1 中国科学院空天信息创新研究院传感技术国家重点实验室，北京 100190
2 中国科学院大学电子电气与通信工程学院，北京 100049
3 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 100049
针对迷你无人飞行器（mini-UAV）探测难度大的问题，仿真设计并制作了谐振频率接近mini-UAV噪声特征频率的硅基微机电系统（MEMS）轮形振膜，结合精密机械加工制作了光纤法布里-珀罗干涉式声传感器。测试结果表明，该光纤声传感器的谐振频率为7.279 kHz，与仿真结果基本一致，其在频率为7 kHz声波正入射的条件下的灵敏度为1.8 V/Pa，信噪比为71 dB，最小可探测声压为99 μPa/Hz0.5。值得强调的是，该声传感器对声波的响应呈现“8”字形的方向依赖性，表明其具有识别声源方向的能力。进一步在户外测试了该光纤声传感器对mini-UAV的探测能力，结果表明，声传感器能够在65 m的范围内探测到mini-UAV噪声，其探测距离是商用驻极体声传感器的3倍左右。所研制的硅基MEMS轮形振膜光纤声传感器为解决实践中mini-UAV探测难的问题提供了一种简单有效的工具。
传感器 光纤声传感器 MEMS轮形振膜 迷你无人飞行器探测
1 中国科学院半导体研究所传感技术国家重点实验室，北京 100083
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 100049
3 中国科学院深海科学与工程研究所深海地球物理与资源研究室，海南 三亚 572000
4 中国科学院深海科学与工程研究所深海工程技术部，海南 三亚 572000
分布式光纤声传感（DAS）技术将单根光纤视为传感和传输介质，可实时探测光纤附近的振动/声波信号，具有环境适应性强、长距离、空间连续测量等优势。本文借助海底观测平台，将DAS解调仪与传感光纤一同布放于深海，展开了为期21天的深海原位测试试验。在1423 m的深海环境中，成功实现海底振动传感系统，其平均背景噪声约为。这一结果与实验室测量结果相近。海试的数据采集结果进一步验证了该系统的可行性，通过对不同工作状态（入水、着底、移动和抛载上浮）下采集到的振动信号的时频特性进行了分析，能够清晰识别出各工作状态下的信号特征。该深海级分布式光纤地震系统提供了一种新的工程方案，海底的原位布放可以实现在更远海域和更深海底的分布式光纤地震采集，对海洋地球物理研究具有重要意义。
海底分布式光纤地震系统 分布式光纤声传感 海洋环境监测 海洋地球物理
国网江苏省电力有限公司建设分公司 项目管理中心,南京 210000
气体绝缘开关设备（GIS）在国家电网变电站建设领域应用广泛,通常在GIS设备投产之前需要做绝缘耐压试验,以对现场故障设备进行定位。为了进行更快速有效的定位,针对实际应用环境,利用分布式声传感系统（DAS）和相位敏感光时域反射仪,通过光纤自身的反向瑞利散射信号,进行多波长多路径调制解调,由光纤实时监测GIS管道的不同位置的振动信号,减少测试盲点。结果表明,所研制的DAS系统能够实现对GIS故障设备进行实时快速准确的定位,定位精度可达到3 m内。该研究对于GIS现场故障的及时排除和维修处理,保障电力设备安全运行具有较好的参考价值。
传感器技术 光纤分布式声传感系统 气体绝缘开关设备 耐压测试 sensor technique optical fiber distributed acoustic sensing system gas insulated switchgear withstand voltage test
夏菁 1,2,3江俊峰 1,2,3,*王双 1,2,3丁振扬 1,2,3[ ... ]刘铁根 1,2,3
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
3 天津大学光纤传感研究所天津市光纤传感工程中心，天津 300072
研究了基于光纤缠绕薄壁圆筒的声增敏方法，基于33耦合器建立了声压灵敏度标定实验系统，实验探讨了薄壁圆筒的方向特性，实验研究了半径、壁厚尺寸参数对光纤声增敏的影响，实现的声压灵敏度达到1.338 rad/Pa（-117.47 dB re rad/μPa）。光纤缠绕薄壁圆筒接入所搭建的准分布式声传感系统进行实验，在20.06 km传感距离上，恢复的1 kHz正弦波形与施加波形误差不超过4.1%，比未增敏光纤环传感信噪比提高了21.03 dB，显示了薄壁圆筒声增敏的传感效果。该研究结果为高灵敏度的准分布式声传感的进一步发展提供了实验基础。
光纤光学与光通信 光纤传感器 分布式声传感 光纤光学 薄壁圆筒 相位 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0706003
1 中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室，山西 太原 030051
2 中北大学软件学院，山西 太原 030051
