波長調(diào)制光纖聲傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種波長調(diào)制光纖聲傳感器。該波長調(diào)制光纖聲傳感器包括：激光器，由激光器電源提供驅(qū)動電流，其波長連續(xù)可調(diào)；光纖FP干涉腔聲探頭，激光器發(fā)出的激光進入該光纖FP干涉腔聲探頭后被反射，輸出光信號；第一光電探測器，用于接收光纖FP干涉腔聲探頭輸出的光信號；以及信號處理與控制模塊，用于：依據(jù)第一光電探測器輸出信號的直流分量確定波長調(diào)制光纖聲傳感器的最佳工作波長；并通過控制激光器電源向激光器施加該最佳工作波長對應(yīng)的驅(qū)動電流值，將激光器的輸出波長移動至波長調(diào)制光纖聲傳感器的最佳工作波長。本發(fā)明波長調(diào)制光纖聲傳感器在使用時自動選取最佳工作波長，無需人工操作和校準(zhǔn)，使用方便，環(huán)境適應(yīng)性強。
【專利說明】波長調(diào)制光纖聲傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖傳感【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種波長調(diào)制光纖聲傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]光纖FP腔聲傳感器是一種基于光學(xué)位相測量的聲波探測器件，具有結(jié)構(gòu)簡單，功耗低，靈敏度高，聲頻響應(yīng)范圍寬，無電磁輻射，抗電磁干擾，與光纖通信網(wǎng)兼容性好等優(yōu)點，是繼駐極體聲傳感器之后的新一代聲探測器件，適合于形成隱蔽性好的分布式光纖聲探測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在工業(yè)、軍事、醫(yī)療、環(huán)保等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。例如，它可用于環(huán)境噪聲監(jiān)測、管道氣體泄露監(jiān)測、超聲機械探傷、超聲健康診斷，尤其適用于對易產(chǎn)生電磁輻射的電力、電機等設(shè)備的日常運行進行監(jiān)測和故障預(yù)警。在軍事上，光纖FP腔聲傳感器可對火炮、狙擊手、反潛直升機等低空、慢速、小體積目標(biāo)進行探測、跟蹤和定位。
[0003]盡管光纖FP腔聲傳感器具有上屬優(yōu)點和應(yīng)用前景，但目前仍處于實驗室研發(fā)階段。制約光纖FP腔聲傳感器實用化的瓶頸是其溫度穩(wěn)定性差。傳感器處于靜態(tài)時的輸出信號隨著周圍環(huán)境溫度的變化而漂移，進而影響其對聲波的響應(yīng)特性。為了克服這一缺點，本發(fā)明的相關(guān)發(fā)明人對光纖FP腔聲傳感器的結(jié)構(gòu)進行了改進，提出了一種基于彈簧結(jié)構(gòu)的光纖FP腔聲傳感器和一種基于頂絲定位結(jié)構(gòu)的光纖FP腔聲傳感器，分別申請了國家發(fā)明專利(申請?zhí)?201410247134.3 ；201410282935.3)。這兩種結(jié)構(gòu)對改善光纖FP腔聲傳感器的溫度穩(wěn)定性具有一定效果，但仍不能根除傳感器響應(yīng)特性隨溫度漂移的問題。因此，有必要采用更為有效的方法和技術(shù)，徹底消除光纖FP腔聲傳感器溫度穩(wěn)定性差的缺點。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問題
