CN204831360U - 一种基于微光机电技术的海底智能光纤一体化监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于微光机电技术的海底智能光纤一体化监测系统，包括光源模块、耦合模块、传感光纤模块、参考光路模块、光电探测模块、信号解调处理模块，传感光纤模块与耦合模块形成传感臂，用于传输携带有海底振动及水位变化信息的光波，参考光路模块与耦合模块形成参考臂，用于在耦合模块中与从传感光纤模块反射的携带有海底振动及水位变化信息的光波发生干涉，光电探测模块用于将耦合模块传输来的干涉光信号转换为电信号，信号解调处理模块用于对光电探测模块传输的电信号进行解调处理。将光纤传感技术与微光机电技术整合，同时实现了地震检波器及水位计的功能，达到对海底地震及海啸的有效预警目的，对物理参数的测量非常精确。

Description

一种基于微光机电技术的海底智能光纤一体化监测系统

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术领域和微光机电技术领域，具体涉及一种基于微光机电技术的海底智能光纤一体化监测系统。

背景技术

海底地震是地下岩石突然断裂而发生的急剧运动，海底地震及其引发的海啸是人类一直以来面临的两个巨大威胁，对人们生命健康以及生活环境都会带来灾难性的毁灭。我国大陆板块东部临海，研发预测海底地震及海啸的监测技术意义重大。现有技术采用地震检波器预测海底地震以及采用水位传感器预测海啸，但普遍存在监测范围小、测量精度低、抗干扰能力差、耐腐蚀性差等缺陷。

目前，应用较为广泛的地震检波器有几种，主要包括动圈式检波器、压电式检波器及数字式检波器等等。中国专利文献(公告号：CN201514488U)公开了一种动圈式检波器，其具有线圈组件、外壳组件、顶盖组件、极靴、磁钢和引线簧，还设有一个片状卡簧、一个片状弹簧和一个上弹簧片。这种检波器虽然具有一定的灵敏度，但却存在动态检测范围小、抗干扰能力差的缺点。现有应用较为广泛的水位传感器也有几种，主要包括浮子式水位传感器、压阻式压力水位传感器、电容式水位传感器等等。中国专利文献(公布号：CN102889914A)公开了一种采用基准水位的浮子式水位计，包括浮子感测传感器、轴角编码器和数据处理通信系统，这种浮子式水位计不抗电磁干扰，测量精度较低，误差偏大，而且由于采用浮子的结构，浮子在水中浮动导致它的机械结构会受到很大的磨损，可靠性会降低。就海底物理参数监测而言，现有的这些电类传感器存在着很多的局限性，例如安全性不高、传输距离有限、使用寿命短、不易组网以及不能适用于强电磁干扰、强腐蚀等恶劣环境下。所以，这些传感器越来越不能满足实际应用的需要。

随着光纤通信与光纤传感技术的飞速发展，光纤传感器得到了广泛的应用。由于光纤传感器具有体积小、重量轻、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点，使得其在海洋监测方面可以发挥巨大作用。微光机电系统(MOEMS)是近几年在微机电系统(MEMS)中发展起来的一支极具活力的新技术系统，它是由微光学、微电子和微机械相结合而产生的一种新型的微光学结构系统(如图1)。微光机电系统是一种可控的微光学系统，该系统中的微光学元件在微电子和微机械装置的作用下能够对光束进行汇聚、衍射和反射等控制，从而可最终实现光开关、衰减、扫描和成像等功能。该系统把微光学元件、微电子和微机械装置有机地集成在一起，能够充分发挥三者的综合性能。本申请结合光纤传感技术以及微光机电一体化技术实现对海底地震及海啸的更为可靠、精确、经济、广泛的监测。

实用新型内容

本实用新型为了克服现有对海底地震及海啸监测装置存在的监测范围小、测量精度低、抗干扰能力差、耐腐蚀性差等缺陷，提出了一种基于微光机电技术的海底智能光纤一体化监测系统。

本实用新型提供了一种基于微光机电技术的海底智能光纤一体化监测系统，包括用于发送光波的光源模块，与光源模块连接并用于分光的耦合模块，在现有技术的基础上，本实用新型还作出如下改进：所述监测系统还包括与耦合模块一输出端连接的传感光纤模块，与耦合模块另一输出端连接的参考光路模块，与耦合模块一输入端连接的光电探测模块，与光电探测模块通信的信号解调处理模块，

