[发明专利]声波测量系统、悬臂梁式光纤声波传感器解调系统及方法

说明书

本发明公开了一种声波测量系统、悬臂梁式光纤声波传感器解调系统及方法，悬臂梁式光纤声波传感器解调系统包括光纤环形器、信号传输光纤、光纤声波传感头、光电检测器和处理器，所所述光电检测器的输入端连接光纤环形器，光电检测器的输出端连接处理器，光纤声波传感头通过连接信号传输光纤到光纤环形器。声波测量系统还包括光源，光源连接到光纤环形器。悬臂梁式光纤声波传感器通过基于夫琅禾费衍射的悬臂梁式光纤声波传感器的光强‑相位的关系调节出声波信号的振幅。该系统可以克服了静态工作点Q漂移的问题，而且灵敏度高。

技术领域

本发明涉及一种声波测量系统、悬臂梁式光纤声波传感器解调系统及方法。

背景技术

随着信息技术突飞猛进的发展，声波信号的探测已经变得愈发重要。石油或者天燃气管道泄露的时候，不仅仅伴随温度变化还有声音产生，通过声波探测可以管理管道周边的安全防护与预警。高铁沿线布置的分布式的声波传感，可探测高铁运行状态，了解轨道及列车运行状态。通过对领土范围内的海岛及分布线或者航运线的声波探测，可实时监测舰船航道情况。

近年来，声音传感器的研究热点已从电声传感技术向光声传感技术发展。光纤声波传感器在光纤传感和光电子技术发展技术上应运而生，相对传统电声传感器在灵敏度、动态范围和信号传输方面有明显的提高，同时具有体积小、重量轻、抗电磁干扰能力强等诸多优点。

传统的干涉-强度调制型光纤传感器，此种调制方式的传感器在实际应用的最大障碍是环境因素变化下的传感器静态工作点漂移问题。对于双光束干涉调制型的传感器，其干涉谱为余弦函数(低细度的F-P传感器近似为双光束干涉)，我们通常利用余弦曲线中线性度最好的一段作为相位-强度转换曲线。在对声波一类的交流信号检测时静态工作点一般设置在曲线斜率最大的1/2π相位点(Q点)，在Q点附近，小信号的响应是线性的，而且响应的灵敏度最大。但如果工作点因外界因素偏离Q点，传感器的灵敏度就会降低并出现非线性响应。针对干涉-强度调制型传感器工作点漂移问题已提出了多种方案，但是都没有从原理上原理上克服了静态工作点Q漂移。

发明内容

本发明提供一种声波测量系统、悬臂梁式光纤声波传感器解调系统及方法，所要解决的技术问题是：传统的干涉-强度调制型光纤传感器在实际应用的环境因素变化下，传感器静态工作点会产生飘移。

本发明通过下述技术方案实现：

悬臂梁式光纤声波传感器解调系统，包括光纤环形器、信号传输光纤、光电检测器和处理器，所述光电检测器的输入端连接光纤环形器，光电检测器的输出端连接处理器；

所述解调系统还包括光纤声波传感头，所述光纤声波传感头为悬臂梁式光纤声波传感器，包括自聚焦透镜和悬臂梁膜片；所述光纤环形器接收测量光信号，并将接收的测量光信号通过信号输入光纤传输到光纤声波传感头，进入光纤声波传感头的测量光信号通过自聚焦透镜的准直和扩束后与悬臂梁膜片产生反射光，反射光再耦合到信号传输光纤发生衍射而产生衍射光；

衍射光经光纤环形器进入光电探测器中；所述光电探测器将探测到的衍射光的光信号转化为衍射光的光强值的电信号并传输给处理器；

所述处理器用于接收到来自光电探测器的光强值的电信号计算声波信号的振幅；悬臂梁膜片会在外界的声音信号条件下振动，测量光信号输入光纤声波传感头后经过悬臂梁膜片反射后会产生衍射现象而产生衍射光，处理器对光电探测器转化该衍射光的光强值的电信号经过声波信号振幅与光强值的关系就计算出声波信号的振幅。

进一步，所述处理器包括接收光强值的接收单元；所述处理器包括根据光强值解调出声波信号振幅的解调单元。

进一步，所述光纤声波传感头包括自聚焦透镜、外壳和悬臂梁膜片，测量光从左至右射入光纤声波传感头，自聚焦透镜位于外壳内左侧，悬臂梁膜片位于外壳内右侧；悬臂梁膜片垂直于光线传输方向。

进一步，所述自聚焦透镜为楔形自聚焦透镜。