[0005]鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種波長調(diào)制光纖聲傳感器，以消除光纖FP腔聲傳感器溫度穩(wěn)定性差的缺點。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]本發(fā)明波長調(diào)制光纖聲傳感器包括:激光器，由激光器電源提供驅(qū)動電流，其波長連續(xù)可調(diào)；光纖FP干涉腔聲探頭，激光器發(fā)出的激光進入該光纖FP干涉腔聲探頭后被反射，反射的光信號中攜帶了外界聲音的信息；第一光電探測器，用于接收光纖FP干涉腔聲探頭輸出的光信號，產(chǎn)生輸出信號；以及信號處理與控制模塊，其第一輸入端連接至第一光電探測器的輸出端，其輸出端連接至激光器電源的控制端，用于:依據(jù)第一光電探測器輸出信號的直流分量確定波長調(diào)制光纖聲傳感器的最佳工作波長；并通過控制激光器電源向激光器施加該最佳工作波長對應(yīng)的驅(qū)動電流值，將激光器的輸出波長移動至波長調(diào)制光纖聲傳感器的最佳工作波長。
[0008](三)有益效果
[0009]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明波長調(diào)制光纖聲傳感器具有以下有益效果:
[0010](I)在使用時自動選取最佳工作波長，無需人工操作和校準(zhǔn)，使用方便，環(huán)境適應(yīng)性強；
[0011](2)采用信號反饋和波長調(diào)制的方法能夠使其長期穩(wěn)定工作于最佳工作波長處，由此克服了光纖FP腔聲傳感器溫度穩(wěn)定性差的缺點；
[0012](3)通過引入?yún)⒈刃盘?，有效消除了激光器輸出功率的不穩(wěn)定性對傳感器信號的干擾，提高了測試重復(fù)性；
[0013](4)探測到的聲波信號對稱性好，失真度小，不同器件測得的結(jié)果一致性好；
[0014](5)采用聚四氟乙烯薄膜或二氧化硅薄膜或氮化硅薄膜保護聲探頭振動膜不受環(huán)境中腐蝕氣體破壞，有效延長了聲探頭使用壽命長；
[0015](6)結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，易于實現(xiàn)，具有極高的推廣應(yīng)用價值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實施例波長調(diào)制光纖聲傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為圖1所示波長調(diào)制光纖聲傳感器中光纖FP干涉腔聲探頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為圖1所示波長調(diào)制光纖聲傳感器的最佳工作波長變化量與聲探頭的光纖FP干涉腔腔長變化量之間的依賴關(guān)系的仿真結(jié)果；
[0019]圖4為根據(jù)本發(fā)明第二實施例波長調(diào)制光纖聲傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]【本發(fā)明主要元件符號說明】
[0021 ]1-光纖FP干涉腔聲探頭；
[0022]Ia:殼體；Ib:振動膜；
[0023]lb-Ο:反射面；Ic:內(nèi)芯；
[0024]Id:光纖；Id-O:光纖上端面；
[0025]Ie:保護罩；Ie-O:入聲孔；
[0026]2a-光纖環(huán)形器；2b_光纖分束器；
[0027]3-激光器；
[0028]30-激光器電源；
[0029]4a-第一光電探測器；4b_第二光電探測器；
[0030]5_信號處理與控制模塊；
[0031]6-后續(xù)設(shè)備；
[0032]7a、7b、7c、7d、7e_ 光纖。

【具體實施方式】
[0033]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。
[0034]本發(fā)明采用信號反饋和波長調(diào)制的方法能夠使聲傳感器長期穩(wěn)定工作于最佳工作波長處，由此克服了光纖FP腔聲傳感器穩(wěn)定性差的缺點。
[0035]一、第一實施例
[0036]在本發(fā)明的第一個示例性實施例中，提供了一種波長調(diào)制光纖聲傳感器。圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實施例波長調(diào)制光纖聲傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本實施例波長調(diào)制光纖聲波傳感器包括:光纖FP干涉腔聲探頭1、光纖環(huán)形器2a、激光器3、激光器電源30、第一光電探測器4a、信號處理與控制模塊5、光纖7a、7b和7c。其中，信號處理與控制模塊5用于對第一光電探測器4a的輸出信號進行處理，并據(jù)此控制激光器電源30輸出電流的大小。
