1 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072
2 中国科学院重大科技任务局，北京 100864
3 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
4 中国科学院大学，北京 100049
利用激光可以在非接触、远距离的情况下实现语音信号的探测。激光远距离语音探测技术在侦听、多模监控、入侵检测、搜救、激光麦克风等领域具有广泛的应用前景。从激光远距离测振系统和探测信号的分析处理方法两个方面综述了激光远距离语音探测技术的研究进展，并展望了该技术的未来。
激光语音探测 微振动探测 激光多普勒测量 语音增强 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0500007
1 中国科学院 空间光电精密测量技术重点实验室, 成都 610209
2 中国科学院 光电技术研究所, 成都 610209
3 中国科学院大学 电子电气与通信工程学院, 北京 100049
4 中国科学院大学 光电学院, 北京 100049
为了解决周期性跳变引起的相位解调问题, 提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的自动相位解缠算法。采用数据流水线结构, 通过状态机自动寻求跳变周期数, 由跳变周期数实现自动相位补偿, 并对提出的算法进行了理论分析和实验验证。结果表明,在FPGA内设置跳变周期数计数位宽为8位, 能适用256次以下跳变情况; 当增加跳变周期数计数位宽, 可适应更多跳变次数的情况; 自动相位解缠算法几乎不占用存储资源; 能解决因振动调制范围增大引起的反正切相位跳变问题; 相位解调误差在1‰以内, 满足高精度振动检测实时性需求。此自动相位解缠算法为激光多普勒振动测量时反正切相位计算结果存在周期性跳变问题提供了更为简洁的解决方案。
激光技术 相位解缠 自动相位解缠 相位跳变 振动检测 激光多普勒效应 laser technique phase unwrapping automatic phase unwinding phase jump vibration detection laser Doppler effect
1 华北电力大学电气与电子工程学院，河北 保定 071003
2 华北电力大学河北省电力物联网技术重点实验室，河北 保定 071003
3 华北电力大学保定市光纤传感与光通信技术重点实验室，河北 保定 071003
为了获得相关因素对基于相干探测相敏光时域反射计（φ-OTDR）的分布式声波传感（DAS）系统测量准确性的影响规律，根据光纤中后向瑞利散射理论建立相干探测φ-OTDR仿真模型。基于该模型生成不同测量参数下的后向瑞利散射信号，采用IQ解调算法确定了振动位置、还原了振动信号，计算了振动检测信噪比和失真度。结果表明：采样率可以小于声光调制器（AOM）频率的2倍；宽范围内随着采样率的提高，振动检测信噪比与失真度不是严格单调增加或降低；模数转换器（ADC）量化位数在8~16位范围内变化时对系统解调结果的影响不大；随着入射光脉冲宽度减小、振动点与入射端距离增加，振动检测信噪比分别呈双指数、线性规律下降，失真度分别呈双指数、幂函数规律增加；随着掺铒光纤放大器（EDFA）放大倍数提高，振动检测信噪比呈幂函数规律提升，失真度在高、低噪声时分别呈幂函数、双指数规律下降。
传感器 分布式声波传感器 φ-OTDR IQ解调 振动检测 影响因素 光学学报
2023, 43(14): 1428001
1 国家管网集团西部管道有限责任公司, 乌鲁木齐 830000
2 北京声创新技术发展有限责任公司, 北京 100085
提出了一种结合多模干涉效应的新型马赫-曾德尔干涉仪(MZI)结构, 并将其用于振动检测研究。与基于两个3dB单模光纤耦合器(OC)级联而成的传统MZI不同的是, 文章采用多模OC与单模OC共同构成MZI。利用芯径为105μm的阶跃折射率分布多模光纤与芯径为62.5μm的渐变折射率分布多模光纤分别采用熔融拉锥法制作了分光比为1∶1的3dB多模OC, 并将其分别与3dB单模OC构建了MZI, 同时为了对比, 也利用两个单模OC构建了MZI。分别对采用不同类型OC构建的MZI中的一个干涉臂施加振动干扰, 并使用示波器进行数据采集和分析。结果表明, 基于芯径为105μm的阶跃折射率分布多模耦合器构建的MZI具有最大的可检测振动频率范围, 为1~20kHz, 同时在振动频率偏差和振动频率鉴别能力上也表现最优。
