[发明专利]一种倾斜空芯光纤声探测装置及方法

说明书

本发明公开的一种倾斜空芯光纤声探测装置及方法，属于光纤传感领域。倾斜空芯光纤声探测装置包括依次连接的振动膜、空芯光纤和双芯光纤。本发明采用振动膜作为光纤声波传感器的传感元件，提升强度型光纤声波传感器的灵敏度。本发明利用双芯光子晶体光纤分别作为出射纤芯和接收纤芯，简化光束传输光纤的复杂性；此外，采用纯硅芯多模光纤作为空腔的制备元件，使光子晶体光纤可与空腔在无任何连接器件的情况下无缝熔接；同时，采用气相沉积法直接进行镀膜的方法制备金属振动膜，增加传感器的统一性；本发明采用背向湿法腐蚀加工技术，利用TMAH溶液对于纯硅、石英以及金属锗的选择性腐蚀从光纤背向形成金属振动膜，实现金属材料悬空镀膜。

技术领域

本发明涉及一种倾斜空芯光纤声探测装置及方法，属于光纤传感领域。

背景技术

声波传感器可以采集空气中的声波信号，实现对低空慢速飞行器的目标探测、识别和跟踪，是一种有效的防空探测手段。声波传感器的发展不仅可以弥补现有红外探测器在强烈电磁干扰下无法探测的不足，同时解决了电磁雷达难以有效探测新型“隐身”飞行器的问题。因此对于声波传感技术的研究在国家安全领域中具有非常重要的战略意义。

光纤声波传感技术光纤声波传感器以光波作为载体,光纤作为媒质拾取声波信息的技术。近年来,光纤声波传感器不仅吸引了广泛的研究，同时它以独特的优势弥补了传统电声波传感器的不足：首先，全光纤传感器是无源设备，因此其克服了传统电声波传感器无法在强烈电磁干扰下工作的缺点，非常适合在恶劣干扰环境下工作。其次，光纤的复用特性使得光纤声波传感器易于构成大规模的阵列,无需前端电子放大器即可形成多点远距离同时测量，由此解决电传感器不适合远距离传输的问题。最后，相对电驻极体声传感器(50mV/Pa)，光纤声波传感器的灵敏度(≥100mV/Pa)普遍较强，从而提升了电传感器对于微弱声波信号的拾取能力有限的问题。许多专家和学者已经指出，光学测量和微光学技术相结合的高精度光声波传感器的研究是解决传统电加速度传感器发展瓶颈的一个重要发展方向。在军事领域，目前美国、瑞典、以色列等国已经开展了采用光纤声探测技术实现防空预警。其中，以色列根据不同型号武装直升机所产生的声音振动特征研制出的“搜索直升机”声学探测系统,可发现6km距离上低空飞行的直升机。除了军事领域，光纤声波传感器还可以转化为应用于工业领域的声波传感器，包括建筑健康监测、周界安全监测、生物医疗研究等领域。2014年初，国内首个光纤地震海啸灾害预警声波探测系统在浙江省小衢山附近海域完成了海上布放，该系统对附近海底地震海啸等情况进行实时监测。光纤声波传感器重要的科学意义和应用价值正在受到世界许多国家学术界、工业界和军事部门的重视。

然而，目前光纤声波传感器的实际应用还不是非常广泛，而制约其实际应用的主要问题是温度的交叉干扰。特别是对于干涉型的高灵敏度光纤声波传感器，实际测量环境中温度的变化会使传感器工作点发生漂移，从而导致光纤声波传感器灵敏度降低、信号失真、线性度下降等一系列问题。因此，研究温度自校准机理是解决光纤声波传感器工作点漂移，发展传感器实际应用的关键科学问题。本项目拟利用衍射光栅对光波长色散的特点，以正交衍射波长为研究对象，深入的对干涉型光纤声波传感器中温度自校准机理这一科学问题进行研究。对这一问题的研究不仅可以解决光纤声波传感器中温度的干扰的问题，同时可以为新型光纤声波探测系统在军事及工业领域的应用提供研究基础。

发明内容

传统的电子式声传感器，例如压电式传声器或驻极体式传声器，很难在减小尺寸的同时保证声波探测的灵敏度。本发明主要目的是提供一种倾斜空芯光纤声探测装置及制作方法，通过倾斜微振动膜全光纤声波传感器，能够还原出外界声波的振幅和频率，且兼具高灵敏度、微小体积、低干扰等优点。

本发明采用的技术方案如下：

本发明公开的一种倾斜空芯光纤声探测装置，包括依次连接的振动膜、空芯光纤和双芯光纤；需保证双芯光子晶体光纤中一个纤芯正对空芯光纤的中心，成为中心纤芯；双芯光纤中另一个纤芯位于中心纤芯下方。

根据本发明的一个实施例，所述装置中使用的双芯光纤为双芯光子晶体光纤。