光纖fp腔聲波探頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種光纖FP腔聲波探頭。該光纖FP腔聲波探頭包括：殼體，呈圓筒狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)螺紋；振動膜，安裝于殼體的頂部，其朝向殼體內(nèi)部的一側(cè)具有反光面；內(nèi)芯，其中心軸線位置開設(shè)有光纖孔，該內(nèi)芯的外壁設(shè)有與殼體內(nèi)壁內(nèi)螺紋相匹配的外螺紋，該內(nèi)芯通過該外螺紋安裝在殼體內(nèi)，其上表面低于振動膜；光纖，經(jīng)端面拋光后，由殼體外經(jīng)由內(nèi)芯的光纖孔進入殼體內(nèi)，該光纖的頂部與內(nèi)芯上部的上表面平齊，形成光纖上端面，該光纖上端面與振動膜的反光面構(gòu)成光纖FP腔；以及頂絲，通過螺紋安裝在殼體的側(cè)壁上，旋轉(zhuǎn)頂絲，通過頂絲擠壓內(nèi)芯將其鎖緊。本發(fā)明光纖FP腔聲波探頭所用零部件少，結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，信號失真度小，適用性強。
【專利說明】光纖FP腔聲波探頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖傳感【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種光纖FP腔聲波探頭。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖聲波傳感器不同于常見的電容式或壓電式麥克風(fēng),它具有靈敏度高、抗電磁干擾能力強、探測頻譜范圍寬，與光纖通信網(wǎng)兼容性好等優(yōu)點，能夠在復(fù)雜電磁環(huán)境和惡劣氣候條件下正常工作，在工業(yè)、軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。例如，它可用于環(huán)境噪聲監(jiān)測、超聲探傷、健康監(jiān)測、機械故障診斷、用于對火炮、狙擊手、反潛直升機等低慢小目標(biāo)的探測、跟蹤和定位，對電力、電機等設(shè)備的運行監(jiān)測和故障預(yù)警。光纖聲波傳感器通常分為強度測量式和位相測量兩種。強度測量式光纖聲波傳感器需要使用兩根光纖，用于光信號的輸入和輸出。光纖FP腔聲波探頭是一種基于位相測量的單光纖聲波傳感器,它與強度測量式聲波探頭相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，信號易于解調(diào)等優(yōu)點。光纖FP腔聲波傳感器制備技術(shù)目前還不成熟，仍處于實驗室研發(fā)階段，光纖FP腔聲波探頭存在的主要問題是穩(wěn)定性較差，易產(chǎn)生零點漂移和信號失真，這些缺點限制了光纖FP腔聲波傳感器的實際應(yīng)用。
[0003]為了解決上述問題，現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)了一些采用緩沖機械結(jié)構(gòu)的光纖FP腔聲波探頭，以緩解機械震動進而提高了傳感器穩(wěn)定性，但是此類光纖FP腔聲波探頭包含的零部件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作難度較大，制作成本較高，因此有待于進一步改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問題
[0005]鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種簡單結(jié)構(gòu)的光纖FP腔聲波探頭，以提高其穩(wěn)定性，抑制信號失真。
[0006]( 二)技術(shù)方案
