振模块用于发射激光信号，并将所述激光信号进行分光得到第一信号光束、第二信号光束和参考光束，对所述参考光束进行声光移频，所述第一信号光束经过振动的所述薄膜的反射转化为带有水下声信号的回光，利用所述回光和所述声光移频后的参考光束得到第一合光，利用所述第二信号光束和所述声光移频后的参考光束得到第二合光，将所述第一合光转化为第一干涉信号，及将所述第二合光转化为第二干涉信号；所述已调干涉信号解调模块用于对所述第一干涉信号和所述第二干涉信号进行调制解调及相位差计算，获得所述水下声信号的频率。
5.优选的，所述获得所述水下声信号的频率，包括；所述已调干涉信号解调模块对所述第一干涉信号进行调制解调获得带有水下声信号的第一相位信息，对所述第二干涉信号进行调制解调获得不带有水下声信号的第二相位信息；对所述第一相位信息和所述第二相位信息进行相位差计算获得水下声信号的频率。
6.优选的，所述激光多普勒测振模块包括激光器、第一分光器、声光移频器、第二分光器、第三分光器、环形器、第一合束器、第二合束器和光电探测器；所述激光器用于发射激光信号，所述激光信号入射至所述第一分光器；所述第一分光器用于将所述激光信号分光为信号光束和参考光束，所述信号光束入射至所述第二分光器，所述参考光束入射至所述声光移频器；所述第二分光器用于将所述信号光束分光为第一信号光束和第二信号光束，所述第一信号光束入射至所述环形器，所述第二信号光束入射至所述第二合束器；所述环形器用于将所述第一信号光束入射至所述振动的薄膜，所述第一信号光束经过所述振动的薄膜的反射转化为带有水下声信号的回光，并将所述回光入射至第一合束器；所述声光移频器用于对所述参考光束进行声光移频，所述声光移频后的参考光束入射至所述第三分光
器；所述第三分光器用于将所述声光移频后的参考光束分光为第一参考光束和第二参考光束；所述第一合束器用于将所述回光和所述第一参考光束进行合光得到第一合光；所述第二合束器用于将所述第二信号光束和所述第二参考光束进行合光得到第二合光；所述光电探测器用于将所述第一合光转化为第一干涉信号，及将所述第二合光转化为第二干涉信号。
7.优选的，所述薄膜的中心位置设有镜面贴纸，所述镜面贴纸用于增强所述回光的光能量。
8.优选的，所述探测光纤探头模块还包括锥形管，所述锥形管用于增大所述薄膜处声压。
9.优选的，所述探测光纤探头模块还包括自聚焦透镜，所述薄膜位于所述自聚焦透镜的焦点处，所述自聚焦透镜用于将所述第一信号光束聚焦至所述薄膜，所述薄膜反射聚焦的第一信号光束产生回光。
10.优选的，所述自聚焦透镜表面设有抗反射膜，所述抗反射膜用于增加所述自聚焦透镜的透射率，并减小所述自聚焦透镜的反射率。
11.本发明第二实施例的具体技术方案为：一种膜片式水下声信号探测方法，其特征在于，应用于膜片式水下声信号探测系统，所述膜片式水下声信号探测系统中的探测光纤探头模块内设有薄膜，所述薄膜接收水下声信号后产生振动，所述膜片式水下声信号探测系统中的激光多普勒测振模块发射激光信号，并将所述激光信号进行分光得到第一信号光束、第二信号光束和参考光束，对所述参考光束进行声光移频，所述第一信号光束经过振动的薄膜的反射转化为带有水下声信号的回光，利用所述回光和所述声光移频后的参考光束得到第一合光，利用所述第二信号光束和所述声光移频后的参考光束得到第二合光，将所述第一合光转化为第一干涉信号，及将所述第二合光转化为第二干涉信号，所述方法包括：对所述第一干涉信号进行希尔伯特变换得到第一正弦信号和第一余弦信号，对所述第二干涉信号进行希尔伯特变换得到第二正弦信号和第二余弦信号；利用所述第一正弦信号和所述第一余弦信号获得带有水下声信号的第一相位信息，利用所述第二正弦信号和所述第二余弦信号获得不带有水下声信号的第二相位信息；对所述第一相位信息和所述第二相位信息进行相位差计算获得水下声信号的频率。