所述传感光纤模块与耦合模块形成传感臂，用于传输携带有海底振动及水位变化信息的光波，

所述参考光路模块与耦合模块形成参考臂，用于在耦合模块中与从传感光纤模块反射的携带有海底振动及水位变化信息的光波发生干涉，

所述光电探测模块用于将耦合模块传输来的干涉光信号转换为电信号，

所述信号解调处理模块用于对光电探测模块传输的电信号进行解调处理，对海底发生地震或海啸进行预警。

进一步地，所述传感光纤模块与参考光路模块采用纤芯直径为8-10μm，包层直径为125μm的单模光纤。

进一步地，所述耦合模块采用2×2耦合器，分光比为1∶1。

进一步地，所述信号解调处理模块采用计算机软件解调方式对光电探测模块传输的电信号进行解调处理。

优选的，所述计算机软件为Labview。

本实用新型的监测原理是：传感器系统通过光纤制成的传感光纤模块来探测海底振动及水位物理量的变化，当待测物理量变化时，光纤发生形变，光纤中的光波也会随之变化，利用光电转换技术以及解调技术可得到光纤中光波的变化，最后利用光波与外界信号的关系反演出待测的物理信号。当发生海底地震或海啸时，因光传播速度较快，可通过该系统快速得到因海底地震或海啸引起的振动或水位变化的信号，这样在灾难来临前争取了一定防灾准备时间，更有效的保护了人们生命健康及财产安全，达到预警的效果。

本实用新型的有益效果为：

1.本实用新型监测系统将光纤传感技术与微光机电技术整合，同时实现了地震检波器及水位计的功能，达到对海底地震及海啸的有效预警目的，对物理参数的测量非常精确。

2.耦合模块采用2×2耦合器，结构精巧，使光路更加简单，可在海底形成阵列并组网，便于大范围监测预警。

3.系统可仅利用软件编程实现基于相位生成载波法的解调方案，从而保证对被测信号的准确还原，且解调速度快。

4.系统构架简单，硬件结构体积小、重量轻，采用耐压力、耐腐蚀材料，提高抗腐蚀能力，并大大降低生产成本，安全性能高，传输距离长，使用寿命长，可大批量生产。

附图说明

图1为微光机电系统的框图，

图2为基于微光机电技术的海底智能光纤一体化监测系统的框图，

图3为本实用新型实施例的结构示意图。

附图标记：

1.DFB光源，2.耦合器，3.传感光纤，4.参考光纤，5.PIN光电探测器，6.计算机，7.第一单模光纤，8.第二单模光纤，9.第三单模光纤。

具体实施方式

本实用新型提供一种基于微光机电技术的海底智能光纤一体化监测系统，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型作进一步详细说明。

实施例

参照图3，本实施例提供的一种基于微光机电技术的海底智能光纤一体化监测系统，包括DFB光源1、3dB耦合器2、传感光纤3、参考光纤4、PIN光电探测器5、计算机6，所述DFB光源1通过第一单模光纤7与耦合器2的一个输入端相连，所述耦合器2输出端分成两路，其中一路经第二单模光纤8与传感光纤3相连，构成探测臂，另一路则与参考光纤4相连，构成参考臂，所述耦合器2的另一输入端通过第三单模光纤9与PIN光电探测器5相连，所述PIN光电探测器5与计算机6通信连接。所述传感光纤3和参考光纤4均采用纤芯直径为9μm，包层直径为125μm的单模光纤。

参照图2及图3，DFB光源1发出的光进入耦合器2，耦合器2把光分成两路，一路光进入传感光纤3被反射回耦合器2，另一路光进入参考光纤4被反射回来，两路反射光在耦合器2中发生干涉，当海底发生振动及水位变化时，传感光纤3可感知这些物理量的变化，传感光纤3发生形变，传感光纤3中的光波也随之发生变化，通过PIN光电探测器5将探测到的光信号转变为电信号，再经过计算机6的Labview软件解调得到光波的变化，最后反演出振动及水位的变化。

Claims (5)

1.一种基于微光机电技术的海底智能光纤一体化监测系统，包括用于发送光波的光源模块，与光源模块连接并用于分光的耦合模块，其特征在于：还包括与耦合模块一输出端连接的传感光纤模块，与耦合模块另一输出端连接的参考光路模块，与耦合模块一输入端连接的光电探测模块，与光电探测模块通信的信号解调处理模块，

所述传感光纤模块与耦合模块形成传感臂，用于传输携带有海底振动及水位变化信息的光波，

所述参考光路模块与耦合模块形成参考臂，用于在耦合模块中与从传感光纤模块反射的携带有海底振动及水位变化信息的光波发生干涉，

所述光电探测模块用于将耦合模块传输来的干涉光信号转换为电信号，

所述信号解调处理模块用于对光电探测模块传输的电信号进行解调处理，对海底发生地震或海啸进行预警。

2.如权利要求1所述的一种基于微光机电技术的海底智能光纤一体化监测系统，其特征在于：所述传感光纤模块与参考光路模块采用纤芯直径为8-10μm，包层直径为125μm的单模光纤。

3.如权利要求1所述的一种基于微光机电技术的海底智能光纤一体化监测系统，其特征在于：所述耦合模块采用2×2耦合器，分光比为1∶1。

4.如权利要求1所述的一种基于微光机电技术的海底智能光纤一体化监测系统，其特征在于：所述信号解调处理模块采用计算机软件解调方式对光电探测模块传输的电信号进行解调处理。

5.如权利要求4所述的一种基于微光机电技术的海底智能光纤一体化监测系统，其特征在于：所述计算机软件为Labview。