[發明專利]一種基于鍍金振動薄膜的光纖聲振動傳感器及其制作方法

在審

• 申請號: 201910855438.0
• 申請日: 2019-09-10
• 公開（公告）號: CN111044137A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 王雙;劉鐵根;江俊峰;黃毅;劉琨;張鵬;李夢迪;呂致超
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李素蘭

本發明公開了一種基于鍍金振動薄膜的光纖聲振動傳感器及其制作方法，其結構包括振動膜片(1)、端面含有五氧化二鉭鍍層的單模光纖(3)和傳感頭的支撐結構，所述振動膜片(1)內表面設置有金鍍層(4)，所述振動膜片(1)與端面含有五氧化二鉭鍍層的單模光纖(3)之間設置有通孔(2)，所述傳感頭的支撐結構由通孔(2)、D型管(5、毛細管(6)和環氧樹脂膠層(7)構成，所述端面含有五氧化二鉭鍍層的單模光纖(3)與振動膜片(1之間形成諧振微腔。本發明解決了在有效保證高反射率的同時，提高有效測量帶寬，提升干涉信號質量的技術問題。

技術領域

本發明涉及光纖聲振動傳感器技術領域，特別是涉及一種光纖聲振動傳感器及其制作方法。

背景技術

光纖法布里-珀羅聲振動傳感器是光纖聲振動傳感器中的一種，可以用于測量振動信號，微小位移，也可用于探測多頻段聲波信號等。它通常由光纖端面和膜片內表面構成法布里-珀羅微諧振腔，當外界聲波壓力作用在膜片上時會使膜片變形，而使得法珀腔長發生變化，由光纖端面和膜片內表面產生的反射光發生干涉并攜帶法珀腔長變化的信息，利用光譜法或者其他解調方法，獲取干涉條紋信息，解調出法珀腔長變化，從而實現聲波傳感。

對于光纖聲振動傳感器結構的設計，近些年提出了一些設計方案，根據發生的不同的干涉類型，分為法布里-珀羅式、邁克爾遜式、馬赫-曾德式和雙光纖式四種。其中法布里-珀羅式利用光纖端面與反射膜片構成的諧振腔，薄膜受到振動受力彎曲引起腔長變化，由干涉信號攜帶振動信息，轉化成對光強度的測量，因其結構簡單、穩定性高、成本低、靈敏度高被廣泛采用。對于反射膜片的選擇，近些年有過相關研究，為了保證較好的效果，先前研究經常使用聚酯薄膜(PET)作為振動膜片，但因其是無色透明材質，反射率較低，而存在缺點。對于使用高反射率的ESR膜片因其高頻響應不理想，高頻信號會使振動膜片飽和而影響測量結果的準確性。振動膜片的選擇會直接影響測量結果，決定測量結果是否能準確反映聲音信號特征。

目前存在的光纖聲振動傳感器受到膜片的影響，其探測帶寬比較窄，不能保證低頻和高頻響應曲線具有很好的表現。

發明內容

本發明旨在提出一種基于鍍金振動薄膜的光纖聲振動傳感器及其制作方法，采用基于法布里-珀羅原理設計的反射式結構，更在結構上采用創新性雙通孔結構，解決了在有效保證高反射率的同時，提高有效測量帶寬，提升干涉信號質量的技術問題。

本發明的一種基于鍍金振動薄膜的光纖聲振動傳感器，其結構包括振動膜片1、端面含有五氧化二鉭鍍層的單模光纖3和傳感頭的支撐結構，所述振動膜片1內表面設置有金鍍層4，所述振動膜片1與端面含有五氧化二鉭鍍層的單模光纖3之間設置有通孔 2，所述傳感頭的支撐結構由通孔2、D型管5、毛細管6和環氧樹脂膠層7構成，所述端面含有五氧化二鉭鍍層的單模光纖3與振動膜片1之間形成諧振微腔，利用端面含有五氧化二鉭鍍層的單模光纖3傳輸入射光和接收經金鍍層4的反射光，所述D型管5 與所述毛細管6對端面含有五氧化二鉭鍍層的單模光纖3進行固定，所述端面含有五氧化二鉭鍍層的單模光纖3的端面和金鍍層5平行。

本發明的一種鍍金振動薄膜的光纖聲振動傳感器的制作方法，該方法包括以下步驟：

步驟一：取已施加一定預應力的普通PPS膜片，PPS膜片厚度為1.2um、直徑3mm，在光纖旋轉磁控濺射鍍膜儀內固定，在其內表面進行鍍膜處理，先在普通PPS膜片鍍厚度約為100nm的ZnO用于加強金鍍層的附著，再在ZnO層的基礎上鍍厚度為15nm的金薄膜鍍層；

步驟二：利用環氧樹脂膠將已鍍膜完成的鍍金膜片和外層固定結構毛細管進行粘合，固定整個傳感器架構，將內部D型管與外層毛細管利用環氧樹脂膠進行粘合固定，用于固定和保證光纖位置，使光纖端面和膜片平行；