[發明專利]一種光纖EFPI超聲波傳感器

有效

• 申請號: 201610015448.X
• 申請日: 2016-01-08
• 公開（公告）號: CN105675114B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 楊志強;王偉;郭晨華
• 申請（專利權）人: 珠海一多監測科技有限公司
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 彭姣平

本發明公開了一種光纖EFPI超聲波傳感器，包括傳感器頭單元和傳感器體單元，所述傳感器體單元包括傳感器護套，該傳感器頭單元設置在該傳感器護套內部，所述傳感器頭單元包括毛細管以及一部分設置在毛細管內的光纖和用于固定光纖的套頭支架，在所述毛細管的一端上還設置有用于感測超聲波振動的膜片，該膜片的內表面、光纖的前端面以及毛細管的內表面共同界定形成一個法布里?帕羅腔，該光纖的前端面構成該法布里?帕羅腔的第一個反射面，該膜片的內表面構成該法布里?帕羅腔的第二個反射面。該光纖EFPI超聲波傳感器可實現對超聲波信號的高效響應和采集，具有很高的靈敏度和測量精度。

技術領域

本發明涉及光纖超聲波傳感器技術領域，特別涉及一種溫度自補償型基于光纖EFPI(extrinsic Fabry－Perot interferometer，外腔式法布里－帕羅干涉型傳感器)技術的超聲波傳感器。該傳感器可以用于在液體中采集超聲波信號，用于監測超聲波信號的頻率和強度等信息，并具有適應環境溫度變化，法布里－帕羅(簡稱F－P)腔能夠不受環境溫度變化的影響自動調節保持腔長恒定的優異特性。

背景技術

目前國內外工業設備用超聲波信號監測有多種方法，壓電超聲法檢測法是最普及的方法，但傳感器是貼在設備外殼上的，其檢測設備內部的超聲波信號，不易受到電磁噪聲的干擾，但靈敏度不高。也有將壓電傳感器放置在設備外殼的內部，在液體中檢測超聲波信號的，但由于壓電超聲傳感器在液體中檢測靈敏度也不高，同時不能放在強電場中，或帶高電壓部位處進行測量，使其檢測方法受到限制。

光纖EFPI傳感器通常由光纖端面和膜片端面構成F－P微諧振腔，當壓力作用在膜片上將使膜片變形，使得F－P腔腔長發生變化，從而實現傳感。EFPI傳感器具有體積小、損耗低、干擾小、絕緣性能好和防燃防腐蝕的優點而具有廣泛的應用前景。近年來提出了一些設計方案，如2001年Don C.Abeysinghe等在包層直徑分別為200微米和400微米，芯徑為190微米和360微米的多模光纖端面刻蝕出微腔，然后在該端面鍵合上硅片構成傳感器；2005年Juncheng Xu等利用氫氟酸蝕刻大芯徑的石英光纖獲得石英膜片，石英膜片熔接于毛細管端面處，切割的單模光纖瑞面伸入到該毛細管中就與石英膜片構成了光纖法布里－帕羅超聲波傳器感；2006年Xiaodong Wang等在500微米厚的Pyrex玻璃微加工出微腔體，然后硅片鍵合在Pyrex玻璃上，并和伸入腔體的光纖端面構成了光纖法布里－帕羅腔；2006年王鳴等利用單晶硅片，玻璃圓管，光纖法蘭盤和光纖插頭構建了光纖法布里－帕羅腔。2012年江俊峰等提出了無膠封裝的制作EFPI傳感器和制作方法。

目前研究的光纖EFPI傳感器，主要用于溫度、應變、應力等緩變量的測量，尚不適合超聲波信號檢測。用于超聲波的檢測，要求光纖傳感器F－P腔的長度固定在極精確的合適位置處，并且要求膜片能夠實現高頻快速的彈性振動。并且已有的EFPI傳感器結構有溫度敏感性，用于超聲波檢測當工作環境溫度發生變化時，會發生嚴重的溫度漂移現象，造成測量結果不準確。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種光纖EFPI超聲波傳感器，可實現對超聲波信號的高效響應和采集，對超聲波信號有很高的靈敏度和測量精度，測量結果的線性度好，能適用于多種工業設備的超聲波信號監測，并可廣泛應用于多領域的油中或水下超聲波信號檢測。

為了解決上述技術問題，本發明提供的技術方案如下：本發明涉及的光纖EFPI超聲波傳感器包括傳感器頭單元和傳感器體單元，所述傳感器體單元包括傳感器護套，該傳感器頭單元設置在該傳感器護套內部，所述傳感器頭單元包括毛細管以及一部分設置在毛細管內的光纖和用于固定光纖的套頭支架，在所述毛細管的一端上還設置有用于感測超聲波振動的膜片，該膜片的內表面、光纖的前端面以及毛細管的內表面共同界定形成一個法布里－帕羅腔，該光纖的前端面構成該法布里－帕羅腔的第一個反射面，該膜片的內表面構成該法布里－帕羅腔的第二個反射面。

優選的，所述膜片的材料是石英或單晶硅片，該膜片的厚度為l0μm～100μm。