[发明专利]一种透过固体进行声音振动测量的光纤传感装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量声音的装置，更特别地说，是指一种能够透过固体介质进行声音振动测量的光纤传感装置。

背景技术

声音振动是自然界存在的最普遍的振动形式，声音探测和测量与科学研究、国民应用、国防建设密不可分。声波从本质上讲，是介质质点机械扰动的传播，随着现代科技的进步，各种声波探测技术不断涌现，并取得快速发展。激光技术的产生和材料器件加工工艺的提高，更为声音探测的发展提供了有利条件。目前，声波探测技术，以可应用于通讯信息储存、医疗健康检测、地震灾害预防等诸多领域。然而，现有的声波探测技术，尤其是固体声振动探测技术，大都采用压电换能方式，因而存在抗电磁干扰性差、特殊环境下存在危险的严重问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种透过固体进行声音振动测量的光纤传感装置，该装置利用光纤传感技术，通过声-光-电转换的方法实现了透过固体介质声音振动测量，具有恶劣环境下抗电磁干扰、结构精小、灵敏度高等优点。

本发明的一种透过固体进行声音振动测量的光纤传感装置，该光纤传感装置由光源1、发射光纤2、光纤传感单元3、接收光纤4、振动耦合单元5、光电探测器61和信号处理电路6组成；其中，光纤传感单元3和振动耦合单元5构成探测传感模块；发射光纤2安装在光源1与光纤传感单元3之间，接收光纤4安装在光电探测器61与光纤传感单元3之间，光电探测器61输出电信号给信号处理电路(6)，振动耦合单元5与固体介质7接触。

光纤传感单元3由外套管31、尾管32、前导声管33、支架34、敏感组件35和振动膜片36构成，敏感组件35的基板354安装在支架34的凹槽341内，振动膜片36粘接在前导声管33的端面33a上，外套管31胶粘连接在前导声管33和尾管32上。

本发明的光纤传感单元3从输入端至输出端顺次放置有前导声管33、振动膜片36、敏感组件35、支架34、尾管32。光纤传感单元3从输入端进入的是声音，而输出端输出的则是光。光纤传感单元3输出端通过发射光纤2与光源1连接，该光源1为光纤传感单元3提供在发射光纤2中传输的光。外套管31的左端311胶粘连接在前导声管33上，外套管31的右端312胶粘连接在支架34上；在外套管31的左端311圆周上均匀设有三个注胶孔313，在外套管31的右端312圆周上均匀设有另外三个注胶孔313。注胶孔313的结构为一圆形通孔，是将光纤声传感器内部器件装配完成后，通过设置在外套管31上的六个注胶孔313将如502胶或紫外胶等经此孔注入，待该胶凝固后，便实现了外套管31与支架34和前导声管33的胶粘连接。振动膜片36是一圆片，厚度为0.1～2μm。振动膜片36是设置在前导声管33与敏感组件35之间。振动膜片36的一圆面与前导声管33的连接端33a的端面贴合，振动膜片36的另一圆面与敏感组件35间隔10～200μm。振动膜片36可以采用如硅、银、金、镍、钛或铂加工成一定厚度的圆片结构。尾管32为一中空圆形管，为了使发射光纤2和接收光纤4具有收缩状态，本发明将尾管32的右端322设计成细管状，而尾管32的左端321设计成组管状。设尾管32的左端321内直径记为d_左，尾管32的右端322内直径记为d_右，则有d_左大于1～1.5倍d_右的尺寸。在本发明中，由于尾管32的左端321直径大于尾管32的右端322直径，故尾管32上将有一收敛段，在同一管体上采用两种不同外径的结构设计，有利于两根光纤(发射光纤2和接收光纤4)靠近。前导声管33为中空结构，中空的部分则形成导声腔。前导声管33的连接端33a的外圆周上均匀开有三个开口槽(A开口槽331、B开口槽332、C开口槽333)，每个开口槽的槽内设有通孔，该通孔用于平衡导声腔334内的气压。支架34的左端345设有凹槽341，凹槽341用于放置基板354，支架34的两侧分别设有A导纤槽343、B导纤槽344，A导纤槽343用于发射光纤2通过，B导纤槽344用于接收光纤4通过。敏感组件35由基板354、盖板353、发射光纤2和接收光纤4组成，基板354上设有A斜槽354a、B斜槽354b，发射光纤2的发射终端与接收光纤4的接收起端形成的夹角，记为光纤夹角β＝30°～75°。发射光纤2采用芯径为62.5μm，外径为125μm的多模光纤，接收光纤4采用芯径为100μm，外径为125μm的多模光纤。