[发明专利]直线型多通道光纤声振动传感装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及声振动传感技术领域，适用于声波、冲击波和振动等信号的探测。

背景技术

采用光纤技术构成的声振动传感器，由于不受电磁干扰，能在有毒、易燃、易爆、小空间等恶劣环境下工作，因而能处理传统基于声电换能技术的声学测量中难以解决的技术问题，在声音采集、发动机噪声、环境噪声等领域具有广泛的应用前景。

基于法珀干涉微腔的光纤声振动传感器由于灵敏度高，能实现对声振动源的高保真实时监测，因而更受关注。在很多应用场合，往往需要多个光纤声振动传感器共同工作实现多点同时测量，以便更好的还原声振动源的信息。由于光纤声振动传感器的FP腔结构使得传感器不能直接串联，且由于测量对象是一个快速变化的信号，目前常用的多点测量的做法是一只光纤声振动传感器配一个解调单元，或者采用一个解调单元和光开关的方式进行星型布线（各个通道不能同时工作，每次只能选择一个通道使用），每个光纤声振动传感器均需要单独准备一根传输光纤连接到解调单元上，当布设的测量点较多或相互距离较大时，需要的传输光纤的数量将非常多，而且维护和布设都将变得复杂。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种直线型多通道光纤声振动传感装置及方法，通过增加一个微型全光纤中继复用器，使光纤声振动传感器能够如光纤光栅传感器一样串行布置，从而实现多通道同步高速声振动传感。

为了解决上述技术问题，本发明直线型多通道光纤声振动传感装置予以实现的技术方案是：该装置包括：光源、传输光纤、N个光纤声振动传感器、N个微型全光纤中继复用器和光信号分析器；其中：

光源用以提供宽带探测光，采用宽光谱的SLD光源或者ASE光源，工作波段为1310nm或1550nm；

传输光纤：用于连接光纤声振动传感装置中光源、微型全光纤中继复用器和光信号分析器；

N个光纤声振动传感器,N≤64,所述光纤声振动传感器采用法珀干涉微腔结构，由单模光纤端面与传感膜片构成法珀腔，其中传感膜片采用聚合物薄膜制作，可耐受液氮温度（-196℃），声压力变化分辨率0.01Pa，传感器体采用高硼硅套管和毛细管制作，单模光纤置于毛细管中心；

N个微型全光纤中继复用器，N≤64,每个微型全光纤中继复用器由一对具有相同特征波长参数的光栅辅助光纤耦合器和一个分光比为50:50的光纤耦合器组成；所述微型全光纤中继复用器具有三个端口，其中一个端口用于连接所述光纤声振动传感器，另外两个端口用于前后传输光纤的串接；所述微型全光纤中继复用器特征波长采用通信中的密集波分复用DWDM的中心波长，为每个光纤声振动传感器输出特定波长的谱宽度小于0.1nm窄带探测光，同时接收返回的经声振动调制的信号光；本发明中，所述微型全光纤中继复用器为全光纤无源器件。

所述光纤声振动传感器的初始工作点与微型全光纤中继复用器的特征波长相匹配。

光信号分析器，由DWDM滤波模块、InGaAs探测器模块、数据采集卡和计算单元组成；DWDM光通道数包括4路，8路，16路，32路或64路，用于将传输光纤中的各个波长的光干涉信号进行分离；所述InGaAs探测器模块的数量与DWDM光通道数匹配，进行光电转换；采用4块数据采集卡，数据采集卡采用16位AD，AD转换速度为1MHz，每块数据采集卡具有16路探测通道；计算单元包括计算机或嵌入式系统，对采集的各个波长的光干涉信号进行分析，完成高灵敏度多点声振动状态的同时监测。

另一方面，本发明还提供了一种直线型多通道光纤声振动传感方法，包括以下步骤：

步骤一、光源、N个微型全光纤中继复用器以及光信号分析器通过传输光纤按直线型串联相接，各个微型全光纤中继复用器具有不同的特征波长，并且每个微型全光纤中继复用器连接一个光纤声振动传感器，作为一个传感通道；每个微型全光纤中继复用器中的一对具有相同特征波长参数的光栅辅助光纤耦合器，其中第一个光栅辅助光纤耦合器为上载光栅辅助耦合器，另外第二个光栅辅助光纤耦合器为下载光栅辅助耦合器；