[發明專利]一種分布式探測振動位置和聲音信號的裝置及其應用

有效

• 申請號: 201910548909.3
• 申請日: 2019-06-24
• 公開（公告）號: CN110207805B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 秦增光;劉兆軍;叢振華;李釗;渠帥;王恒
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;G01S17/06
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 顏洪嶺

本發明涉及一種分布式探測振動位置和聲音信號的裝置及其應用，包括依次連接的窄線寬激光模塊、隔離器、1×2耦合器、聲光調制器、摻鉺光纖放大器、濾波器、環形器、摻鉺光纖放大器、濾波器、第一平衡光電探測器、采集處理系統；1×2耦合器還連接一2×2耦合器，2×2耦合器通過第二平衡光電探測器連接采集處理系統；2×2耦合器還通過兩路光纖連接三芯傳感光纜，其中一路光纖通過三芯傳感光纜后連接光纖拾音盒、法拉第旋轉鏡，另一路光纖通過三芯傳感光纜后連接法拉第旋轉鏡；環形器通過一路光纖連接三芯傳感光纜后再連接振動光纖。本發明在進行振動位置探測的同時，能夠獲取多個位置的聲音信號，具有作業效率高的特點。

技術領域

本發明涉及一種分布式探測振動位置和聲音信號的裝置及其應用，特別涉及分布式光纖傳感系統里探測振動位置和聲音信號的裝置，屬于分布式光纖傳感技術領域。

背景技術

煤礦生產大部分是地下作業，地質及開采條件復雜多變，不安全因素多，經常受到瓦斯、煤塵、火水及頂板等災害的威脅，因此需要及時預警和傳遞求救信號。

無源信號檢測裝置主要基于光纖傳感技術，具有安全、抗腐蝕、抗電磁干擾等優點，干涉型信號檢測系統定位效果不夠精確，而反射型信號檢測系統對聲音信號不敏感。

之前的光纖拾音裝置大都利用反射振膜，聲音信號引起振膜的振動，從而改變光強，利用收集到的光強變化信號得到聲音信息。振膜制作材料、制作工藝、制作精度等都要求較高，導致成本較高。

在實際應用中，分布式光纖傳感系統除了探測振動信號外，往往需要對某處位置進行聲音探測，就需要多套光纖傳感系統，成本高，同時光纖利用率低。因此，有必要設計一種可同時探測多個振動位置和聲音信號的裝置。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種分布式探測振動位置和聲音信號的裝置，該裝置能夠在探測振動位置的同時，還能夠對某處位置的聲音信號進行探測。

本發明還提供上述一種分布式探測振動位置和聲音信號的裝置的工作方法。

本發明的技術方案如下：

一種分布式探測振動位置和聲音信號的裝置，包括依次連接的窄線寬激光模塊、隔離器、1×2耦合器、聲光調制器、摻鉺光纖放大器、濾波器、環形器、摻鉺光纖放大器、濾波器、第一平衡光電探測器、采集處理系統；

1×2耦合器還連接一2×2耦合器，2×2耦合器通過第二平衡光電探測器連接采集處理系統；2×2耦合器還通過兩路光纖連接三芯傳感光纜，其中一路光纖通過三芯傳感光纜后連接光纖拾音盒、法拉第旋轉鏡，另一路光纖通過三芯傳感光纜后連接法拉第旋轉鏡；

環形器通過一路光纖連接三芯傳感光纜后再連接振動光纖。

優選的，所述聲光調制器通過函數發生器連接驅動調制產生脈沖光，重復頻率10kHz。

優選的，所述窄線寬激光模塊產生的激光波長為1550nm，線寬小于3kHz。

優選的，所述1×2耦合器、2×2耦合器的分束比為50:50。

優選的，所述光纖拾音盒的數量至少兩個，光纖拾音盒之間通過1550nm單模光纖串接，每隔50m設一個，進行分布式采集聲音。

優選的，所述光纖拾音盒為利用光纖做成的無源器件，1550nm單模光纖纏繞在上大下小喇叭狀聲敏材料做成的筒體上，筒體上端開口、底部封閉，上端開口直徑6cm，底部直徑4cm。此設計的好處是，該結構對聲音信號敏感，聲音振動引起拾音盒光纖內光信號的光強變化，經過對光信號處理可還原聲音。

優選的，所述采集處理系統選用內置NI?PCI-5114采集卡的計算機。

一種分布式探測振動位置和聲音信號的裝置的工作方法，包括以下步驟：