[发明专利]一种光纤声传感器及多点声波检测装置

权利要求书

1.一种光纤声传感器，包括：传感光纤、插芯、套管、换能膜，其中，传感光纤、插芯和套管从内到外依次嵌套布置，且插芯和套管的端面不平齐，换能膜覆盖于套管端面，使得插芯端面、套管内表面以及换能膜形成空腔结构；

所述传感光纤上刻有布拉格光栅，且传感光纤端面为斜切面；当单波长激光射入光纤传感器时，一部分激光被布拉格光栅反射，作为基准信号，另一部分激光透过布拉格光栅被换能膜反射，作为检测信号；当换能膜受到被测声波信号激励发生振动时，对经过换能膜的反射光相位进行调制输出检测信号，通过解调基准信号相位和检测信号相位的差值变化获得被测声波信号；将布拉格光栅反射的激光和换能膜反射的激光分别与参考光发生干涉产生拍频信号，针对性解调布拉格光栅与换能膜之间的光信号相位变化。

2.如权利要求1所述的光纤声传感器，其特征在于，射入传感光纤的激光为脉冲激光序列。

3.如权利要求1或2所述的光纤声传感器，其特征在于，所述换能膜为厚度不超过2微米的膜片。

4.如权利要求3所述的光纤声传感器，其特征在于，所述膜片类型为石墨烯薄膜、纳米银薄膜或聚酯材料薄膜。

5.一种基于权利要求1所述的光纤声传感器的多点声波检测装置，其特征在于，包括：

窄线宽激光器，用于产生连续窄线宽激光；

第一光纤耦合器，其输入端与窄线宽激光器的输出端连接，用于将连续窄线宽激光以不等功率进行分束；

激光脉冲调制模块，其输入端与第一光纤耦合器的第一输出端连接，用于将连续窄线宽激光进行频移并调制为脉冲激光序列；

环形器，其第一端口与激光脉冲调制模块的输出端连接，其第二端口与第二光纤耦合器的输入端连接，其第三端口与第三光纤耦合器的第一输入端连接；用于让脉冲激光序列进入多个光纤声传感器，并让多个光纤声传感器返回的基准脉冲信号序列和检测脉冲信号序列进入第三光纤耦合器；

第二光纤耦合器，其设有N个输出端，其每个输出端通过单模光纤与一个光纤声传感器的光纤端连接；所述第二光纤耦合器与第n个光纤声传感器之间的单模光纤长度为2(n-1)(l+L)，保证前一个光纤声传感器反射的信号同后一个光纤声传感器反射的信号不会重叠，l为布拉格光栅到传感光纤端面的距离，L为空腔长度；

第三光纤耦合器，其第二输入端与第一光纤耦合器的第二输出端连接，用于让第一光纤耦合器输出的参考光分别同基准脉冲信号序列和检测脉冲信号序列发生干涉，产生基准拍频信号和检测拍频信号；

以及信号解调器，其输入端与第三光纤耦合器的输出端连接，用于提取基准拍频信号和检测拍频信号之间的相位差变化，获得待测声波信息。

6.如权利要求5所述的多点声波检测装置，其特征在于，所述激光脉冲调制模块包括依次连接的声光调制器和掺铒光纤放大器，其中，声光调制器用于对连续窄线宽激光进行频移，并调制为脉冲激光序列，掺铒光纤放大器用于对脉冲激光序列进行放大处理。

7.根据权利要求5或6所述的多点声波检测装置，其特征在于，所述的窄线宽激光器发射波长与传感光纤中布拉格光栅中心反射波长一致。

8.根据权利要求5或6所述的多点声波检测装置，其特征在于，所述的脉冲激光序列，每个脉冲的持续时间应满足脉冲间隔其中，m为光纤折射率，c为光速。

9.根据权利要求5或6所述的检测装置，其特征在于，根据公式获得第n个光纤声传感器受到声波作用产生的光信号相位变化量，其中，为从第n个检测拍频信号提取的相位量，为从第n个基准拍频信号提取的相位量。