振动检测 马赫-曾德尔干涉仪 多模干涉 多模光纤 光纤耦合器 vibration detection Mach-Zehnder interferometer multimode interference multimode fiber fiber coupler
1 中北大学, 电子测试技术重点实验室山西 太原 030051
2 中北大学仪器与电子学院, 测试技术及仪器国家级实验教学示范中心山西 太原 030051
3 中北大学理学院山西 太原 030051
本文提出了一种基于电子自旋共振效应的位移振动检测方法, 以金刚石氮空位色心为敏感单元, 利用其对磁场强度的高敏感机理来进行。我们设计并搭建了振动发生装置和磁场检测系统。其中, 该系统由荧光聚焦系统、载流磁线圈和直尺组成。荧光聚焦系统负责高效地激发和收集荧光, 并确定电子自旋效应的分裂程度。载流线圈负责产生一个高线性的梯度磁场, 标尺作为振动源, 产生振动信号, 驱动载流线圈振动。然后, 通过严格的静态与动态实验分析, 当磁线圈携带0.1 A的电流时, 该位移灵敏度为25.11 nmHz12, 理论位移灵敏度约为2.106 nmHz12, 最小磁灵敏度极限为0.198 nTHz12, 振动信号的频率为6.31 Hz, 振幅为0.744 mm。该实验验证了检测方法的可行性。这为高精度位移振动检测方法提供了新的途径。
振动检测 NV色心 电子自旋共振 vibration detection NV center electron spin resonance
南通大学 信息科学技术学院, 江苏 南通226019
提出了一种基于光纤激光环形腔实现高频微弱振动信号检测的全光纤振动检测系统。将保偏光纤通过熔融拉锥技术拉锥形成具有多通道梳状滤波特性的微光纤马赫-曾德尔干涉仪(MMZI), 通过和光纤激光环形腔系统结合, 在200~20000Hz的范围内实现了对声源振动信号的动态响应, 噪声极限最小检测压力为6.44mPa·Hz-1/2。相对比于未接入光纤激光系统的声音频率响应范围为200~4000Hz, 灵敏度为29.36mV·Pa-1, 接入激光系统后声音频率响应范围扩大了近5倍, 灵敏度提高了6倍, 为宽频带声音检测系统以及微小光信号检测技术提供了一种行之有效的方法。
应用光学 光纤环形腔 微光纤马赫曾德尔干涉仪 保偏光纤 微小信号 振动检测 applied optics optical fiber ring cavity Micro-fiber Mach-Zehnder interferometer Polarization-maintaining fiber weak signal vibration detection
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
当移相干涉仪受较大振动干扰时, 会导致其无法准确获取较优干涉图组, 为了解决该问题, 提出了一种基于干涉条纹图像分析的振动检测方法。从图像处理角度, 该方法分析了干涉图像中条纹的形状、数量和移相方向等特征与低频高幅度振动的关系, 从而判断其是否受较大的低频振动影响; 从统计学角度, 该方法分析了干涉图组的移相特征与中高频低幅度振动的关系, 计算出干涉图组的移相稳定性和准确性并评估整体移相质量, 来判断其是否受较大的中高频振动影响。基于上述方法开发了相应的算法, 经实验验证, 在获取序列干涉图组时, 该方法可智能地判断并筛选出受振动干扰较小的干涉图组, 进而计算出准确的波面信息, 提高了系统的抗振能力, 对移相干涉技术的实际应用具有意义。
图像处理 统计学 移相干涉技术 振动检测 抗振系统 image processing statistics phase-shifting interference technology vibration detection anti-vibration system
