雙fp腔光纖聲傳感探頭及其傳感系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及聲傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種雙FP腔光纖聲傳感探頭及其傳感 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著光纖傳感技術(shù)的發(fā)展，光纖傳感技術(shù)也獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，形成多種 光纖傳感器，如光纖振動(dòng)傳感器、光纖聲波傳感器、光纖壓力傳感器、光纖溫度傳感器等，該 些光纖傳感器采用的原理也多種，如反射強(qiáng)度式、光纖光柵式、Mickelson干設(shè)儀式、M-Z干 設(shè)儀式、Signac干設(shè)儀式、W及FP腔光纖傳聲器。由于光纖傳感器采用光纖傳感技術(shù)，因 而具有靈敏度高、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，適合于復(fù)雜電磁環(huán)境和微弱信號(hào)的情況。
[0003] 在各種原理的光纖聲傳感器中，F(xiàn)P腔光纖聲傳感器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、解 調(diào)方法簡(jiǎn)單而被廣泛研究，形成了各種結(jié)構(gòu)的FP腔光纖聲傳感器。如參考文獻(xiàn)1(Sensors andActuatorsA，2010,163 ;42-47)報(bào)道了一種探頭大小為光纖直徑的FP腔傳聲器，其探 頭為一段空屯、光纖與單模光纖端頭烙接在一起，然后直接將振膜貼在空屯、光纖的端頭而形 成；參考文獻(xiàn)2(0pt.Express，2009，17 ;16613-16618)報(bào)道了一種利用MEMS技術(shù)制作出V 形槽，并利用光纖45°的斜端面與娃片構(gòu)成FP腔制作的傳聲器。該些FP腔光纖傳感器都 存在性能不穩(wěn)定的問題，究其原因是外界影響導(dǎo)致FP腔的腔長(zhǎng)發(fā)生變化，使工作點(diǎn)發(fā)生了 漂移。該是FP腔聲傳感器的一個(gè)致命缺點(diǎn)。
[0004] 為了提高FP腔光纖聲傳感器的穩(wěn)定性，參考文獻(xiàn)3(Optics&LaserTechnology， 2013,51 ;43-46)報(bào)道了采用可調(diào)諧激光器和反饋電路，通過改變波長(zhǎng)對(duì)腔長(zhǎng)變化進(jìn)行補(bǔ) 償?shù)姆椒ǎ摲N方法成本高、技術(shù)復(fù)雜，不利于實(shí)際的應(yīng)用。
[0005] 此外，參考文獻(xiàn)4(OpticsandLaserTechnology, 2008,40 ;874-880)報(bào)道了義用 雙波長(zhǎng)獲得兩路正交信號(hào)的方法來提高傳感器穩(wěn)定性，該方法利用從ASE寬譜光源發(fā)出的 光，經(jīng)過1X2禪合器進(jìn)入FP腔傳感頭，由傳感頭返回的光信號(hào)送入一個(gè)WDM，將兩個(gè)正交波 長(zhǎng)的信號(hào)分開，并分別進(jìn)行探測(cè)，獲得兩路正交信號(hào)，最后利用正交信號(hào)解調(diào)原理解調(diào)出被 測(cè)的動(dòng)態(tài)信號(hào)。然而雙波長(zhǎng)方法存在幾個(gè)問題；1)需要寬譜光源或雙LD光源W及波分復(fù) 用器，導(dǎo)致系統(tǒng)成本高，2)由干設(shè)光相位(p=47mL/a可知，相位與波長(zhǎng)A成反比，因此對(duì)于 不同腔長(zhǎng)，兩個(gè)正交波長(zhǎng)的波長(zhǎng)差是不同的，因此對(duì)于較大的腔長(zhǎng)變化，將會(huì)導(dǎo)致信號(hào)不再 正交，測(cè)量誤差變大，甚至失效，3)由于相位與波長(zhǎng)成反比，對(duì)于設(shè)計(jì)的正交波長(zhǎng)要求有確 定的腔長(zhǎng)，該沒有降低制作光纖FP腔敏感頭的難度，在工藝上沒有優(yōu)勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] (一）要解決的技術(shù)問題
[0007] 鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種雙FP腔光纖聲傳感探頭及其傳感系統(tǒng)，W 用較低的成本消除FP腔光纖聲傳感器工作點(diǎn)漂移的問題。
[000引（二）技術(shù)方案
