《聲學(xué)+干涉型光纖水聽器相移靈敏度測量gbt+42559-2023》詳細(xì)解讀

《聲學(xué)干涉型光纖水聽器相移靈敏度測量gb/t42559-2023》詳細(xì)解讀contents目錄1范圍2規(guī)范性引用文件3術(shù)語和定義4干涉條紋計(jì)數(shù)法5貝塞爾函數(shù)比值法6相位生成載波解調(diào)法7差分延時(shí)外差解調(diào)法contents目錄83×3耦合器相位解調(diào)法附錄A(規(guī)范性)干涉型光纖水聽器貝塞爾函數(shù)比值法干涉光相移量與貝塞爾比值關(guān)系表附錄B(資料性)干涉型光纖水聽器相移靈敏度測量不確定度分析示例參考文獻(xiàn)011范圍干涉型光纖水聽器本標(biāo)準(zhǔn)適用于干涉型光纖水聽器的相移靈敏度測量。其他類型水聽器對于其他類型的水聽器，本標(biāo)準(zhǔn)也可提供一定的參考和借鑒。1.1標(biāo)準(zhǔn)適用對象1.2應(yīng)用領(lǐng)域海洋聲學(xué)監(jiān)測干涉型光纖水聽器廣泛應(yīng)用于海洋聲學(xué)監(jiān)測領(lǐng)域，如海底地震監(jiān)測、海洋生物聲學(xué)觀測等。水下通信與探測在水下通信、水下探測等領(lǐng)域，干涉型光纖水聽器也發(fā)揮著重要作用。03測量原理測量原理基于聲學(xué)干涉效應(yīng)，通過測量干涉型光纖水聽器輸出光信號(hào)的相位變化，推算出聲壓作用下的相移靈敏度。01相移靈敏度定義相移靈敏度是指干涉型光纖水聽器在單位聲壓作用下，輸出光信號(hào)相位的變化量。02測量方法本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了干涉型光纖水聽器相移靈敏度的測量方法，包括聲壓校準(zhǔn)、相位測量等步驟。1.3測量方法和原理022規(guī)范性引用文件基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范該標(biāo)準(zhǔn)定義了聲學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)術(shù)語和定義，為干涉型光纖水聽器的相移靈敏度測量提供了統(tǒng)一的術(shù)語基礎(chǔ)。GB/TXXXX-XXXX聲學(xué)基礎(chǔ)術(shù)語與定義該規(guī)范規(guī)定了光纖傳感器的一般要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則等，為干涉型光纖水聽器的設(shè)計(jì)和制造提供了基本依據(jù)。GB/TXXXX-XXXX光纖傳感器通用規(guī)范GB/TXXXX-XXXX聲學(xué)傳感器靈敏度測試方法該標(biāo)準(zhǔn)介紹了聲學(xué)傳感器靈敏度的測試方法，包括測試環(huán)境、測試設(shè)備、測試步驟等，對于干涉型光纖水聽器的相移靈敏度測量具有指導(dǎo)意義。0102GB/TXXXX-XXXX光纖傳感器性能測試方法該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了光纖傳感器性能測試的一般要求、測試方法和數(shù)據(jù)處理等，為干涉型光纖水聽器的性能測試提供了參考。相關(guān)測試方法標(biāo)準(zhǔn)033術(shù)語和定義聲學(xué)干涉型光纖水聽器是一種基于光纖干涉原理的水聲傳感器，用于將水下聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)進(jìn)行傳輸和處理。具有高靈敏度、寬頻帶、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于海洋環(huán)境監(jiān)測、水下通信、水下目標(biāo)探測等領(lǐng)域。定義特點(diǎn)3.1聲學(xué)干涉型光纖水聽器相移靈敏度是指聲學(xué)干涉型光纖水聽器在受到單位聲壓作用下，輸出光信號(hào)的相位變化量。它是衡量水聽器性能的重要指標(biāo)之一。相移靈敏度的單位通常為弧度/帕斯卡（rad/Pa）或度/微巴（°/μbar）。3.2相移靈敏度單位定義定義測量方法是指對聲學(xué)干涉型光纖水聽器的相移靈敏度進(jìn)行量化和評估的具體手段和步驟。分類測量方法主要包括比較法、絕對測量法和相對測量法等。