間接耦合錐形光纖光柵超聲傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到光纖光柵超聲傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]地震物理模型是一種按儲藏地質(zhì)結(jié)構(gòu)比例縮小的模擬結(jié)構(gòu)，可作為一種工具用于地震波傳輸及理論預(yù)測，其最大的優(yōu)點是模擬結(jié)果的真實性，不受計算方法、假設(shè)條件的限制，在近乎理想的巖石模型條件下測量聲波的反應(yīng)。相比較于地震現(xiàn)場，在實驗室搭建的地震模型成本低，且具有很好的重復(fù)性、穩(wěn)定性及可控性。
[0003]超聲波傳感器，是獲取地震物理模型內(nèi)部信息的核心器件。光纖超聲傳感器通過檢測光纖內(nèi)傳輸光的強(qiáng)度、波長、相位、偏振態(tài)等參數(shù)感知待測物體傳輸超聲波的強(qiáng)度、頻率、方向等信息，提供待測物的體積、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等信息。多年來普遍用于超聲檢測裝置主要為壓電陶瓷換能器(PZT)，既可以作為超聲發(fā)射源也可以作為接收器。但是這器件有如幾點不足:僅對特定窄頻帶的超聲信號靈敏響應(yīng)；靈敏度會隨著換能器體積的減小而變?nèi)跚沂茈娙萦绊戄^大；極易受到環(huán)境電磁場的干擾；接收信號隨著發(fā)射源與接收器的距離增加會展寬(導(dǎo)致信號失真)；復(fù)用性差，多通道實時監(jiān)測系統(tǒng)復(fù)雜；無方向識別性，不能獲取超聲波方向信息。因此壓電陶瓷換能器不能滿足地震物理模型精細(xì)成像的需求。
[0004]基于光纖光柵的靈敏度高、寬頻率響應(yīng)好、動態(tài)范圍寬、抗電磁干擾、耐腐蝕、易于復(fù)用等特性，將光纖光柵用于制備超聲傳感器，將會大大地提高超聲傳感器性能，克服以往壓電陶瓷換能器應(yīng)用的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服上述傳統(tǒng)壓電陶瓷換能器電類器件的不足，提供一種不受電磁干擾、靈敏度高、寬頻率響應(yīng)好、動態(tài)范圍寬、結(jié)構(gòu)緊湊、產(chǎn)品成本低的間接耦合錐形光纖光柵超聲傳感器。
[0006]解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:在殼體上端設(shè)置中心位置加工有中心孔的封蓋，封蓋與殼體之間設(shè)置有封蓋消聲墊，殼體下端設(shè)置有聲耦合錐，聲耦合錐與殼體下端之間設(shè)置有聲耦合錐消聲墊，聲耦合錐的頂部加工有光導(dǎo)纖維安裝孔β，光導(dǎo)纖維一端設(shè)置在光導(dǎo)纖維安裝孔β內(nèi)、另一端從封蓋的中心孔穿出，光導(dǎo)纖維上寫有光柵，光柵的柵區(qū)長度為1?10mm，光柵的波長為1540?1560nmo
[0007]本發(fā)明的聲耦合錐的底面直徑為1?10mm，聲耦合錐的錐角α為60°?120°。
[0008]本發(fā)明的聲耦合錐的底面直徑與殼體的外徑相同。
[0009]本發(fā)明的光柵為相移光柵。
[0010]由于本發(fā)明采用了聲耦合錐，對300ΚΗΖ波段的超聲信號具有良好的響應(yīng)特性、穩(wěn)定性、靈敏度，在實時采集模式下，光譜信噪比高，對機(jī)玻璃板上表面和下表面反射的超聲信號可清晰識別，適應(yīng)地震物理模型中動態(tài)掃描采集樣品反射信號的要求，便于實時采集，對地震物理模型可實現(xiàn)超聲多層成像，可用于結(jié)構(gòu)無損檢測、油氣田物理模型成像、彈性波速度建模、生物醫(yī)療、潛艇聲納等技術(shù)領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2是用于測試本發(fā)明的測試系統(tǒng)。
