[发明专利]声压测量传感器及多纵模光纤激光器声压测量系统

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，更具体地，涉及一种声压测量传感器及多纵模光纤激光器声压测量系统。

背景技术

准确的声压测量在光纤通信和光纤传感系统中非常重要。最常用的声压测量手段是使用电子型声级计（Sound Lever Met），其工作原理是由传声器（即话筒）将声压信号转换成电信号，再由前置放大器变换阻抗，使传声器与衰减器匹配。放大器将输出信号加到计权网络，对信号进行频率计权，然后再经衰减器及放大器将信号放大到一定的幅值，送到有效值检波器，在指示表头上给出声压声级的数值。电子型声级计工作时易受电磁干扰，稳定性较差，容易带来误差。

基于光纤激光声压传感技术的测量系统由于其具有体积小、动态范围广、抗电磁干扰能力强、可在恶劣环境下工作、稳定性好且易于调谐等优点而受到广泛关注。光纤激光声压传感技术可基本概括为三大方法领域：光纤分布反馈（Distributed Feedback,DFB）激光声压传感器、光纤分布布拉格反射（Distributed Bragg Reflector,DBR）激光声压传感器、光纤激光偏振拍频声压传感器。

其中，光纤DFB激光声压传感器尺寸小、灵敏度高，但制作困难、成本较高。光纤DBR激光声压传感器制作简单、易于实现，但受温度影响大，稳定性较差。光纤激光偏振拍频声压传感器在频域工作，解调方便，易于实现复用，但其灵敏度相对较低。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种声压测量传感器及多纵模光纤激光器声压测量系统，该测量系统利用声压测量传感器，通过测量多纵模拍频的漂移得到外界声压变化，灵敏度高，且稳定性和测量精度较高，制作工艺简单，成本低，易于实现批量生产。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种声压测量传感器，其特征在于，包括金属圆桶、薄膜和光纤；所述金属圆桶的侧壁中部有开孔，内壁设有吸音棉；所述薄膜位于所述金属圆桶的上端开口处，形成密封结构；所述光纤两端固定，呈紧绷状态，中部粘贴在所述薄膜的表面。

优选地，所述开孔的直径为1mm。

优选地，所述吸音棉的厚度为5～10mm。

优选地，所述薄膜为直径为8～12cm、厚度为40～60um的圆形聚合物薄膜。

按照本发明的另一方面，提供了一种多纵模光纤激光器声压测量系统，其特征在于，包括980nm泵浦光源、多纵模激光谐振腔、光纤隔离器、光电转换模块和频谱分析仪；所述多纵模激光谐振腔包括如权利要求1至4中任一项所述的声压测量传感器、波分复用器、掺铒光纤、可饱和吸收体、光纤全反镜和半透半反模块；所述980nm泵浦光源连接所述波分复用器的输入端，所述波分复用器的一个输出端依次串接所述掺铒光纤、所述声压测量传感器、所述可饱和吸收体和所述光纤全反镜，所述波分复用器的另一个输出端连接所述半透半反模块的输入端，所述半透半反模块的输出端通过所述光纤隔离器依次串接所述光电转换模块和所述频谱分析仪。

优选地，还包括1×2光纤耦合器和光谱仪，所述1×2光纤耦合器的输入端连接所述半透半反模块的输出端，所述1×2光纤耦合器的一个输出端连接所述光谱仪，另一个输出端依次串接所述光电转换模块和所述频谱分析仪。

优选地，将2×2光纤耦合器一端的两个端口连接，形成所述半透半反模块。

优选地，所述掺铒光纤的长度为3～8m。

优选地，所述多纵模激光谐振腔的腔长为10m。

优选地，所述可饱和吸收体由碳纳米管构成，用于锁模稳频。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

（1）声压测量传感器将声压变化信息转化为光纤的长度变化，进而改变多纵模谐振腔腔长，最终引起多纵模拍频的漂移，通过测量多纵模拍频的漂移即可得到外界声压变化。因此，该测量系统具有较高的灵敏度。

（2）在激光谐振腔中利用可饱和吸收体实现多纵模锁模，使测量系统的稳定性大幅提高。

（3）通过频谱分析仪跟踪光源的纵模间隔不稳定带来的测量漂移问题，测量精度较高。

（4）该测量系统的制作工艺简单，成本低，易于实现批量生产。

附图说明

图1是本发明实施例的多纵模光纤激光器声压测量系统的结构示意图；

图2是本发明实施例的声压测量传感器的结构示意图；

图3是本发明实施例的半透半反模块的结构示意图。