光纤声波探头是光纤传感技术的一种典型应用,具有体积小、重量轻、结构简单、可靠性和稳定性高、抗电磁干扰、抗腐蚀、灵敏度高、损耗低等技术优势,在监测、安防领域有着广阔的应用价值。本文基于光的相位调制原理设计制作了一种结构简单、灵敏度高的基于石墨烯薄膜的光纤声波探头,研究内容如下:首先,阐述了三种主要光纤传感技术的原理和特点,并介绍了光纤声波传感技术的三种主要调制方式的基本工作原理以及光纤声波传感器的发展趋势。其次,从双光束干涉效应出发,对基于二维薄膜光纤微干涉腔声波传感的工作原理进行了详细阐述,分析对比了光纤微干涉腔声波传感的两种主要信号解调方法,即强度解调法和相位解调法;然后介绍了基于石墨烯薄膜的光纤声波探头的结构设计,并完成了探头的制作与性能测试工作,基于强度解调方法完成了两种解调系统的方案设计与硬件实现。此外,详细研究了两种光纤声波检测系统的信号处理方法。由于光纤微干涉腔声波检测系统对外界环境噪声以及系统元器件的电路噪声非常敏感,研究分析了一种基于LMS(最小均方)算法的自适应滤波技术,对系统采集到的声音信号实现有效的减噪处理。在声音信号处理中,首次将盲源信号分离算法应用到光纤声波传感系统中。可以实现从采集到的多源混合信号中分离并恢复出相对独立的源信号。本文采用盲源分离方法对光纤声波检测系统所采集到的混合声音信号进行分离或恢复出相对独立的源声音信号。对于线性瞬时混合模型,研究分析了基于FastICA算法的盲源分离方法;对于线性卷积混合模型,研究分析了基于影响因子排序的频域盲源分离算法。并且,通过对算法的仿真和实验,证明了本文所采用算法的有效性。最后,介绍了光纤微干涉腔声波检测系统在一个实际工程的测试实验。通过在某公司车间对列车轮轴缺陷的现场测试以及与电类麦克风的对比测试,证实了本系统能够有效检测列车轮轴缺陷,并且有较大的性能提升空间。本文针对所设计、实现的基于二维薄膜光纤微干涉腔的声波检测系统的声音信号处理方法进行了详细研究,为在光纤声波传感系统中应用盲源分离算法提供了全新的思路。