[0013]圖3是采用測試系統(tǒng)測試實施例1間接耦合錐形光纖光柵超聲傳感器的反射面超聲信號曲線。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明不限于這些實施例。
[0015]實施例1
[0016]在圖1中，本實施例的間接耦合錐形光纖光柵超聲傳感器由殼體1、封蓋2、光導(dǎo)纖維3、封蓋消聲墊4、光柵5、聲耦合錐消聲墊6、聲耦合錐7聯(lián)接構(gòu)成。
[0017]在殼體1的上端用環(huán)氧樹脂膠粘接有封蓋2，封蓋2的中心位置加工有中心孔，封蓋2與殼體1之間用環(huán)氧樹脂膠粘接有封蓋消聲墊4，封蓋消聲墊4用于吸收殼體1內(nèi)上部的殘余的超聲波，防止多次反射疊加形成雜波。在殼體1的下端用環(huán)氧樹脂膠粘接有聲耦合錐7，聲耦合錐7與殼體1下端之間用環(huán)氧樹脂膠粘接有聲耦合錐消聲墊6，聲耦合錐消聲墊6用于吸收殼體1內(nèi)下部殘余的超聲波，防止多次反射疊加形成雜波。本實施例的聲耦合錐7的底面直徑為5_，聲耦合錐7的底面直徑與殼體1的外徑相同，聲耦合錐7的錐角α為90°。在聲耦合錐7的頂部加工有光導(dǎo)纖維安裝孔β，光導(dǎo)纖維安裝孔β的孔徑可在300?500 μ m任意選取，本實施例的光導(dǎo)纖維安裝孔β的孔徑為400 μ m、孔深為1mm，光導(dǎo)纖維3的一端用環(huán)氧樹脂膠粘接在光導(dǎo)纖維安裝孔β內(nèi)，光導(dǎo)纖維3的另一端從封蓋2的中心孔β豎直穿出，封蓋2的中心孔β內(nèi)用環(huán)氧樹脂膠填充粘接，光導(dǎo)纖維3距聲親合錐7尖端3-5mm處為傳感光柵區(qū)域，光柵長度為5mm，用氫氟酸腐蝕成直徑為30?50 μ m，柵區(qū)上寫有光柵5，本實施例的光柵5為相移光柵，相移光柵的波長為1550nm，這種相移光柵，提高了超聲傳感器的應(yīng)變響應(yīng)靈敏度。光導(dǎo)纖維3上也可寫其它相同波長的光柵。
[0018]實施例2
[0019]本實施例中，在殼體1的下端用環(huán)氧樹脂膠粘接有聲耦合錐7，聲耦合錐7的底面直徑與殼體1的外徑相同，聲耦合錐7的錐角α為60°。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實施例1相同。
[0020]實施例3
[0021]本實施例中，在殼體1的下端用環(huán)氧樹脂膠粘接有聲耦合錐7，聲耦合錐7的底面直徑與殼體1的外徑相同，聲耦合錐7的錐角α為120°。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實施例1相同。
[0022]實施例4
[0023]在以上的實施例1?3中，在殼體1的下端用環(huán)氧樹脂膠粘接有聲耦合錐7，聲耦合錐7的底面直徑為1_，聲耦合錐7的底面直徑與殼體1的外徑相同，聲耦合錐7的錐角α與相應(yīng)的實施例相同。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實施例1相同。
[0024]實施例5
[0025]在以上的實施例1?3中，在殼體1的下端用環(huán)氧樹脂膠粘接有聲耦合錐7，聲耦合錐7的底面直徑為10_，聲耦合錐7的底面直徑與殼體1的外徑相同，聲耦合錐7的錐角α與相應(yīng)的實施例相同。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實施例1相同。
[0026]實施例6
[0027]在以上的實施例1?5中，在聲耦合錐7的頂部加工有光導(dǎo)纖維安裝孔β，光導(dǎo)纖維3的一端用環(huán)氧樹脂膠粘接在光導(dǎo)纖維安裝孔β內(nèi)，光導(dǎo)纖維3的另一端從封蓋2的中心孔β穿出，封蓋2的中心孔β內(nèi)用環(huán)氧樹脂膠填充粘接，柵區(qū)長度為1mm，在光導(dǎo)纖維3上柵區(qū)用氫氟酸腐蝕成直徑為30?50 μ m，柵區(qū)上寫有相移光柵，相移光柵的波長與實施例1相同。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與相應(yīng)的實施例1相同。<