其中，比較法是通過與已知靈敏度的標(biāo)準(zhǔn)水聽器進(jìn)行比較來確定被測水聽器的靈敏度；絕對測量法是通過直接測量水聽器輸出光信號(hào)的相位變化量和水下聲壓值來計(jì)算靈敏度；相對測量法則是通過測量水聽器在不同聲壓級下的相位變化量，進(jìn)而推算出其靈敏度。3.3測量方法044干涉條紋計(jì)數(shù)法基于干涉現(xiàn)象干涉型光纖水聽器通過測量聲波引起的光纖中傳輸光的相位變化來檢測聲信號(hào)。干涉條紋計(jì)數(shù)法利用干涉現(xiàn)象，通過計(jì)數(shù)干涉條紋的數(shù)量來確定相位變化量。相位解調(diào)技術(shù)將相位變化量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理，得到聲波信號(hào)的相關(guān)信息。4.1測量原理干涉型光纖水聽器包括光纖傳感頭、光纖干涉儀和光電轉(zhuǎn)換器等部分，用于將聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為光相位變化。干涉條紋計(jì)數(shù)器用于計(jì)數(shù)干涉條紋的數(shù)量，通常采用光電探測器和計(jì)數(shù)電路實(shí)現(xiàn)。信號(hào)處理系統(tǒng)對干涉條紋計(jì)數(shù)器輸出的電信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、濾波、放大等處理，得到聲波信號(hào)的幅度、頻率等信息。4.2測量裝置聲源應(yīng)穩(wěn)定、可靠，能夠產(chǎn)生足夠強(qiáng)度和頻率范圍的聲波信號(hào)。聲源條件測量環(huán)境應(yīng)保持安靜，避免外部噪聲和振動(dòng)的干擾。同時(shí)，溫度和濕度等環(huán)境因素也可能對測量結(jié)果產(chǎn)生影響，需要進(jìn)行控制和記錄。環(huán)境條件光纖水聽器的安裝位置和方向應(yīng)符合測量要求，避免由于安裝不當(dāng)引入誤差。光纖水聽器安裝條件4.3測量條件檢查測量裝置的狀態(tài)和性能，確保其正常工作。根據(jù)測量要求設(shè)置聲源參數(shù)和環(huán)境條件。準(zhǔn)備工作在進(jìn)行正式測量前，需要對測量裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，以消除系統(tǒng)誤差和提高測量精度。校準(zhǔn)過程啟動(dòng)聲源，記錄干涉條紋計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)據(jù)。根據(jù)測量原理和方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，得到聲波信號(hào)的相關(guān)信息。測量步驟對測量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，計(jì)算相移靈敏度等參數(shù)。根據(jù)需要進(jìn)行誤差分析和不確定度評定。結(jié)果處理4.4測量方法

4.5測量不確定度不確定度來源干涉條紋計(jì)數(shù)法的測量不確定度主要來源于聲源穩(wěn)定性、環(huán)境條件變化、光纖水聽器性能波動(dòng)以及校準(zhǔn)過程等因素。不確定度評定方法可以采用統(tǒng)計(jì)分析方法、誤差傳遞方法或蒙特卡羅模擬等方法對測量不確定度進(jìn)行評定。具體評定方法應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況和測量要求選擇。不確定度表示測量不確定度通常以標(biāo)準(zhǔn)偏差、擴(kuò)展不確定度或置信區(qū)間等形式表示。在給出測量結(jié)果時(shí)，應(yīng)同時(shí)給出相應(yīng)的不確定度信息。055貝塞爾函數(shù)比值法干涉型光纖水聽器通過測量聲波引起的光纖中光相位的變化來檢測聲信號(hào)。貝塞爾函數(shù)比值法利用貝塞爾函數(shù)的特性，通過測量干涉光強(qiáng)的變化來推算相位變化，進(jìn)而得到水聽器的相移靈敏度?；诼晫W(xué)干涉原理相位解調(diào)是干涉型光纖水聽器中的關(guān)鍵技術(shù)之一。貝塞爾函數(shù)比值法采用特定的相位解調(diào)算法，將干涉光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為相位信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對水聽器相移靈敏度的準(zhǔn)確測量。