(19)国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202122837342.7 (22)申请日 2021.11.18 (73)专利权人 国网安徽省电力有限公司电力科 学研究院 地址 230000 安徽省合肥市经济开发区紫 云路299号 专利权人 大连理工大 学 (72)发明人 马凤翔　陈珂　赵跃　李辰溪　 赵新瑜　朱峰　刘子恩　杭忱　 谢佳　袁小芳　陈英　 (74)专利代理 机构 合肥市浩智运专利代理事务 所(普通合伙) 34124 专利代理师 丁瑞瑞 (51)Int.Cl. G01N 21/17(2006.01)G01N 21/01(2006.01) (54)实用新型名称 一种光纤光声传感器的空间域复用解调仪 器 (57)摘要 本实用新型公开了一种光纤光声传感器的 空间域复用解调仪器， 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 路与光电二 极管阵列连接， 通信模块与数据采集 与处理电路连接； 本实用新型的优点在于： 多个 光纤光声传感通道共用一个解调仪， 大幅度减小 成本。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 217033600 U 2022.07.22 CN 217033600 U 1.一种光纤光声传感器的空间域复用解调仪器， 其特征在于， 包括发射宽谱光的宽谱 光源、 将宽谱光分成多束的光纤分路器、 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； 所述光纤分路器设置在宽谱光源的发射路径上， 光纤分 路器输出端口分别与多组光纤光声传感通道 连接， 所述 玻璃片设置在光纤光声传感通道反 射回的信号光的路径上， 光电二极管阵列的不同空间区域均位于所述玻璃片表面反射的高 斯发散光的路径上； 数据采集与处理电路与光电二极管阵列连接， 通信模块与数据采集与 处理电路连接 。 2.根据权利要求1所述的一种光纤光声传感器的空间域复用解调仪器， 其特征在于， 所 述空间域复用解调仪器包括两组光纤光声传感通道， 第一组光纤光声传感通道包括第一通 道光纤耦合器和 第一通道光纤传感器接口， 第二组光纤光声传感通道包括第二通道光纤耦 合器和第二通道光纤传感器接口， 所述光纤分路器设置在宽谱光源的发射路径上， 光纤分 路器的两个输出端口分别与第一通道光纤耦合器和 第二通道光纤耦合器连接， 第一通道光 纤耦合器与第一通道 光纤传感器接口连接， 第二通道光纤耦合器与第二通道光纤传感器接 口连接； 玻璃片设置在第一通道光纤耦合器和 第二通道光纤耦合器反射回的信号光的路径 上， 光电二极管阵列位于所述玻璃片表面反射的高斯发散光的路径上。 3.根据权利要求2所述的一种光纤光声传感器的空间域复用解调仪器， 其特征在于， 所 述玻璃片相对地面水平， 第一通道光纤耦合器以及第二通道光纤耦合器入射到玻璃片表面 的光均相对玻璃片倾 斜45°。 4.根据权利要求2所述的一种光纤光声传感器的空间域复用解调仪器， 其特征在于， 所 述宽谱光源的谱宽超过40nm。 5.根据权利要求2所述的一种光纤光声传感器的空间域复用解调仪器， 其特征在于， 所 述光纤分路器的分光比为5 0:50。 6.根据权利要求2所述的一种光纤光声传感器的空间域复用解调仪器， 其特征在于， 所 述第一通道光纤耦合器和第二 通道光纤耦合器的光耦合比为5 0:50。 7.根据权利要求2所述的一种光纤光声传感器的空间域复用解调仪器， 其特征在于， 所 述玻璃片的厚度是光纤光声传感器腔长的1.5倍。 8.根据权利要求2所述的一种光纤光声传感器的空间域复用解调仪器， 其特征在于， 所 述光电二极管阵列中光电二极管的数量不少于512个， 每个光电二极管与玻璃片的夹角为 45°。 9.根据权利要求2所述的一种光纤光声传感器的空间域复用解调仪器， 其特征在于， 所 述第一通道光纤传感器接口和第二 通道光纤传感器接口均为 光纤FC/APC接头。 10.根据权利要求1所述的一种光纤光声传感器的空间域复用解调仪器， 其特征在于， 所述数据采集与处 理电路核心为FPGA芯片。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 217033600 U 2一种光纤光声传感器的空间域 复用解调仪器 技术领域 [0001]本实用新型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。 背景技术 [0002]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。 [0003]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  photoacoustic  sensor 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。 实用新型内容 [0004]本实用新型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 增大成本的问题。 [0005]本实用新型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与光电二极管阵列连接， 通信模块 与数据采集与处 理电路连接 。 [0006]本实用新型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， 多个光纤光声传说　明　书 1/3 页 3 CN 217033600 U 3