[0037]以下對本實施例波長調(diào)制光纖聲波傳感器的各個組成部分進行詳細(xì)說明。
[0038]激光器3通過光纖7a與光纖環(huán)形器2a光連接，光纖環(huán)形器2a的其余兩端口一個通過光纖7b與光纖FP干涉腔聲探頭I光連接，另一個通過光纖7c與第一光電探測器4a光連接。第一光電探測器4a的輸出端電連接于信號處理與控制模塊5的第一輸入端。信號處理與控制模塊5的第一輸出端與激光器電源30電連接。激光器電源30電連接于激光器3，為激光器3提供驅(qū)動電流。激光器電源30可以和激光器3集成于一體，也可以和信號處理與控制模塊5集成于一體。
[0039]激光器用作單色光源，其波長連續(xù)可調(diào)。激光器3發(fā)出的激光穿過光纖7a和光纖環(huán)形器2a以及光纖7b進入光纖FP干涉腔聲探頭I后被反射回光纖7b，反射光穿過光纖環(huán)形器2a和光纖7c被第一光電探測器4a接收。其中，光纖FP干涉腔聲探頭感應(yīng)外界聲音，第一光電探測器測量光纖FP干涉腔聲探頭輸出的光信號。波長調(diào)制光纖聲傳感器在工作過程中通過實時測量第一光電探測器4a獲得的傳感器信號的交流分量來感知外界聲音。當(dāng)波長調(diào)制光纖聲傳感器通過光纖FP干涉腔聲探頭I感應(yīng)到外界聲音時，信號處理與控制模塊5觸發(fā)后續(xù)設(shè)備6，使其做出響應(yīng)。
[0040]使用時，首先給波長調(diào)制光纖聲傳感器供電，信號處理與控制模塊5調(diào)節(jié)激光器電源30提供給激光器3的驅(qū)動電流，調(diào)制激光器3發(fā)出的激光波長，直至信號處理與控制模塊5接收到的第一光電探測器輸出信號的直流分量出現(xiàn)相鄰波峰和波谷為止。從測得的傳感器信號直流分量與激光波長的依賴關(guān)系中確定波長調(diào)制光纖聲傳感器的最佳工作波長，然后信號處理與控制模塊5自動通過調(diào)節(jié)激光器電源30提供給激光器3的驅(qū)動電流將激光器3輸出的激光波長移動至波長調(diào)制光纖聲傳感器的最佳工作波長處，使波長調(diào)制光纖聲傳感器在其最佳工作波長下工作，即:控制激光器電源施加與該最佳工作波長對應(yīng)的驅(qū)動電流值至激光器；并使其接收到的第一光電探測器輸出信號的直流分量等于最佳工作波長所對應(yīng)的直流分量一致。
[0041]其中，波長調(diào)制光纖聲傳感器的最佳工作波長為第一光電探測器輸出信號的直流分量的相鄰波峰和波谷之間的中點對應(yīng)的激光波長。此外，上述最佳工作波長被定義為光纖FP干涉腔聲探頭I處于靜態(tài)時的FP腔腔長的8/(2m+l)倍(m = 0、l、2、3、……)。
[0042]波長調(diào)制光纖聲傳感器在工作過程中通過實時測量第一光電探測器輸出信號的直流分量隨時間的變化來判斷其最佳工作波長是否發(fā)生了偏離。如果第一光電探測器輸出信號的直流分量被探測發(fā)生了變化，則意味著波長調(diào)制光纖聲傳感器的最佳工作波長發(fā)生了偏離。在此情況下，信號處理與控制模塊5按預(yù)設(shè)程序自動調(diào)節(jié)激光器3的驅(qū)動電流，調(diào)制其發(fā)出的激光波長，由此確定波長調(diào)制光纖聲傳感器新的最佳工作波長，進而通過自動調(diào)節(jié)激光器電源30提供給激光器3的驅(qū)動電流將激光器3輸出的激光波長移動至波長調(diào)制光纖聲傳感器的最佳工作波長處，從而保證本實施例波長調(diào)制光纖聲傳感器始終在其最佳工作波長下工作。
[0043]以下分別對本實施例波長調(diào)制光纖聲傳感器的各個組成部分進行詳細(xì)說明。
