基于Sagnac干涉原理的光纤拾音系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于Sagnac干涉原理的光纤拾音系统。该系统包括：包括:光源、光纤回路、光纤藕合器、拾音点和信号处理电路；激光源与光纤藕合器之间、光纤藕合器与光电探测器之间通过光纤连接，光纤藕合器和拾音点之间通过光纤回路连接，光电探测器与信号处理电路之间通过电路连接；光源发出的光经过光纤藕合器后，被分成沿着光纤回路传输的顺、逆时针相反方向传播的两束光，两束光被拾音点处的声音信号调制后在光纤藕合器处发生干涉，光电探测器将两束光的干涉强度转换为电信号，信号处理电路将电信号还原成声音信号。本发明专利技术实现对声音信号高精度快速传感并判断声音信号的有无，能够根据声音信号的强度和频率特征对高压绝缘子闪络情况做出预警判断。

Optical Fiber Sound Picking System Based on Agnac Interference Principle

【技术实现步骤摘要】
基于Sagnac干涉原理的光纤拾音系统
本专利技术涉及铁路异物侵限领域，尤其涉及一种基于视觉分析的山区铁路边坡落石检测方法。
技术介绍
光纤传输和传感是光纤技术中两个重要领域。目前光纤传输(光通信)技术发展迅猛，应用广泛；光纤传感技术也日益显示出其巨大应用潜力。光纤传感器由于具有抗电磁干扰能力强、灵敏度高、电绝缘性好、安全可靠、耐腐蚀、可构成光纤传感网等诸多优点，因而在电力、农业、生物医疗、国防等各领域均有广阔应用前景，它将对传统的检测技术和仪器仪表等行业注入新的血液。目前，现有技术中还没有一种有效的利用光纤传输来检测声音的方法。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于Sagnac干涉原理的光纤拾音系统，以实现利用光纤传输对声音信号进行有效的传输和检测。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。一种基于Sagnac干涉原理的光纤拾音系统，包括:光源、光纤回路、光纤藕合器、拾音点和信号处理电路；所述激光源与光纤藕合器之间通过光纤连接，所述光纤藕合器和拾音点之间通过光纤回路连接，所述光纤藕合器与所述光电探测器之间通过光纤连接，所述光电探测器与所述信号处理电路之间通过电路连接；光源发出的光经过光纤藕合器后，被分成沿着所述光纤回路传输的顺、逆时针相反方向传播的两束光，所述两束光被拾音点处的声音信号调制后在光纤藕合器处发生干涉，光电探测器将所述两束光的干涉强度转换为电信号，信号处理电路将所述电信号还原成声音信号。优选地，所述拾音点设置在电力机车车顶高压带电导体的沿绝缘子处，实时采集检测绝缘子的声音信号。优选地，将普通光纤绕制成光纤探头感应线圈，作为拾音点，所述拾音点的两端分别接在光纤耦合器右端的两个输出端口，构成一个光纤环路。由上述本专利技术的实施例提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供了一种基于光纤拾音的高压绝缘检测技术，搭建基于Sagnac干涉原理的光纤拾音传感系统硬件平台，实现对声音信号高精度快速传感，并判断声音信号的有无。能够根据声音信号的强度和频率特征对高压绝缘子闪络情况做出预警判断，适合用于检测高压绝缘子闪络情景，通过判断检测声音的有无、大小及频率特征来对绝缘子的状况作出快速、高精度的预警。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的一种基于Sagnac干涉原理的光纤拾音系统结构图；。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。为便于对本专利技术实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本专利技术实施例的限定。干涉性光纤传感器具有极高的探测灵敏度，基于Sagnac(萨格纳克效应)干涉原理的光纤拾音传感系统的研究内容主要包括两方面，第一：基于Sagnac干涉原理的光纤拾音传感系统的设计，硬件部分包括激光源电路设计、光电检测系统软件的设计，信号处理电路设计，软件部分包括信号处理算法程序、显示界面的软件设计。