[發明專利]增敏型光纖聲傳感器探頭及其增敏結構

有效

• 申請號: 201810888356.1
• 申請日: 2018-08-06
• 公開（公告）號: CN109029688B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 祁志美;張萌穎;高然;吳高米;任迪鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 喻穎

一種增敏型光纖聲傳感器探頭及其增敏結構，該增敏結構包括第一殼體、第一膜片和第二膜片，其中，第一殼體，具有第一端口和第二端口，且第一端口的尺寸大于第二端口；第一膜片，繃緊設置于所述第一端口上；第二膜片，繃緊設置于第二端口上，第二膜片具有一反光面，該反光面的中心區域與光纖的端面相面對并形成間隙，第二膜片的抗形變能力小于第一膜片；由第一殼體、第一膜片和第二膜片共同構成一傳振腔體，第一膜片通過感應聲信號而產生振動，通過傳振腔體傳遞至第二膜片而引起所述間隙的變化，從而對光纖傳遞的光信號進行調制。本發明能夠有效增強探頭靈敏度，提高探頭信噪比，尤其適用于次聲波的高靈敏度低噪聲探測。

技術領域

本發明涉及光纖傳感技術和聲波探測技術領域，尤其涉及一種增敏型光纖聲傳感器探頭及其增敏結構。

背景技術

傳統的聲傳感器為電學量傳感器，主要分兩大類，電容式和壓阻式，但這兩種聲傳感器易受電磁干擾，靈敏度較低，制作工藝復雜。與電學量聲傳感器比較，光纖聲傳感器抗電磁干擾能力強，靈敏度高、探測頻譜范圍寬、光信號傳輸損耗低，與光纖通信網兼容性好，更適合在復雜電磁環境和惡劣天氣條件下工作和組網探測。這些優點使得光纖聲傳感器在工業、交通、軍事、醫療等領域具有廣闊的應用前景。光纖聲傳感器適用于環境噪聲監測、油氣水輸送管道泄漏檢測、機械設備故障診斷、電力、電機等設備運行狀況的在線監測與故障預警，低小慢飛行物的探測與定位，以及醫療核磁影像診斷過程中的語言通信等。

對于駐極體電容式聲傳感器而言，其靈敏度不僅依賴于振膜的振幅而且與振膜面積有直接關系，當振膜振幅給定時，振膜面積越大，其靈敏度越高。對于光纖聲傳感器來說情況有所不同，光纖聲傳感器的光信號所感應的通常是振膜中心點的振動，其靈敏度取決于振膜中心點的振幅而不與振膜面積直接相關，也就是說，當振膜振幅給定時，振膜大小對光纖聲傳感器的靈敏度沒有影響?；谝陨戏治?，光纖聲傳感器比駐極體電容式傳聲器靈敏度高的優勢會隨著傳感器振膜面積的增大而逐漸喪失。振膜越大，可探測的頻響下限越低。如何制備高靈敏度的光纖低頻聲傳感器，目前在國內外尚未發現相關報道?，F實生活中對高靈敏度的光纖低頻聲傳感器具有廣泛的重要的應用需求，這種應用需要目前還得不到滿足。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種增敏型光纖聲傳感器探頭及其增敏結構，以至少部分解決以上所提出的技術問題中的至少之一。

根據本發明的一個方面，提供了一種光纖聲傳感器探頭的增敏結構，所述增敏結構包括：第一殼體，具有第一端口和第二端口，且第一端口的尺寸大于第二端口；第一膜片，繃緊覆設于所述第一端口上；以及第二膜片，繃緊覆設于所述第二端口上，所述第二膜片具有一反光面，所述反光面的中心區域與外接光纖的端面相面對并形成間隙，所述第二膜片的抗形變能力小于第一膜片；其中，所述第一殼體、第一膜片和第二膜片共同構成一傳振腔體，所述第一膜片通過感應聲信號而產生振動，所述振動通過傳振腔體傳遞至第二膜片而引起所述間隙的變化，從而對所述外接光纖傳遞的光信號進行調制。

在本發明的一些實施例中，所述第一殼體上開設有漏氣縫或漏氣口，用于消除環境溫度變化和/或大氣壓變化所引起的所述傳振腔體內外的氣壓差，所述漏氣縫或漏氣口的面積不超過第二膜片面積的1/10；作為優選，所述漏氣縫或漏氣口設置于所述第二端口的外邊緣。

在本發明的一些實施例中，所述第一膜片和第二膜片的厚度分別介于0.1μm至1mm之間。

在本發明的一些實施例中，所述第二膜片的面積不超過第一膜片的1/2。

在本發明的一些實施例中，所述外接光纖的端面與反光面之間的間隙不超過1mm。

在本發明的一些實施例中，所述增敏結構為機械加工件或MEMS結構元件。

在本發明的一些實施例中，所述第一膜片和第二膜片分別為由金屬、玻璃和聚合物中的一種材料制成的均勻膜片，或者為由金屬、玻璃和聚合物中的多種材料制備而成的多層膜片或復合材料膜片。