[發(fā)明專利]聲壓測量傳感器及多縱模光纖激光器聲壓測量系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310645822.0
• 申請日: 2013-12-04
• 公開（公告）號: CN103644961A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魯平;王順;劉德明
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種聲壓測量傳感器及多縱模光纖激光器聲壓測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)

準(zhǔn)確的聲壓測量在光纖通信和光纖傳感系統(tǒng)中非常重要。最常用的聲壓測量手段是使用電子型聲級計（Sound?Lever?Met），其工作原理是由傳聲器（即話筒）將聲壓信號轉(zhuǎn)換成電信號，再由前置放大器變換阻抗，使傳聲器與衰減器匹配。放大器將輸出信號加到計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，對信號進(jìn)行頻率計權(quán)，然后再經(jīng)衰減器及放大器將信號放大到一定的幅值，送到有效值檢波器，在指示表頭上給出聲壓聲級的數(shù)值。電子型聲級計工作時易受電磁干擾，穩(wěn)定性較差，容易帶來誤差。

基于光纖激光聲壓傳感技術(shù)的測量系統(tǒng)由于其具有體積小、動態(tài)范圍廣、抗電磁干擾能力強、可在惡劣環(huán)境下工作、穩(wěn)定性好且易于調(diào)諧等優(yōu)點而受到廣泛關(guān)注。光纖激光聲壓傳感技術(shù)可基本概括為三大方法領(lǐng)域：光纖分布反饋（Distributed?Feedback,DFB）激光聲壓傳感器、光纖分布布拉格反射（Distributed?Bragg?Reflector,DBR）激光聲壓傳感器、光纖激光偏振拍頻聲壓傳感器。

其中，光纖DFB激光聲壓傳感器尺寸小、靈敏度高，但制作困難、成本較高。光纖DBR激光聲壓傳感器制作簡單、易于實現(xiàn)，但受溫度影響大，穩(wěn)定性較差。光纖激光偏振拍頻聲壓傳感器在頻域工作，解調(diào)方便，易于實現(xiàn)復(fù)用，但其靈敏度相對較低。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種聲壓測量傳感器及多縱模光纖激光器聲壓測量系統(tǒng)，該測量系統(tǒng)利用聲壓測量傳感器，通過測量多縱模拍頻的漂移得到外界聲壓變化，靈敏度高，且穩(wěn)定性和測量精度較高，制作工藝簡單，成本低，易于實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種聲壓測量傳感器，其特征在于，包括金屬圓桶、薄膜和光纖；所述金屬圓桶的側(cè)壁中部有開孔，內(nèi)壁設(shè)有吸音棉；所述薄膜位于所述金屬圓桶的上端開口處，形成密封結(jié)構(gòu)；所述光纖兩端固定，呈緊繃狀態(tài)，中部粘貼在所述薄膜的表面。

優(yōu)選地，所述開孔的直徑為1mm。

優(yōu)選地，所述吸音棉的厚度為5～10mm。

優(yōu)選地，所述薄膜為直徑為8～12cm、厚度為40～60um的圓形聚合物薄膜。

按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種多縱模光纖激光器聲壓測量系統(tǒng)，其特征在于，包括980nm泵浦光源、多縱模激光諧振腔、光纖隔離器、光電轉(zhuǎn)換模塊和頻譜分析儀；所述多縱模激光諧振腔包括如權(quán)利要求1至4中任一項所述的聲壓測量傳感器、波分復(fù)用器、摻鉺光纖、可飽和吸收體、光纖全反鏡和半透半反模塊；所述980nm泵浦光源連接所述波分復(fù)用器的輸入端，所述波分復(fù)用器的一個輸出端依次串接所述摻鉺光纖、所述聲壓測量傳感器、所述可飽和吸收體和所述光纖全反鏡，所述波分復(fù)用器的另一個輸出端連接所述半透半反模塊的輸入端，所述半透半反模塊的輸出端通過所述光纖隔離器依次串接所述光電轉(zhuǎn)換模塊和所述頻譜分析儀。

優(yōu)選地，還包括1×2光纖耦合器和光譜儀，所述1×2光纖耦合器的輸入端連接所述半透半反模塊的輸出端，所述1×2光纖耦合器的一個輸出端連接所述光譜儀，另一個輸出端依次串接所述光電轉(zhuǎn)換模塊和所述頻譜分析儀。

優(yōu)選地，將2×2光纖耦合器一端的兩個端口連接，形成所述半透半反模塊。

優(yōu)選地，所述摻鉺光纖的長度為3～8m。

優(yōu)選地，所述多縱模激光諧振腔的腔長為10m。

優(yōu)選地，所述可飽和吸收體由碳納米管構(gòu)成，用于鎖模穩(wěn)頻。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

（1）聲壓測量傳感器將聲壓變化信息轉(zhuǎn)化為光纖的長度變化，進(jìn)而改變多縱模諧振腔腔長，最終引起多縱模拍頻的漂移，通過測量多縱模拍頻的漂移即可得到外界聲壓變化。因此，該測量系統(tǒng)具有較高的靈敏度。

（2）在激光諧振腔中利用可飽和吸收體實現(xiàn)多縱模鎖模，使測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性大幅提高。

（3）通過頻譜分析儀跟蹤光源的縱模間隔不穩(wěn)定帶來的測量漂移問題，測量精度較高。

（4）該測量系統(tǒng)的制作工藝簡單，成本低，易于實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的多縱模光纖激光器聲壓測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例的聲壓測量傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例的半透半反模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。