作工艺成熟。低反射率啁嗽光栅可以在普通光纤上直接制备，尤其适 合拉丝塔工艺制作光栅，只需在光纤拉丝过程中根据间距设计要求进行光栅刻写，易于工 业化生产；
[0029] 3、系统适应性强，可根据应用场景灵活配置。探头的灵敏度可以根据具体的应用 场合灵活设计，即设计不同的光栅间距长度来调节干涉仪的灵敏度；探头复用数量可以通 过调节光栅的反射率进行扩展，分段接续；探头的位置也可以任意选择，无需特定安装。
【附图说明】
[0030] 图1为采用双光栅构成本发明传感探头的结构示意图；
[0031] 图2为采用本发明传感器构成时分复用传感系统的结构图；
[0032] 图中：1 一光纤，2-第一啁嗽光栅，3-弹簧，4一质量块，5-筒体，6-第二啁嗽光 概，7-激光光源，8 -电光调制器，9 一光环彳丁器，10-传输光纤，11 一地声传感探头，12-光 电探测器，13-数据米集卡，13-延时模块，14 一计算机。
【具体实施方式】
[0033] 以下结合附图对本发明的具体实施例作进一步的详细描述：
[0034] 本发明的光纤光栅地声传感探头结构如图1所不，包括光纤1，第一啁嗽光栅2,弹 簧3,质量块4,第二啁嗽光栅6,筒体5。质量块4悬于筒体内壁，筒体5中心顶部设有导入 孔，光纤1通过筒体5的导入孔引入，经质量块4后，另一端在筒体5的支座开设的导出孔 引出。弹簧3 -端与质量块4连接，弹簧3另一端与筒体5连接；光纤1 一端与质量块4胶 结，光纤1另一端与筒体5胶结。
[0035] 第一啁嗽光栅2、第二啁嗽光栅6为啁嗽弱光栅。啁嗽光栅具有较宽的反射谱，能 确保不受温度等因素的影响，在复杂环境下对入射激光的有效反射；弱光栅具有强的时分 复用能力，方便制作的探头根据实际需要进行大规模复用。
[0036] 光纤1上刻写第一啁嗽光栅2、第二啁嗽光栅6,第一啁嗽光栅2、第二啁嗽光栅 6具有相同的反射光谱特性，反射率为0. 1 %，两光栅之间的距离为180_。泥石流地声监 测要求传感的灵敏度达到〇. lg，接近普通光栅传感器的下限，设计两光栅之间的距离为 180mm，灵敏度可以提升30倍（约14dB)，能较好的满足泥石流地声监测要求，且具有较佳的 经济性。
[0037] 第一啁嗽光栅2、第二啁嗽光栅6位于光纤胶结点附近，应变传感工作区外，以避 免光栅本身受应力影响，从而对相位变化产生不确定的影响。
[0038] 本发明的一种光纤光栅泥石流地声时分复用传感系统如图2所示，包括激光光源 7,电光调制器8,光环行器9,传输光纤10,地声传感探头11，光电探测器12,带A/D转换的 数据采集卡13,延时模块14,计算机15。光环行器9的第一端口连接激光光源7 ;光环行器 9的第二端口连接传输光纤10 ;传输光纤10上串接多个地声传感探头11 ;光环行器9的第 三端口连述光电探测器12 ;光电探测器12与带A/D转换的数据采集卡13连接；延时模块 14的第一端口连接电光调制器8 ;延时模块14的第二端口连接数据采集卡13的外触发端 口；计算机15与延时模块14的控制端口连接；计算机15与数据采集卡的输出端口连接。
[0039] 该发明的传感系统装置运行时，窄线宽激光光源发出约IOdBm的连续光功率信 号，激光光源7的工作波长位于第一啁嗽光栅2、第二啁嗽光栅6的反射谱范围内。光源的 连续光经过电光调制器调8制后，形成大于50ns的光脉冲，光脉冲进入光环行器9,再进入 地声传感探头11，在各个探头位置形成反射的干涉脉冲信号，再经过光环行器9进入光电 探测器12,将光信号的变化转换为电信号的变化，此时，经延时后的触发数据采集卡13进 行采集，转化成数字信号传送给计算机15,计算机15调用PGC相位解调算法，识别数字信号 的相位变化，解调出振动参量。
[0040] 地声传感探头11通过光纤进行串接，所述延时模块14产生两路时延可编程调节 的脉冲，驱动所述电光调制器8和所述数据采集卡13,基于不同位置上地声传感探头反射 相干脉冲光信号的时延不同进行分别采集和处理，实现多点时分复用。
[0041] 本发明所涉及的延时模块14等，已经在光时域反射、大容量光纤光栅传感领域有 应用，而相位解调模块的相关技术，在水听计等中已经获得广泛应用。在此只是列举部分实 现方式，不对模块的细部特征再做具体叙述。