[0007]本發(fā)明光纖FP腔聲波探頭包括:殼體，呈圓筒狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)螺紋；振動膜，安裝于殼體的頂部，其朝向殼體內(nèi)部的一側(cè)具有反光面；內(nèi)芯，其中心軸線位置開設(shè)有光纖孔，該內(nèi)芯的外壁設(shè)有與殼體內(nèi)壁內(nèi)螺紋相匹配的外螺紋，該內(nèi)芯通過該外螺紋安裝在殼體內(nèi)，其上表面低于振動膜；光纖，經(jīng)端面拋光后，由殼體外經(jīng)由內(nèi)芯的光纖孔進入殼體內(nèi)，并通過膠水粘結(jié)或機械壓緊方式固定于內(nèi)芯的光纖孔內(nèi)，其中，該光纖的頂部與內(nèi)芯上部的上表面平齊，形成光纖上端面，該光纖上端面與振動膜的反光面構(gòu)成光纖FP腔；以及頂絲，通過螺紋安裝在殼體的側(cè)壁上，旋轉(zhuǎn)頂絲，通過頂絲擠壓內(nèi)芯將其鎖緊。
[0008](三)有益效果
[0009]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明光纖FP腔聲波探頭具有以下有益效果:
[0010](I)所用零部件少，結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，成本較低，適用性強；
[0011](2)容許原位精細(xì)調(diào)節(jié)光纖FP腔的長度，從而保證了探頭輸出信號位于線性響應(yīng)區(qū)間；[0012](3)容許原位精細(xì)調(diào)節(jié)內(nèi)芯中心軸線的取向，使其很容易地與殼體的中心軸線重合，從而使得探頭輸出信號對稱性好，失真度??；
[0013](4) 一致性好，穩(wěn)定性高，校準(zhǔn)容易。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實施例光纖FP腔聲波探頭的剖視圖；
[0015]圖2為根據(jù)本發(fā)明第二實施例光纖FP腔聲波探頭的剖視圖；
[0016]圖3為根據(jù)本發(fā)明第三實施例光纖FP腔聲波探頭的剖視圖。
[0017]【本發(fā)明主要元件符號說明】
[0018]1-振動膜；2-光纖；
[0019]3-殼體；4-內(nèi)芯；
[0020]5-頂絲；6-保護罩；
[0021]10-振動膜I的反光面；20-光纖上端面；
[0022]40-標(biāo)準(zhǔn)光纖插芯；60-入聲孔。
【具體實施方式】
[0023]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0024]本發(fā)明公開了一種光纖FP腔聲波探頭,包括:振動膜、光纖、內(nèi)芯、殼體、保護罩；振動膜設(shè)置于殼體上端，使振動膜反光面曝露在殼體內(nèi)；光纖插入內(nèi)芯并使光纖上端面不低于內(nèi)芯上端面，然后用膠水將光纖固定于內(nèi)芯中，內(nèi)芯通過螺紋安裝在殼體內(nèi)，使光纖上端面與振動膜反光面形成FP腔，通過沿殼體內(nèi)螺紋旋轉(zhuǎn)內(nèi)芯調(diào)節(jié)FP腔長度，使得聲波探頭輸出信號位于光纖FP腔的線性響應(yīng)區(qū)間，然后利用設(shè)置在殼體側(cè)壁的頂絲鎖緊內(nèi)芯。在鎖緊所述內(nèi)芯的過程中，調(diào)節(jié)各個頂絲在所述殼體內(nèi)的深入程度，使得所述內(nèi)芯的中心軸線與所述殼體的中心軸線重合。保護罩通過螺紋安裝于殼體外壁，使振動膜和殼體置于保護罩內(nèi)。該聲波探頭結(jié)構(gòu)簡單、制作容易、靈敏度高、穩(wěn)定性好。
[0025]在本發(fā)明的第一個示例性實施例中，提供了一種光纖FP腔聲波探頭。圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實施例光纖FP腔聲波探頭的剖視圖。如圖1所示，本實施例光纖FP腔聲波探頭包括:振動膜1、光纖2、殼體3、內(nèi)芯4、頂絲5、保護罩6。殼體3和內(nèi)芯4共軸。
[0026]以下對本實施例光纖FP腔聲波探頭的各個組成部分進行詳細(xì)說明。
[0027]殼體3，呈圓筒狀結(jié)構(gòu)，由金屬材料制備，在其側(cè)壁的內(nèi)外表面分別設(shè)置有螺紋。本實施例中，殼體3由不銹鋼材料加工而成，其側(cè)壁厚度不小于1.5mm。