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了 一種雙FP腔光纖聲傳感探頭。該雙FP腔光纖聲傳 感探頭包括；外殼，其內(nèi)部形成一作用腔；敏感聲波信號(hào)的振膜1，蒙于所述作用腔的上部； 第一導(dǎo)光單元2和第二導(dǎo)光單元3,其前端伸入所述作用腔內(nèi)；其中，所述第一導(dǎo)光單元的 上端面201與所述振膜的反光面101形成第一FP腔，所述第二導(dǎo)光單元的上端面301與所 述振膜的反光面101形成第二FP腔，第一FP腔的長(zhǎng)度與第二FP腔的長(zhǎng)度差為八分之一工 作光波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，保證兩個(gè)FP腔干設(shè)信號(hào)正交。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種包括上述雙FP腔光纖聲傳感器探頭的 雙FP腔光纖聲傳感系統(tǒng)。該雙FP腔光纖聲傳感系統(tǒng)還包括；光源7;分光元件8,連接于所 述光源8的后端；第一導(dǎo)光結(jié)構(gòu)9a和第二導(dǎo)光結(jié)構(gòu)9b;第一光電探測(cè)器10a和第二光電探 測(cè)器10b;化及信號(hào)處理電路11。其中，光源7發(fā)出單色光，所述分光元件8將該單色光分 為兩路；第一路單色光由第一導(dǎo)光結(jié)構(gòu)9a的端口I進(jìn)入，通過端口II進(jìn)入所述雙FP腔光纖 聲傳感器探頭中第一導(dǎo)光單元的后端，且經(jīng)由第一FP腔對(duì)聲波進(jìn)行敏感后由端口II進(jìn)入， 通過端口III射入第一光電探測(cè)器10a進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；第二路單色光由第二導(dǎo)光結(jié)構(gòu)9b的 端口I進(jìn)入，通過端口II進(jìn)入所述FP腔光纖聲傳感器探頭中第二導(dǎo)光單元的后端，且經(jīng)由 第二FP腔對(duì)聲波進(jìn)行敏感后由端口II進(jìn)入，通過端口III射入第二光電探測(cè)器1化進(jìn)行 光電轉(zhuǎn)換；所述信號(hào)處理電路11對(duì)第一光電探測(cè)器10a和第二光電探測(cè)器1化輸出的信號(hào) 進(jìn)行處理，解調(diào)出聲波信息。
[0011] (立）有益效果
[0012] 從上述技術(shù)方案可W看出，本發(fā)明雙FP腔光纖聲傳感探頭及其傳感系統(tǒng)具有W 下有益效果：
[0013] (1)通過設(shè)置兩個(gè)長(zhǎng)度差為八分之一工作光波長(zhǎng)的奇數(shù)倍的兩個(gè)FP腔，利用該兩 個(gè)FP腔獲得的正交的兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行處理而消除了工作點(diǎn)漂移的問題，具有穩(wěn)定性好、靈敏 度高、抗電磁干擾等特點(diǎn)，可廣泛用于語音通訊、環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)、噪聲源定位、復(fù)雜電磁環(huán)境 下的聲波信號(hào)拾取等領(lǐng)域；
[0014] 似僅需要一組激光光源，即解決了工作點(diǎn)漂移的問題，極好控制了成本；
[0015] (3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于生產(chǎn)、成本低，適合于廣泛推廣。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明雙FP腔光纖聲傳感探頭結(jié)構(gòu)不意圖；
[0017] 圖2為本發(fā)明基于雙FP腔光纖聲傳感探頭的傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖3為本發(fā)明雙FP腔光纖聲傳感系統(tǒng)工作過程；
[0019] 圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種采用MEMS工藝的雙FP腔光纖聲傳感探頭結(jié)構(gòu)示 意圖。
[0020] 【本發(fā)明主要元件符號(hào)說明】
[0021] 1-振膜 101-振膜反光面；
[0022] 2-第一導(dǎo)光單元； 201-第一導(dǎo)光單元上端面
[0023] 202-第一導(dǎo)光單元傳光光纖；
[0024] 3-第二導(dǎo)光單元； 301-第二導(dǎo)光單元上端面；
[0025] 302-第一導(dǎo)光單元傳光光纖；
[0026] 4-第一FP腔； 5-第二FP腔；
[0027] 6-雙FP腔光纖聲傳感探頭；7-光源；
