[发明专利]一种光纤光声传感器的空间域复用解调仪器及方法

说明书

本发明公开了一种光纤光声传感器的空间域复用解调仪器及方法，所述解调仪器包括宽谱光源、光纤分路器、多组光纤光声传感通道、玻璃片、光电二极管阵列、数据采集与处理电路及通信模块；宽谱光源发射的宽谱光被光纤分路器分成多束，同时入射到多组光纤光声传感通道，反射回的信号光分别经对应的光纤光声传感通道后，同时入射到玻璃片，从玻璃片表面反射的高斯发散光投射到光电二极管阵列的不同空间区域后被光电二极管阵列接收；数据采集与处理电路采集光电二极管阵列上的空间光信号并解调处理；本发明的优点在于：对多个光纤光声传感通道无干扰同时解调，大幅度减小了基于多个光纤光声传感器的分布式测量系统的成本。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，更具体涉及一种光纤光声传感器的空间域复用解调仪器及方法。

背景技术

对电气绝缘设备中的故障特征气体分析中，通常采用气相色谱和光声光谱技术。其中，光声光谱技术因其具有灵敏度高、免维护的特点，正逐步替代气相色谱法。然而，高电压电气绝缘设备附近的强电磁环境使得传统的光声光谱装置易受干扰，影响了变压器油中溶解气体浓度测量的稳定性和可靠性。

光纤光声传感是一种新的微量气体检测技术，其基本原理是利用光纤声波传感器件检测气体吸收产生的光声压力波信号，具有抗电磁干扰、远距离测量、可分布传感等多诸多优点。光声激发光和光声探测光均采用光纤传输，实现了光声探头的无源化和微型化，可将光纤光声传感器用于石化厂区气体泄漏、变压器油中溶解气体分析、气体绝缘设备在线监测等应用中。文献Chen Ke,Guo Min,Liu Shuai,et al.Fiber-optic photoacousticsensor for remote monitoring of gas micro-leakage[J].Optics express,2019,27(4):4648-4659报道了一种微型的光纤光声气体传感器，激光通过光纤传输到光声探头中，扩散到探头中的目标气体吸收激光能量产生光声信号，宽谱的探测光经另外一根光纤传输到探头中，被悬臂梁反射后的信号光被高速光纤光谱仪探测，通过测量干涉光的相位变化实现对光声信号的解调。然而，采用的光谱解调法需要利用价格昂贵的高速光谱仪对干涉信号光谱进行实时探测。对于分布式测量需求，需要采用多个光纤光声传感器。通常1个光纤光声传感器需要配置1个解调仪，这将大幅度增大分布式测量的成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于现有技术光纤光声传感系统中对于分布式测量需求，需要采用多个光纤光声传感器，1个光纤光声传感器需要配置1个解调仪，大幅度增大分布式测量的成本。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种光纤光声传感器的空间域复用解调仪器，包括宽谱光源、光纤分路器、多组光纤光声传感通道、玻璃片、光电二极管阵列、数据采集与处理电路及通信模块；宽谱光源发射的宽谱光被光纤分路器分成多束，同时入射到多组光纤光声传感通道，反射回的信号光分别经对应的光纤光声传感通道后，同时入射到玻璃片，从玻璃片表面反射的高斯发散光投射到光电二极管阵列的不同空间区域后被光电二极管阵列接收；数据采集与处理电路采集光电二极管阵列上的光信号，当光声压力波作用引起多组光纤光声传感通道中干涉腔长产生周期性变化时，光电二极管阵列同时探测的多个干涉条纹的峰值发生移动，经高通滤波后，通过寻峰和标定实时解调出多个干涉腔长，进而同时恢复出多组待测声波信号；通信模块对外传输解调结果。

本发明将不同光纤光声传感通道反射的光信号投射到光电二极管阵列的不同空间区域，数据采集与处理电路采集光电二极管阵列上的空间光信号并解调处理，对多个光纤光声传感通道无干扰同时解调，相比于1个光纤光声传感器需要配置1个解调仪的传统方法，本发明通过空间域复用解调器的方式大幅度减小了基于多个光纤光声传感器的分布式测量系统的成本。