【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光纤声源定位，具体涉及一种基于双芯光纤端面微结构的声源定位传感器和系统。
技术介绍
1、光纤声传感器是一种利用光纤作为传感元件的声传感装置。该传感器通过光纤传感装置感知声波，随着声波变化，光纤中传播的光信号的强度、相位等信息也会发生相应变化。通过解调这些变化信息，实现对声波的传感。因传感器具有小尺寸、灵敏度高等优点，在自动化、工业监测、安全监控等领域广泛应用。
2、传统声源定位技术通常采用多个电学设备分布式布置，利用多个传感器联动实现声源定位。相比之下，光纤传感器具有良好的抗电磁干扰性能，在复杂电磁环境下，光纤传感器更加具有优势。常见的光纤传感器结构有法布里-珀罗干涉仪、长周期光栅、锥形光纤结构等。为实现声源定位传感，这些传感结构都需要多个传感器联动，通过不同位置传感器直接的信号差异分析计算声源位置。这就为信息的解调增大了计算量。然而，基于以上结构的传感器通常都利用光强度、光谱偏移、光学相位等信息解调，这些系统解调成本高、系统复杂、传感精度低。
3、为解决光纤声源定位系统解调速度慢、系统复杂、成本高的问题，本专利技术提供了一种基于双芯光纤端面微结构的声源定位传感器和系统。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于双芯光纤端面微结构的声源定位传感器和系统，以提高系统的识别速度、降低设备成本，实现对声波强度和声源位置的同时解调。
2、第一方面，为实现上述目的，本专利技术的第一目的是提供一种基于双芯光纤端面微结构的声源
3、进一步的，所述光斑信息的提取过程包括：首先由数据采集系统将接收到的光斑信息转采集为图像信息，所述图像信息在数据处理设备中逐一分析每个像素值信息，识别出像素值特征。
4、进一步的，所述图像信息通过数据处理设备中的深度学习网络模型提取特征。
5、进一步的，所述传感双芯光纤(3)内部具有两根纤芯，可作为两个独立的光传输通道，且两个纤芯之间具有很低的芯间串扰，其中一根作为激光输入纤芯(201)，连接在扇入扇出模块(2)的输入端口，另一根作为激光输出纤芯(203)，连接在扇入扇出模块(2)的输出端口。
6、进一步的，所述传感双芯光纤(3)的端面3d打印的传感微环(202)，传感微环(202)为双环嵌套结构，连接在双芯光纤(3)的两个纤芯上。
7、进一步的，所述扇入扇出模块(2)可以将双芯光纤的每个芯独立连接到不同的光纤上，其输入端通过单模光纤与激光器(1)连接，输出端为多模光纤，并且多模光纤的输出端面切平，保持清洁。
8、进一步的，所述数据采集系统包括准直透镜(5)和ccd相机(6)。多模光纤输出端面对准准直透镜(5)，经过准直透镜(5)多模光纤的输出光束不再扩大，转变为平行光束由ccd相机(6)采集光斑信息。
9、进一步的，所述数据处理设备为计算机(7)，由ccd相机(6)采集到的光斑信息通过连接数据线传输至计算机(7)中进行处理。
10、基于上述装置，一种基于双芯光纤端面微结构的声源定位传感器和系统的检测方法：将传感双芯光纤固定，保证传感端面能够很好的接收声波信息；通过施加不同方向、不同距离、不同强度的声音信号，引起传感端面微结构的变化，进而引起多模光纤端输出的光斑图案发生变化；利用ccd相机采集不断变化的光斑图像，并将图像转化为数字信号传输到计算机中处理。输入计算机中的光斑信息为数字图像信息，在计算机中，首先对接收到的图像进行降维，将不同条件下收集到的大量图像部分作为训练集和验证集，部分作为测试集，利用这些图像训练出合适的深度学习网络模型识别后续采集到的光斑图像，实现声波强度信息解调和定位。
11、进一步的，所述连接激光器和扇入扇出模块的单模光纤纤芯直径为9μm，包层直径为125μm。多模光纤纤芯直径为105μm，包层直径为125μm。
12、进一步的，所述扇入扇出模块可以独立连接到双芯光纤的两个纤芯，具有低插入损耗、低芯间串扰的特点。
13、进一步的，所述双芯光纤的两个纤芯直径均为9μm，芯间距为30μm，包层直径为125μm。
14、进一步的，所述双芯光纤端面微结构通过3d微打印技术制作，具体制备方式如下：
15、(1)利用计算机软件对端面微结构进行三维建模，包括两个连接双芯光纤纤芯的圆柱结构，圆柱结构顶端的圆环结构，并切片利用软件对三维微结构模型进行序列切片处理，将切片信息按序列顺序输入3d打印系统中。
16、(2)利用3d打印设备在双芯光纤端面逐层涂覆光聚合物材料，并利用系统集成的微加热系统蒸发聚合物材料溶液。
17、(3)利用紫外光曝光的方法照射聚合物材料，按照序列切片图案固化双芯光纤端面图案。由此得到一层完整的微结构。