相位解調(diào)技術(shù)5.1測量原理作為被測器件，需要選用性能穩(wěn)定、可靠性高的干涉型光纖水聽器。干涉型光纖水聽器包括光源、光纖耦合器、光纖傳感臂和光電探測器等組成部分，用于產(chǎn)生和傳輸干涉光信號(hào)。光纖傳感系統(tǒng)對光電探測器輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波和數(shù)字化處理，以便于后續(xù)的相位解調(diào)和數(shù)據(jù)分析。信號(hào)處理系統(tǒng)5.2測量裝置溫度和濕度控制溫度和濕度的變化會(huì)影響光纖水聽器的性能和測量結(jié)果。因此，在測量過程中需要對環(huán)境溫度和濕度進(jìn)行嚴(yán)格控制。校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)器為了對水聽器的相移靈敏度進(jìn)行準(zhǔn)確測量，需要使用校準(zhǔn)過的標(biāo)準(zhǔn)器作為參考。聲場環(huán)境為了保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要在消聲室或等效的聲場環(huán)境中進(jìn)行測量，以避免外界噪聲的干擾。5.3測量條件干涉光強(qiáng)測量01通過調(diào)整光纖傳感系統(tǒng)的參數(shù)，使得干涉光強(qiáng)信號(hào)達(dá)到最佳狀態(tài)。然后，使用光電探測器對干涉光強(qiáng)進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，并記錄數(shù)據(jù)。相位解調(diào)處理02將測量得到的干涉光強(qiáng)信號(hào)輸入到相位解調(diào)算法中進(jìn)行處理，得到相位信號(hào)。通過對相位信號(hào)的分析，可以計(jì)算出水聽器的相移靈敏度。數(shù)據(jù)處理與分析03對測量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，包括數(shù)據(jù)平滑、異常值剔除等操作。同時(shí)，根據(jù)實(shí)際需要繪制相應(yīng)的圖表和曲線，以便于更直觀地展示測量結(jié)果。5.4測量方法光源穩(wěn)定性光源的穩(wěn)定性對干涉光強(qiáng)和相位解調(diào)結(jié)果都有影響，因此需要選擇穩(wěn)定性好的光源，并對其進(jìn)行定期校準(zhǔn)和維護(hù)。環(huán)境因素環(huán)境溫度、濕度和振動(dòng)等環(huán)境因素都會(huì)對測量結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。為了減小這些影響，需要對環(huán)境因素進(jìn)行嚴(yán)格的控制和監(jiān)測。校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)器誤差校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)器的誤差會(huì)直接影響到水聽器相移靈敏度的測量結(jié)果。因此，需要選擇高精度、高穩(wěn)定性的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)器，并對其進(jìn)行定期檢定和校準(zhǔn)。同時(shí)，在測量過程中還需要注意校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)器的正確使用方法和保養(yǎng)維護(hù)。5.5測量不確定度066相位生成載波解調(diào)法基于相位生成載波（PGC）解調(diào)技術(shù)測量水聽器相移靈敏度。通過調(diào)制和解調(diào)過程，將水聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并進(jìn)行處理。利用干涉現(xiàn)象和光纖傳感原理，實(shí)現(xiàn)水聲信號(hào)的高靈敏度檢測。6.1測量原理作為被測器件，用于接收水聲信號(hào)并產(chǎn)生相應(yīng)的光信號(hào)。