[发明专利]一种可同时测量声波与压力的光纤传感器

摘要

本发明公开了一种可同时测量声波与压力的光纤传感器，包括单色光源、光纤耦合器、第一单模光纤、长周期光纤光栅、声学换能薄膜、第二单模光纤、保偏光纤、第三单模光纤、偏振控制器、第四单模光纤、光电探测器；保偏光纤接入在光纤耦合器的第三端口和第四端口之间构成闭环萨格纳克干涉仪；长周期光纤光栅通过熔接的方式嵌入干涉仪中并固定于声学换能薄膜上；换能薄膜将外界声波转换成对光栅的动态曲率调制，从而改变其损耗峰处光强度。作用于保偏光纤上的侧向压力会导致梳状干涉谱漂移，单色光源将光谱漂移转化为输出光强度变化。该装置输出强度信号直流分量中包含静态侧向压力的信息，交流分量中包含声波的信息，从而实现对声波与压力同时测量。

主权项

1.一种可同时测量声波与压力的光纤传感器，其特征在于，包括单色光源(1)、光纤耦合器(2)、第一单模光纤(3)、长周期光纤光栅(4)、声学换能薄膜(5)、第二单模光纤(6)、保偏光纤(7)、第三单模光纤(8)、偏振控制器(9)、第四单模光纤(10)和光电探测器(11)；所述光纤耦合器(2)的第一端口连接单色光源(1)的输出端；所述第一单模光纤(3)的第一端连接所述光纤耦合器(2)的第三端口；所述长周期光纤光栅(4)的两端分别与所述第一单模光纤(3)的第二端和所述第二单模光纤(6)的第一端相连接；且所述长周期光纤光栅(4)固定在所述声学换能薄膜(5)上并保持拉直状态；所述保偏光纤(7)的第一端连接所述第二单模光纤(6)的第二端；所述第三单模光纤(8)的第一端连接所述保偏光纤(7)的第二端；所述偏振控制器(9)的两端分别与所述第三单模光纤(8)的第二端和所述第四单模光纤(10)的第一端相连接；所述光纤耦合器(2)的第四端口连接所述第四单模光纤(10)的第二端；所述光电探测器(11)的输入端连接所述光纤耦合器(2)的第二端口；所述第一单模光纤(3)、所述第二单模光纤(6)、所述保偏光纤(7)、所述第三单模光纤(8)、所述偏振控制器(9)和所述第四单模光纤(10)在所述光纤耦合器(2)的第三端口与第四端口之间连接构成萨格纳克干涉仪结构；所述长周期光纤光栅(4)通过熔接方式连接在所述第一单模光纤(3)和所述第二单模光纤(6)之间，从而嵌入在萨格纳克干涉仪中；所述光纤传感器用于声波‑压力同时测量时，当外界声波作用于光纤传感器时会导致声学换能薄膜的振动，薄膜振动会对固定于薄膜上的长周期光纤光栅的曲率产生周期性的调制，且调制频率与声频相同，进而导致长周期光纤光栅损耗峰处光强度发生变化，利用单色光源进行强度解调的方式解析损耗峰波长处光功率变化解调出待测的声波信号，当侧向压力作用于保偏光纤上时，萨格纳克干涉仪的梳状干涉谱会发生漂移，单色光源通过斜边解调的方式将波长的漂移转化成光强度的变化，由于侧向压力被认为是静态信号，而声波信号是动态信号，因此光纤传感器的输出强度信号的直流分量中包含侧向压力的信息，而交流分量中则包含声波的信息，通过对输出信号的交流与直流分量进行监测分析实现对声波与侧向压力的同时测量。