[0044]圖2為圖1所示波長調(diào)制光纖聲傳感器中光纖FP干涉腔聲探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，本實施例中，光纖FP干涉腔聲探頭由殼體la、設(shè)置于殼體頂部的振動膜lb、安裝于殼體內(nèi)的內(nèi)芯lc、固定于內(nèi)芯中的光纖Id、以及用于保護振動膜的保護罩Ie組成；振動膜Ib朝向殼體Ia內(nèi)的一側(cè)具有反光面lb-Ο,該反光面lb_0與光纖Id伸入殼體Ia內(nèi)的端面Id-O形成光纖FP干涉腔結(jié)構(gòu)；保護罩Ie,固定于殼體Ia的和振動膜Ib的外側(cè),其頂部開設(shè)有入聲孔Ie-O。
[0045]其中，殼體Ia呈圓筒狀結(jié)構(gòu)，由金屬、塑料或玻璃制備，其內(nèi)側(cè)開設(shè)內(nèi)螺紋。殼體的頂部安裝有振動膜，其中，該振動膜可以通過粘結(jié)、焊接等方式固定在殼體的頂部，此處不對固定方式進行限制。內(nèi)芯Ic通過螺紋和頂絲固定于殼體Ia內(nèi)部，其上表面低于所述振動膜lb。并且，內(nèi)芯Ic的中心軸線位置開設(shè)有光纖通孔。振動膜lb，其朝向所述殼體Ia外部的一側(cè)覆蓋有聚四氟乙烯薄膜或二氧化硅薄膜或氮化硅薄膜，以抑制周圍環(huán)境中腐蝕性氣體對振動膜Ib的破壞。
[0046]光纖Id為單模光纖，由殼體Ia外經(jīng)由內(nèi)芯Ic中心軸線位置的光纖通孔進入殼體Ia內(nèi)，并通過膠水粘結(jié)或機械壓緊方式固定于所述內(nèi)芯Ic的光纖通孔內(nèi)，該光纖Id靠近振動膜Ib的端面Id-O經(jīng)研磨與拋光后垂直于光纖軸線，且平行于所述振動膜Ib在靜止時的反光面lb-Ο，該光纖上端面Id-O與所述振動膜Ib的反光面Ib-O構(gòu)成光纖FP干涉腔。
[0047]本實施例中，光纖FP干涉腔聲探頭結(jié)構(gòu)簡單、制作容易、成本低，靈敏度高，抗腐蝕能力強，使用壽命長，容許原位精細(xì)調(diào)節(jié)光纖FP腔的長度，容許原位精細(xì)調(diào)節(jié)內(nèi)芯中心軸線的取向，從而容許簡捷優(yōu)化聲探頭對外界聲波的響應(yīng)特性。
[0048]本實施例中，波長調(diào)制光纖聲傳感器的最佳工作波長滿足如下條件:光纖FP干涉腔聲探頭中振動膜Ib處于靜態(tài)時對應(yīng)的所述光纖FP干涉腔的腔長等于所述最佳工作波長的(2m+l)/8倍(這里m = 0、l、2、——)。優(yōu)選地，本發(fā)明中，振動膜Ib處于靜態(tài)時對應(yīng)的所述光纖FP干涉腔的腔長，介于所述最佳工作波長的平方的0.01倍至0.5倍之間。
[0049]激光器3為尾纖輸出半導(dǎo)體激光器，安裝有光隔離器和半導(dǎo)體制冷片，其波長范圍為400nm至2000nm，其波長調(diào)制范圍不小于6nm。優(yōu)選地，所述激光器3的波長為1310nm或 1550nmo
[0050]第一光電探測器4a，為對激光器3發(fā)出的光敏感的光電二極管或光電倍增管或光電池，該探測器的輸出電信號與照射在光探測器感光面上的光強度呈線性關(guān)系。
[0051]所述光纖環(huán)形器2a，可以更換為光纖分束器2b ；
[0052]本實施例中，波長調(diào)制光纖聲傳感器，在由信號處理與控制模塊5按預(yù)設(shè)程序通過控制激光器電源30輸出的驅(qū)動電流，進而調(diào)制所述激光器3輸出波長的過程中，輸出波長的調(diào)節(jié)步長不大于lnm，調(diào)節(jié)速率不大于lnm/s。
[0053]圖3為本發(fā)明波長調(diào)制光纖聲波傳感器的最佳工作波長變化量與聲探頭的光纖FP干涉腔腔長變化量之間的依賴曲線。該曲線為仿真計算得到的結(jié)果。在仿真過程中，聲探頭的光纖FP干涉腔的初始腔長為100微米，最佳工作波長選擇在光通信波長1550nm附近。按照波長調(diào)制光纖聲傳感器的最佳工作波長所滿足的條件:振動膜處于靜態(tài)時對應(yīng)的光纖FP干涉腔的腔長等于最佳工作波長的(2m+l)/8倍(這里m = 0、l、2、一一)，聲波傳感器的初始最佳工作波長為1550.388nm。波長調(diào)制光纖聲傳感器周圍環(huán)境溫度的變化會引起聲探頭的光纖FP干涉腔腔長的變化，進而會引起波長調(diào)制光纖聲傳感器最佳工作波長的移動。
