[发明专利]一种基于锥形多芯光纤的超声波传感器

说明书

一种基于锥形多芯光纤的超声波传感器，聚氨酯棒一端端面上设置有光纤传感结构，光纤传感结构的中心线与聚氨酯棒的中心线垂直，所述光纤结构为锥形多芯光纤的一端熔接有第一单模光纤、另一端熔接有第二单模光纤，所述锥形多芯光纤的结构是两端为大圆柱段、中间为小圆柱段、两端的大圆柱段与小圆柱段之间为锥形过渡段，大圆柱段、锥形过渡段、小圆柱段连为一体，锥形多芯光纤两端大圆柱段的外径与第一单模光纤和第二单模光纤的外径相等。本发明具有不受电磁干扰、灵敏度高、宽频率响应好、动态范围宽、结构紧凑、产品成本低等优点，可作为检测超声波的传感器。

技术领域

本发明属于超声波传感器技术领域，具体涉及到一种基于锥形多芯光纤的超声波传感器。

背景技术

地震物理模型是在实验室内将野外的地质构造和地质体按照一定的模拟相似比制作的地质模型。地震物理模型超声成像技术，是用高频超声波在模型中的传播模拟地震波在地质体中的传播，通过接收和处理反射信号的信息从而获得地震物理模型的内部结构信息。通过大量的数据采集，建立不同种类的模型，为地震勘探和开采提供参考信息。

超声波传感器是地震物理模型超声成像技术的核心器件。传统的超声波传感器为压电陶瓷换能器(PZT)，它的核心部件是压电晶片。压电晶片可以在压力的作用下发生形变，从而导致晶片本身发生极化，在晶片表面出现正负束缚电荷，此效应为压电效应，压电效应具有可逆性，即对晶片施加电压后会发生形变。在检测过程中，利用超声探头的逆压电效应可以产生超声波，利用压电效应达到接收超声波的目的。该器件的主要缺点是：响应频带窄，只有超声波信号频率与其固有频率相近才具有较高的灵敏度；极易受环境电磁场的干扰且其灵敏度随换能器体积的减小而减小。

发明内容

本发明所要解决的技术在于克服现有超声波传感器的缺点，提供一种灵敏度高、响应频带宽、动态范围广、抗电磁干扰的基于锥形多芯光纤的超声波传感器。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于锥形多芯光纤的超声波传感器，聚氨酯棒一端端面上设置有光纤传感结构，光纤传感结构的中心线与聚氨酯棒的中心线垂直，所述光纤结构为锥形多芯光纤的一端熔接有第一单模光纤、另一端熔接有第二单模光纤，所述锥形多芯光纤的结构是两端为大圆柱段、中间为小圆柱段、两端的大圆柱段与小圆柱段之间为锥形过渡段，大圆柱段、锥形过渡段、小圆柱段连为一体，锥形多芯光纤两端大圆柱段的外径与第一单模光纤和第二单模光纤的外径相等。

作为一种优选的技术方案，所述的聚氨酯棒安装有光纤传感结构的一端为圆台形。

作为一种优选的技术方案，所述的锥形多芯光纤为锥形四芯光纤或锥形五芯光纤或锥形七芯光纤或锥形九芯光纤。

作为一种优选的技术方案，所述的锥形多芯光纤的小圆柱段的直径为5～20μm、长度为0.3～0.5cm，锥形过渡段的长度为0.7～1cm。

作为一种优选的技术方案，所述的锥形多芯光纤为锥形四芯光纤，锥形四芯光纤大圆柱段为包层内含有四个呈正方形分布的同质纤芯。

作为一种优选的技术方案，所述的包层材料为纯二氧化硅。

作为一种优选的技术方案，所述的锥形多芯光纤由多芯光纤高温熔融拉锥的方法制成。

本发明的有益效果如下：

1、本发明采用了多芯光纤制作超声波传感器，多芯光纤具有多个纤芯，每个纤芯就相当于一个光波导，当对多芯光纤进行拉锥减小其纤芯间距时，发生模间干涉，提高了传感器的灵敏度。

2、本发明的光纤传感结构封装于与水声阻抗接近的圆台形聚氨酯棒上，提高了对超声波的检测效率。

3、本发明具有不受电磁干扰、灵敏度高、宽频率响应好、动态范围宽、结构紧凑、产品成本低等优点，可作为检测超声波的传感器。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。