一种星形结构的分布式声光纤设备声纹检测系统的制作方法

本发明涉及声发射传感领域，尤其涉及一种星形结构的分布式声光纤设备声纹检测系统。

背景技术：

1、分布式光纤声发射传感器的原理是：分布式光纤声发射传感器的原理基于光纤中瑞利散射光的相干性。当光脉冲在光纤中传输时，如果光纤中存在不均匀的材料，光脉冲会与这些不均匀的材料相互作用，产生后向散射。当外界存在振动或声音等物理信号时，这些物理信号会影响后向散射光的相位。通过检测这些相位变化，可以获知发生的振动事件。同时，由于光速是固定的，通过计算散射光返回的时间，可以获得发生振动事件的位置信息。

2、这种传感器不仅利用相位幅值大小来提供声音或振动事件的强度信息，还利用线性定量测量值来实现对声音或振动事件相位和频率信息的获取。因此，它可以连续记录长距离光纤沿线的声波信号传递和声场空间分布。分布式光纤声发射传感器已成功应用于油气勘探、海洋探测、周界安防、智能交通、智慧城市等多个领域。

3、分布式光纤声发射传感器的系统设计，主要考虑以下几个方面：

4、空间分辨率：空间分辨率是指传感器能够识别沿光纤长度上的最小距离。空间分辨率越高，定位精度就越高。空间分辨率主要由发射脉冲的持续时间决定，例如，50ns脉冲给出5m分辨率是典型值。因此，在设计和选择传感器时，需要根据实际需求和场景来确定适当的空间分辨率。

5、最大范围：最大范围是指传感器能够测量的最长光纤距离。传感器的最大范围受到脉冲长度和反射光水平的影响。为了改善最大范围，可能会使用更长的脉冲长度来增加反射光水平，但这可能会导致更大的空间分辨率。因此，在平衡最大范围和空间分辨率时，需要考虑到定位精度的要求。通常对应50ns脉冲给出5m分辨率的最大范围是40km.

6、das系统成本高：das系统需要高精度的硬件组件，包括高性能的激光器、光电探测器、解调器等。这些高精度硬件的价格通常较高，从而增加了整体系统的成本。同时，das的信号处理涉及对声波引起的光纤中光波的相位或频率调制的精确测量和分析。这需要高性能的信号处理算法和复杂的数据分析技术，增加了系统的研发和生产成本。

7、分布式光纤声发射传感器在工程存在一定的应用问题。

8、问题1：光纤断裂与故障检测

9、当一条40km的光纤连续铺设时，如果中间某个节点出现断裂，那么断裂点之后的光纤链路将无法传输信号，导致中断点之后的传感光纤无法监控设备故障。

10、问题2：皮带输送机的应用场景与成本考虑

11、在das的皮带输送机的应用场景中，单个输送机的长度通常较短，以几百米到1km左右为主，极少数会达到2至3km。这种长度分布主要是由采矿工艺的布置需求决定的。此外，这些皮带输送机往往数量众多，且地理位置和朝向各异。为了降低成本，一种理想的方案是将这40km的光纤分段连接，以便更有效地利用昂贵的das主机。

12、然而，这种方案在实际施工中面临诸多挑战。由于皮带输送机位于不同的封闭廊道内，且地理位置和朝向各异，因此分段连接光纤的施工过程将变得极为复杂和困难。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决das系统难以应用在长距离光纤铺设的技术问题，从而提出一种星形结构的分布式声光纤设备声纹检测系统。其中系统包括：

2、分布式声发射传感器和光开关；

3、分布式声发射传感器通过光开关连接到n路不同支路的光纤；光纤贴近在待检测设备上，以拾取设备的声发射信号。

4、本发明提供的有益效果是：

5、1、灵活性与可扩展性：通过采用星形结构设计，新的传感器系统能够实现高度的灵活性和可扩展性。这种设计允许将整个光纤网络划分为多个独立的子网络，每个子网络都可以通过光开关与声发射主机相连。这意味着系统可以根据实际需求进行灵活配置和扩展，适应不同规模和复杂度的应用场景。