[0054]圖3給出的仿真結(jié)果指出波長調(diào)制光纖聲傳感器最佳工作波長的變化量與聲探頭的光纖FP干涉腔腔長的變化量成正比。圖3還指出對于初始腔長100微米和初始最佳工作波長為1550.388nm的波長調(diào)制光纖聲波傳感器，聲探頭光纖FP干涉腔的腔長變化200nm對應(yīng)于最佳工作波長變化3.lnm。這個波長變化量能夠通過調(diào)節(jié)現(xiàn)有商業(yè)化半導(dǎo)體激光器的輸出波長很容易得到補償。
[0055]上述仿真結(jié)果結(jié)合現(xiàn)有的商業(yè)化半導(dǎo)體激光器的波長調(diào)節(jié)本領(lǐng)，很好地說明了本發(fā)明提出的波長調(diào)制光纖聲波傳感器是完全可以實現(xiàn)的。
[0056]本實施例提供的波長調(diào)制光纖聲波傳感器在使用時能夠自動選取最佳工作波長，無需人工操作和校準(zhǔn)，使用方便，環(huán)境適應(yīng)性強；傳感器能夠通過信號反饋和波長調(diào)制的方法長期穩(wěn)定工作于最佳工作波長處，由此克服了光纖FP腔聲傳感器穩(wěn)定性差的缺點。
[0057]二、第二實施例
[0058]圖4為根據(jù)本發(fā)明第二實施例波長調(diào)制光纖聲傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，本實施例波長調(diào)制光纖聲波傳感器與第一實施例的區(qū)別在于:增加了第二光電探測器4b，用于實時探測激光器3的輸出光功率的變化，從而提供參比信號。
[0059]激光器3經(jīng)光纖7d與光纖分束器2b —端口連接，光纖分束器2b的其余兩端口一個經(jīng)光纖7e與第二光電探測器4b光連接，另一個經(jīng)光纖7a與光纖環(huán)形2a器光連接，第二光電探測器4b的輸出端電連接于信號處理與控制模塊5的第二輸入端。其余器件的連接方式與第二實施例給出的連接方式完全相同。激光器3發(fā)出的激光被光纖分束器2b分為兩束光，一束光被第二光電探測器4b接收，用作參比信號，另一束光穿過光纖環(huán)形器2a進入聲探頭I后被反射回光纖環(huán)形器2a，然后被第一光電探測器4a接收，產(chǎn)生傳感器信號。
[0060]使用時，給波長調(diào)制光纖聲傳感器供電，信號處理與控制模塊5按預(yù)設(shè)程序調(diào)節(jié)激光器3的驅(qū)動電流，進而調(diào)制其發(fā)出的激光波長，直至傳感器信號的直流分量與在同一時刻測得的參比信號的比值出現(xiàn)相鄰波峰和波谷為止，從測得的該比值與激光波長的依賴關(guān)系中確定波長調(diào)制光纖聲傳感器的最佳工作波長，然后將激光器3發(fā)出的激光波長鎖定在波長調(diào)制光纖聲傳感器的最佳工作波長處，從而使本實施例波長調(diào)制光纖聲傳感器工作于光纖FP干涉腔的線性響應(yīng)區(qū)間。
[0061]本實施例波長調(diào)制光纖聲傳感器在工作過程中一方面利用信號處理與控制模塊5實時監(jiān)測傳感器信號的直流分量與參比信號的比值隨時間的變化來判斷其最佳工作波長是否發(fā)生了漂移。如果是，則信號處理與控制模塊5按預(yù)設(shè)程序自動調(diào)節(jié)激光器3的驅(qū)動電流，進而調(diào)制其發(fā)出的激光波長，重新確定波長調(diào)制光纖聲傳感器的最佳工作波長，保證波長調(diào)制光纖聲傳感器始終工作于光纖FP干涉腔的線性響應(yīng)區(qū)間。另一方面，波長調(diào)制光纖聲傳感器在工作過程中通過實時監(jiān)測傳感器信號的交流分量來感知外界聲音。當(dāng)波長調(diào)制光纖聲傳感器探測到外界聲音時，信號處理與控制模塊5觸發(fā)后續(xù)設(shè)備6，使其做出響應(yīng);或
