一种基于相干合成技术的双光纤传声器系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于相干合成技术的双光纤传声器系统，属于光纤传感领域，包括：光源，用于发射固定波长的单色光；与光源连接的导光单元，用于将所述单色光进行分光，得到多束光信号；与所述导光单元连接的拾音模块，采用熔点高的无源元件，所述拾音模块包括：双光纤和反射膜，所述拾音模块用于采集声音信息，基于双光纤和反射膜，得到含有声音信息的多束相干光信号；所述导光单元，还用于通过相干合成技术，将多束相干光信号干涉合成单束光信号；与导光单元连接的光电探测模块，用于将单束光信号转换为电信号，通过代码将电信号还原为声音信号。本发明专利技术能够用于极端环境下声压、振动等参数的监测，还能提高传声器灵敏度、信噪比和稳定性。噪比和稳定性。噪比和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于相干合成技术的双光纤传声器系统


[0001]本专利技术属于光纤传感
，尤其涉及一种基于相干合成技术的双光纤传声器系统。

技术介绍

[0002]声波探测在工业制造、航空航天、交通噪声监测和管道泄露监测等领域具有广泛地应用。传声器就是将声波信号转换为电信号的装置。目前广泛应用的是电容传声器，它是利用极薄的金属薄膜作为电容的一极，与另一固定电极组成了电容器。原理是声波引起金属薄膜的振动从而导致电容两极距离产生变化，保持电容两极间电位不变，则声波振动会导致电容存储电量产生变化，依靠电容量的变化而起换能作用的传声器。由于其工作原理可知，电传声器含有有源器件，非常容易受电磁干扰且不防潮，因此不适合在有强电磁干扰以及潮湿的环境下工作。
[0003]光纤传声器以其抗电磁干扰、耐腐蚀、体积小、灵敏度高和可远距离传输信号等优点，引起了人们的广泛关注，但是现有的光纤传声器无法提高在复杂环境下对声波探测的精度、信噪比和声压灵敏度，最终无法精确测量声波参数。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出了一种基于相干合成技术的双光纤传声器系统，利用新颖的双光纤结构对声压信号进行采集，以解决上述现有技术中存在无法精确测量声波参数的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于相干合成技术的双光纤传声器系统，包括：
[0006]光源，用于发射固定波长的单色光；
[0007]与所述光源连接的导光单元，用于将所述单色光进行分光，得到多束光信号；
[0008]与所述导光单元连接的拾音模块，采用熔点高的无源元件，所述拾音模块包括：双光纤和反射膜，所述拾音模块用于采集声音信息，基于双光纤和反射膜，得到含有声音信息的多束相干光信号；
[0009]所述导光单元，还用于通过相干合成技术，将所述多束相干光信号干涉合成单束光信号；
[0010]与所述导光单元连接的光电探测模块，用于将所述单束光信号转换为电信号，通过代码将所述电信号还原为声音信号。
[0011]优选地，所述双光纤的长度相等，且平行放置在同一水平面，所述双光纤的端面和所述反射膜的距离相等，并构成两个相同的F
‑
P干涉腔。
[0012]优选地，所述反射膜可拆换，采用热膨胀系数小的薄膜材料。
[0013]优选地，所述导光单元包含若干个端口，所述端口用于将单束光分成多束光，还用于将多束光合成单束光。
[0014]优选地，所述拾音模块还包括：双芯光纤石英套管和石英套管外壳；
[0015]所述双芯光纤石英套管，用于固定双光纤；
[0016]所述石英套管外壳，用于固定反射膜和所述双芯光纤石英套管。
[0017]优选地，还包括：数据采集模块和数据处理模块；
[0018]所述数据采集模块，用于采集电信号；
[0019]所述数据处理模块，用于对所述电信号进行滤波处理，并通过代码还原声音信号。
[0020]优选地，所述电信号的电压值，用于反映所述反射膜的振动频率和振动幅值。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
[0022]本专利技术提供了一种基于相干合成技术的双光纤传声器系统，通过双光束探测声波技术，利用相干光干涉合成原理可消除相位变化引起的信号失真等问题，使信号更稳定、纯净，可提高传声器灵敏度、信噪比和稳定性，并具有低成本、实时性好和适用性好等优点。