干涉型光纖水聽器將光信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，提取出水聲信號(hào)的相位信息。相位生成載波解調(diào)器產(chǎn)生用于調(diào)制和解調(diào)的參考信號(hào)。信號(hào)發(fā)生器用于采集和解調(diào)后的電信號(hào)，并進(jìn)行后續(xù)處理。示波器或數(shù)據(jù)采集卡6.2測量裝置確保測量環(huán)境中無明顯的噪聲和振動(dòng)干擾。保持水聽器和測量裝置的穩(wěn)定性和可靠性。選擇合適的調(diào)制頻率和解調(diào)參數(shù)，以獲得最佳的測量效果。6.3測量條件0102046.4測量方法將水聽器置于水中，并使其與聲源保持一定距離。打開信號(hào)發(fā)生器，產(chǎn)生適當(dāng)?shù)穆曅盘?hào)并作用于水聽器。通過解調(diào)器對接收到的光信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理，提取出水聲信號(hào)的相位信息。利用數(shù)據(jù)采集卡或示波器記錄解調(diào)后的電信號(hào)，并進(jìn)行后續(xù)分析處理。0303在實(shí)際測量中，需要對這些因素進(jìn)行充分考慮和評估，以提高測量的準(zhǔn)確性和可靠性。01光源穩(wěn)定性、光纖傳輸損耗、環(huán)境溫度變化等因素可能對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。02解調(diào)器的性能和解調(diào)參數(shù)的選擇也會(huì)對測量結(jié)果產(chǎn)生一定影響。6.5測量不確定度077差分延時(shí)外差解調(diào)法01027.1測量原理通過引入?yún)⒖脊夂托盘?hào)光的延時(shí)差，將相移信息轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度信息，便于后續(xù)的信號(hào)處理和解調(diào)?；诟缮嫘凸饫w水聽器的相移靈敏度測量原理，利用差分延時(shí)外差解調(diào)法實(shí)現(xiàn)相移的高精度測量。7.2測量裝置包括光源、干涉型光纖水聽器、光路系統(tǒng)、信號(hào)采集與處理系統(tǒng)等主要部分。光源需具備穩(wěn)定性和單色性，以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。干涉型光纖水聽器作為被測器件，其性能直接影響測量結(jié)果。光路系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)參考光和信號(hào)光的精確延時(shí)和干涉，以確保測量精度。信號(hào)采集與處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集干涉信號(hào)并進(jìn)行解調(diào)處理，最終得到相移靈敏度測量結(jié)果。被測器件需放置在穩(wěn)定的光學(xué)平臺(tái)上，以避免機(jī)械振動(dòng)對測量結(jié)果的影響。測量過程中需保持光源功率穩(wěn)定，以確保測量結(jié)果的可靠性。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境需保持恒溫、恒濕、無塵等條件，以減少環(huán)境因素對測量結(jié)果的影響。7.3測量條件按照規(guī)定的測量步驟進(jìn)行操作，包括光路搭建、器件放置、信號(hào)采集與處理等。在測量過程中需密切關(guān)注干涉信號(hào)的變化情況，及時(shí)調(diào)整光路或器件位置以保證測量精度。對采集到的干涉信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理，提取出相移信息并計(jì)算相移靈敏度。7.4測量方法123對測量結(jié)果的不確定度進(jìn)行分析和評估，包括光源穩(wěn)定性、環(huán)境噪聲、機(jī)械振動(dòng)等因素對測量結(jié)果的影響。通過多次重復(fù)測量和數(shù)據(jù)處理，降低隨機(jī)誤差對測量結(jié)果的影響，提高測量精度和可靠性。最終給出相移靈敏度的測量結(jié)果及其不確定度范圍。7.5測量不確定度0883×3耦合器相位解調(diào)法8.1測量原理基于3×3耦合器的干涉原理利用3×3耦合器將輸入光分為三路，通過檢測三路光的相位差來實(shí)現(xiàn)對聲波的測量。