12.优选的，所述对所述第一相位信息和所述第二相位信息进行相位差计算获得水下声信号的频率，包括：对所述第一相位信息和所述第二相位信息进行相位差计算获得携带水下声信号频率信息的相位；对所述相位进行傅里叶变换得到水下声信号的频率。
13.本发明第三实施例的具体技术方案为：一种膜片式水下声信号探测设备，其特征在于：包括如本技术第一实施例中任一项所述的膜片式水下声信号探测系统。
14.实施本发明实施例，将具有如下有益效果：
15.本发明设置有探测光纤探头模块、激光多普勒测振模块和已调干涉信号解调模块，探测光纤探头模块连接激光多普勒测振模块，探测光纤探头模块内设有薄膜，薄膜用于接收水下声信号后产生振动；激光多普勒测振模块输出端连接已调干涉信号解调模块，激光多普勒测振模块用于发射激光信号，并将激光信号进行分光得到第一信号光束、第二信号光束和参考光束，对参考光束进行声光移频，第一信号光束经过振动的薄膜的反射转化为带有水下声信号的回光，利用回光和声光移频后的参考光束得到第一合光，利用第二信
号光束和声光移频后的参考光束得到第二合光，将所述第一合光转化为第一干涉信号，及将所述第二合光转化为第二干涉信号，已调干涉信号解调模块用于对第一干涉信号和第二干涉信号进行调制解调及相位差计算，获得水下声信号的频率。
16.通过探测光纤探头模块内的薄膜接收水下声信号并产生振动，将激光进行分光得到第一信号光束、第二信号光束和参考光束，对参考光束进行声光移频，第一信号光束经过振动的薄膜反射后形成回光，回光带有水下声信号，利用回光与声光移频后的参考光束获得第一合光，利用第二信号光束和声光移频后的参考光束得到第二合光，将所述第一合光转化为第一干涉信号，及将所述第二合光转化为第二干涉信号，利用已调干涉信号解调模块获得第一干涉信号的第一相位信息，及获得第二干涉信号的第二相位信息，对第一相位信息和第二相位信息进行调制解调和相位差计算获得水下声信号的频率。参考光束内带有声光移频量，第一干涉信号内的参考光束和第二干涉信号内的参考光束来源相同，所以第一干涉信号和第二干涉信号中的声光移频量是相同的，声光移频波动是同步的，通过对第一干涉信号和第二干涉信号进行调制解调和相位差计算不仅减去了声光移频量，同时还减掉了声光移频波动，进而去掉了额外的相位噪声。
【附图说明】
17.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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技术的一些实施例，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。
18.图1为膜片式水下声信号探测系统结构示意图；
19.图2为探测光纤探头模块结构示意图；
20.图3为激光多普勒测振模块结构示意图；
21.图4为自聚焦透镜和抗反射膜示意图；
22.图5为膜片式水下声信号探测方法步骤流程图；
23.图6为获得水下声信号的频率步骤流程图；
24.其中，101、探测光纤探头模块；102、激光多普勒测振模块；103、已调干涉信号解调模块；201、防水橡胶套管；202、光纤夹持器；203、空气；204、大凸透镜；205、水；206、薄膜；207、镜面贴纸；208、锥形管；301、激光器；302、第一分光器；303、声光移频器；304、第二分光器；305、第三分光器；306、环形器；307、第一合束器；308、第二合束器；310、第二光电探测器；309、第一光电探测器；311、上位机；401、自聚焦透镜；402、抗反射膜；403、填充物。
【具体实施方式】
25.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
26.本技术的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于
覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤或模块，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块。
27.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
28.由于光波等电磁波在水下传播衰减过快，而声波在海水中传播衰减比光波和电磁波小的多，所以声波通常被用于水下载波信号，即水下声信号，水下声信号包括动物发出某一频率的声音、管道泄漏发出某一频率的声音等。光声相结合用于水下声源的探测具有的高精度、体积小、抗干扰能力强，灵敏度高等优点受到了广泛的关注。
29.膜片式水下声信号探测系统就是一种光声结合的水下声信号探测系统。其基本原理是声波导致薄膜振动，通过激光多普勒测振模块测量薄膜振动，即可得到作用在薄膜上的声音信息。
30.请参阅图1，为本技术第一实施例中一种膜片式水下声信号探测系统结构示意图，可去掉探测系统中额外的相位噪声，系统包括：探测光纤探头模块101、激光多普勒测振模块102和已调干涉信号解调模块103；探测光纤探头模块101连接激光多普勒测振模块102，探测光纤探头模块101内设有薄膜，薄膜用于接收水下声信号后产生振动；激光多普勒测振模块102输出端连接已调干涉信号解调模块103，激光多普勒测振模块102用于发射激光信号，并将激光信号进行分光得到第一信号光束、第二信号光束和参考光束，对参考光束进行声光移频，第一信号光束经过振动的薄膜的反射转化为带有水下声信号的回光，利用回光和声光移频后的参考光束得到第一合光，利用第二信号光束和声光移频后的参考光束得到第二合光，将所述第一合光转化为第一干涉信号，及将所述第二合光转化为第二干涉信号；已调干涉信号解调模块103用于对第一干涉信号和第二干涉信号进行调制解调及相位差计算，获得水下声信号的频率。
31.具体的，请参阅图2，探测光纤探头模块与激光多普勒测振模块通过光纤连接，防水橡胶套管201用于保护光纤，探测光纤探头模块的光纤夹持器202用来固定光纤头，光纤头用于将激光信号发射至激光多普勒测振模块102，大凸透镜204一端暴露在水中，大凸透镜204另一端密闭，密闭空间内设置有光纤夹持器202，大凸透镜204四周密封住，防止水205进入空气203中以免破坏光纤夹持器202，薄膜206固定一部分利于用于保证振动的幅度，镜面贴纸207位于薄膜中心位置，锥形管208与外界接触。薄膜206接收水下声信号后产生振动；第一信号光束经过光纤夹持器202夹持的光纤的传递经过振动的薄膜的反射转化为带有水下声信号的回光。
32.通过探测光纤探头模块内的薄膜接收水下声信号并产生振动，激光多普勒测振模块发射激光信号，并将激光信号进行分光得到第一信号光束、第二信号光束和参考光束，对参考光束进行声光移频，第一信号光束经过振动的薄膜反射后形成回光，回光带有水下声信号，利用回光与声光移频后的参考光束获得第一合光，利用第二信号光束和声光移频后的参考光束得到第二合光，将所述第一合光转化为第一干涉信号，及将所述第二合光转化为第二干涉信号，利用已调干涉信号解调模块获得第一干涉信号的第一相位信息，及获得
第二干涉信号的第二相位信息，对第一相位信息和第二相位信息进行调制解调和相位差计算获得水下声信号的频率。参考光束内带有声光移频量，第一干涉信号内的参考光束和第二干涉信号内的参考光束来源相同，所以第一干涉信号和第二干涉信号中的声光移频量是相同的，声光移频波动是同步的，通过对第一干涉信号和第二干涉信号进行调制解调和相位差计算不仅减去了声光移频量，同时还减掉了声光移频波动，进而去掉了额外的相位噪声。
33.在具体实施例中，获得水下声信号的频率，包括；已调干涉信号解调模块103对第一干涉信号进行调制解调获得带有水下声信号的第一相位信息，对第二干涉信号进行调制解调获得不带有水下声信号的第二相位信息；对第一相位信息和第二相位信息进行相位差计算获得水下声信号的频率。