18、(4)重复以上过程，逐层打印各层序列切片图案，在双芯光纤端面得到完整的微结构。
19、进一步的，所述光聚合物材料为su-8光刻胶。每层曝光时间约为5s，紫外光强度为30mw/cm2。
20、进一步的，所述微结构两个圆柱结构直径为10μm，高15μm，位置分别完全覆盖双芯光纤的两个纤芯，顶部微环结构外径为40μm，内径为15μm，厚度为5μm。
21、优选地，所述激光器(1)产生的激光光束的中心波长为532nm。
22、本专利技术提出一种基于双芯光纤端面微结构的声源定位传感器和系统，基于不同位置和强度的声波会对端面微结构产生不一样的影响，进而影响输出光束的光斑图案。利用不同实验条件下采集的光斑图案特征实现对声源位置和强度的解调。利用深度学习网络模型实现对光斑特征的提取，根据光斑变化特征，可以实现对训练模型之外的光斑信息进行准确识别，预测出声波的来源和强度。通过以上系统，极大提高了声波传感器的识别速度，降低系统成本，为光学声波传感领域提供了新的研究方向。
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1.一种基于双芯光纤端面微结构的声源定位传感器和系统，其特征在于，包括用于感应声波信号的传感双芯光纤(3)；所述传感双芯光纤(3)两个纤芯分别连接扇入扇出模块(2)的两个端口，所述两个端口中输入端口中，输入端口一端连接有激光器(1)，输出端口端设置有数据采集系统和数据处理设备；所述数据采集系统将光斑图像采集并传输至数据处理设备中，数据处理设备根据光斑图像特征识别出声源位置和强度信息。
2.根据权利要求1所述的基于双芯光纤端面微结构的声源定位传感器，其特征在于，传感器采用双芯光纤端面3D打印连接两个纤芯的微结构(202)构成；所述微结构两个圆柱结构直径为10μm，高15μm，位置分别完全覆盖双芯光纤的两个纤芯，顶部微环结构外径为40μm，内径为15μm，厚度为5μm。
3.根据权利要求1所述的基于双芯光纤端面微结构的声源定位传感器，其特征在于，扇入扇出模块(2)可实现两根光纤分别连接到双芯光纤的两个纤芯。
4.根据权利要求1所述的基于双芯光纤端面微结构的声源定位传感器，其特征在于，传感双芯光纤(3)的输入纤芯(201)连接扇入扇出模块(2)的输入
5.根据权利要求1所述的基于双芯光纤端面微结构的声源定位传感器扇入扇出模块(2)通过单模光纤连接激光器(1)，输出端采用多模光纤并将输出端面切平保持清洁。
6.根据权利要求1～2所述基于双芯光纤端面微结构的声源定位传感器，其特征在于，所述的双芯光纤两个纤芯直径均为9μm，芯间距为30μm，包层直径为125μm，单模光纤纤芯直径为9μm，包层直径为125μm。多模光纤纤芯直径为105μm，包层直径为125μm。
7.根据权利要求1所述基于双芯光纤端面微结构的声源定位传感器和系统，其特征在于，所述的数据采集设备用于采集多模光纤出射的空间光束，包括准直透镜(5)和CCD相机(6)。数据处理设备为计算机(7)，且其中内置有声源识别模型。
8.根据权利要求1所述基于双芯光纤端面微结构的声源定位传感器和系统，其特征在于，所述的激光器(1)产生的激光光束的中心波长为532nm。
...【技术特征摘要】
1.一种基于双芯光纤端面微结构的声源定位传感器和系统，其特征在于，包括用于感应声波信号的传感双芯光纤(3)；所述传感双芯光纤(3)两个纤芯分别连接扇入扇出模块(2)的两个端口，所述两个端口中输入端口中，输入端口一端连接有激光器(1)，输出端口端设置有数据采集系统和数据处理设备；所述数据采集系统将光斑图像采集并传输至数据处理设备中，数据处理设备根据光斑图像特征识别出声源位置和强度信息。
2.根据权利要求1所述的基于双芯光纤端面微结构的声源定位传感器，其特征在于，传感器采用双芯光纤端面3d打印连接两个纤芯的微结构(202)构成；所述微结构两个圆柱结构直径为10μm，高15μm，位置分别完全覆盖双芯光纤的两个纤芯，顶部微环结构外径为40μm，内径为15μm，厚度为5μm。
3.根据权利要求1所述的基于双芯光纤端面微结构的声源定位传感器，其特征在于，扇入扇出模块(2)可实现两根光纤分别连接到双芯光纤的两个纤芯。
4.根据权利要求1所述的基于双芯光纤端面微结构的声源定位传感器，其特征在于，传感双芯光...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴继旋，孙翰超，冯翠杰，刘笑，刘仕远，陈立，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：
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