一种基于悬臂梁结构的非本征法布里-珀罗声学传感器.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115900920A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211660464.6(22)申请日2022.12.23(71)申请人上海大学地址200444上海市宝山区上大路99号(72)发明人张琦罗杰锋张小贝王梓杰杨勇余洋邓传鲁黄怿王廷云(74)专利代理机构上海上大专利事务所(普通合伙)31205专利代理师何文欣(51)Int.Cl.G01H9/00(2006.01)G01D5/353(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图5页(54)发明名称一种基于悬臂梁结构的非本征法布里-珀罗声学传感器(57)摘要本发明公开了一种基于悬臂梁结构的非本征法布里‑珀罗声学传感器。它包括悬臂梁和45度全反射结构。其基本原理是利用45全反射结构对传输光传播方向的改变在悬臂梁和光纤之间形成非本征法布里‑珀罗腔。悬臂梁置于自由声场中，施加一定频率和幅值的声压推动其产生同期性偏转变形，从而导致干涉腔长变化，通过对干涉光谱进行解调得到干涉腔长变化量，结合悬臂梁理论形变模型，实现对被测位置处声压信号的测量。本发明提出的悬臂梁结构具有灵敏度高、动态范围大等优点。CN115900920ACN115900920A权利要求书1/1页1.一种基于悬臂梁结构的非本征法布里‑珀罗声学传感器，包括悬臂梁(2)和45度全反射结构，其特征在于：45度全反射结构主要由45度斜角单模光纤(1)和45度反射镜(6)两种形式得到；利用该45度全反射结构改变光束传播方向，从而形成由单模光纤(1)和悬臂梁(2)组成的非本征法布里‑珀罗腔。2.根据权利要求1所述的基于悬臂梁结构的非本征法布里‑珀罗声学传感器，其特征在于：所述单模光纤(1)为45度斜角光纤，其侧壁(11)为第一反射面，悬臂梁下侧面(21)为第二反射面，在两反射面之间形成法布里‑珀罗干涉腔。3.根据权利要求1所述的基于悬臂梁结构的非本征法布里‑珀罗声学传感器，其特征在于：所述单模光纤(1)为普通端面平整的单模光纤，其端面(12)为第一反射面，悬臂梁下侧面(21)为第二反射面，利用45度反射镜(6)来改变传输光的传播方向，使得两个反射面之间形成法布里‑珀罗干涉腔。4.根据权利要求2或3所述的基于悬臂梁结构的非本征法布里‑珀罗声学传感器，其特征在于：所述悬臂梁(2)在一定频率和幅值的声压推动下产生周期性偏转变形，从而导致干涉腔长发生变化，通过对干涉光谱进行解调得到干涉腔长变化量。5.根据权利要求4所述的基于悬臂梁结构的非本征法布里‑珀罗声学传感器，其特征在于：所述悬臂梁(2)在均匀声压下的形变量即为干涉腔长变化量，所施加声压大小与悬臂梁形变量的关系为基于微加工技术的自由性，所述悬臂梁(2)尺寸参数可调节以适应不同频率的声压信号测量；其本征频率计算公式为式中E为杨氏模量，ρ为密度，长度为L，厚度为h，I为其转动惯量。2CN115900920A说明书1/5页一种基于悬臂梁结构的非本征法布里‑珀罗声学传感器技术领域[0001]本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及了一种基于悬臂梁结构的非本征法布里‑珀罗声学传感器。背景技术[0002]声学传感器作为日常生活中较为常见的声音信号采集工具，传统的声学传感器主要是基于材料的压电特性将声信号转换为电信号。然而，这种结构存在着很大的局限性，如容易受到外界噪声和电磁干扰等问题，且无法使用在一些复杂的环境下，比如磁场和水下等环境。[0003]与传统的各电传感器相比，光学传感器具有灵敏度高、抗干扰能力强、耐腐蚀、损耗低等优点，因此受到了广泛关注。光纤声学传感器作为一种新型声传感器，利用声压信号实现对光信号参数的调制，再通过对光信号的解调获得声压信号的信息。根据光信号调制参数的不同，我们主要将光学声传感器分为：强度调制型、波长调制型、相位调制型。[0004]基于相位调制型的光纤法布里‑珀罗声学传感器由于其结构紧凑、灵敏度高、解调方法简单等优点而被广泛应用。光纤法布里‑珀罗声学传感器是基于光纤法珀干涉原理形成的一种高灵敏度光学干涉检测仪，一定频率和幅值的声压信号推动悬臂梁产生周期性偏转变形，即干涉腔长发生变化，结合悬臂梁理论形变模型，可以实现对被测位置处声压信号的测量。[0005]目前采用的光纤法布里‑珀罗声学传感器主要是膜片式结构，两反射面由光纤端面和不锈钢、硅、石英、石墨烯等材料制备的膜片构成。膜片式结构对于声信号的检测是通过膜片的振动来实现，主要依赖于膜片材料的机械性能，其声学传感器灵敏度一般较低，并且由于膜片式结构一般是全封闭结构，容易受到外界环境温度的影响而使干涉光谱产生漂移，稳定性较差。发明内容[0006]为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种基于悬臂梁结构的非本征法布里‑珀罗声