一种光纤法珀式声学传感系统及方法与流程

本申请涉及高压设备技术领域，尤其涉及一种光纤法珀式声学传感系统及方法。

背景技术：

随着电力工业对弱超声信号等各种信号测量的要求越来越高，实现弱超声信号的稳定测量已经成为了整个电力行业不可避免要面对的核心问题。

传统的光纤法珀传感系统包括光源、光纤耦合器、波分复用器、两个光电检测器以及光纤法珀传感器组成。光纤耦合器将光源发射出的激光进行分光后经光纤送入光纤法珀传感器的法珀腔中，光纤法珀传感器此时对外部信号进行测量，外部信号产生的超声波信号会引起传感器探头的膜片的振动，这种振动会改变激光干涉的光程差，这种携带外部信息的干涉光会再次返回到光纤耦合器中，并且，其经过光纤耦合器会被送入到波分复用器中，波分复用器按设定的波长滤出两路光波，并输出两路正交激光信号，这两路信号经过光电探测器最终转换成电信号，该电信号可以通过相应的软件进行分析，从而得到外部信号的信息。

由于传统的光纤法珀传感系统输出光波长是近似得到的，导致信号的正交精度非常低。信号的正交精度低，使得正交波带不在最佳工作区，导致灵敏度低。因此，提出了一种光纤法珀式传感器系统及方法。

技术实现要素：

本申请提供了一种光纤法珀式声学传感系统及方法，以解决法传统的光纤法珀传感系统的灵敏度低的技术问题。

为了解决上述问题，本申请提供以下的技术方案：

一种光纤法珀式声学传感系统，包括光源、耦合器、光纤法珀传感器、波分复用器、两个光电探测器、信号处理器、激光放大器和带存储功能的放大器，其中：光源和波分复用器的一端分别与耦合器的一端电连接，耦合器的另一端与光纤法珀传感器通过光纤连接，光纤法珀传感器的一侧设置有激发源；两个光电探测器的一端分别与波分复用器的另一端电连接，两个光电探测器的另一端分别与信号处理器电连接，信号处理器、激光放大器和带存储功能的放大器依次电连接；信号处理器采用de算法处理数据。

可选地，光源为ase光源。

可选地，耦合器为1×2耦合器。

可选地，波分复用器为1×2波分复用器。

一种光纤法珀式声学传感方法，方法包括：耦合器将光源发射出的激光进行分光后，传输至光纤法珀传感器中；激发源发出震动信号，被测物体在震动信号的作用下，产生超声波信号；光纤法珀传感器在超声波信号的作用下，发生相干干涉，生成携带外部信息的干涉光；干涉光通过耦合器传输至波分复用器中；波分复用器根据设定的波长将所述干涉光滤出两路光波，并输出两路正交激光信号；两路正交激光信号分别经过对应的光电探测器转化为对应的电信号；电信号经过信号处理器处理，得到优化后的两路电信号；优化后的两路电信号经过激光放大器放大后，存储于带存储功能的放大器中。

有益效果：本申请提供了一种光纤法珀式声学传感系统，包括光源、耦合器、光纤法珀传感器、波分复用器、两个光电探测器、信号处理器、激光放大器和带存储功能的放大器。各部件之间的连接关系如下：光源和波分复用器的一端分别与耦的一端电连接，耦合器的另一端与光纤法珀传感器通过光纤连接，光纤法珀传感器的一侧设置有激发源，两个光电探测器的一端分别与波分复用器的另一端电连接，两个所述光电探测器的另一端分别与信号处理器电连接，信号处理器、激光放大器和带存储功能的放大器依次电连接，信号处理器采用de算法处理数据。使用过程中，耦合器将光源发射出的激光进行分光后，传输至光纤法珀传感器中；激发源发出震动信号，被测物体在所述震动信号的作用下，产生超声波信号；光纤法珀传感器在所述超声波信号的作用下，发生相干干涉，生成携带外部信息的干涉光；干涉光通过耦合器传输至波分复用器中；波分复用器根据设定的波长将干涉光滤出两路光波，并输出两路正交激光信号；两路正交激光信号分别经过对应的光电探测器转化为对应的电信号；电信号经过信号处理器处理，得到优化后的两路电信号；优化后的两路电信号经过激光放大器放大后，存储于带存储功能的放大器中。本申请中，信号处理器采用de算法使得两路正交激光信号稳定在高灵敏度的最佳工作区，提高灵敏度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为申请提供的一种光纤法珀式声学传感系统的结构示意图；