[0062]波長調(diào)制光纖聲傳感器在二工作過程中測得由第一光電探測器4a獲得的傳感器信號直流分量與由第二光電探測器4b輸出的參比信號的比值隨時間變化時，信號處理與控制模塊5按預(yù)設(shè)程序自動調(diào)節(jié)所述激光器3的驅(qū)動電流，進而調(diào)制其發(fā)出的激光波長，直至觀測到所述傳感器信號的直流分量與所述參比信號的比值重新回到變化前的數(shù)值時為止，然后使所述波長調(diào)制光纖聲傳感器在調(diào)試后的狀態(tài)下繼續(xù)工作。
[0063]本實施例中，第一和第二光電探測器均為對所述激光器發(fā)出的激光敏感的光電二極管或光電倍增管或光電池，兩者的輸出電信號與照射在光探測器感光面上的激光強度呈線性關(guān)系。
[0064]本實施例波長調(diào)制光纖聲波傳感器除了具有第一實施例波長調(diào)制光纖聲波傳感器的所有優(yōu)點外，進一步通過引入?yún)⒈刃盘?，有效消除了激光器輸出功率的不穩(wěn)定性對傳感器信號的干擾，提高了傳感器的測試重復(fù)性；
[0065]至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對本發(fā)明各個實施例進行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對本發(fā)明波長調(diào)制光纖聲波傳感器有了清楚的認(rèn)識。
[0066]此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對其進行簡單地更改或替換，
[0067]綜上所述，本發(fā)明波長調(diào)制光纖聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，易于實現(xiàn)，抗腐蝕能力強，使用壽命長；能夠自動選取最佳工作波長，無需人工操作和校準(zhǔn)，使用方便，環(huán)境適應(yīng)性強；能夠長期穩(wěn)定工作于最佳工作波長處，克服了光纖FP腔聲傳感器穩(wěn)定性差的缺點；通過引入?yún)⒈刃盘?，有效消除了激光器輸出功率的不穩(wěn)定性對傳感器信號的干擾，提高了測試重復(fù)性，使得信號失真度小，不同器件測得的結(jié)果一致性好。
[0068]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種波長調(diào)制光纖聲傳感器,其特征在于,包括: 激光器(3)，由激光器電源(30)提供驅(qū)動電流，其波長連續(xù)可調(diào)； 光纖FP干涉腔聲探頭(I)，所述激光器(3)發(fā)出的激光進入該光纖FP干涉腔聲探頭(I)后被反射，輸出光信號； 第一光電探測器(4a)，用于接收所述光纖FP干涉腔聲探頭(I)輸出的光信號，產(chǎn)生輸出信號；以及 信號處理與控制模塊(5)，其第一輸入端連接至所述第一光電探測器的輸出端，其輸出端連接至所述激光器電源的控制端，用于:依據(jù)所述第一光電探測器輸出信號的直流分量確定所述波長調(diào)制光纖聲傳感器的最佳工作波長；并通過控制激光器電源(30)向所述激光器(3)施加該最佳工作波長對應(yīng)的驅(qū)動電流值，將所述激光器(3)輸出的激光波長移動至所述波長調(diào)制光纖聲傳感器的最佳工作波長。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長調(diào)制光纖聲傳感器，其特征在于:所述信號處理與控制模塊(5)通過以下方式確定所述波長調(diào)制光纖聲傳感器的最佳工作波長: 在預(yù)設(shè)的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)所述激光器電源(30)提供給所述激光器(3)的驅(qū)動電流，以調(diào)制所述激光器(3)輸出的激光波長，直至其接收到的第一光電探測器輸出信號的直流分量出現(xiàn)相鄰波峰和波谷為止，該波峰和波谷之間的中點對應(yīng)的激光波長即為所述光纖聲傳感器的最佳工作波長，記錄該最佳工作波長對應(yīng)的驅(qū)動電流值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的波長調(diào)制光纖聲傳感器，其特征在于，所述信號處理與控制模塊(5)在預(yù)設(shè)的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)所述激光器電源(30)提供給所述激光器(3)的驅(qū)動電流，以調(diào)制所述激光器(3)輸出的激光波長的過程中:波長的調(diào)節(jié)步長不大于lnm，調(diào)節(jié)速率不大于 lnm/s0