[0028]振動膜I安裝于殼體3的頂部，其反光面10朝向殼體3內(nèi)部，用于感應(yīng)外界聲波。
[0029]為了提高振動膜I反光面的反射率，在該振動膜的內(nèi)側(cè)面鍍有金屬反射層形成反光面10。金屬反射層的材料為金、銀、鈦、鉻、鎳、鶴、錫、金銀合金、鈦合金、鎳鉻、鎳銅合金等。需要說明的是，該反光層的材料還可以是高折射率金屬氧化物反射層。振動膜可以為還為金屬膜片、硅膜片、玻璃膜片、有機聚合物膜片。優(yōu)選地，振動膜為金屬膜片。該金屬膜片為以下膜片中的一種:不銹鋼膜片、鈦膜片、鎢膜片、銅膜片、鎳膜片、鉻膜片、鋁合金膜片、鈦合金膜片、鎳銅合金膜片、鎳鉻合金膜片。
[0030]內(nèi)芯4呈上段粗下段細(xì)的兩段同軸一體連接圓柱狀結(jié)構(gòu)，其中心軸線位置開設(shè)有光纖孔，其上段設(shè)置有螺紋，內(nèi)芯通過螺紋安裝在殼體內(nèi)。
[0031]請參照圖1，內(nèi)芯上段的螺紋區(qū)間的高度不小于5mm，螺紋間距不大于0.4mm。在內(nèi)芯上段的表面刻有一條豎直通透的凹槽，用作均壓槽。在內(nèi)芯上段的遠(yuǎn)離上端面的一側(cè)刻有凹槽環(huán)，該凹槽環(huán)的位置與頂絲的位置相對應(yīng)，其寬度比頂絲直徑大至少2mm。
[0032]保護罩6通過螺紋固定于殼體3的外表面和振動膜I的外側(cè)，其頂部開設(shè)有入聲孔60，用于保護振動膜I。
[0033]光纖2經(jīng)端面拋光后，由殼體外經(jīng)由所述內(nèi)芯的光纖孔進入殼體內(nèi)，其中，該光纖的頂部與所述內(nèi)芯上部的上表面平齊，形成光纖上端面20，該光纖通過膠水粘結(jié)或機械壓緊方式固定于所述內(nèi)芯的光纖孔內(nèi)，該光纖上端面20與振動膜的反光面10構(gòu)成光纖FP腔。本實施例中，光纖2為單模石英光纖。
[0034]請參照圖1，光纖2由殼體3外經(jīng)由內(nèi)芯4進入殼體內(nèi)。光纖2的頂部與內(nèi)芯4的上表面平齊，形成光纖上端面20，該光纖上端面20與振動膜I的反光面10構(gòu)成光纖FP腔。
[0035]頂絲5通過螺紋安裝在殼體的側(cè)壁上，旋轉(zhuǎn)頂絲，通過頂絲擠壓內(nèi)芯將其鎖緊。頂絲5的數(shù)目不少于2個，優(yōu)選為3?4個，以保證內(nèi)芯被鎖緊后，所述內(nèi)芯的中心軸線與所述殼體的中心軸線能夠重合。在利用頂絲鎖緊內(nèi)芯之前，通過沿殼體內(nèi)螺紋旋轉(zhuǎn)內(nèi)芯調(diào)節(jié)所述光纖FP腔的長度，使得所述聲波探頭的輸出信號位于線性響應(yīng)區(qū)間。
[0036]本實施例中，一方面，通過沿殼體內(nèi)螺紋旋轉(zhuǎn)內(nèi)芯，容許原位精細(xì)調(diào)節(jié)光纖FP腔的長度，從而保證了探頭輸出信號位于線性響應(yīng)區(qū)間。另一方面，在利用頂絲鎖緊內(nèi)芯的過程中，容許原位精細(xì)調(diào)節(jié)內(nèi)芯中心軸線的取向，使其很容易地與殼體的中心軸線重合，從而使得探頭輸出信號對稱性好，失真度小。
[0037]本實施例中，內(nèi)芯4和頂絲5均由不銹鋼材料制備?？梢?，本實施例光纖FP腔聲波探頭結(jié)構(gòu)簡單、制作容易、成本低，靈敏度高，信號失真度小，適合于探測微弱聲波信號。
[0038]在本發(fā)明的第二個示例性實施例中，提供了一種光纖FP腔聲波探頭。圖2為根據(jù)本發(fā)明第二實施例光纖FP腔聲波探頭的剖視圖。如圖2所示，本實施例光纖FP腔聲波探頭與第一實施例的區(qū)別在于:內(nèi)芯呈上段細(xì)、中段粗、下段細(xì)的三段同軸一體連接圓柱狀結(jié)構(gòu)，螺紋設(shè)置于內(nèi)芯的中段。
[0039]請參照圖2，本實施例中，在所述內(nèi)芯中段的遠(yuǎn)離上端面的一側(cè)刻有凹槽環(huán)，該凹槽環(huán)的位置與頂絲的位置相對應(yīng)，其寬度比頂絲直徑大至少2mm。在內(nèi)芯中段的外表面刻有一條豎直通透的凹槽，用作均壓槽。
