干涉型光纤水听器虚拟检测软件的设计和实现

　　0 引言

　　本文在LabVIEW环境下采用G 语言实现虚拟检测软件程序的设计，即Graphics代码。和传统的文本编程语言C、VB、Pascal等一样，可以组建编写定义的应用程序。G语言和其它语言的一个显著区别就是文本语言根据语句和指令的先后顺序决定程序的执行顺序，而G语言则采用数据流编写方式，在框图中节点之间，顺着连线顺序传递数据。随着仪器朝着第四代虚拟方向发展，虚拟仪器检测就成为一种新的手段和方法。G语言编写的程序被称为VI(虚拟仪器)[1-2]，不仅虚拟化图形仪器界面模仿真实的仪器，它还利用计算机硬件结合实现需求，不但强调虚拟的、视觉上的内容，更强调快速有效地代替硬件解决显示的检测任务。本文主要对3×3耦合解调原理和数学模型进行研究及仿真。

　　1 课题意义和研究的主要内容

　　光纤水听器是声纳的核心。我国在发展水听器方面起步晚，虽然在理论研究和实用化方面也取得不小的进展，但整体上还落后国外。近年来，随着潜艇消音技术的快速发展和国家对海洋战略的需求，对全光纤水听器系统性能要求更高更加紧迫，因此加强光纤水听器研究对国家的海洋安全意义重大。

　　本课题主要完成以下工作:

　　(1) 详细阐述干涉型光纤水听器的工作原理和3×3耦合解调理论，分析水听器实用化方面面临的主要问题，并对解调技术和信号衰落问题进行讨论，选取3×3耦合解调和保偏光纤方案作为解决办法，通过对比研究解调理论，选取虚拟检测的方法，并设计出ITT虚拟检测平台。

　　(2) 利用调用动态链接库设计驱动HS3-100工作的数据采集程序，按照“生产-消费者”程序设计结构和模块化思想，分别编写数据处理程序和显示程序模块。通过调用子VI的方法组合程序，并开发出ITT虚拟检测系统。

　　(3) 通过模拟干涉型光纤水听器三路输出信号，仿真测试该系统检测效果。分别在直流值漂移、交流幅值变动、相位误差在一定范围内变化时，观察系统检测数据变化并同时测试系统的低频探测能力。

　　(4) 通过在实验室条件下，测试系统的本地噪声功率谱，并利用液注法测量系统的声压灵敏度值; 最后对系统的加速度灵敏度响应值进行测量，验证系统是否满足设计要求，并总结虚拟检测系统的优点和实验存在的不足。

　　2 3×3耦合器零差检测理论及数学模型分析

　　2.1 3×3耦合器的零差检测方案

　　已知三路输出光强表达式为[3-4]:

　　其中，C是每条臂输出信号的背景光强值，B是干涉条纹对比度，φ是干涉仪两臂的相位差。很显然，三路信号彼此有2π/3的相位差值，对称解调方案就是利用这一条件，解调出两臂的相位差值。