CN218916523U - 一种具有参考信号的分布式光纤声场传感装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有参考信号的分布式光纤声场传感装置，包括激励源、增敏组件、增敏组件支架、传感光纤、光纤盘、换能器和设备主机。本实用新型将传感光纤缠绕呈环状，提高了空间分辨率，结合增敏组件，减少了空间混叠，解决了系统频率响应差的技术问题；另外，在增敏组件一侧布设换能器，换能器持续输出的只含有单一频率、声压幅值稳定的参考声信号经传感光纤传输至设备主机，为后续声波分析提供了有效的参考信号。
Description
技术领域
本实用新型属于信号处理技术领域，具体涉及一种具有参考信号的分布式光纤声场传感装置。
背景技术
声波是一种机械波，作为能量和信息的载体广泛存在于自然界中。光纤麦克风是探测空气或水中声波信号的光纤传感器，声波通过空气、水等介质传播后以非直接接触的应力形式作用在传感光纤上，传感光纤由于声波产生的应力作用，产生微小应变，将动态声波转化为动态光信号，再通过相位解调可实现声信号的还原。
基于相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)的分布式声学传感器(DAS)具有等效传感节点多、灵敏度高、响应速度快和宽频响应等优势。利用Φ-OTDR系统进行声源定位、声学成像和音频恢复等工作时，传感光纤作为声波敏感单元，在声场作用下产生形变引起背散射瑞利光的功率波动，达到声学检测的目的。该方案不仅能够克服传统电学克风在高温、高盐、高湿、易燃易爆和强电磁干扰等场景中应用受限的问题；同时还能弥补传统点式麦克风在大规模、海量声传感器应用场景中，制造成本高、布设难度大的缺陷。
然而，目前的分布式声学传感器都是直接采集待测声波，缺少可靠的能够对待测声波进行修正的参考信号；另外，传感光纤存在空间混叠，系统频率响应差的问题。
实用新型内容
解决的技术问题：本实用新型提出了一种具有参考信号的分布式光纤声场传感装置，将传感光纤缠绕呈环状，提高了空间分辨率，结合增敏组件，减少了空间混叠，解决了系统频率响应差的技术问题；另外，在增敏组件一侧布设换能器，换能器持续输出的只含有单一频率、声压幅值稳定的参考声信号经传感光纤传输至设备主机，为后续声波分析提供了有效的参考信号。
技术方案：
一种具有参考信号的分布式光纤声场传感装置，所述分布式光纤声场传感装置包括激励源、增敏组件、增敏组件支架、传感光纤、光纤盘、换能器和设备主机；
所述激励源、增敏组件支架、光纤盘依次放置；所述增敏组件竖直安装在增敏组件支架上；所述传感光纤分布设置在待测声场景中，传感光纤缠绕在光纤盘上，且其中一个端部固定在增敏组件朝向激励源的侧面上，另一个端部与设备主机连接，将激励源发出的光信号和沿线振动声波信号传输至设备主机；所述换能器持续输出只含有单一频率、声压幅值稳定的参考声信号至传感光纤位于增敏组件的端部，参考声信号经传感光纤传输至设备主机；参考声信号的频率与与待测声场景的目标声信号观测频带的差值大于预设的频率差值阈值。
进一步地，所述传感光纤采用单模光纤。
进一步地，所述传感光纤位于增敏组件的一端缠绕呈环状。
进一步地，所述传感光纤构成的光纤环的直径为100mm；光纤环的总长为20m。
进一步地，所述增敏组件包括谐振腔、涂覆层和增敏板。
进一步地，所述增敏板采用环氧树脂板。
进一步地，所述增敏组件支架包括底座、夹持部和若干个支撑架；
所述底座呈矩形框状；所述夹持部包括两个跨接在底座上的夹持条，夹持条相互平行且两者之间具有一间隙，间隙尺寸与增敏组件的尺寸相适配，增敏组件竖直放置在间隙内；
所述支撑架安装在夹持条上表面，若干个支撑架对称分布在增敏组件两侧，将增敏组件固定在间隙内。
进一步地，所述支撑架采用三角铁；所述底座采用铝合金框架。
进一步地，所述底座的任意两条相邻边组成的夹角处均连接有三角铁。
进一步地，所述设备主机采用基于相干探测的φ-OTDR系统。
有益效果：
第一，本实用新型的具有参考信号的分布式光纤声场传感装置，将传感光纤缠绕呈环状，提高了空间分辨率，结合增敏组件，减少了空间混叠，解决了系统频率响应差的技术问题。
第二，本实用新型的具有参考信号的分布式光纤声场传感装置，在增敏组件一侧布设换能器，换能器持续输出的只含有单一频率、声压幅值稳定的参考声信号经传感光纤传输至设备主机，为后续声波分析提供了有效的参考信号。
附图说明
图1为本实用新型的具有参考信号的分布式光纤声场传感装置的结构示意图。
图2为增敏组件支架的结构示意图。
标记说明：1表示激励源；2表示光纤环；3表示增敏组件；4表示增敏组件支架；5表示传感光纤；6表示光纤盘；7表示设备主机；8表示待测声场景。
具体实施方式
下面的实施例可使本专业技术人员更全面地理解本实用新型，但不以任何方式限制本实用新型。
参见图1，本实用新型提出了一种具有参考信号的分布式光纤声场传感装置，所述分布式光纤声场传感装置包括激励源1、增敏组件3、增敏组件支架4、传感光纤5、光纤盘6、换能器和设备主机7。
