[发明专利]一种低温光纤声音传感系统

说明书

本发明提供了一种低温光纤声音传感系统，包括：光纤声音传感探头，包含感声结构、测温光学结构及传光光纤；光纤分路单元，用于不同波长光在光纤中合束与分束；光学测温模块，用于测量所述光纤声音传感探头内温度，采用第一波长光；光学加热模块，用于加热所述光纤声音传感探头，采用第二波长光；光学测声模块，用于将所述光纤声音传感探头返回的光变化信号还原为声音信息，采用第三波长光。解决传统电学声音传感器因自身电子元器件不能满足低温使用需求，进而导致传感器在低温下不能正常工作的问题。

技术领域

本发明涉及声音测量技术领域，尤其涉及一种低温光纤声音传感系统。

背景技术

声音传感器是一种用于拾取或测量声音的常用仪表。低温声音传感器在低温储室声监听、低温液罐声监测及太空声探测等场景具有重要应用。

受通用电子元器件低温耐受能力限制，传统的电容式、压电式、压阻式电学声音传感器的低温使用温度通常不超过-70℃，在更低温环境无法继续使用。光纤声音传感探头本身仅包含光纤器件及简单的机械结构，无需供电，也不用考虑材料电学性能，可以用于低温声探测。与电缆相比，光纤传输损耗低，数公里内光传输信号变化极小。因此，苛刻环境应用时通常将光纤传感探头放置于待测环境中，而将光纤解调仪放置于相对温和的环境中，二者之间采用光缆相连接。

对于光纤声音传感器而言，温度变化时感声结构就会因其自身应力或其支撑结构内应力作用出现绷紧或收缩现象，造成传感器声音灵敏度漂移。温度变化不大时，温区内结构材料热胀系数基本呈线性，通过一些手段仍能使传感器准确获得声音灵敏度。通过在测压传感器中预埋温度传感器，进而通过温度敏感系数和压力敏感系数两个值进行求解计算获得准确压力值；通过采用低热胀系数结构和高热胀系数结构进行匹配设计进而实现结构内应力应变抵消。但是，探头温度低于-70℃以后，较多声敏结构材料及其支撑结构材料的热胀系数不再呈线性关系，因此温度补偿的手段无法解决现有声音传感器低温下灵敏度漂移问题。唯一解决途径是为声音传感器提供一个控温环境，使之一直处于适宜工作温度下。电致控温通常结构复杂，需要电缆，不适合为光纤声音传感探头提供控温。

现有电学声音传感器因自身电子元器件不能满足低温使用需求，进而导致传感器在低温下不能正常工作；另一方面，现有光纤声音传感器在低温区存在结构热胀系数非线性，因此不能采用温度补偿的方法实现声音准确测量。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，本发明提供了一种低温光纤声音传感系统，解决传统电学声音传感器因自身电子元器件不能满足低温使用需求，进而导致传感器在低温下不能正常工作的问题，及现有光纤声音传感器在低温区存在结构热胀系数非线性进而不能采用温度补偿的方法准确测量声音的问题。

本发明的技术解决方案为：一种低温光纤声音传感系统，包括：光纤声音传感探头1、光纤分路单元2、光学测温模块3、光学加热模块4及光学测声模块5。

光纤声音传感探头1，包含感声结构、测温光学结构；

其中，所述光纤声音传感探头1置于低温声环境零下70摄氏度以下中开展测试，所述光学测温模块3实时出射第一波长光经过所述光纤分路单元2进入所述光纤声音传感探头1中的测温光学结构，经测温光学结构调制后反射形成反射光，再次通过所述光纤分路单元2回到所述光学测温模块3，根据反射光携带的信息，获得所述光纤声音传感探头1内当前温度，实现对光纤声音传感探头1的温度实时监测；

所述光学加热模块4出射高功率第二波长光经过所述光纤分路单元2进入所述光纤声音传感探头1的感声结构中，通过照射感声结构发生漫反射引起所述光纤声音传感探头1温度升高；

所述光学测温模块3实时监测光纤声音传感探头1的温度变化，当光纤声音传感探头1的温度到达设定的理想工作温度点附近，根据光纤声音传感探头1的实时温度，控制所述光学加热模块4出射功率，使光纤声音传感探头1内温度限定在理想工作温区内；