[發明專利]一種基于Y型腔正交偏振激光器的聲波測量裝置

在審

• 申請號: 202110036605.6
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112747816A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 肖光宗;曾小飛;張斌;劉賤平;趙洪常
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 長沙正務聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 43252
• 代理人: 吳婷

本發明涉及一種基于Y型腔正交偏振激光器的聲波測量裝置，由Y型腔正交偏振激光器、氣體膜盒、氣體導管、傳感氣體和信號采集與處理單元組成。當外界待測聲波信號傳播至氣體膜盒時，氣體膜盒的膜片將產生振動，使得氣體膜盒、氣體導管和P子段的空腔內的傳感氣體折射率發生變化，從而導致Y型腔正交偏振激光器的P光頻率發生改變，此時S光頻率保持不變。因此，通過測量Y型腔正交偏振激光器的S光和P光的頻差變化量，即可得到聲波信號的頻譜和強度信息。本發明具有結構簡單，頻譜測量范圍寬、靈敏度高、實用性強等優點。此外，本發明不局限于傳感氣體的種類和壓強，傳感靈敏度可以隨環境需要而改變，應用場合和適用范圍廣。

技術領域

本發明屬于光學工程領域和聲波檢測技術領域，涉及一種基于Y型腔正交偏振激光器的聲波測量裝置。

背景技術

常見的聲波探測一般用壓強式傳聲器、壓差式傳聲器和多聲道干涉傳聲器等傳感器去接收聲場中的聲壓。前兩者都是利用聲波入射到振膜引起電壓的變化而實現聲壓的測量，區別在于振膜在聲場的暴露程度。多聲道干涉傳聲器是將傳聲器做成多個入聲口的長管，管口覆有振膜，聲波在不同入聲口中產生干涉，可以在強噪聲環境下提取遠距離的聲波信號。這三者可以有效提取中高頻率、中等強度的聲波信號，但在低頻、低強度的聲波信號面前顯得捉襟見肘。而在石油和天然氣勘探，水下通信，地震監測，陸地、空中和水上監視等領域迫切需要能同時實現微弱和中高強度聲波探測的傳感器(Wonuk Jo,Onur Kilic,andMichel J.F.Digonnet.Highly Sensitive Phase-Front-Modulation Fiber AcousticSensor[J].Journal ofLightwave Technology 0733-8724(c))。

目前能實現微弱聲波探測的傳感器主要有：基于微型法布里珀羅(F-P)干涉儀進行相位敏感測量的光纖聲學傳感器(Balthasar Fischer.Optical microphone hearsultrasound[J].NATURE PHOTONICS,2016,10,356-358)。該干涉儀由反射光闌和離它幾十微米遠的單模光纖的反射尖端組成。振膜振動調節F-P腔的長度，從而調節腔共振的頻率。為了測量這種頻率調制，激光通過光纖發送到F-P腔，由F-P腔反射并被檢測。頻率調制然后被轉換成振動頻率下反射激光信號的光功率調制，光功率信號由光強探測器檢測，從而實現微弱聲波探測。此種方法靈敏度高、噪聲低、體積小，可以有效探測到600-10kHz頻率內檢測壓力的聲波。同時，其測量靈敏度對波長的依賴性較高，頻譜范圍較小，需要復雜的電路設計，不利于廣泛應用和檢修。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提出一種基于Y型腔正交偏振激光器的聲波測量裝置，具有結構簡單、頻譜測量范圍寬、靈敏度高、實用性強和應用范圍廣等優點。

本發明的原理是：利用氣體導管將氣體膜盒和Y型腔正交偏振激光器的P子段的空腔(毛細管)連通構成一個封閉腔，將傳感氣體置入該封閉腔內。當外界待測聲波信號傳播至氣體膜盒時，氣體膜盒的膜片將產生振動，使得氣體膜盒、氣體導管和P子段的空腔內的傳感氣體折射率發生變化，從而導致Y型腔正交偏振激光器的P光頻率發生改變，此時S光頻率保持不變。因此，通過測量Y型腔正交偏振激光器的S光和P光的頻差變化量，即可得到聲波信號的頻譜和強度信息。