所述激励源1、增敏组件支架4、光纤6盘依次放置；所述增敏组件3竖直安装在增敏组件支架4上；所述传感光纤5分布设置在待测声场景8中，传感光纤5缠绕在光纤盘6上，且其中一个端部固定在增敏组件3朝向激励源1的侧面上，另一个端部与设备主机7连接，将激励源1发出的光信号和沿线振动声波信号传输至设备主机7；所述换能器持续输出只含有单一频率、声压幅值稳定的参考声信号至传感光纤5位于增敏组件3的端部，参考声信号经传感光纤5传输至设备主机7；参考声信号的频率与目标声信号观测频带的差值大于预设的频率差值阈值。
作为其中一种优选的实施例，所述设备主机7采用基于相干探测的φ-OTDR系统。基于相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)通过检测传感光纤在声场作用下产生形变引起背散射瑞利光的功率波动，达到声学检测的目的。在本实施例中，设备主机7可以采用传统的相干探测方法甚至其他分析方法来达到声学检测的目的，本实施例无需对相干探测方法做任何方法上的改进。本实施例的目的在于增加换能器，提供设备主机7参考声信号，且参考声信号的频率和待测声场的目标声信号观测频带的差值大于预设的频率差值阈值，使用户可以将参考声信号作为标准测试信号使用。
作为其中一种优选的实施例，所述传感光纤5采用单模光纤。优选的，所述传感光纤5位于增敏组件3的一端缠绕呈环状。本实施例将光纤缠绕成环可提高空间分辨率，并减小空间混叠的影响。示例性地，假设传感光纤总长度为1km，则可以将其位于增敏板处的端部缠绕成直径为100mm、共计63.5圈的光纤环，光纤环2的总长为20m。在实际应用中，光纤环2的直径和圈数与传感光纤的材质属性相关，在光纤弯折损耗允许范围内，环的直径越小，空间混叠影响越小，系统频率响应能力越好。
作为其中一种优选的实施例，所述增敏组件3包括谐振腔、涂覆层和增敏板。优选的，所述增敏板采用环氧树脂板。增敏组件3通过增敏组件支架4部署在待测声场景8内。
作为其中一种优选的实施例，所述增敏组件支架4包括底座C、夹持部D和若干个支撑架E；所述底座C呈矩形框状；所述夹持部D包括两个跨接在底座上的夹持条，夹持条相互平行且两者之间具有一间隙，间隙尺寸与增敏组件3的尺寸相适配，增敏组件3竖直放置在间隙内；所述支撑架E安装在夹持条上表面，若干个支撑架E对称分布在增敏组件3两侧，将增敏组件3固定在间隙内。如图2所示，底座C和夹持部采用多根铝合金条焊接而成。优选的，所述支撑架E采用三角铁。支撑架E对称固定在两个夹持条上，对增敏组件形成支撑作用，但并未与增敏组件连接，便于增敏组件拆装收纳。
作为其中一种优选的实施例，所述底座C的任意两条相邻边组成的夹角处均连接有三角铁，用于对增敏组件支架进行加固处理。优选的，可以根据夹角情况选择不同尺寸的三角铁，如图2所示，外侧夹角采用尺寸较大的三角铁A，内侧夹角采用尺寸较小的三角铁B。
以上仅是本实用新型的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种具有参考信号的分布式光纤声场传感装置，其特征在于，所述分布式光纤声场传感装置包括激励源、增敏组件、增敏组件支架、传感光纤、光纤盘、换能器和设备主机；
所述激励源、增敏组件支架、光纤盘依次放置；所述增敏组件竖直安装在增敏组件支架上；所述传感光纤分布设置在待测声场景中，传感光纤缠绕在光纤盘上，且其中一个端部固定在增敏组件朝向激励源的侧面上，另一个端部与设备主机连接，将激励源发出的光信号和沿线振动声波信号传输至设备主机；所述换能器持续输出只含有单一频率、声压幅值稳定的参考声信号至传感光纤位于增敏组件的端部，参考声信号经传感光纤传输至设备主机；参考声信号的频率与待测声场景的目标声信号观测频带的差值大于预设的频率差值阈值。
2.根据权利要求1所述的具有参考信号的分布式光纤声场传感装置，其特征在于，所述传感光纤采用单模光纤。
3.根据权利要求1所述的具有参考信号的分布式光纤声场传感装置，其特征在于，所述传感光纤位于增敏组件的一端缠绕呈环状。
4.根据权利要求3所述的具有参考信号的分布式光纤声场传感装置，其特征在于，所述传感光纤构成的光纤环的直径为100mm；光纤环的总长为20m。
5.根据权利要求1所述的具有参考信号的分布式光纤声场传感装置，其特征在于，所述增敏组件包括谐振腔、涂覆层和增敏板。
6.根据权利要求5所述的具有参考信号的分布式光纤声场传感装置，其特征在于，所述增敏板采用环氧树脂板。
7.根据权利要求1所述的具有参考信号的分布式光纤声场传感装置，其特征在于，所述增敏组件支架包括底座、夹持部和若干个支撑架；
所述底座呈矩形框状；所述夹持部包括两个跨接在底座上的夹持条，夹持条相互平行且两者之间具有一间隙，间隙尺寸与增敏组件的尺寸相适配，增敏组件竖直放置在间隙内；
所述支撑架安装在夹持条上表面，若干个支撑架对称分布在增敏组件两侧，将增敏组件固定在间隙内。
8.根据权利要求7所述的具有参考信号的分布式光纤声场传感装置，其特征在于，所述支撑架采用三角铁；所述底座采用铝合金框架。
9.根据权利要求7所述的具有参考信号的分布式光纤声场传感装置，其特征在于，所述底座的任意两条相邻边组成的夹角处均连接有三角铁。
10.根据权利要求1所述的具有参考信号的分布式光纤声场传感装置，其特征在于，所述设备主机采用基于相干探测的φ-OTDR系统。
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