光纤声传感器

《光纤声传感器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、光纤声传感器姓名：方宜兵班级：硕研27班学号：S13080900022摘要：光纤传感器的一个研究热点是利用其对声场进行测量,典型应用即光纤声传感器。光纤声传感器是复杂的光—机—电一体化的传感器,它具有灵敏度高,动态范围大,检测频带宽,抗电磁干扰能力强等优点。随着科学技术的不断进步,光纤声传感器已经成为当前水声研究领域最具有代表性的技术之一而倍受业界的关注,在国防和国民经济等领域扮演着重要角色。关键词：反射式强度调制光学耦合光纤麦克风光纤空气声传感器MEMS光纤声传感器1、引言光纤声传感器具有灵敏度高、隐蔽性好、抗电磁干扰以及结构元件无金属化等优点，在工业、军事、

2、医疗等领域都具有广泛的应用。光纤传感器是继光纤通讯获得成功之后,迅速发展起来的一种新型传感器,与其他传感器相比,除了具有先天抗电磁干扰能力强、体积小、设计简单、灵敏度高、光纤本身低损耗和耐腐蚀、耐高温、高压、安全可靠等优点外,它在温度、位移、压力、速度等物理量的测量中具有独特的性能.例如在NMR检测中的病人,若要和医生联系时,除光纤声传感器外,其他任一款式传声器都不能胜任.光纤传声器的研究,国外始于70年代[1],之后许多研究工作主要集中于工程应用.目前,光纤传声器仍难以在工业过程中广泛应用,究其原因是造价太高,测量手段与装置较复杂[2～8].实用化光纤声传感器

3、在设计、加工工艺、使用方面的难易程度与性能/价格比只有与机电型传感器相当时才能获得广泛应用.国内从上世纪80年代才开始进行光纤声传感器的研究[9～12].由于条件的限制,研究水平与国外相比还有一定的差距.声一光传感的概念最早就在1880年由A.oBell在其专利`photophone'中提出[13],而荷兰人vonOhain于1935年制作了基于干涉原理的第一个实用光纤传声器[14],随后基于其他原理的光声传感器便相继面世。与基于传统声电直接换能原理的传统声电传声器不同,光纤传声器是一种通过声一光换能方式,利用声/振动信号调制光信号实现声检测的新手段。采用基于光

4、信号检测和传送的光纤传声器具有内享的电磁免疫能力和长距离传输能力,而且通过时分、波分复用方式组成声学阵列、分布式声传感系统,具有巨大的技术优势。具体与普通传声器相比,光纤声传感器具有以下一些优势:(1)探测端无源,不需要集成放大、滤波电路,体积小、功耗低；(2)入射光信号被声信号调制后直接通过光纤传输到后端,光信号的拾取和传输不受电磁场干扰,具有很好的电磁免疫能力。适用于强电磁场、低温、潮湿的恶劣复杂环境；(3)光纤的传输损耗低,保密性好,适合长距离信号传输；(4)可通过时分、波分复用方式灵活组成多个声学阵列及分布式声传感系统。虽然其目前造价高,测量手段与装置较

5、复杂,真正实用的器件不多。但由于具有先天良好的电磁免疫和环境适应性能,以及微型化、易集成等诸多优点,光纤声传感器受到各方的广泛关注,目前在一些特殊环境应用中的声/振动信号探测和识别方面有着非常重要的应用前景。2、反射式强度调制型光纤声传感器基于反射式强度调制原理的光纤声传感器，由于其结构简单，因而更具有成本低、可靠性高的优势。反射式强度调制型光纤声传感器的基本原理是由膜片敏感声音信号并发生振动，对接收光强度进行调制，通过检测接收光强度的变化还原待测声音信号。目前，针对该类型的光纤微位移传感器以及光纤振动传感器的研究已有广泛的报道。研究表明，为了获得最佳的探测灵敏

6、度，光纤声传感器必须工作在最佳工作距离，并且最佳工作距离是唯一的。当工作距离偏离最佳工作点时，传感器的探测灵敏度会有很大的降低，因此最佳工作距离的准确判断与定位技术对该类传感器的性能有非常重要的研究价值。反射式强度调制型光纤声压传感器虽然原理和结构都比较简单，但是为了达到高灵敏度、微型化的设计要求，需要对其进行优化设计，主要涉及以下关键技术[15]：(1)高灵敏振动薄膜的设计；(2)光纤对光耦合方案设计；(3)光发射机及接收机的设计；(4)微弱信号检测及处理。光纤传感探头是光纤声传感器设计的关键.光纤传感探头由探测器和传感器2部分组成,即由入射光纤和出射光纤2部

7、分组成.一般反射式光纤传感探头有光纤束、单光纤和双光纤型.形成这诸多形式的一个重要原因是为了寻求强度型光纤传感器的光路补偿,以减少测量误差,但是考虑到光纤束型不便于信号的远距离传输,双光纤型实验操作起来难于实现两光纤完全对称性,所以我们采用Y形单根多模反射式光纤传感探头结构,既增加接收光通量,又易于实现实验操作.在双光纤理论基础上,给出光纤声传感器的基本结构如图1所示,LED发出的光由耦合器传送到多模光纤,再投射到探头部分的弹性膜片上,经弹性膜片反射后部分被重新耦合入多模光纤,再经耦合器和接收光纤输出,由PIN管接收.外界声压使弹性膜片受迫振动,从而对反射回多模

8、光纤中的光进行调制.最后