[002引 8-禪合器； 9a和9b-單向?qū)Ч馄鳎?br>[0029] 10a和10b-光電探測(cè)器； 11-信號(hào)處理電路；
[0030] 12-上結(jié)構(gòu)體； 13-下結(jié)構(gòu)體；
[0031] 14-上保護(hù)體； 15-下保護(hù)體；
[0032] 16-隔振體； 17-入聲孔；
[003引 18-鎖環(huán)； 19-娃片結(jié)構(gòu)體；
[0034] 20-玻璃結(jié)構(gòu)體；
【具體實(shí)施方式】
[0035] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)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(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)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(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。實(shí)施例中提到的 方向用語，例如"上V嚇"、"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(hù)范圍。
[0036] 本發(fā)明通過設(shè)置兩個(gè)長(zhǎng)度差為八分之一工作光波長(zhǎng)的奇數(shù)倍的兩個(gè)FP腔，利用 該兩個(gè)FP腔獲得的正交的兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行處理而消除了工作點(diǎn)漂移的問題。
[0037] 圖1為根據(jù)本發(fā)明雙FP腔光纖聲傳感探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明雙 FP腔光纖聲傳感探頭包括；敏感聲波信號(hào)的振膜1、第一導(dǎo)光單元2、第二導(dǎo)光單元3 ;第一 導(dǎo)光單元2的上端面201與振膜反光面101形成第一FP腔4、第二導(dǎo)光單元3的上端面301 與振膜反光面101形成第二FP腔5 ;兩個(gè)導(dǎo)光單元的下端均為光輸入端；第一FP腔4的長(zhǎng) 度與第二FP腔5的長(zhǎng)度差為八分之一工作光波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，保證兩個(gè)FP腔干設(shè)信號(hào)正交。 [003引其中，振膜為金屬材料薄膜或由MEMS技術(shù)形成的娃及氮化娃薄膜；振膜反光面設(shè) 有反光層，反光層材料為金、銀、鐵或有機(jī)物，且反光層厚度為lO-lOOOnm;導(dǎo)光單元為光纖 或者由光纖與透明介質(zhì)組成的導(dǎo)光單元。其中，光纖為單模光纖或單模保偏光纖。透明介 質(zhì)為玻璃、石英或者透明塑料。
[0039] 基于上述的雙FP腔光纖聲傳感器，本發(fā)明還提出了一種雙FP腔光纖聲傳感系統(tǒng)。 如圖2所示，本發(fā)明雙FP腔光纖聲傳感系統(tǒng)，包括：能夠敏感聲波的有兩個(gè)光輸入端的雙FP腔光纖聲傳感探頭6 ;能夠發(fā)出單色光的光源7 ;分別與光源和雙FP腔光纖聲傳感探頭 相連的由禪合器8和兩個(gè)單向?qū)Ч馄?a及9b組成的導(dǎo)光網(wǎng)絡(luò)；對(duì)導(dǎo)光網(wǎng)絡(luò)射出的干設(shè)光 進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的兩個(gè)PIN光電探測(cè)器10a及10b，W及用于焊接PIN光電探測(cè)的信號(hào)處理電 路11 ;所述的光源7發(fā)出的單色光經(jīng)禪合器8分成兩路光，兩路光分別從單向?qū)Ч馄?a及 9b的端口I進(jìn)入單向?qū)Ч馄?a及9b，再從單向?qū)Ч馄?a及9b的端口II通過雙FP腔光 纖聲傳感探頭6相應(yīng)的光輸入端進(jìn)入雙FP腔光纖聲傳感探頭6對(duì)聲波進(jìn)行敏感；雙FP腔 光纖聲傳感探頭6產(chǎn)生兩路干設(shè)光信號(hào)分別從同其對(duì)應(yīng)的單向?qū)Ч馄鞯亩丝贗I進(jìn)入單向 導(dǎo)光器9a及％，再從單向?qū)Ч馄?a及9b的端口III射出分別進(jìn)入相應(yīng)的PIN光電探測(cè) 器10a及1化進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；經(jīng)兩個(gè)PIN光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換得