[发明专利]灵敏度可调谐的基于谐振腔干涉结构的声波传感器有效

专利信息
申请号: 202010953759.7 申请日: 2020-09-11
公开(公告)号: CN112254752B 公开(公告)日: 2022-04-22
发明(设计)人: 于长秋;黄海侠;周铁军;王宏腾;李海 申请(专利权)人: 杭州电子科技大学
主分类号: G01D5/48 分类号: G01D5/48
代理公司: 杭州君度专利代理事务所(特殊普通合伙) 33240 代理人: 杨舟涛
地址: 310018 浙*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 灵敏度 调谐 基于 谐振腔 干涉 结构 声波 传感器
【权利要求书】:

1.灵敏度可调谐的基于谐振腔干涉结构的声波传感器,其特性在于:包括伺服控制器(0)、激光器(1)、第一光电探测器(2)、光纤锥(3)、参考谐振腔(4)、50/50分束器(5),1×2分路器(6)、相位调制结构(7)、3×3分路器(8)、第一2×2分路器(9)、第二2×2分路器(10)、压电陶瓷换能器(11)、3×3耦合器(12)、第二光电探测器(13)、信号解调电路(14);

由激光器(1)产生的激光信号,经50/50分束器(5)分成两路信号,其中一路信号通过光纤锥(3)后进入参考谐振腔(4),参考谐振腔(4)出来的信号通过光纤锥(3)进入第一光电探测器(2),第一光电探测器(2)捕捉对应的波长后产生的信号传递给伺服控制器(0),伺服控制器(0)根据该信号的大小来调节激光器(1),形成一个反馈结构,将激光器输出中心频率锁定到参考谐振腔的透射谱线1/2位置,得到的锁频信号通过另一路,并由1×2分路器(6)分为上下两路并送入传感器系统的干涉结构中,所述的干涉结构包括相位调制结构(7)、3×3分路器(8)、第一2×2分路器(9)、第二2×2分路器(10)和压电陶瓷换能器(11);其中下一路经过由磁致伸缩材料实现的相位调制结构(7)到达3×3耦合器(12),上一路通过3×3的分路器(8)之后通向压电陶瓷换能器(11)、第二2×2分路器(10),压电陶瓷换能器(11)的输出接第一2×2分路器(9),第一2×2分路器(9)和第二2×2分路器(10)构成的用于干涉的谐振腔;第一2×2分路器(9)和第二2×2分路器(10)的一个输出光束通过3×3耦合器(12),与相位调制结构(7)输出的光束耦合出干涉结构;第一2×2分路器(9)和第二2×2分路器(10)的另一个输出光束通向3×3分路器(8)的输入端;3×3耦合器(12)的中间输出端信号由光纤送入第二光电探测器(13),而后通过信号解调电路(14)来处理信号,提取出声波信号的频率与幅度信息。

2.根据权利要求1所述的灵敏度可调谐的基于谐振腔干涉结构的声波传感器,其特性在于:通过热调控的方式调节参考谐振腔(4)的波长,从而调谐声波传感器的灵敏度;通过外加磁场,使相位调制结构(7)改变光的相位,从而调谐声波传感器的灵敏度。

3.根据权利要求1所述的灵敏度可调谐的基于谐振腔干涉结构的声波传感器,其特性在于:干涉结构通过光纤构建或通过硅波导构建。

4.根据权利要求1所述的灵敏度可调谐的基于谐振腔干涉结构的声波传感器,其特性在于:第一光电探测器(2)、第二光电探测器(13)必须和光信号的调制形式、信号频率相匹配。

5.根据权利要求1所述的灵敏度可调谐的基于谐振腔干涉结构的声波传感器,其特性在于:1×2分路器(6)分光比为50:50,第一2×2分路器(9)、第二2×2分路器(10)的分光比为50:50,3×3分路器(8)的分光比为30:40:30,3×3耦合器(12)的分光比为20:60:20。

6.根据权利要求2所述的灵敏度可调谐的基于谐振腔干涉结构的声波传感器,其特性在于:谐振腔材料为二氧化硅,形状为环形腔或微球腔;谐振腔要能够支持光波传输,且在腔外表面存在倏逝波。

7.根据权利要求1或3所述的灵敏度可调谐的基于谐振腔干涉结构的声波传感器,其特性在于:光纤要保证所选波段内光信号的低损耗传输和易探测。

8.根据权利要求1所述的灵敏度可调谐的基于谐振腔干涉结构的声波传感器,其特性在于:激光器(1)的调谐范围要覆盖所选腔材料的透射低损耗区,波段与探测器的接收波段相匹配。

9.根据权利要求1所述的灵敏度可调谐的基于谐振腔干涉结构的声波传感器,其特性在于:信号解调电路(14)要保证与探测信号大小相匹配。

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