34.具体的，已调干涉信号解调模块对第一干涉信号进行调制解调获得带有水下声信号的第一相位信息φ1，对第二干涉信号进行调制解调获得不带有水下声信号的第二相位信息φ2；利用φ
1-φ2获得水下声信号的频率。具体的，利用φ
1-φ2可以将移频量和声光移频器不稳定移频导致的相位噪声去除掉。
35.在具体实施例中，请参阅图3，激光多普勒测振模块102包括激光器301、第一分光器302、声光移频器303、第二分光器304、第三分光器305、环形器306、第一合束器307、第二合束器308、第一光电探测器309和第二光电探测器310；激光器301用于发射激光信号，激光信号入射至第一分光器302；第一分光器302用于将激光信号分光为信号光束和参考光束，信号光束入射至第二分光器304，参考光束入射至声光移频器303；第二分光器304用于将信号光束分光为第一信号光束(光束3)和第二信号光束(光束4)，第一信号光束入射至环形器306，第二信号光束入射至第二合束器308；环形器306用于将第一信号光束入射至振动的薄膜，第一信号光束经过振动的薄膜的反射转化为带有水下声信号的回光，并将回光入射至第一合束器307；声光移频器303用于对参考光束进行声光移频，声光移频后的参考光束入射至第三分光器305；第三分光器305用于将声光移频后的参考光束分光为第一参考光束(光束1)和第二参考光束(光束2)；第一合束器307将回光和第一参考光束进行合光后经过第二光电探测器310得到第一干涉信号；第二合束器308将第二信号光束和第二参考光束进行合光后经过第一光电探测器309得到第二干涉信号，利用上位机311对第一干涉信号和第二干涉信号进行调制解调和相位差计算获得水下声信号的频率，其中上位机311中设置有已调干涉信号解调模块103。
36.具体的，请参阅图3，激光器发射激光信号，激光信号入射至第一分光器；第一分光器将激光信号分光为信号光束和参考光束，信号光束为需要去探测物体的一端，参考光束为用来与信号光束做干涉的一端。信号光束入射至第二分光器，参考光束入射至声光移频器；第二分光器将信号光束分光为第一信号光束(光束3)和第二信号光束(光束4)，第一信号光束入射至环形器，第二信号光束入射至第二合束器；环形器将光束3入射至振动的薄膜，光束3经过振动的薄膜的反射转化为带有水下声信号的回光，并将回光入射至第一合束器；声光移频器对参考光束进行声光移频，声光移频后的参考光束入射至第三分光器；第三分光器将声光移频后的参考光束分光为第一参考光束(光束1)和第二参考光束(光束2)；第一合束器用于将回光和光束1进行合光得到第一干涉信号；第二合束器用于将光束4和光束2进行合光得到第二干涉信号。具体的，光束3经过环形器2端(环形器有三端，其中光束的走
向是1端到2端，2端到3端。1端是激光信号入射端口，2端是出射和收集口，它与探测光纤探头模块连接，3端是出射口，将2端收集到的回光经过3端发射出去进入激光多普勒测振模块，由于探测光纤探头表面薄膜的振动导致经过膜反射回来的光产生了多普勒频移，这个多普勒频移携带了振动的信息，也就是水下声信号，回光(环形器3端出射)与光束1经过合束器后进入光电探测器发生干涉形成第一干涉信号，光束4和光束2经过合束器后进入光电探测器发生干涉形成第二干涉信号。第一干涉信号内的光束1和第二干涉信号内的光束2来源相同，所以第一干涉信号和第二干涉信号中的声光移频量是相同的，声光移频波动是同步的，使第一干涉信号内的移频量和相位噪声相同。
37.在具体实施例中，请参阅图2，薄膜的中心位置设有镜面贴纸207，镜面贴纸207用于增强回光的光能量。镜面贴纸可以增大回光功率，避免出现探测不到回光的情况。
38.在具体实施例中，薄膜为橡胶薄膜。橡胶薄膜是生活中比较常见的一种材料，具有良好的振动特性、而且灵敏度比较高，材料容易获取。
