【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤传感技术，尤其是涉及一种分布式光纤声波传感芯片及系统。
技术介绍
1、分布式光纤声波传感技术，是光纤传感器技术的重要分支之一。由于其可以实现分布式、长距离、高性能的声波频段振动信息获取，使得该技术在近年来受到广泛的关注，并已应用于结构健康监测、周界安防、轨道交通安全、管道泄漏、地球物理学等诸多领域。现阶段，商用的分布式光纤声波传感系统，一般由分立的光电器件搭建而成。由于涉及的光学与电学部件较多，因此其解调仪(指整个传感系统中，除传感光纤之外的部分)的体积/重量通常较大，且总器件成本偏高。这在某种程度上不利于分布式声波传感技术的进一步推广。例如，航空航天等领域的应用场景，对系统的体积及重量较为敏感；而物联网和消费电子领域的用户，往往会关心系统的硬件成本、批量生产成本及使用便利性。
2、包括光集成技术在内的集成电路技术的不断进步，推动了光通信领域的快速发展，各类光通信系统不断地实现更高的性能，更小的尺寸，更低的成本。此外，光传感
同样能够得益于集成技术。目前，片上光谱仪、片上光学陀螺、片上布拉格光纤光栅询问器、片上生化传感器等，都已有实例并逐步推向实用。而在分布式光纤声波传感技术方面，尽管一些应用领域已经对其集成化提出了需求，但由于其系统形态较为复杂，在基本形态、设计方案、目标性能等方面尚未形成统一的认识。因此，针对分布式声波传感系统的集成化方面的工作，目前仍鲜见报导。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了提供一种分布式光纤声波传感芯片及系统，实
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种分布式光纤声波传感芯片，包括：光信号端口、辅助功能单元、调制单元、接收单元和电信号端口。
4、所述辅助功能单元包括偏振控制器和可调分束器。
5、所述调制单元为集成的马赫-曾德尔型光强度调制器。
6、所述接收单元为集成的正交偏振分集且正交相位分集的相干平衡光电探测器。
7、所述接收单元由集成的偏振旋转分束器、光分束器、第一光混频器、第二光混频器、第一平衡光电探测器、第二平衡光电探测器、第三平衡光电探测器、第四平衡光电探测器构成。
8、所述光信号端口包括光源输入端口、探测信号输出端口、散射信号输入端口。
9、所述分布式光纤声波传感芯片的各光器件之间通过集成光波导连接，其中，光源输入端口连接偏振控制器的输入，偏振控制器的输出连接可调分束器的输入，可调分束器的第一输出连接调制单元的输入，调制单元的输出连接探测信号输出端口；可调分束器的第二输出连接光分束器的输入，光分束器的第一/第二输出分别连接第一光混频器/第二光混频器的本地输入；散射信号输入端口连接偏振旋转分束器的输入，偏振旋转分束器的第一/第二输出分别连接第一光混频器/第二光混频器的信号输入，第一光混频器的两对相干信号输出分别连接至第一平衡光电探测器、第二平衡光电探测器，第二光混频器的两对相干信号输出分别连接至第三平衡光电探测器、第四平衡光电探测器。
10、所述电信号端口包括调制信号输入端口、接收信号输出端口组、控制信号输入端口组、供电输入端口组。
11、所述调制信号输入端口连接调制单元的驱动端；第一平衡光电探测器、第二平衡光电探测器、第三平衡光电探测器、第四平衡光电探测器各自的输出构成接收信号输出端口组；调制单元、偏振控制器、可调分束器、第一光混频器、第二光混频器各自的工作点调谐输入端，构成控制信号输入端口组；调制单元以及第一平衡光电探测器、第二平衡光电探测器、第三平衡光电探测器、第四平衡光电探测器的供电端，构成供电输入端口组。
12、一种分布式光纤声波传感系统，包括：
13、如上述所述的分布式光纤声波传感芯片；
14、激光器，提供连续单频激光，连接分布式光纤声波传感芯片的光源输入端口；
15、光放大与传导单元，包括光放大器与光环形器，其中，光放大器的输入端连接分布式光纤声波传感芯片的探测信号输出端口，光放大器的输出端连接光环形器的1号端口，光环形器的3号端口连接分布式光纤声波传感芯片的散射信号输入端口；
16、驱动与控制电路，包括供电电路单元、偏压信号发生单元、调制信号发生单元、接收信号调理单元、信号采集单元，其中，供电电路单元连接分布式光纤声波传感芯片的供电输入端口组，偏压信号发生单元连接分布式光纤声波传感芯片的控制信号输入端口组，调制信号发生单元连接分布式光纤声波传感芯片的调制信号输入端口，接收信号调理单元的输入连接分布式光纤声波传感芯片的接收信号输出端口组，接收信号调理单元的输出连接信号采集单元；
17、信号处理单元，根据调制信号发生单元设定的驱动波形，与信号采集单元获取的实际波形，执行分布式光纤声波传感系统的解调算法程序；
18、传感光纤，连接光环形器的2号端口。
19、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
20、1)本专利技术实现了对分布式光纤声波传感系统的核心光电部件的集成化，相比由分立光电部件搭建的传感系统，本专利技术可显著优化系统的体积、重量，及成本，同时能够保持分布式光纤声波传感系统应有的性能指标，因而能够更好的满足诸如航空航天、物联网、消费电子等领域对分布式光纤声波传感系统在机械尺寸、硬件成本、批量生产成本及使用便利性等方面提出的需求。
