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专利号: 2020107571466
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-08-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.悬臂梁式光纤声波传感器解调系统,包括光纤环形器(2)、信号传输光纤(3)、光电检测器(5)和处理器(6),所述光电检测器的输入端连接光纤环形器,光电检测器的输出端连接处理器(6),其特征在于:所述解调系统还包括光纤声波传感头(4),所述光纤声波传感头(4)为悬臂梁式光纤声波传感器,包括自聚焦透镜(7)和悬臂梁膜片(9);所述光纤环形器(2)接收测量光信号,并将接收的测量光信号通过信号输入光纤(3)传输到光纤声波传感头(4),进入光纤声波传感头(4)的测量光信号通过自聚焦透镜(7)的准直和扩束后与悬臂梁膜片(9)产生反射光,反射光再反向通过自聚焦透镜(7)后耦合到信号传输光纤(3)发生衍射而产生衍射光;

衍射光经光纤环形器(2)进入光电探测器(5)中;所述光电探测器(5)将探测到的衍射光的光信号转化为衍射光的光强值的电信号并传输给处理器(6);

所述处理器(6)用于接收到来自光电探测器的光强值的电信号计算声波信号的振幅;

悬臂梁膜片会在外界的声音信号条件下振动,测量光信号输入光纤声波传感头后经过悬臂梁膜片反射后会产生衍射现象而产生衍射光,处理器对光电探测器转化该衍射光的光强值的电信号经过声波信号振幅与光强值的关系就计算出声波信号的振幅。

2.根据权利要求1所述的一种光纤声波传感器,其特征在于:所述处理器(6)包括接收光强值的接收单元;所述处理器(6)包括根据光强值解调出声波信号振幅的解调单元。

3.根据权利要求1所述的一种光纤声波传感器,其特征在于:所述光纤声波传感头包括自聚焦透镜(7)、外壳(8)和悬臂梁膜片(9),测量光从左至右射入光纤声波传感头,自聚焦透镜(7)位于外壳内左侧,悬臂梁膜片(9)位于外壳内右侧;悬臂梁膜片垂直于光线传输方向。

4.根据权利要求3所述的一种光纤声波传感器,其特征在于:所述自聚焦透镜为楔形自聚焦透镜。

5.根据权利要求1所述的一种光纤声波传感器,其特征在于:所述光纤声波传感头采用悬臂梁结构光纤F-P声波传感头。

6.声波测量系统,其特征在于:包括光源(1)和权利要求1—5任一所述的悬臂梁式光纤声波传感器解调系统,所述光源连接光纤环形器,用于发出测量光信号。

7.悬臂梁式光纤声波传感器解调方法,其特征在于:采用权利要求1-5中任一所述的悬臂梁式光纤声波传感器解调系统进行解调;该系统在光源(1)条件下,所述方法包括以下步骤:S1、光源(1)发出测量光;

S2、测量光经过光纤环形器(2)进入信号传输光纤(3);

S3、测量光经过信号传输光纤(3)进入自聚焦透镜,经过自聚焦透镜的准直和扩束后的光照射在悬臂梁膜片上(9),此时光的振幅为S4、悬臂梁膜片(9)由于受到声压的作用发生振动而倾斜,该状态下,光照射在悬臂梁膜片上,被悬臂梁膜片不同位置反射回来的光由于光程不同在通过自聚焦透镜(7)后耦合到光纤内相干后产生夫琅禾费衍射而产生衍射光;

S5.衍射光通过信号传输光纤到达光电检测器,光电检测器将衍射光的光信号转化为衍射光的光强值I的电信号;

S6.电信号传入处理器,进而根据衍射光的光强值I和声波信号振幅的关系求解得到声压的振幅。

8.根据权利要求7所述的悬臂梁式光纤声波传感器解调方法,其特征在于:S6具体为:

通过处理器的获得光电检测器输出的衍射光的光强值I;

通过处理器根据光强值I解调出相位ψ,其中相位ψ为反射光线之间的相位差值;

通过处理器根据 可以求出光程差D;

通过处理器根据光程差D与声压的正比例关系获得声压的振幅。

9.根据权利要求8所述的悬臂梁式光纤声波传感器解调方法,其特征在于:衍射光的光强值I为:

相位ψ为反射光线之间的相位差值, 因此上述光强表达式可变为因此上述光强表达式可变为:衍射过程中,L为悬梁臂膜片(9)长度,θ为某一时刻悬臂梁振动时角度与初始角度形成的夹角,λ为光的波长。