一種基于光纖薩格納克干涉儀的聲波傳感測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光纖聲波測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體的，涉及一種基于光纖薩格納克干涉儀 的聲波傳感測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，由于自然災(zāi)害的頻繁發(fā)生，光纖聲波傳感器逐漸進(jìn)入人們的視野，在水聽(tīng) 器、地震預(yù)報(bào)、石油勘探、安全檢測(cè)、軍事等領(lǐng)域均有重要的應(yīng)用。光纖聲波傳感器主要是通 過(guò)探測(cè)聲壓實(shí)現(xiàn)聲波探測(cè)，與普通的電學(xué)聲波傳感器相比，光纖傳感器具有極強(qiáng)的抗干擾 能力，能在強(qiáng)電磁強(qiáng)輻射場(chǎng)合中使用，有極高的探測(cè)靈敏度，系統(tǒng)的響應(yīng)范圍大、耐腐蝕。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中基于法布里-珀羅干涉儀的光纖聲波傳感器，是通過(guò)聲波引起構(gòu)成法 布里-?自羅腔（Fabry-Perot腔，F(xiàn)P腔）的薄膜振動(dòng)，從而影響了 FP腔的腔長(zhǎng)，進(jìn)而改變其 輸出光信號(hào)，這種方案的傳感頭制造較復(fù)雜，且信號(hào)解調(diào)難度較大。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中基于馬赫-澤德干涉儀（Mach-Zehnder Interferometer, MZI)的光纖 聲波傳感結(jié)構(gòu)，采用MZI的一臂作為參考，另外一臂上的裸纖作傳感臂，在外界聲壓的作用 下產(chǎn)生形變，分別對(duì)聲波頻率和聲壓大小進(jìn)行測(cè)量，這種結(jié)構(gòu)需要用到兩個(gè)光纖耦合器，且 MZI的傳感臂中需要對(duì)光纖進(jìn)行合適的繞制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷和改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于光纖薩格納克干涉 儀的聲波傳感測(cè)量裝置，其目的在于通過(guò)單模光纖、少模光纖和長(zhǎng)周期光纖光柵構(gòu)成薩格 納克光纖閉環(huán)，且長(zhǎng)周期光纖光柵與少模光纖在薩格納克閉環(huán)內(nèi)級(jí)聯(lián)；通過(guò)級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)少模 光纖的干涉譜與長(zhǎng)周期光纖光柵的損耗峰疊加以增加聲波傳感測(cè)量裝置工作波長(zhǎng)處輸出 光譜的斜率，以提高聲波探測(cè)靈敏度。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于光纖薩格納克干涉儀的聲波傳感測(cè)量裝 置，包括單色光源、光纖耦合器、第一單模光纖、少模光纖、第二單模光纖、長(zhǎng)周期光纖光柵、 第三單模光纖和光電探測(cè)器；
[0007] 其中，光纖耦合器的第一端口連接單色光源的輸出端；第一單模光纖的第一端連 接光纖耦合器的第三端口；少模光纖的兩端分別與第一單模光纖的第二端和第二單模光纖 的第一端橫向錯(cuò)位相連接；長(zhǎng)周期光纖光柵的第一端連接第二單模光纖的第二端；第三單 模光纖的第一端連接長(zhǎng)周期光纖光柵的第二端；光纖耦合器的第四端口連接第三單模光纖 的第二端；光電探測(cè)器的輸入端連接光纖耦合器的第二端口；
[0008] 其中，光纖耦合器的第三端口和第四端口之間的第一單模光纖、少模光纖、第二單 模光纖、長(zhǎng)周期光纖光柵、第三單模光纖依次連接構(gòu)成了薩格納克閉環(huán)結(jié)構(gòu)；單色光源、光 纖耦合器與薩格納克閉環(huán)結(jié)構(gòu)構(gòu)成薩格納克干涉儀；其中，長(zhǎng)周期光纖光柵與少模光纖在 薩格納克閉環(huán)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了級(jí)聯(lián)，通過(guò)級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)少模光纖的干涉譜與長(zhǎng)周期光纖光柵的損耗峰 疊加以增加聲波傳感測(cè)量裝置工作波長(zhǎng)處輸出光譜的斜率，進(jìn)而提高探測(cè)靈敏度；
[0009] 光電探測(cè)器用于探測(cè)自耦合器的第二端輸出的光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；
[0010] 用于聲波測(cè)量時(shí)，將單色光源的波長(zhǎng)設(shè)定在長(zhǎng)周期光纖光柵的損耗峰斜邊的線性 區(qū)中心處；當(dāng)聲波作用于長(zhǎng)周期光纖光柵時(shí)，由振動(dòng)引起的光柵曲率變化使得長(zhǎng)周期光纖 光柵的損耗峰對(duì)應(yīng)的諧振波長(zhǎng)發(fā)生漂移；波長(zhǎng)的漂移表現(xiàn)為光電探測(cè)器探測(cè)到的光功率變 化；從而可采用單色光源-功率解調(diào)的工作方式，根據(jù)探測(cè)到的光功率變化解調(diào)出聲波信 號(hào)。
[0011] 優(yōu)選的，還包括示波器，示波器的輸入端連接光電探測(cè)器的輸出端，用于顯示光電 探測(cè)器的輸出信號(hào)波形及數(shù)據(jù)信息。
[0012] 優(yōu)選地，還包括光纖調(diào)節(jié)架，用于固定長(zhǎng)周期光纖光柵；所述長(zhǎng)周期光纖光柵被固 定夾持在光纖調(diào)節(jié)架上，光纖調(diào)節(jié)架的一端固定，通過(guò)微調(diào)其另一端來(lái)調(diào)整長(zhǎng)周期光纖光 柵的曲率以獲得對(duì)聲波的最佳響應(yīng)。