39.在具体实施例中，请参阅图4，探测光纤探头模块101还包括自聚焦透镜401，薄膜位于自聚焦透镜401的焦点处，自聚焦透镜用于将第一信号光束聚焦至薄膜，薄膜反射聚焦的第一信号光束产生回光。自聚焦透镜体积较小，可集成在探测光纤探头模块中，还可以将出射的激光聚焦成一个非常小的光斑，具有更高的聚焦能力和更广的视场的优点。其中，填充物403可以是环氧树脂填充物或者ab胶水，用于提高密封性。
40.在具体实施中，自聚焦透镜表面设有抗反射膜402，抗反射膜402用于增加自聚焦透镜401的透射率，并减小自聚焦透镜401的反射率。抗反射膜可以增强光学器件的透射性，减少反射，从而使回光尽可能的全部为振动薄膜反射回来的光。探测光纤探头模块能够探测到微弱的水下声信号，从而增大水下声信号的探测距离，采用常用的橡胶薄膜成本低，结构封装简单，对微弱信号的检测效果好。
41.在具体实施例中，在薄膜的外侧加一个锥形管208可以增大薄膜处声压，其基本原理就是经过圆锥大口处的单位时间的声能量是声压的平方除以声阻抗，然后对整个面积进行面积分。若圆锥侧面是刚性的(完全反射体)，那么由于机械能守恒，到达圆锥管小口处的声能与之相同，所以两个端口处的声压之比就是端口的半径之比。可以理解为大端口处的水的振动位移与小端口处的水的振动位移之比就是两个端口的半径之比。从而增大了薄膜的振动位移。锥形管的材料和外部套管的材料可以选择不锈钢等高强度，刚性、而且耐腐蚀的材料。
42.在具体实施例中，请参阅图5，本技术第二实施例提供一种膜片式水下声信号探测方法，应用于膜片式水下声信号探测系统，膜片式水下声信号探测系统中的探测光纤探头模块内设有薄膜，薄膜接收水下声信号后产生振动，膜片式水下声信号探测系统中的激光多普勒测振模块发射激光信号，并将激光信号进行分光得到第一信号光束、第二信号光束和参考光束，对参考光束进行声光移频，第一信号光束经过振动的薄膜的反射转化为带有水下声信号的回光，利用回光和声光移频后的参考光束得到第一合光，利用第二信号光束和声光移频后的参考光束得到第二合光，将所述第一合光转化为第一干涉信号，及将所述第二合光转化为第二干涉信号，方法包括：
43.步骤501、对所述第一干涉信号进行希尔伯特变换得到第一正弦信号和第一余弦信号，对所述第二干涉信号进行希尔伯特变换得到第二正弦信号和第二余弦信号；
44.步骤502、利用所述第一正弦信号和所述第一余弦信号获得带有水下声信号的第一相位信息，利用所述第二正弦信号和所述第二余弦信号获得不带有水下声信号的第二相位信息；
45.步骤503、对所述第一相位信息和所述第二相位信息进行相位差计算获得水下声信号的频率。
46.图5中i(t)是第一干涉信号，s(t)是第二干涉信号。hilbert是希尔伯特变换，bpf是带通滤波器用于去除干扰信号，arctan是反正切运算，phaseunwrapping是相位解缠绕，φ1是第一相位信息，φ2是第二相位信息。
47.具体的，首先将第一干涉信号和第二干涉信号进行同样的相位解调操作，包括：先通过希尔伯特变换hilbert得到第一干涉信号i(t)的第一正弦信号i1(t)和第一余弦信号i2(t)，通过希尔伯特变换hilbert得到第二干涉信号s(t)的第二正弦信号s1(t)和第二余弦信号s2(t)，然后第一正弦信号i1(t)和第一余弦信号i2(t)经过相除得到第一正切信号，第二正弦信号和第二余弦信号经过相除得到第二正切信号，第一正切信号经过反正切运算arctan和相位解缠绕phaseunwrapping得到第一相位信息φ1，第二正切信号经过反正切运算arctan和相位解缠绕phaseunwrapping得到φ2，其中φ1带有振动信息，φ2不带振动信息。经过将φ
1-φ2就可以将移频信息和声光移频器不稳定移频带来的相位噪声去除掉。第一干涉信号内的参考光束和第二干涉信号内的参考光束来源相同，所以第一干涉信号和第二干涉信号中的声光移频量是相同的，声光移频波动是同步的，通过对第一干涉信号和第二干涉信号进行调制解调和相位差计算不仅减去了声光移频量，同时还减掉了声光移频波动，进而去掉了额外的相位噪声。