[0040]在本發(fā)明的第三個示例性實施例中，提供了一種光纖FP腔聲波探頭。圖3為根據(jù)本發(fā)明第三實施例光纖FP腔聲波探頭的剖視圖。如圖3所示，本實施例光纖FP腔聲波探頭與第二實施例的區(qū)別在于:內(nèi)芯的上段是分離的標(biāo)準(zhǔn)光纖插芯40，與內(nèi)芯的中段通過螺紋同軸固定連接、或通過膠水同軸固定連接。[0041]至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對本實施例進行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對本發(fā)明光纖FP腔聲波探頭有了清楚的認(rèn)識。
[0042]此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對其進行簡單地更改或替換，
[0043]綜上所述，本發(fā)明光纖FP腔聲波探頭所用零部件少，結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，成本較低，適用性強，容許原位精細(xì)調(diào)節(jié)光纖FP腔的長度，從而保證了探頭輸出信號位于線性響應(yīng)區(qū)間，還容許原位精細(xì)調(diào)節(jié)內(nèi)芯中心軸線的取向，使其很容易地與殼體的中心軸線重合，從而使得探頭輸出信號對稱性好，失真度小。本發(fā)明光纖FP腔聲波探頭一致性好，穩(wěn)定性高，校準(zhǔn)容易，可廣泛用于環(huán)境噪聲監(jiān)測、語音通訊、噪聲源定位、復(fù)雜電磁環(huán)境下的聲波信號拾取等。
[0044]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種光纖FP腔聲波探頭，其特征在于，包括: 殼體，呈圓筒狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)螺紋； 振動膜，安裝于所述殼體的頂部，其朝向所述殼體內(nèi)部的一側(cè)具有反光面； 內(nèi)芯，其中心軸線位置開設(shè)有光纖孔，該內(nèi)芯的外壁設(shè)有與殼體內(nèi)壁內(nèi)螺紋相匹配的外螺紋，該內(nèi)芯通過該外螺紋安裝在殼體內(nèi)，其上表面低于所述振動膜； 光纖，經(jīng)端面拋光后，由殼體外經(jīng)由所述內(nèi)芯的光纖孔進入殼體內(nèi)，并通過膠水粘結(jié)或機械壓緊方式固定于所述內(nèi)芯的光纖孔內(nèi)，其中，該光纖的頂部與所述內(nèi)芯上部的上表面平齊，形成光纖上端面，該光纖上端面與所述振動膜的反光面構(gòu)成光纖FP腔；以及 頂絲，通過螺紋安裝在所述殼體的側(cè)壁上，旋轉(zhuǎn)頂絲，通過頂絲擠壓所述內(nèi)芯將其鎖緊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖FP腔聲波探頭，其特征在于，在利用所述頂絲鎖緊所述內(nèi)芯之前，通過沿殼體內(nèi)螺紋旋轉(zhuǎn)所述內(nèi)芯以調(diào)節(jié)所述光纖FP腔的長度，使得所述光纖FP腔聲波探頭的輸出信號位于所述光纖FP腔的線性響應(yīng)區(qū)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖FP腔聲波探頭，其特征在于，所述頂絲的數(shù)目不少于2 個。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖FP腔聲波探頭，其特征在于，在利用所述頂絲鎖緊所述內(nèi)芯的過程中，調(diào)節(jié)各個頂絲在所述殼體內(nèi)的深入程度，使得所述內(nèi)芯的中心軸線與所述殼體的中心軸線重合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖FP腔聲波探頭，其特征在于，所述內(nèi)芯與所述殼體結(jié)合的螺紋區(qū)間的高度不小于5mm，螺紋間距不大于0.4mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖FP腔聲波探頭，其特征在于，所述內(nèi)芯呈: 