6、2、高可靠性与稳定性：传统的单一光纤链路在出现断裂时会导致信号中断，影响整个系统的可靠性。而新的系统通过星形结构和光开关的引入，某个子网络的光纤链路出现故障时，只检修这个子网络，其他子网络正常工作，从而确保系统的连续性和稳定性。

7、3、成本效益优化：传统的系统往往采用一个主机一根传感光纤的配置，成本较高。新的系统通过分时复用声发射主机，使得单个昂贵的声发射主机能够用于多个子网络，从而显著降低了每个子网络的成本。这种设计不仅提高了系统的成本效益，还使得系统更加适应各种实际应用场景，特别是在需要大量部署传感器的场景中。

8、4、施工和维护便捷性：由于新的系统采用了星形结构和光开关的分时复用技术，使得光纤网络的施工和维护变得更加便捷。分段连接光纤的过程变得简单，减少了施工难度和复杂度。同时，光开关的引入也使得系统的维护更加方便，可以在不中断整个系统的情况下对某个子网络进行维护或替换。

9、创新性应用潜力：新的系统不仅解决了传统系统中存在的问题，还具有创新性的应用潜力。例如，通过合理的子网络划分和光开关的调度，可以实现对不同区域或不同设备的精准监控和预警。此外，系统还可以与其他技术相结合，如机器学习、大数据分析等，进一步提高监控和预警的准确性和效率。

技术特征：

1.一种星形结构的分布式声光纤设备声纹检测系统，其特征在于：包括：

2.如权利要求1所述的一种星形结构的分布式声光纤设备声纹检测系统，其特征在于：所述分布式光纤声发射主机包括：激光器、耦合器、声光调制器、掺铒光纤放大器、平衡探测器、数据采集卡和计算机或服务器；所述耦合器包括第一耦合器和第二耦合器；激光器与所述第一耦合器光纤连接；第一耦合器与第二耦合器、声光调制器光纤连接；声光调制器与掺铒光纤放大器光纤连接；掺铒光纤放大器一方面与第二耦合器光纤连接，另一方面通过光纤贴近在多台待检测设备上拾取设备的声发射信号；所述第二耦合器与平衡探测器光纤连接；平衡探测器通过数据采集卡与计算机或服务器电性连接。

3.如权利要求2所述的一种星形结构的分布式声光纤设备声纹检测系统，其特征在于：分布式声射传感器的原理如下：激光器作为光源，其后向瑞利散射光由于现场的声音扰动会引起散射光的光程变化，利用光程变化量δs和相位变化δφ还原现场声音。

4.如权利要求3所述的一种星形结构的分布式声光纤设备声纹检测系统，其特征在于：光程变化量δs如下：

5.如权利要求4所述的一种星形结构的分布式声光纤设备声纹检测系统，其特征在于：对相位变化δφ进行解调如下：

6.如权利要求5所述的一种星形结构的分布式声光纤设备声纹检测系统，其特征在于：设备发声位置z计算如下：

7.如权利要求6所述的一种星形结构的分布式声光纤设备声纹检测系统，其特征在于：系统的工作原理如下：分布式声光纤传感器启动；控制光开关按照1～n路的顺序，或随意按照需要切换至某个需要被监控的通道；按照公式(5)、(6)计算相位变化φ(t)；根据φ(t)还原现场信号。

技术总结本发明涉及声发射传感领域，公开了一种星形结构的分布式声光纤设备声纹检测系统，系统包括：分布式声发射传感器和光开关；分布式声发射传感器通过光开关连接到N路不同支路的光纤；光纤贴近在待检测设备上，以拾取设备的声发射信号。本发明有益效果是：通过采用星形结构设计，新的传感器系统能够实现高度的灵活性和可扩展性；通过星形结构和光开关的引入，确保系统的连续性和稳定性；提高了系统的成本效益，还使得系统更加适应各种实际应用场景，特别是在需要大量部署传感器的场景中；使得光纤网络的施工和维护变得更加便捷；通过合理的子网络划分和光开关的调度，可以实现对不同区域或不同设备的精准监控和预警。技术研发人员：刘敏受保护的技术使用者：安徽中科昊音智能科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/20