48.本方法通过探测光纤探头模块内的薄膜接收水下声信号并产生振动，将激光进行分光得到第一信号光束、第二信号光束和参考光束，对参考光束进行声光移频，第一信号光束经过振动的薄膜反射后形成回光，回光带有水下声信号，利用回光与声光移频后的参考光束获得第一合光，利用第二信号光束和声光移频后的参考光束得到第二合光，将所述第一合光转化为第一干涉信号，及将所述第二合光转化为第二干涉信号，利用已调干涉信号解调模块获得第一干涉信号的第一相位信息，及获得第二干涉信号的第二相位信息，对第一相位信息和第二相位信息进行相位差计算和傅里叶变换获得水下声信号的频率。参考光束内带有声光移频量，第一干涉信号内的参考光束和第二干涉信号内的参考光束来源相同，所以第一干涉信号和第二干涉信号中的声光移频量是相同的，声光移频波动是同步的，通过对第一干涉信号和第二干涉信号进行调制解调和相位差计算不仅减去了声光移频量，同时还减掉了声光移频波动，进而去掉了额外的相位噪声。
49.在具体实施例中，请参阅图6，对所述第一相位信息和所述第二相位信息进行相位差计算获得水下声信号的频率，包括：
50.步骤601、对第一相位信息和所述第二相位信息进行相位差计算获得携带水下声信号频率信息的相位；
51.步骤602、对相位进行傅里叶变换得到水下声信号的频率。
52.具体的，对第一相位信息φ1和第二相位信息φ2进行相位差计算获得携带水下声信号频率信息的相位φ，对相位φ进行傅里叶变换得到水下声信号的频率。傅里叶变换具有计算量小、计算快速的显著特点，有利于快速得到水下声信号的频率。
53.在具体实施中，本技术第三实施例提供一种膜片式水下声信号探测设备，包括如本技术第一实施例中任一项所述的膜片式水下声信号探测系统。
54.本设备通过对第一干涉信号和第二干涉信号进行调制解调和相位差计算不仅减去了声光移频量，同时还减掉了声光移频波动，进而去掉了额外的相位噪声。
55.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
56.以上实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种膜片式水下声信号探测系统，其特征在于，所述系统包括：探测光纤探头模块、激光多普勒测振模块和已调干涉信号解调模块；所述探测光纤探头模块连接所述激光多普勒测振模块，所述探测光纤探头模块内设有薄膜，所述薄膜用于接收水下声信号后产生振动；所述激光多普勒测振模块输出端连接所述已调干涉信号解调模块，所述激光多普勒测振模块用于发射激光信号，并将所述激光信号进行分光得到第一信号光束、第二信号光束和参考光束，对所述参考光束进行声光移频，所述第一信号光束经过振动的所述薄膜的反射转化为带有水下声信号的回光，利用所述回光和所述声光移频后的参考光束得到第一合光，利用所述第二信号光束和所述声光移频后的参考光束得到第二合光，将所述第一合光转化为第一干涉信号，及将所述第二合光转化为第二干涉信号；所述已调干涉信号解调模块用于对所述第一干涉信号和所述第二干涉信号进行调制解调及相位差计算，获得所述水下声信号的频率。2.如权利要求1所述的膜片式水下声信号探测系统，其特征在于：所述获得所述水下声信号的频率，包括：所述已调干涉信号解调模块对所述第一干涉信号进行调制解调获得带有水下声信号的第一相位信息，对所述第二干涉信号进行调制解调获得不带有水下声信号的第二相位信息；对所述第一相位信息和所述第二相位信息进行相位差计算获得水下声信号的频率。3.