结合光纤工作频带宽、传输损耗小以及微机电系统（MEMS）制造工艺可实现微小型化、批量化和高一致性生产的优势，MEMS光学声传感器表现出高灵敏度、宽频带、大动态范围和高信噪比的优异声探测性能，受到了科研人员的普遍关注和深入研究。根据声敏感单元结构不同，将MEMS光学声传感器分为微结构光纤光栅型、光纤干涉仪型和微谐振腔型。然后，分别介绍了不同类型MEMS光学声传感器的声敏感原理，并在此基础上讨论了它们在不同声探测领域中的研究现状以及目前最为成熟的应用领域。最后展望了MEMS光学声传感器在MEMS工艺逐渐成熟的促使下，可与硅基光电子集成技术相结合实现系统片上集成的未来发展趋势。
光纤光学 微机电系统制造工艺 声传感器 微结构光纤光栅 光纤干涉仪 微谐振腔 激光与光电子学进展
2023, 60(3): 0312017
1 国家电网宁夏电力有限公司, 银川 750002
2 西安理工大学, 西安710077
目前的研究工作都集中在如何提高法布里-珀罗(Fabry-Perot, F-P)传感器的灵敏度和线性响应度, 而传感器的方向响应性在局部放电定位中的研究较少。对基于微机电系统(MEMS)的F-P声传感器的方向灵敏度进行了实验研究, 制作了膜片厚度为5 μm的F-P声传感器, 并测量和分析了来自不同入射角和线性距离的放电源的声信号。实验结果表明: 该传感器在±60°入射范围内具有5.90 dB的振幅波动, 信噪比高, 使其具备3 m以外检测微弱局部放电信号的能力。
光纤传感器 法布里-珀罗 声传感器 局部放电 fiber optic sensor, Fabry-Perot, acoustic sensor,
研究一种MEMS膜片与超小GRIN光纤镜头相结合的MEMS光纤声传感器，以及基于扫频OCT （Swept Source Optical Coherence Tomography，SS-OCT）解调系统的MEMS光纤声传感器性能测试方法。在进行建模分析的基础上，设计并研究MEMS膜片与超小GRIN光纤镜头相结合的MEMS光纤声传感器的制作工艺，搭建基于SS-OCT的声振测量系统，通过开展单频声信号、混频声信号、频率响应、声压灵敏度和系统稳定性测量实验，进行传感器的性能测试与标定。结果显示，所研究的MEMS光纤声传感器样品的频响范围为50 Hz~4.5 kHz，在频率为300 Hz时传感器声压灵敏度21.63 nm/Pa，信噪比（SNR）为44.1 dB，线性度为98.97%，重复性标准偏差为0.003。结果表明所研究的MEMS光纤声传感器可行，而且利用SS-OCT解调系统可对其传感性能进行有效测量。
超小GRIN光纤镜头 MEMS 光纤声传感器 SS-OCT ultra-small GRIN fiber lens MEMS optical fiber acoustic sensor SS-OCT 光学 精密工程
2022, 30(12): 1406
1 上海波汇科技有限公司, 上海
2 上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司, 上海
基于相干光时域反射技术的分布式光纤声传感系统是检测环境振动的重要工具, 但系统响应受干涉光强波动干扰, 给定量检测带来困难。针对单频连续点振源这一较为典型的传感场景, 研究商用相干光时域反射系统的响应特性。实验表明, 系统可以准确探测振动的位置和中心频率。实验探索了两种信号处理方法。信号频谱的时域平均可以还原出响应和振幅间的线性关系; 一定范围内的空间域响应分布保留了振动强度分布特点。两种方法都较好地克服了信号波动的影响, 将有助于系统实现更为精确一致的测量。
分布式声传感 振动探测 光纤传感 相干光时域反射 distributed acoustic sensing vibration detection fiber sensing coherent optical time-domain reflectometry
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室,天津大学光纤传感研究所天津市光纤传感工程中心, 天津 300072
2 太原理工大学物理与光电工程学院新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室, 山西 太原 030024
3 山东航天电子技术研究所, 山东 烟台 264000
提出一种基于线性调频(LFM)脉冲边带调制的光纤分布式传感动态应变范围扩展方法,基于调频带宽与相干时域信号包络平移量之间的反比特性, 通过在单脉冲内产生具备不同调频带宽的多调制边带进行传感,对各边带的相干时域信号进行数字带通滤波和分解,以实现对不同动态应变范围事件的同时测量。实验中分别使用调频带宽为40 MHz和200 MHz的LFM信号对边带进行调制,结果表明系统可以同时测量最大幅值为7 nε和350 nε的正弦动态应变事件,这为光纤分布式声传感系统提供一种动态范围拓展方案。
光学学报
2021, 41(13): 1306008