21、2)本专利技术的芯片制造兼容cmos工艺，具有大规模生产的潜力，能显著降低成本。芯片设计可充分利用现有集成制造平台中已充分验证的成熟器件库及设计标准，显著缩减设计周期，降低设计难度及失败风险。丰富的器件库，开放式的参数选择空间，有利于提升设计灵活性。此外，相比于分立式光电系统，集成式光电芯片具备更好的长期稳定性。
22、3)本专利技术中，芯片的调制单元与接收单元的实现方式，支持大部分的主流分布式光纤声波传感技术的探测解调方案。同时，片内各个关键光器件均支持主动外部调谐，既可以排除批量生产中存在的器件非一致性的影响，同时还能够以一套硬件方案实现不同的系统配置。
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1.一种分布式光纤声波传感芯片，其特征在于，包括：光信号端口(11)、辅助功能单元(12)、调制单元(13)、接收单元(14)和电信号端口(15)。
2.根据权利要求1所述的一种分布式光纤声波传感芯片，其特征在于，所述辅助功能单元(12)包括偏振控制器(121)和可调分束器(122)。
3.根据权利要求1所述的一种分布式光纤声波传感芯片，其特征在于，所述调制单元(13)为集成的马赫-曾德尔型光强度调制器。
4.根据权利要求1所述的一种分布式光纤声波传感芯片，其特征在于，所述接收单元(14)为集成的正交偏振分集且正交相位分集的相干平衡光电探测器。
5.根据权利要求2所述的一种分布式光纤声波传感芯片，其特征在于，所述接收单元(14)由集成的偏振旋转分束器(141)、光分束器(142)、第一光混频器(143)、第二光混频器(144)、第一平衡光电探测器(145)、第二平衡光电探测器(146)、第三平衡光电探测器(147)、第四平衡光电探测器(148)构成。
6.根据权利要求5所述的一种分布式光纤声波传感芯片，其特征在于，所述光
7.根据权利要求6所述的一种分布式光纤声波传感芯片，其特征在于，所述分布式光纤声波传感芯片的各光器件之间通过集成光波导连接，其中，光源输入端口连接偏振控制器(121)的输入，偏振控制器(121)的输出连接可调分束器(122)的输入，可调分束器(122)的第一输出连接调制单元(13)的输入，调制单元(13)的输出连接探测信号输出端口；可调分束器(122)的第二输出连接光分束器(142)的输入，光分束器(142)的第一/第二输出分别连接第一光混频器(143)/第二光混频器(144)的本地输入；散射信号输入端口连接偏振旋转分束器(141)的输入，偏振旋转分束器(141)的第一/第二输出分别连接第一光混频器(143)/第二光混频器(144)的信号输入，第一光混频器(143)的两对相干信号输出分别连接至第一平衡光电探测器(145)、第二平衡光电探测器(146)，第二光混频器(144)的两对相干信号输出分别连接至第三平衡光电探测器(147)、第四平衡光电探测器(148)。
8.根据权利要求5所述的一种分布式光纤声波传感芯片，其特征在于，所述电信号端口(15)包括调制信号输入端口、接收信号输出端口组、控制信号输入端口组、供电输入端口组。
9.根据权利要求8所述的一种分布式光纤声波传感芯片，其特征在于，所述调制信号输入端口连接调制单元(13)的驱动端；第一平衡光电探测器(145)、第二平衡光电探测器(146)、第三平衡光电探测器(147)、第四平衡光电探测器(148)各自的输出构成接收信号输出端口组；调制单元(13)、偏振控制器(121)、可调分束器(122)、第一光混频器(143)、第二光混频器(144)各自的工作点调谐输入端，构成控制信号输入端口组；调制单元(13)以及第一平衡光电探测器(145)、第二平衡光电探测器(146)、第三平衡光电探测器(147)、第四平衡光电探测器(148)的供电端，构成供电输入端口组。
10.一种分布式光纤声波传感系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种分布式光纤声波传感芯片，其特征在于，包括：光信号端口(11)、辅助功能单元(12)、调制单元(13)、接收单元(14)和电信号端口(15)。
2.根据权利要求1所述的一种分布式光纤声波传感芯片，其特征在于，所述辅助功能单元(12)包括偏振控制器(121)和可调分束器(122)。
3.根据权利要求1所述的一种分布式光纤声波传感芯片，其特征在于，所述调制单元(13)为集成的马赫-曾德尔型光强度调制器。
4.根据权利要求1所述的一种分布式光纤声波传感芯片，其特征在于，所述接收单元(14)为集成的正交偏振分集且正交相位分集的相干平衡光电探测器。
5.根据权利要求2所述的一种分布式光纤声波传感芯片，其特征在于，所述接收单元(14)由集成的偏振旋转分束器(141)、光分束器(142)、第一光混频器(143)、第二光混频器(144)、第一平衡光电探测器(145)、第二平衡光电探测器(146)、第三平衡光电探测器(147)、第四平衡光电探测器(148)构成。
6.根据权利要求5所述的一种分布式光纤声波传感芯片，其特征在于，所述光信号端口(11)包括光源输入端口、探测信号输出端口、散射信号输入端口。
7.根据权利要求6所述的一种分布式光纤声波传感芯片，其特征在于，所述分布式光纤声波传感芯片的各光器件之间通过集成光波导连接，其中，光源输入端口连接偏振控制器(121)的输入，偏振控制器(121)的输出连接可调分束器(122)的输入，可调分束器(122)的第一输出连接调制单元(13)的输入，调制单元(13)的输出连接探测信...
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