[0042] 本发明的核心在于针对泥石流地声监测的特点，引入啁嗽弱光栅迈克尔逊干涉技 术制作高灵敏度的传感探头，并结合弱光栅较强的时分复用能力，构建可大规模复用、广域 布设的光纤光栅传感器网络，具有良好的应用前景。
【主权项】
1. 一种光纤光栅地声传感探头，包括光纤（I)、弹簧（3)、质量块（4)、筒体（5)，筒体 (5)内设有弹簧（3)、质量块（4)，其特征在于，弹簧（3) -端与质量块（4)连接，弹簧（3)另 一端与筒体（6)连接；光纤（1) 一端与质量块（4)胶结，光纤（1)另一端与筒体（6)胶结； 所述光纤（1)上刻写有第一啁嗽光栅（2)、第二啁嗽光栅（6)，所述第一啁嗽光栅（2)、第二 啁嗽光栅（6)位于光纤胶结点附近、应变传感工作区外。2. 根据权利要求1所述一种光纤光栅地声传感探头，其特征在于：所述第一啁嗽光栅 (2)、第二啁嗽光栅（6)具有相同的反射光谱特性，且反射率低于1%。3. 根据权利要求1所述的光纤光栅地声传感探头，其特征在于：质量块（4)顶部到筒 体（5)内部顶面之间的距离为L，改变所述质量块（4)与所述筒体（5)之间的距离L，可以 改变传感探头的灵敏度。4. 一种光纤光栅地声传感系统，包括激光光源（7)、电光调制器（8)、光环行器（9)、传 输光纤（10)、以及如权利要求1~3所述的任一种地声传感探头（I1)，其特征在于：所述光 环行器（9)的第一端口连接激光光源（7);光环行器（9)的第二端口连接传输光纤（10); 所述传输光纤（10)上串接多个所述地声传感探头（11);光环行器（9)的第三端口连接所 述光电探测器（12);光电探测器（12)与带A/D转换的数据采集卡（13)连接；所述延时模 块（14)的第一端口连接电光调制器（8);延时模块（14)的第二端口连接所述数据采集卡 (13)的外触发端口 ；所述计算机（15)与延时模块（14)的控制端口连接；计算机（15)与数 据采集卡的输出端口连接。5. 根据权利要求4所述一种光纤光栅地声传感系统，其特征在于：所述激光光源（7) 的工作波长位于所述地声传感探头（11)内的啁嗽光栅的反射谱范围内。6. 采用如权利要求4~7所述一种光纤光栅地声传感系统的传感方法，其特征在于： 光源的连续光经过电光调制器（8)调制后，形成光脉冲，光脉冲进入光环行器（9)，再进入 所述地声传感探头（11)，在各个探头位置形成反射的干涉脉冲信号，再经过光环行器（9) 进入光电探测器（12)，将光信号的变化转换为电信号的变化。延时模块（14)触发数据采集 卡（13)进行采集，将含有相位变化信息的数字信号传送给计算机（15)，计算机（15)调用相 位解调算法，识别数字信号的相位变化，解调出振动参量。7. 根据权利要求4所述一种光纤光栅地声传感系统的传感方法，其特征在于：所述地 声传感探头（11)通过光纤进行串接，所述延时模块（14)产生两路时延可控的脉冲，驱动所 述电光调制器（8)和所述数据采集卡（13)，基于单光纤上不同位置上地声传感探头（11)反 射相干脉冲光信号的时延不同进行分别采集和处理，实现多点时分复用。8. 如权利要求4~7所述一种光纤光栅地声传感系统的传感方法，其特征在于：应用 于泥石流监测。
【专利摘要】本发明提供了一种光纤光栅地声传感探头，包括光纤，啁啾弱光栅，弹簧，质量块，啁啾弱光栅，筒体，弹簧一端与质量块连接，另一端与所述的筒体连接；光纤一端与质量块胶结，另一端与筒体胶结。两个啁啾光栅具有相同反射谱、反射率低于1％的低反射率光栅，并布置在应变传感工作区外，以避免光栅本身受应力影响。本发明还公开了一种基于所述地声传感探头的传感系统，该系统可实现多探头的大规模复用。所发明的传感探头结构简单、灵敏度高，基于该探头构建的时分复用传感系统，可根据具体的应用场景灵活配置传感器的数量和灵敏度，实现大规模、广域的传感监测，具有良好的应用前景。
【IPC分类】G01H9/00
【公开号】CN105181108
【申请号】CN201510276238
【发明人】罗志会, 潘礼庆, 曾曙光, 肖焱山, 陈小刚, 杨先卫
【申请人】三峡大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年5月27日