图2为申请提供的另一种光纤法珀式声学传感方法的流程图；

图3为申请提供的激发源与纤法珀式声学传感器之间的轴向夹角；

图4为申请提供的光纤法珀式声学传感系统探测到的弱材料表面波信号；

图5为申请提供的不同夹角时光纤法珀式声学传感系统探测到的超声振动信号；

图6为申请提供的探测到的超声振动信号的幅值与夹角之间的关系。

具体实施方式

参见图1，为本申请提供的一种光纤法珀式声学传感系统的结构示意图，可知，本申请提供了一种光纤法珀式声学传感系统，包括光源、耦合器、光纤法珀传感器、波分复用器、两个光电探测器、信号处理器、激光放大器和带存储功能的放大器。各部件之间的连接关系如下：光源和波分复用器的一端分别与耦的一端电连接，耦合器的另一端与光纤法珀传感器通过光纤连接，光纤法珀传感器的一侧设置有激发源，两个光电探测器的一端分别与波分复用器的另一端电连接，两个所述光电探测器的另一端分别与信号处理器电连接，信号处理器、激光放大器和带存储功能的放大器依次电连接，信号处理器采用de算法处理数据。使用过程中，耦合器将光源发射出的激光进行分光后，传输至光纤法珀传感器中；激发源发出震动信号，被测物体在所述震动信号的作用下，产生超声波信号；光纤法珀传感器在所述超声波信号的作用下，发生相干干涉，生成携带外部信息的干涉光；干涉光通过耦合器传输至波分复用器中；波分复用器根据设定的波长将干涉光滤出两路光波，并输出两路正交激光信号；两路正交激光信号分别经过对应的光电探测器转化为对应的电信号；电信号经过信号处理器处理，得到优化后的两路电信号；优化后的两路电信号经过激光放大器放大后，存储于带存储功能的放大器中。本申请中，信号处理器采用de算法使得两路正交激光信号稳定在高灵敏度的最佳工作区，提高灵敏度。

为了获得稳定的光源，本申请中，光源为ase光源。ase光源是专为生产和实验室实验设计的。光源主体部分是增益介质掺铒光纤和高性能的泵浦激光器。独特的atc和apc电路通过控制泵浦激光器的输出保证了输出功率的稳定。通过调节apc，可在一定范围内调节输出功率。简便和智能的操作与远程控制。

本申请中，耦合器为1×2耦合器，波分复用器为1×2波分复用器。

本申请除了提供了一种光纤法珀式声学传感系统外，还提供了一种光纤法珀式声学传感方法。图2为本申请提供的另一种光纤法珀式声学传感方法的流程图。如图2所示，一种光纤法珀式声学传感方法，方法包括：

s01：耦合器将光源发射出的激光进行分光后，传输至光纤法珀传感器中。

s02：激发源发出震动信号，被测物体在震动信号的作用下，产生超声波信号。

s03：光纤法珀传感器在所述超声波信号的作用下，发生相干干涉，生成携带外部信息的干涉光。

s04：干涉光通过耦合器传输至波分复用器中。

s05：波分复用器根据设定的波长将干涉光滤出两路光波，并输出两路正交激光信号。

s06：两路正交激光信号分别经过对应的光电探测器转化为对应的电信号。

s07：电信号经过信号处理器处理，得到优化后的两路电信号。

s08：优化后的两路电信号经过激光放大器放大后，存储于带存储功能的放大器中。

为了检测本申请的光纤法珀式声学传感系统的灵敏度效果，特进行以下测试过程。

实验中所使用传感器会对准激发源(产生超声信号的外部信号发生源)，光纤法珀传感器的探头轴向与纵向之间的夹角为90度，并且，人为将这90度分为6个15度的小格，其具体形式如图3所示，图3为申请提供的激发源与纤法珀式声学传感器之间的轴向夹角。

如果以极弱的材料表面波为例，当激发源的中心距离传感探头中心的距离为22mm时，可以探测到如图4所示的声波振动信号。图4为申请提供的光纤法珀式声学传感系统探测到的弱材料表面波信号，可知该传感系统可以实现弱超声信号的测量。

图5为申请提供的不同夹角时光纤法珀式声学传感系统探测到的超声振动信号，图6为申请提供的探测到的超声振动信号的幅值与夹角之间的关系。如图5和6所示，可知当激发源与传感探头的夹角为0度时，探测到的超声振动信号的振幅最大，并且，随着激发源与传感探头的夹角不断增大，探测到的超声振动信号的幅值逐渐减小，当激发源与传感探头的夹角为90度时，探测到的超声振动信号的幅值下降到夹角为0度时幅值的80％，该超声振动信号幅值的变化规律如图6所示。图6可以有力的说明该传感系统具有极高的方向灵敏度。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里申请的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。