[发明专利]一种一维光纤矢量传声器探头

说明书

本发明公开了一种一维光纤矢量传声器探头，其特征在于包括：用于感应表征声信号矢量物理量质点振速的级联式微纳光纤布拉格光栅、光信号传输单模光纤、承载体和封装体；所述级联式微纳光纤布拉格光栅是由两个微纳光纤布拉格光栅级联构成；所述的光信号传输单模光纤一共有两段，分别与级联式微纳光纤布拉格光栅的两端熔接在一起；所述承载体是用于承载级联式微纳光纤布拉格光栅的结构体；所述的封装体用于保护级联式微纳光纤布拉格光栅的封装结构。本发明一种一维光纤矢量传声器探头，是一种全光纤结构，用于直接测量空气声质点振速，具有抗电磁干扰能力强、灵敏度高、信噪比高、易于组成阵列，尤其具有“8”字指向性的综合声学性能特点，而且结构简单、体积小、重量轻、成本低、易实现。

技术领域

本发明公开了一种一维光纤矢量传声器探头，特别涉及采用全光纤结构，用于直接测量空气声质点振速，具有抗电磁干扰能力强、灵敏度高、信噪比高、易于组成阵列，尤其具有“8”字指向性的综合声学性能特点，而且结构简单、体积小、重量轻、成本低、易实现。

背景技术

随着光纤传感技术的快速发展，其应用范围越来越广泛。与传统的各类电传声器相比，光纤传声器具有独特的光纤性优点，如抗电磁干扰、灵敏度高、信噪比高、易于组成阵列、传输距离远、抗恶劣环境等。光纤传声器可以利用各种光原理和合理结构，实现声波对光的调制，通过对光信号的解调来获得相应的声信号。在各种原理的光纤传声器中，基于相位调制的光纤法布里-珀罗传声器的结构更为简单易实现，且各项声学性能指标非常优良。但目前的光纤传声器与传统的电传声器一样，是拾取表征声信号的标量物理量声压。

声信号的表征分别有标量物理量声压和矢量物理量质点振速。声压是一个标量物理量，其表现为无指向性的全向指向性。而质点振速作为一个矢量物理量，其具有方向性。之前对质点振速的测量是基于相位匹配的两只声压传声器的声压梯度计算得到，如声强计。作为一种间接获得质点振速的方法，表现出了技术局限性，尤其是相位匹配要求高和工作频带窄。因此，一种能够测量声信号质点振速的光纤传声器的研究更加受到青睐。

基于硅微结构的质点振速传感器也是一种直接测量空气声质点振速的传声器，可参考本人之前的发明专利：一种测量空气声质点振速的传感器及其制造方法。采用硅微工艺结构，一种热源丝-敏感丝一体的结构形式，由热阻效应产生的电阻差，通过解调该电阻差来得到相应的质点振速。该传声器的主要缺陷是灵敏度较低且电阻式导致本底噪声高，通过电路放大后，虽然可提高灵敏度，但是同时本低噪声也随之提升，故信噪比不高。因热源丝-敏感丝的极大长宽比，其成型难度大且硅微工艺流程复杂。另外，其成本较高，如铂金材料费和各种工艺设备加工费等。

发明内容

（一）要解决的技术问题

为了克服现有传声器技术的不足，特别针对上述技术的不足，本发明公开了一种一维光纤矢量传声器探头，它是一种全光纤结构，用于直接测量空气声质点振速，具有抗电磁干扰能力强、灵敏度高、信噪比高、易于组成阵列，尤其具有“8”字指向性的综合声学性能特点，而且结构简单、体积小、重量轻、成本低、易实现。

（二）技术方案

本发明一种一维光纤矢量传声器探头，包括：

用于直接感应表征声信号矢量物理量质点振速的级联式微纳光纤布拉格光栅；

光信号传输单模光纤；

承载体；

封装体。

所述级联式微纳光纤布拉格光栅是由2个布拉格光栅级联构成；是掺杂C₀²⁺离子的特种光纤，在传输波长1480nm泵浦光时具有光热效应，且2个布拉格光栅的栅区结构及其光学参数完全相同；

所述级联式微纳光纤布拉格光栅的整体可分成各含一个栅区的两段，且栅区位于各段的中心，以及连接两段的中间连接段；含栅区的两段栅区段可选长度为大于1mm；