[发明专利]一种光纤尖端超声传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种光纤尖端超声传感器及其制备方法，包括：传感膜、传感柱、支撑座以及单模光纤。传感膜包括一检测面和支撑面，检测面用于接收超声检测振动信号，支撑面与传感柱相连接，传感膜在超声检测振动信号的作用下发生弹性形变；传感柱与传感膜的支撑面相连接，用于支撑传感膜，并在超声检测振动信号的作用下发生弹性形变；支撑座包括一光纤接触面和传感柱接触面，传感柱接触面与传感柱相连接，用于支撑传感柱，光纤接触面与单模光纤相连接；单模光纤包括一光纤端面，光纤端面与支撑座相连接，单模光纤用于根据干涉结果输出相应的光信号。本发明缩小了超声传感器的体积，降低了制作难度，大幅提高了灵敏度、稳定性及生产可重复性。

技术领域

本发明涉及光纤传感器技术领域，具体涉及一种光纤尖端超声传感器及其制备方法。

背景技术

声学传感技术是利用声波信号和电信号在一定条件下可以相互转换的原理，实现声波传输、测距、测流量和声学成像等功能的传感技术，在智能互联、智慧制造、医疗卫生和国防军事等领域具有重要的应用价值。超声传感技术作为其中的一种，利用其较好的方向性和较低的传播速率等特性，对外界物理量进行感知测量。基于超声波的测距技术(超声测距)作为“非接触式”距离测量中的一种，因其成本低、强度易控制等优势，在测距领域得到了十分广泛的应用，并对无损检测、指纹成像和医学成像等应用提供了重要的指导作用。为了得到超声的相关参数，需要利用超声传感器获取超声信号，从而利用信号解调出各种有用信息。

超声波传感器利用超声波换能器来实现声学和电学信号转换。超声波换能器作为超声检测仪器的核心传感部件，是推动上述应用领域典型检测仪器如超声波无损检测仪、超声波流量检测仪以及超声医学仪器等发展的关键，也是超声波育种、超声波食品加工、超声波辅助制药以及超声波生物工程应用等典型应用中所需前沿核心技术的关键点。但是随着应用场景的增加，超声波换能器逐渐暴露出了许多缺点，例如体积大、不耐腐蚀、灵敏度不够高、易受到干扰、远距离传输信号能力差等。现存的光纤传感器在一定程度上解决了干扰、腐蚀及远距离传输的问题，但在体积大、生产可重复性低、灵敏度不太高等和稳定性差等问题上还有待解决。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种光纤尖端超声传感器及其制备方法，用于解决现有的超声传感器存在体积大、灵敏度不够高等技术问题。使得所提出传感器及其制备方法在保有现有光纤传感器抗干扰及远距离传输能力强的同时，达到减小超声传感器体积、降低制作难度、大幅提高灵敏度、稳定性及生产可重复性的目的。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种光纤尖端超声传感器，包括：

传感膜，包括一检测面和一支撑面，所述检测面用于接收超声检测振动信号，所述支撑面与传感柱相连接，所述传感膜在所述超声检测振动信号的作用下发生弹性形变；

传感柱，与所述传感膜的支撑面相连接，用于支撑所述传感膜，并在超声检测振动信号的作用下发生弹性形变；

支撑座，包括一光纤接触面和一传感柱接触面，所述传感柱接触面与所述传感柱相连接，用于支撑所述传感柱，所述光纤接触面与单模光纤相连接，用于增加所述支撑座与所述单模光纤间的摩擦力；

单模光纤，包括一光纤端面，所述光纤端面与所述支撑座相连接，所述单模光纤用于根据干涉结果输出相应的光信号。

作为本发明优选的实施方式，所述传感膜与所述传感柱、所述支撑座形成一腔体，所述腔体的腔长随着所述传感膜和所述传感柱的弹性形变发生周期性的变化，改变所述超声传感器的反射谱自由光谱范围和干涉结果。

作为本发明优选的实施方式，所述传感膜为圆形传感膜，所述圆形传感膜的厚度为5-10μm，半径为45-60μm。

作为本发明优选的实施方式，所述支撑座为圆环形支撑座，所述圆环形支撑座的外圆半径和厚度与所述圆形传感膜保持一致，所述圆环形支撑座的内圆半径为10-20μm。