[0013] 優(yōu)選地，所述少模光纖的兩端分別與所述第一單模光纖和所述第二單模光纖橫向 錯(cuò)位熔接，橫向錯(cuò)位的距離為6 μ m-12 μ m，在該范圍內(nèi)的橫向錯(cuò)位熔接可以得到對(duì)比度較 好的干涉譜，超出這個(gè)范圍后少模光纖的輸出干涉譜對(duì)比度較低。
[0014] 優(yōu)選地，光纖耦合器采用2X2光纖耦合器。
[0015] 優(yōu)選地，光纖耦合器的耦合比選擇盡量不均勻的耦合比參數(shù)；
[0016] 光信號(hào)從親合器第一端口輸入經(jīng)過(guò)薩格納克閉環(huán)后經(jīng)親合器第二端口輸出的透 過(guò)率T為：
[0017]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于光纖薩格納克干涉儀的聲波傳感測(cè)量裝置，其特征在于，包括單色光源 (1)、光纖耦合器（2)、第一單模光纖（3)、少模光纖（4)、第二單模光纖（5)、長(zhǎng)周期光纖光柵 (6)、第三單模光纖（7)和光電探測(cè)器（8); 所述光纖耦合器（2)的第一端口連接單色光源（1)的輸出端；第一單模光纖（3)的第 一端連接光纖耦合器（2)的第三端口；少模光纖（4)的兩端分別與第一單模光纖（3)的第 二端和第二單模光纖（5)的第一端橫向錯(cuò)位相連接；長(zhǎng)周期光纖光柵（6)的第一端連接第 二單模光纖（5)的第二端；第三單模光纖（7)的第一端連接長(zhǎng)周期光纖光柵（6)的第二端； 光纖耦合器（2)的第四端口連接第三單模光纖（7)的第二端；光電探測(cè)器（8)的輸入端連 接光纖耦合器（2)的第二端口；示波器（9)的輸入端連接光電探測(cè)器（8)的輸出端； 其中，所述第一單模光纖（3)、所述少模光纖（4)、所述第二單模光纖（5)、所述長(zhǎng)周期 光纖光柵（6)和所述第三單模光纖（7)在光纖耦合器（2)的第三端口與第四端口之間依次 連接形成的閉環(huán)構(gòu)成薩格納克閉環(huán)；所述長(zhǎng)周期光纖光柵（6)與少模光纖（4)在所述薩格 納克閉環(huán)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了級(jí)聯(lián)；通過(guò)級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)少模光纖的干涉譜與長(zhǎng)周期光纖光柵的損耗峰疊加 以增加聲波傳感測(cè)量裝置工作波長(zhǎng)處輸出光譜的斜率，進(jìn)而提高探測(cè)靈敏度。
2. 如權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征在于，還包括示波器（9)，所述示波器（9)的 輸入端連接至光電探測(cè)器（8)的輸出端；用于顯示光電探測(cè)器輸出信號(hào)的波形。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量裝置，其特征在于，還包括用于固定所述長(zhǎng)周期光纖光 柵（6)的光纖調(diào)節(jié)架；所述光纖調(diào)節(jié)架的一端固定，通過(guò)微調(diào)所述光纖調(diào)節(jié)架的另一端來(lái) 調(diào)整所述長(zhǎng)周期光纖光柵(6)的曲率以獲得對(duì)聲波的最佳響應(yīng)。
4. 如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的測(cè)量裝置，其特征在于，所述少模光纖（4)的兩端 分別與所述第一單模光纖（3)和所述第二單模光纖（5)橫向錯(cuò)位熔接，橫向錯(cuò)位的距離為 6um_12um。
5. 如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的測(cè)量裝置，其特征在于，所述光纖耦合器（2)采用 2X2光纖親合器。
6. 如權(quán)利要求5所述的測(cè)量裝置，其特征在于，所述光纖耦合器（2)采用耦合比參數(shù)不 均勻的光纖耦合器。
7. 如權(quán)利要求6所述的測(cè)量裝置，其特征在于，所述光纖耦合器（2)采用耦合比為 1:99的光纖親合器。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于光纖薩格納克干涉儀的聲波傳感測(cè)量裝置，包括單色光源、光纖耦合器、第一單模光纖、少模光纖、第二單模光纖、長(zhǎng)周期光纖光柵、第三單模光纖、光電探測(cè)器和示波器；在光纖耦合器的第三端和第四端之間的第一單模光纖、少模光纖、第二單模光纖、長(zhǎng)周期光纖光柵、第三單模光纖依次連接構(gòu)成了薩格納克閉環(huán)結(jié)構(gòu)；長(zhǎng)周期光纖光柵與少模光纖在薩格納克閉環(huán)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了級(jí)聯(lián)；當(dāng)外界聲波作用于該裝置的長(zhǎng)周期光纖光柵時(shí)，其曲率受到聲頻信號(hào)的調(diào)制，進(jìn)而導(dǎo)致其損耗峰處的諧振波長(zhǎng)發(fā)生漂移，通過(guò)斜邊解調(diào)的方式解析損耗峰斜邊對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)處光功率變化解調(diào)出待測(cè)的聲波信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)聲波信號(hào)的傳感測(cè)量。
【IPC分類】G01H9-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104792402
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510180446
【發(fā)明人】魯平, 傅鑫, 陳靜, 劉德明
【申請(qǐng)人】華中科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月16日