[0023]本专利技术所述传声器系统可以开发为集成器件，使声波测量设备小型化，便于实际现场应用。并且易复用组成阵列，实现声源的多点采集与定位。
[0024]本专利技术所述传声器系统容错能力强，若两根光纤中某一根光纤发生问题，另一个根光纤仍能保持正常的声压采集，从而增强了传声器系统的可靠性。
[0025]所述传声器系统的拾音模块采用无源元件，且熔点高，适用于强电磁干扰、高温、高压和强腐蚀等极端环境下对声压、振动等参数的测量。
[0026]所述传声器系统的反射膜可在不同的测试场景根据需求进行更换，比如频率响应范围，声压灵敏度等参数有不同需求时，可以方便快捷的更换反射膜，易组装。
附图说明
[0027]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0028]图1为本专利技术实施例的双光纤传声器系统示意图；
[0029]图2为本专利技术实施例的拾音模块结构图；
[0030]图3为本专利技术实施例的双F
‑
P干涉腔结构图；
[0031]图4为本专利技术实施例的整体实验流程图；
[0032]图5为本专利技术实施例的反射膜在不同频率振动情况下，检测到的低频率正弦波声压信号波形图和频谱图；
[0033]图6为本专利技术实施例的反射膜在不同频率振动情况下，检测到的高频率正弦波声压信号波形图和频谱图；
[0034]图7为本专利技术实施例的电压信号和声压幅值之间的关系图；
[0035]其中，1
‑
激光器，2
‑
导光单元，3
‑
第一单模光纤，4
‑
第二单模光纤，5
‑
拾音模块，6
‑
光电探测模块，7
‑
数据采集模块，8
‑
数据处理模块，9
‑
反射膜，10
‑
双芯光纤石英套管，11
‑
石英套管外壳。
具体实施方式
[0036]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0037]需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的
计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0038]实施例一
[0039]如图1所示，本实施例中提供一种基于相干合成技术的双光纤传声器系统，采用双光束测声波结构的光纤传声器，包括：
[0040]能够发出固定波长的激光器1；作为光传输介质以及实现分光功能的导光单元2；感应声音振动的拾音模块5由两根单模光纤3、4和反射膜9组成；将光信号转换为电信号的光电探测模块6；实现信号采集功能的数据采集模块7；对采集到的信号进行处理的数据处理模块8；
[0041]激光器1发射的单色光从导光单元2的端口Ⅰ进入导光单元2中将一束光分成两束相同的光，从导光单元2的端口Ⅱ、Ⅲ同时发射出双光束，通过两根光纤3、4进入传声器拾音模5内分别与反射膜9构成了两个相同的F
‑
P腔进行声音振动感应，F
‑
P干涉光从导光单元2的端口Ⅱ、Ⅲ进入，再从导光单元2的端口Ⅳ射出进入光电探测模块6中进行光信号转换为电信号。然后由数据采集模块7采集，并传输到数据处理模块8通过软件实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于相干合成技术的双光纤传声器系统，其特征在于，包括：光源，用于发射固定波长的单色光；与所述光源连接的导光单元，用于将所述单色光进行分光，得到多束光信号；与所述导光单元连接的拾音模块，采用熔点高的无源元件，所述拾音模块包括：双光纤和反射膜，所述拾音模块用于采集声音信息，基于双光纤和反射膜，得到含有声音信息的多束相干光信号；所述导光单元，还用于通过相干合成技术，将所述多束相干光信号干涉合成单束光信号；与所述导光单元连接的光电探测模块，用于将所述单束光信号转换为电信号，通过代码将所述电信号还原为声音信号。2.根据权利要求1所述的基于相干合成技术的双光纤传声器系统，其特征在于，所述双光纤的长度相等，且平行设置在同一水平面，所述双光纤的端面和所述反射膜的距离相等，并构成两个相同的F
‑
P干涉腔。3.根据权利要求1所述的基于相干合成技术的双光纤传声器系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜春雷，闫论，刘伟，王秀芳，陈朋，于欣欣，郏起鹏，邵上钊，
申请(专利权)人：东北石油大学三亚海洋油气研究院，
类型：发明
国别省市：