[发明专利]一种光纤声传感器及多点声波检测装置

说明书

本发明公开了一种光纤声传感器及多点声波检测装置，光纤声传感器包括传感光纤、插芯、套管及换能膜，插芯端面、套管内表面以及换能膜形成空腔结构，传感光纤上刻有布拉格光栅。多点声波检测装置包括多个光纤声传感器，当单波长激光通过光纤耦合器分束射入第n个光纤声传感器时，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，当换能膜受到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施加在第n个传感器上的被测声波信号，实现对多点声波的测量。

技术领域

本发明涉及的是一种声波传感技术，更具体的，涉及一种光纤声传感器及检测装置。

背景技术

光纤传感技术集“传”与“感”为一体，近年来成为研究的热点，其中光纤声传感器与传统电容类传感器相比，具有结构简单小巧、灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、功耗低等诸多优点，在易燃易爆、强电磁干扰、强腐蚀等高危环境中应用前景广泛，目前已被应用于水听器、局部气体监测、材料特性分析、结构无损探测、变压器局部放电检测等工业国防领域。

目前光纤声传感技术主要有以下几类：第一类是本征型干涉式光纤声传感技术，例如全光纤迈克尔逊干涉技术与马赫泽德干涉技术，但干涉臂尺度较大，极易受到外界环境变化(温度、振动等)的影响，造成干涉光相位信号的波动，信噪比降低；第二类是强度式光纤声传感技术，采用一对发射光纤和接收光纤传输光信号，声敏薄膜作为反射面直接对光强进行调制，该方案相较干涉结构受环境的影响略小，但强度调制法信噪比不高，结构也相对复杂；第三类为非本征型法布里珀罗干涉技术，利用声波对法布里珀罗腔腔长的调制，对光信号相位进行调制，具有结构简单小巧、频率响应范围大等优点，但解调时需要将光源输出波长至正交工作点处，而正交工作点位置易受环境影响，影响测量稳定性，且制作时无法精确控制正交工作点位置，难以实现多点测量。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种光纤声传感器及检测装置，旨在解决现有光纤声波传感器信噪比低、稳定性差以及难以实现多点检测的技术问题。

为实现上述目的，作为本发明的一方面，本发明提供的一种光纤声传感器，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。

优选地，射入传感光纤的激光为脉冲激光序列。

优选地，所述换能膜为厚度不超过2微米的膜片。

优选地，膜片为石墨烯薄膜、纳米银薄膜以及聚酯材料薄膜。

作为本发明的另一方面，本发明提供一种多点声波检测装置，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调制为脉冲激光序列；