如权利要求1所述的膜片式水下声信号探测系统，其特征在于：所述激光多普勒测振模块包括激光器、第一分光器、声光移频器、第二分光器、第三分光器、环形器、第一合束器、第二合束器和光电探测器；所述激光器用于发射激光信号，所述激光信号入射至所述第一分光器；所述第一分光器用于将所述激光信号分光为信号光束和参考光束，所述信号光束入射至所述第二分光器，所述参考光束入射至所述声光移频器；所述第二分光器用于将所述信号光束分光为第一信号光束和第二信号光束，所述第一信号光束入射至所述环形器，所述第二信号光束入射至所述第二合束器；所述环形器用于将所述第一信号光束入射至所述振动的薄膜，所述第一信号光束经过所述振动的薄膜的反射转化为带有水下声信号的回光，并将所述回光入射至第一合束器；所述声光移频器用于对所述参考光束进行声光移频，所述声光移频后的参考光束入射至所述第三分光器；所述第三分光器用于将所述声光移频后的参考光束分光为第一参考光束和第二参考光束；所述第一合束器用于将所述回光和所述第一参考光束进行合光得到第一合光；所述第二合束器用于将所述第二信号光束和所述第二参考光束进行合光得到第二合光；所述光电探测器用于将所述第一合光转化为第一干涉信号，及将所述第二合光转化为第二干涉信号。4.如权利要求1所述的膜片式水下声信号探测系统，其特征在于：所述薄膜的中心位置设有镜面贴纸，所述镜面贴纸用于增强所述回光的光能量。5.如权利要求1所述的膜片式水下声信号探测系统，其特征在于：所述探测光纤探头模
块还包括锥形管，所述锥形管用于增大所述薄膜处声压。6.如权利要求1所述的膜片式水下声信号探测系统，其特征在于：所述探测光纤探头模块还包括自聚焦透镜，所述薄膜位于所述自聚焦透镜的焦点处，所述自聚焦透镜用于将所述第一信号光束聚焦至所述薄膜，所述薄膜反射聚焦的第一信号光束产生回光。7.如权利要求6所述的膜片式水下声信号探测系统，其特征在于：所述自聚焦透镜表面设有抗反射膜，所述抗反射膜用于增加所述自聚焦透镜的透射率，并减小所述自聚焦透镜的反射率。8.一种膜片式水下声信号探测方法，其特征在于，应用于膜片式水下声信号探测系统，所述膜片式水下声信号探测系统中的探测光纤探头模块内设有薄膜，所述薄膜接收水下声信号后产生振动，所述膜片式水下声信号探测系统中的激光多普勒测振模块发射激光信号，并将所述激光信号进行分光得到第一信号光束、第二信号光束和参考光束，对所述参考光束进行声光移频，所述第一信号光束经过振动的薄膜的反射转化为带有水下声信号的回光，利用所述回光和所述声光移频后的参考光束得到第一合光，利用所述第二信号光束和所述声光移频后的参考光束得到第二合光，将所述第一合光转化为第一干涉信号，及将所述第二合光转化为第二干涉信号，所述方法包括：对所述第一干涉信号进行希尔伯特变换得到第一正弦信号和第一余弦信号，对所述第二干涉信号进行希尔伯特变换得到第二正弦信号和第二余弦信号；利用所述第一正弦信号和所述第一余弦信号获得带有水下声信号的第一相位信息，利用所述第二正弦信号和所述第二余弦信号获得不带有水下声信号的第二相位信息；对所述第一相位信息和所述第二相位信息进行相位差计算获得水下声信号的频率。9.如权利要求8所述的膜片式水下声信号探测方法，其特征在于：所述对所述第一相位信息和所述第二相位信息进行相位差计算获得水下声信号的频率，包括：对所述第一相位信息和所述第二相位信息进行相位差计算获得携带水下声信号频率信息的相位；对所述相位进行傅里叶变换得到水下声信号的频率。10.一种膜片式水下声信号探测设备，其特征在于：包括如权利要求1-7中任一项所述的膜片式水下声信号探测系统。

技术总结
本申请实施例公开了一种膜片式水下声信号探测系统、方法及设备，系统内的参考光束内带有声光移频量，第一干涉信号内的参考光束和第二干涉信号内的参考光束来源相同，所以第一干涉信号和第二干涉信号中的声光移频量是相同的，声光移频波动是同步的，通过对第一干涉信号和第二干涉信号进行调制解调和相位差计算不仅减去了声光移频量，同时还减掉了声光移频波动，进而去掉了额外的相位噪声。进而去掉了额外的相位噪声。进而去掉了额外的相位噪声。


技术研发人员：张军 刘澳 梁姗姗 郭遥 陈昊 丁宇韬 蔡元海 贾恒基 张宇恒 纪丛路 李文奇
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：2023.05.17
技术公布日：2023/8/14