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的波長調(diào)制光纖聲傳感器，其特征在于，所述信號處理與控制模塊(5)還用于: 當(dāng)所述波長調(diào)制光纖聲傳感器的最佳工作波長發(fā)生偏離時，重新確定所述波長調(diào)制光纖聲傳感器的最佳工作波長，并通過調(diào)節(jié)所述激光器電源(30)提供給所述激光器(3)的驅(qū)動電流，重新將所述激光器(3)輸出的激光波長移動至所述波長調(diào)制光纖聲傳感器的最佳工作波長。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的波長調(diào)制光纖聲傳感器，其特征在于，所述信號處理與控制模塊(5)通過以下方式確定所述波長調(diào)制光纖聲傳感器的最佳工作波長發(fā)生偏離: 如果所述第一光電探測器(4a)輸出信號的直流分量發(fā)生了變化，則判斷所述波長調(diào)制光纖聲傳感器的最佳工作波長發(fā)生了偏離。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長調(diào)制光纖聲傳感器，其特征在于，還包括: 第一光纖環(huán)形器或第一光纖分束器，其三輸入/輸出端分別通過光纖連接至所述激光器、所述光纖FP干涉腔聲探頭和所述第一光電探測器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長調(diào)制光纖聲傳感器，其特征在于，還包括: 第二光電探測器(4b)，所述激光器(3)發(fā)出的激光分為兩路，其中一路進入所述光纖FP干涉腔聲探頭(I)，另一路由該第二光電探測器(4b)探測，從而得到參比信號； 所述信號處理與控制模塊，其第二輸入端連接至所述第二光電探測器的輸出端，用于依據(jù)第一光電探測器輸出信號的直流分量與在同一時刻測得的參比信號的比值確定所述波長調(diào)制光纖聲傳感器的最佳工作波長。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的波長調(diào)制光纖聲傳感器，其特征在于，所述信號處理與控制模塊(5)通過以下方式確定波長調(diào)制光纖聲傳感器的最佳工作波長: 在預(yù)設(shè)的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)所述激光器電源(30)提供給所述激光器(3)的驅(qū)動電流，以調(diào)制所述激光器(3)發(fā)出的激光波長，直至其接收到的第一光電探測器輸出信號的直流分量與第二光電探測器(4b)在同一時刻測得的參比信號的比值出現(xiàn)相鄰波峰和波谷為止，該波峰和波谷之間的中點對應(yīng)的激光波長即為所述光纖聲傳感器的最佳工作波長。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的波長調(diào)制光纖聲傳感器，其特征在于，還包括: 第二光纖環(huán)形器或第二光纖分束器，其三輸入/輸出端分別通過光纖連接至所述激光器、所述光纖FP干涉腔聲探頭和所述第二光電探測器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長調(diào)制光纖聲傳感器，其特征在于，所述光纖聲傳感器的最佳工作波長為所述光纖FP干涉腔聲探頭(I)處于靜態(tài)時的FP腔腔長的8/(2m+l)倍，其中 m = 0、1、2、3、......。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長調(diào)制光纖聲傳感器，其特征在于，所述激光器(3)和所述激光器電源(30)集成為一體或者分開設(shè)置。