上段粗下段細(xì)的兩段同軸一體連接圓柱狀結(jié)構(gòu)，所述外螺紋設(shè)置于該內(nèi)芯的上段；或上段細(xì)、中段粗、下段細(xì)的三段同軸一體連接圓柱狀結(jié)構(gòu)，所述外螺紋設(shè)置于該內(nèi)芯的中段，所述上段伸入所述殼體內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光纖FP腔聲波探頭，其特征在于: 所述內(nèi)芯呈兩段同軸一體連接圓柱狀結(jié)構(gòu)，在所述內(nèi)芯上段的遠(yuǎn)離上端面的一側(cè)刻有凹槽環(huán)，該凹槽環(huán)的位置與所述頂絲的位置相對應(yīng)，其寬度比頂絲直徑大至少2mm ;或 所述內(nèi)芯呈三段同軸一體連接圓柱狀結(jié)構(gòu)，在所述內(nèi)芯中段的遠(yuǎn)離上端面的一側(cè)刻有凹槽環(huán)，該凹槽環(huán)的位置與所述頂絲的位置相對應(yīng)，其寬度比頂絲直徑大至少2mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光纖FP腔聲波探頭，其特征在于: 所述內(nèi)芯呈兩段同軸一體連接圓柱狀結(jié)構(gòu)，在所述內(nèi)芯上段的外表面刻有一條豎直通透的凹槽，用作均壓槽；或 所述內(nèi)芯呈三段同軸一體連接圓柱狀結(jié)構(gòu)，在所述內(nèi)芯中段的外表面刻有一條豎直通透的凹槽，用作均壓槽。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光纖FP腔聲波探頭，其特征在于，所述內(nèi)芯呈三段同軸一體連接圓柱狀結(jié)構(gòu)； 內(nèi)芯的上段為分離的標(biāo)準(zhǔn)光纖插芯，其與內(nèi)芯的中段通過螺紋同軸固定連接、或通過膠水同軸固定連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的光纖FP腔聲波探頭，其特征在于，所述殼體的側(cè)壁厚度不小于1.5mm。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的光纖FP腔聲波探頭，其特征在于，所述光纖為單模石英光纖。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的光纖FP腔聲波探頭，其特征在于，還包括: 保護罩，固定于所述殼體的底部和所述振動膜的外側(cè)，其頂部開設(shè)有入聲孔。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的光纖FP腔聲波探頭，其特征在于，所述振動膜為以下膜片中的一種:金屬膜片、硅膜片、玻璃膜片、有機聚合物膜片。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光纖FP腔聲波探頭，其特征在于，所述金屬膜片為以下膜片中的一種:不銹鋼膜片、鈦膜片、鎢膜片、銅膜片、鎳膜片、鉻膜片、鋁合金膜片、鈦合金膜片、鎳銅合金膜片、鎳鉻合金膜片。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的光纖FP腔聲波探頭，其特征在于，所述反光面為鍍于振動膜上的金屬反射層或金屬氧化物反射層。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的光纖FP腔聲波探頭，其特征在于，所述殼體、內(nèi)芯、頂絲由以下材料其中之一制備:不銹鋼、鈦、銅、鋁、鋁合金、鈦合金、鎳銅合金、鎳鉻合金。
【文檔編號】G01H9/00GK104019884SQ201410282935
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月23日
【發(fā)明者】祁志美, 程進, 逯丹鳳 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所