[发明专利]一种基于空芯光子晶体光纤的声波检测装置及方法

说明书

一种基于空芯光子晶体光纤的声波检测装置，包括如下依次连接的器件：激光器、光纤放大器、环形器、光纤、光纤声波传感器；光电探测器、锁相放大器、激光控制器、数据采集卡、信号采集及处理单元，其中激光器(200)发出的激光经光纤放大器(201)放大后进入环形器(202)的1#端口，环形器的2#端口输出的信号进入光纤(203)中传输，光纤与光纤声波传感器的连接，从光纤输出的信号进入光纤声波传感器(204)，光纤声波传感器将会反射部分信号，被反射的信号经光纤传输后从环形器2#端口进入环形器，从环形器3#端口依次连接光电探测器(205)、锁相放大器(206)、数据采集卡(208)、信号采集及处理单元。

技术领域

本发明涉及光纤声波传感器领域，具体涉及一种基于空芯光子晶体光纤的声波检测装置及方法。

背景技术

与传统的传感技术相比，光纤传感器由于具有传输损耗低、结构紧凑、耐高温、耐腐蚀、抗电磁干扰、制备工艺简单等优点，特别是频带宽、信息容量大、传输损耗低可以实现长距离和分布式测量。光纤传感器不但可以实现多种物理量的测量，如声场、电场、压力、温度等，而且还可以完成现有测量技术难以完成的测量任务，近年来备受研究人员的高度重视。其中，光纤声波传感器由于重量轻、灵敏度高等优点，已经在多个领域中得到应用，光纤声波传感器的技术主要集中在利用迈克尔逊干涉仪、马赫泽德干涉仪以及法布里珀罗腔干涉仪的结构。如2014年，方舟等研究人员提出了基于光纤Bragg光栅的振弦式次声波传感器，申请号为CN201410093841.1，通过左侧弦与光纤Bragg光栅之间有聚酯薄膜做成的弹性膜片，该弹性膜片可以降低次声波对光纤Bragg光栅的直接作用的影响，有效地提高了传感器的灵敏度。2015年，鲁平等研究人员提出了一种光纤EFPI次声波传感器及次声信号探测系统，申请号为CN201510398802.7，通过在换能器中采用聚合物薄膜，并对聚合物薄膜的厚度和直径进行了优化设计，使得传感器能探测1～20Hz的次声波，且灵敏度高达121mV/Pa，与新型的光学探测方法相比，系统结构简单，尺寸小巧，成本低廉。2016年，乔学光等研究人员提出了法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器，单模光纤与应变片构成法布里-珀罗腔，应变片安装管内应变片的右端设置有应变片固定块，具有灵敏度高、宽频率响应好、动态范围宽、结构紧凑、产品成本低等优点。2016年，杨天等研究人员提出了一种光纤传感器及其声波探测应用方法，申请号为201610550700.7，利用光纤端面上的金属微纳米结构对光源的反射作用，制作了光纤声波传感器，且具备宽频率响应，角响应平坦，响应稳定，低噪声等优点。但是，目前报道的研究成果存在集成度低、难于插入狭小空间、在体内应用时不能有效规避体内复杂环境的干扰等缺点。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明目的是，提供一种基于空芯光子晶体光纤的声波检测装置及方法，在于提高声波信号探测的灵敏度，由此解决现有光纤探测时灵敏度低，结构复杂，成本高的技术问题。

为了达到上述目的，本发明技术方案是，一种基于空芯光子晶体光纤的声波检测装置，包括如下依次连接的器件：激光器、光纤放大器、环形器、光纤、光纤声波传感器；光电探测器、锁相放大器、激光控制器、数据采集卡、信号采集及处理单元，其中激光器200光源发出的激光信号经光纤放大器201放大后进入环形器202的1#端口，环形器的2#端口输出的信号进入光纤203中传输，光纤与光纤声波传感器的连接；从光纤输出的信号进入光纤声波传感器204，光纤声波传感器将会反射部分信号，被反射的信号经光纤传输后从环形器2#端口进入环形器，从环形器3#端口依次连接光电探测器205、锁相放大器206、数据采集卡208、信号采集及处理单元209；环形器3#端口输出的信号进入光电探测器205，光电探测器将输出的信号转换成电信号，电信号接锁相放大器206放大后输出分成两束信号，第一束信号连接激光控制器207，从激光控制器输出的电流信号连接所述激光器的控制端，驱动激光器工作，第二束信号接数据采集卡208和信号处理及显示单元209；经数据采集卡208采集信号，采集到的信号传输到信号处理及显示单元209进行处理，获得光纤声波传感器上的测量信息。