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的波長調(diào)制光纖聲傳感器，其特征在于，光纖FP干涉腔聲探頭(I)包括: 殼體(Ia)； 設(shè)置于殼體頂部的振動膜(Ib)； 安裝于殼體內(nèi)的內(nèi)芯(Ic);以及 固定于所述內(nèi)芯中的光纖(Id)； 其中，所述振動膜(Ib)朝向殼體內(nèi)的一側(cè)具有反光面(Ib-O),該反光面與所述光纖(Id)伸入殼體內(nèi)的端面(Id-O)形成光纖FP干涉腔結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的波長調(diào)制光纖聲傳感器，其特征在于: 所述殼體，呈圓筒狀結(jié)構(gòu)； 所述內(nèi)芯，其中心軸線位置開設(shè)有光纖通孔，該內(nèi)芯通過螺紋和頂絲固定于所屬殼體內(nèi)部，其上表面低于所述振動膜； 所述光纖，為單模光纖，由殼體外經(jīng)由所述內(nèi)芯的光纖通孔進入殼體內(nèi)，并通過膠水粘結(jié)或機械壓緊方式固定于所述內(nèi)芯的光纖孔內(nèi)，該光纖靠近所述振動膜的端面經(jīng)研磨與拋光后垂直于光纖軸線，且平行于所述振動膜在靜止時的反光面，該光纖端面與所述振動膜的反光面構(gòu)成光纖FP干涉腔。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的波長調(diào)制光纖聲傳感器，其特征在于，所述振動膜朝向所述殼體外部的一側(cè)覆蓋有聚四氟乙烯薄膜或二氧化硅薄膜或氮化硅薄膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的波長調(diào)制光纖聲傳感器，其特征在于，所述振動膜處于靜態(tài)時對應(yīng)的所述光纖FP干涉腔的腔長，介于所述波長調(diào)制光纖聲傳感器的最佳工作波長的平方的0.01倍至0.5倍之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的波長調(diào)制光纖聲傳感器，其特征在于，所述激光器輸出的激光波長范圍為400nm至2000nm,激光波長調(diào)制范圍不小于6nm。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的波長調(diào)制光纖聲傳感器，其特征在于，所述激光器輸出的激光波長為1310nm或1550nm。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的波長調(diào)制光纖聲傳感器，其特征在于，所述激光器為尾纖輸出半導(dǎo)體激光器。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的波長調(diào)制光纖聲傳感器，其特征在于，所述尾纖輸出半導(dǎo)體激光器安裝有光隔離器。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的波長調(diào)制光纖聲傳感器，其特征在于，所述尾纖輸出半導(dǎo)體激光器，安裝有半導(dǎo)體制冷片，用于穩(wěn)定其工作溫度。
21.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的波長調(diào)制光纖聲傳感器，其特征在于，所述第一光電探測器為對所述激光器發(fā)出的激光敏感的光電二極管或光電倍增管或光電池，該第一光電探測器的輸出電信號與照射在光探測器感光面上的激光強度呈線性關(guān)系。
【文檔編號】G01H9/00GK104266743SQ201410569264
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】祁志美, 程進, 王坤, 逯丹鳳 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所