[發(fā)明專利]光纖多頻聲波傳感器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410366572.1
• 申請日: 2014-07-29
• 公開（公告）號: CN104154985A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂辰剛;王晗;高靖宜;郭璽;任暢;李本萍
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 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器，具體涉及使用光纖傳感器對多頻率聲波進(jìn)行同時檢測。

背景技術(shù)

目前使用光纖傳感器在聲波傳感領(lǐng)域主要是對單一聲源進(jìn)行傳感檢測，在對多個頻率聲源進(jìn)行檢測的情況下，通常采用多傳感器陣列的方式來進(jìn)行檢測，傳感器陣列的方式會產(chǎn)生誤差積累、占用空間大、數(shù)據(jù)處理復(fù)雜等弊端。在醫(yī)學(xué)檢測和海洋測深領(lǐng)域中，經(jīng)常使用多頻超聲進(jìn)行探測，多頻超聲可以得到更高的準(zhǔn)確性和更多的有用信息。在海洋潛艇探測領(lǐng)域，為了檢測不同頻率的聲波信號，目前普遍采用的方案主要是利用傳感器陣列來實(shí)現(xiàn)，傳感器陣列本身占用空間較大、不易小型化是其現(xiàn)階段難以解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提出一種新型光纖激光多頻聲波傳感器，將多頻聲波的以復(fù)用的方式同時調(diào)制到光信號中，實(shí)現(xiàn)多頻聲波的檢測。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)行多頻率聲波的同時傳感，靈敏度高，器件利用率高，節(jié)省傳感器的空間，避免了多器件測量引入的器件本身的誤差。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種光纖多頻聲波傳感器，包括光纖DBR光柵，980/1550波分復(fù)用器，泵浦激光器，光隔離器，偏振控制器，起偏器和光電檢測器，其中，泵浦的980nm激光從泵浦激光器射出后經(jīng)過980/1550波分復(fù)用器進(jìn)入光纖DBR光柵中，來自外界的含有三個頻譜及三個以上頻率的多頻聲波作用在光纖DBR光柵上，多頻聲波的信息調(diào)制到了傳輸?shù)墓獠ㄖ校獠ㄩL轉(zhuǎn)化為1550nm，并且反射回980/1550波分復(fù)用器；光波經(jīng)過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)過調(diào)整的光波通過起偏器使兩個偏振態(tài)變?yōu)橥粋€方向之后，進(jìn)入光電檢測器中，以完成光信號到電信號的轉(zhuǎn)化，同時兩個偏振態(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，利用基于拍頻檢測的偏振外差光纖光柵DBR激光器進(jìn)行傳感檢測，技術(shù)比較成熟,傳感部件DBR光柵靈敏度很高，能夠檢測微弱的聲波；其次，本傳感器的傳感方式是將聲波調(diào)制到傳輸?shù)墓庑盘栔?，以調(diào)頻的方式進(jìn)行調(diào)制，以頻率復(fù)用的方式將多個頻率的方式同時傳輸，解調(diào)時將復(fù)用的多個頻率分別解復(fù)用并解調(diào)即可分別得到傳感的多頻聲波；另外，拍頻檢測需要的檢測設(shè)備成本低，技術(shù)成熟，易于實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

附圖1：多頻聲波檢測系統(tǒng)框圖

附圖2：多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)例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

如圖1所示本發(fā)明中提及的光纖激光多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。980nm的泵浦激光從激光器中發(fā)射出來進(jìn)入980/1550WDM(波分復(fù)用器)的泵浦端，從WDM的公共端輸出到光纖DBR光柵中，外界的多頻聲波作用在光柵上，使光柵發(fā)生一定的結(jié)構(gòu)改變，光柵的中的傳輸光也相應(yīng)發(fā)生變化，聲波信息調(diào)制到傳輸光中，同時光波長轉(zhuǎn)化為1550nm，并在光柵中反射回WDM中。光波從WDM的輸出端輸出到光隔離器中，光隔離器能有效防止反射的光向輸入端回傳。光波進(jìn)入偏振控制器，通過調(diào)節(jié)偏振控制器改變光波中偏振態(tài)的方向使得兩個偏振態(tài)的能量均衡分布。經(jīng)調(diào)整的光波進(jìn)入到起偏器中，兩個偏振態(tài)經(jīng)過起偏器調(diào)制變?yōu)橥粋€方向，以便在電學(xué)頻域進(jìn)行拍頻。偏振態(tài)處于同一方向下的光波進(jìn)入光電檢測器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，兩個偏振態(tài)轉(zhuǎn)換成電信號后完成拍頻，拍頻的信號為電學(xué)頻域的電信號，在電學(xué)頻譜分析儀中檢測拍頻的電信號，完成對聲波信號的解調(diào)，得到多頻聲波的信息。附圖2為完成解調(diào)后得到的頻譜圖，共有五個頻率的聲波，從輸出的頻譜圖中主波與諧波的頻差可以得到這幾個聲波信號的頻率，實(shí)現(xiàn)對多頻聲波的傳感。