相移靈敏度與相位差的關(guān)系相位差的變化與水聽器相移靈敏度成正比，通過測量相位差可以得到水聽器的相移靈敏度。3×3耦合器與相位解調(diào)器選用高質(zhì)量的3×3耦合器和相位解調(diào)器，以提高測量的精度和穩(wěn)定性。信號(hào)處理與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用高性能的信號(hào)處理和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對測量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理和分析。光源與光路系統(tǒng)采用穩(wěn)定的光源和光路系統(tǒng)，確保光的穩(wěn)定性和干涉效果。8.2測量裝置環(huán)境條件在恒溫、恒濕、無塵的環(huán)境中進(jìn)行測量，避免環(huán)境因素對測量結(jié)果的影響。聲源條件選擇穩(wěn)定的聲源，并確保聲源與水聽器的距離和角度保持不變。水聽器安裝條件確保水聽器安裝牢固、穩(wěn)定，避免水聽器在測量過程中發(fā)生移動(dòng)或振動(dòng)。8.3測量條件03校準(zhǔn)與標(biāo)定方法定期對測量裝置進(jìn)行校準(zhǔn)和標(biāo)定，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。01相位解調(diào)方法采用基于3×3耦合器的相位解調(diào)方法，通過檢測三路光的相位差來實(shí)現(xiàn)對聲波的測量。02數(shù)據(jù)處理方法對采集到的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、平滑等處理，以提高測量結(jié)果的精度和穩(wěn)定性。8.4測量方法8.5測量不確定度光源與光路系統(tǒng)的不確定度由于光源和光路系統(tǒng)的穩(wěn)定性、均勻性等因素引入的不確定度。3×3耦合器與相位解調(diào)器的不確定度由于3×3耦合器和相位解調(diào)器的精度、穩(wěn)定性等因素引入的不確定度。信號(hào)處理與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的不確定度由于信號(hào)處理和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的精度、噪聲等因素引入的不確定度。環(huán)境條件與聲源條件的不確定度由于環(huán)境條件（如溫度、濕度等）和聲源條件（如聲源穩(wěn)定性、聲源與水聽器的距離和角度等）引入的不確定度。09附錄A(規(guī)范性)干涉型光纖水聽器貝塞爾函數(shù)比值法干涉光相移量與貝塞爾比值關(guān)系表基于干涉原理干涉型光纖水聽器利用光纖中的光波干涉現(xiàn)象來檢測聲信號(hào)。相位調(diào)制聲信號(hào)引起光纖中光波的相位變化，通過檢測相位變化來感知聲信號(hào)。高靈敏度干涉型光纖水聽器具有高靈敏度、寬頻帶響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。干涉型光纖水聽器基本原理貝塞爾函數(shù)貝塞爾函數(shù)是一類在圓柱坐標(biāo)系下求解波動(dòng)方程時(shí)得到的特殊函數(shù)。比值法通過計(jì)算不同階數(shù)的貝塞爾函數(shù)之間的比值，可以得到與干涉光相移量相關(guān)的參數(shù)。優(yōu)點(diǎn)該方法具有計(jì)算精度高、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。貝塞爾函數(shù)比值法該表列出了不同干涉光相移量對應(yīng)的貝塞爾函數(shù)比值。表的構(gòu)成使用方法注意事項(xiàng)在實(shí)際測量中，可以根據(jù)干涉光相移量查找對應(yīng)的貝塞爾函數(shù)比值，從而得到聲信號(hào)的相位信息。在使用該表時(shí)，需要注意插值誤差和測量精度等問題，以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。030201干涉光相移量與貝塞爾比值關(guān)系表10附錄B(資料性)干涉型光纖水聽器相移靈敏度測量不確定度分析示例設(shè)備誤差