光纤声振动传感系统



  传统声音传感器在某些特殊场合(如强电磁干扰工作环境等)具有局限性。光纤声振动传感器是将声音信息调制在光载波上进行信号的检测和解调的新型传感技术,与传统电子式声传感器相比,具有抗电磁干扰(EMC)、适用于易燃易爆等危险环境、体积小、质量轻、易组成传感器阵列实现多通道探测等优异性能,能够在航空等极端恶劣的环境中进行探测,已成功应用于航天水升华器喷冰现象的监测。同时在远距离安全监测中也有很好的应用前景。


光纤声振动传感器

  整个光纤声传感系统包含四部分:光源模块,光纤声传感器,光电转换模块、信号采集与处理模块。右图为光纤声传感系统示意图,其中光纤声传感器基于双光束干涉,以膜片为敏感元件,通过膜片振动将声波压力引入,对感受外界变化的敏感光波进行相位调制,并转换为干涉信号的强度变换。
整个系统具体工作过程:
  1)单色光源发出的光经过光纤耦合器进入传感器;
  2)由于传感器膜片与光纤断面之间有一个间距,叠加声音引起膜片震动后产生的距离变换,最终产生两束有一定相位差的光束,可被近似认为产生双光束干涉,将光相位信息转化为光强度信息;
  3)传感器返回的光经光纤耦合器进入到光电探测器,将光强度信号转换为电信号后,再进一步进行信号处理分析。
  由于声振动频率成分复杂,变化速度快,所产生的压力一般在微帕至毫帕量级,薄膜式EFPI传感器,以薄膜为敏感元件对高速交替变化的压力信号进行测量,实现对声振动参量的传感。为了获得较高的探测灵敏度,使用厚度1.2μm的超薄聚合物薄膜作为光纤声振动传感器的膜片材料,对传感膜片预拉伸后进行固定,通过控制预张力的大小设置膜片的谐振频率点,以满足不同的传感要求和应用场合。同时传感膜片作为另一个反射界面与光纤端面共同构成了法珀微腔结构,可以近似为双光束干涉。以高硼硅D型毛细管作为传感器主体,形成光纤准直结构,实现光纤与膜片中心的对准示。
系统参数:
灵敏度:93mV/Pa                            频率范围:0.1kHz~20kHz

光纤声振动传感系统示意图

光纤声振动传感系统实物图

 

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