[發(fā)明專利]一種用于雙頻率聲波檢測(cè)的光纖激光傳感系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410366571.7
• 申請(qǐng)日: 2014-07-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104180834A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王晗;呂辰剛;高靖宜;郭璽;任暢;李本萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D5/353
• 分類號(hào): G01D5/353;H01S3/067
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 程毓英

所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光纖激光聲波傳感系統(tǒng)，具體涉及使用光纖傳感器對(duì)雙頻率聲波進(jìn)行同時(shí)檢測(cè)。

背景技術(shù)

目前應(yīng)用于聲波檢測(cè)的光纖激光傳感器主要是對(duì)單一聲源進(jìn)行傳感檢測(cè)，專利“光纖聲壓傳感器”(公開(kāi)號(hào)CN101660939A)提到的基于拍頻檢測(cè)的光纖聲壓傳感器僅能對(duì)單一頻率的聲源進(jìn)行傳感，多頻聲源傳感時(shí)會(huì)產(chǎn)生聲源之間交叉調(diào)制以及聲源本身的倍頻，影響檢測(cè)的結(jié)果。在海洋測(cè)深領(lǐng)域中，常使用高低雙頻聲波進(jìn)行探測(cè)，高頻聲波可以以高精度探測(cè)水深，低頻聲波可以大范圍探測(cè)海底地形，雙頻聲波提高了探測(cè)的準(zhǔn)確性。在海洋潛艇探測(cè)領(lǐng)域，不同頻率的聲波代表了潛艇或艦船不同裝置，需要使用感應(yīng)頻率在不同頻段的傳感器同時(shí)工作才能達(dá)到全面檢測(cè)的目標(biāo)，這樣也造成了傳感器陣列的體積龐大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提出一種新型光纖激光雙聲波傳感裝置，利用傳感器來(lái)自不同方向不同頻率聲波靈敏度不同的特性,采用旋轉(zhuǎn)傳感部件的方式,同時(shí)檢測(cè)出兩個(gè)不同頻率的聲波。本發(fā)明利用偏振外差光纖光柵DBR(分布布拉格反射)激光傳感器進(jìn)行傳感，具有靈敏度高，空間利用率高的優(yōu)點(diǎn)，而且，本發(fā)明利用旋轉(zhuǎn)部件保持光纖光柵的轉(zhuǎn)動(dòng)，在其轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中利用方向性準(zhǔn)確檢測(cè)兩個(gè)方向的不同頻率聲波，同時(shí)可以消除解調(diào)輸出端信號(hào)的多次諧波。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種用于雙頻率聲波檢測(cè)的光纖激光傳感系統(tǒng)，包括光纖DBR光柵，旋轉(zhuǎn)部件，980/1550波分復(fù)用器，泵浦激光器，光隔離器，偏振控制器，起偏器和光電檢測(cè)器，其特征在于，泵浦的980nm激光從泵浦激光器射出后經(jīng)過(guò)980/1550波分復(fù)用器進(jìn)入光纖DBR光柵中，旋轉(zhuǎn)部件用于保持光纖DBR光柵的轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)自不同方向的外界的雙頻聲波作用在不斷旋轉(zhuǎn)的光纖DBR光柵上，轉(zhuǎn)動(dòng)的光柵在某一角度對(duì)一個(gè)頻率的聲波敏感，在另一個(gè)角度對(duì)另一個(gè)頻率的聲波敏感，雙頻聲波的信息調(diào)制到了傳輸?shù)墓獠ㄖ校獠ㄩL(zhǎng)轉(zhuǎn)化為1550nm，并且反射回980/1550波分復(fù)用器；光波經(jīng)過(guò)防止光回波的光隔離器進(jìn)入偏振控制器中，利用偏振控制器調(diào)整光波的偏振態(tài)方向防止偏振態(tài)能量分布不均，經(jīng)過(guò)調(diào)整的光波通過(guò)起偏器使兩個(gè)偏振態(tài)變?yōu)橥粋€(gè)方向之后，進(jìn)入光電檢測(cè)器中，以完成光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)化，同時(shí)兩個(gè)偏振態(tài)在電學(xué)頻域中進(jìn)行拍頻。

本發(fā)明的有益效果是：首先，傳感部件DBR光柵靈敏度很高，可以檢測(cè)強(qiáng)度很低的聲波；其次，DBR光柵對(duì)來(lái)自不同方向的雙頻聲波靈敏度不同，光柵處于一定的角度時(shí)，光柵對(duì)某一個(gè)方向上的某一頻率聲波敏感，而對(duì)另一個(gè)方向上的另一個(gè)頻率聲波不敏感，這個(gè)特性使得光柵可以在保持旋轉(zhuǎn)的情況下對(duì)不同頻率的聲波進(jìn)行有效地檢測(cè)，同時(shí)避免了雙頻聲波在解調(diào)設(shè)備中出現(xiàn)交叉調(diào)制從而產(chǎn)生和頻或者差頻，也避免了聲波自身可能出現(xiàn)的倍頻，防止了多余的信號(hào)干擾檢測(cè)結(jié)果。

附圖說(shuō)明

附圖1：雙頻聲波檢測(cè)系統(tǒng)框圖；

附圖2：雙頻聲波傳感輸出頻譜圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明中提及的光纖激光雙聲波傳感器是基于光纖DBR光柵激光器的單縱模偏振外差拍頻傳感器。泵浦的980nm激光從泵浦激光器射出后經(jīng)過(guò)980/1550波分復(fù)用器進(jìn)入DBR光柵中，使用一個(gè)旋轉(zhuǎn)部件保持光柵的轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)自不同方向的外界的雙頻聲波作用在傳感部件光柵上，轉(zhuǎn)動(dòng)的光柵在某一角度對(duì)一個(gè)頻率的聲波敏感，在另一個(gè)角度對(duì)另一個(gè)頻率的聲波敏感，雙頻聲波的信息調(diào)制到了傳輸?shù)墓獠ㄖ校獠ㄩL(zhǎng)轉(zhuǎn)化為1550nm，并且反射回WDM。光波經(jīng)過(guò)防止光回波的隔離器進(jìn)入偏振控制器中，利用偏振控制器控制光波的偏振態(tài)方向防止偏振態(tài)能量分布不均。調(diào)整的光波通過(guò)起偏器使兩個(gè)偏振態(tài)變?yōu)橥粋€(gè)方向，這樣才能在解調(diào)設(shè)備中完成拍頻。光波最后進(jìn)入到光電檢測(cè)器中，完成光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)化，同時(shí)兩個(gè)偏振態(tài)在電學(xué)頻域中進(jìn)行拍頻，解調(diào)時(shí)在電學(xué)頻譜分析儀中檢測(cè)得到的電信號(hào)，從中可以得到雙頻聲波的信息。附圖2為完成解調(diào)后得到的頻譜圖，雙頻聲波分別為7MHz和14MHz，從輸出的頻譜圖中主波與諧波的頻差可以得到這兩個(gè)頻率的聲波信號(hào)的頻率大小，完成傳感的目標(biāo)。