第二：高压绝缘子闪络声音信号的研究，声音信号的幅值特性和频率特性。电力机车车顶高压带电导体沿绝缘子表面发生的击穿放电现象被称为绝缘子闪络。这是一种光电声俱全、强度极大的瞬间放电现象。本专利技术实施例提供的一种基于Sagnac干涉原理的光纤拾音系统的结构如图1所示，包括激光源、光纤回路、光纤藕合器和拾音点。激光源与光纤藕合器之间通过光纤连接，光纤藕合器和拾音点之间通过光纤回路连接，光纤藕合器与光电探测器之间通过光纤连接，光电探测器与信号处理电路之间通过电路连接。拾音点设置在电力机车车顶高压带电导体的沿绝缘子处，实时采集检测绝缘子的声音信号。为了提高声音传感系统的灵敏度，将普通光纤绕制成光纤探头感应线圈，作为拾音点，采集外界声音信号。拾音点的两端分别接在光纤耦合器右端的两个输出端口，从而构成一个光纤环路。光源发出的光经过光纤藕合器后，被分成顺、逆时针相反方向传播的两束光，拾音点处的声音信号由于弹光效应调制顺、逆时针传输光的相位参量，受声音信号调制传输后的两路光在光纤藕合器处发生干涉，由于两束光的相位被声音信号调制，两束光的干涉强度将随声音信号变化。光电探测器将干涉强度转换为电信号，最后经过信号处理电路可以还原声音信号，实现基于Sagnac干涉原理的光纤拾音传感系统。光波通过长度为l的光纤，相位延迟为：Φ＝β×l(1)其中，β为光波在光纤中的传播常数，β＝nk0，其中n为纤芯折射率，k0为光在真空中的波数，k＝2π/λ0，λ0为光在真空中的波长。将(1)式微分可得(2)式中第一项表示传感光纤长度变化引起的相位差(应变效应或热胀效应)；第二项为传感光纤折射率变化引起的相位差(弹光效应或热光效应)；第三项为传感光纤芯径变化引起的相位差(泊松效应)，由于其值相对很小，一般可忽略不计，(2)式可转化为：(3)式中，ΔΦl表示由传感光纤长度变化引起的相位差；ΔΦn表示传感光纤折射率变化引起的相位差。在光纤干涉环上施加均匀振动信号P，调制光信号相位。分析可得ΔΦd＝ΔΦl+ΔΦn＝-βP(1-2μ)l/E+0.5lk0n3(P/E)(1-2μ)(p11+2p12)＝βlP(1-2μ)[n2(p11+2p12)/2-1]/E(4)(4)式中，P为振动强度，l是传感光纤长度且恒定不变，μ为光纤的泊松常数，p11、p12为弹光张量分量，E为光纤的弹性模量。(4)式表明，在传感光纤均匀受力的情况下，相位变化量正比于外界信号，振动信号P可以直接且动态的对传感光纤中的光相位ΔΦd进行调制。在光纤Sagnac干涉原理图1中，两列光在耦合器处干涉时，干涉光振幅分布是这两列光波的复数振幅的合成：E(z)＝E1(z)+E2(z)(5)(5)式中，E1(z本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Sagnac干涉原理的光纤拾音系统，其特征在于，包括:光源、光纤回路、光纤藕合器、拾音点和信号处理电路；所述激光源与光纤藕合器之间通过光纤连接，所述光纤藕合器和拾音点之间通过光纤回路连接，所述光纤藕合器与所述光电探测器之间通过光纤连接，所述光电探测器与所述信号处理电路之间通过电路连接；光源发出的光经过光纤藕合器后，被分成沿着所述光纤回路传输的顺、逆时针相反方向传播的两束光，所述两束光被拾音点处的声音信号调制后在光纤藕合器处发生干涉，光电探测器将所述两束光的干涉强度转换为电信号，信号处理电路将所述电信号还原成声音信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于Sagnac干涉原理的光纤拾音系统，其特征在于，包括:光源、光纤回路、光纤藕合器、拾音点和信号处理电路；所述激光源与光纤藕合器之间通过光纤连接，所述光纤藕合器和拾音点之间通过光纤回路连接，所述光纤藕合器与所述光电探测器之间通过光纤连接，所述光电探测器与所述信号处理电路之间通过电路连接；光源发出的光经过光纤藕合器后，被分成沿着所述光纤回路传输的顺、逆时针相反方向传播的两束光，所述两束光被拾音点处的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙强，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11