[发明专利]一种声波频率探测器及多模耦合器声波频率探测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种声波频率探测器及多模耦合器声波频率探测系统。

背景技术

准确的声波频率探测在光纤通信和光纤传感系统中很重要。

最常用的声波频率探测手段是使用电容式麦克风，它有两块金属极板，其中一块表面涂有驻极体薄膜并将其接地，另一极板接在场效应晶体管的栅极上，栅极与源极之间接有一个二极管。当受到振动或受到气流的摩擦时，由于振动使两极板间的距离改变，即电容改变，而电量不变，就会引起电压的变化，电压变化的大小，反映了外界声压的强弱，这种电压变化频率反映了外界声音的频率，这就是电容式麦克风的工作原理。电容式麦克风电声特性很好。但是它防潮性差，机械强度低，价格稍贵，而且使用稍显麻烦。

基于光纤声传感技术的新型设备由于其体积小、动态范围广、抗电磁干扰可在恶劣环境下工作，稳定性好且易于复用等等优点而受到广泛关注。光纤声传感技术可基本概括为三大方法领域：光纤器件声传感器、光纤干涉仪声传感器、光纤光栅声传感器。光纤器件声传感器性能稳定，但过于依赖器件性能，只能在特定场合工作。例如2004年，R Chen等人提出了基于熔融拉锥单模耦合器超声波传感器。这种方法测量灵敏度可达5.6mV/Pa,测量频率范围在10kHz-1mHz；光纤干涉仪声传感器频率探测范围可达40Hz-400kHz，且灵敏度较高，但容易引起相位误差。例如2008年，复旦大学的吴东方等人对Sagnac干涉型光纤麦克风做了一系列的研究，其实验结果显示带宽达10Hz-200kHz，信噪比高达60dB以上；光纤光栅声传感器灵敏度高，稳定性好，但仅适于探测频率在10kHz以上的高频声信号。例如2010年，Hiroshi Tsuda等人对几种结构的布拉格光纤光栅测量超声波信号的方法进行了对比研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种探测频率范围广、探测准确的声波频率探测器及多模耦合器声波频率探测系统。

为解决上述技术问题，本发明首先提供了一种声波频率探测器，其特征在于，包括多模光纤耦合器、铝质薄膜和金属块，所述铝质圆薄膜的直径为30~40mm、厚度为2.5~3.5um，所述铝质圆薄膜四周平整粘贴于所述金属块上，所述多模光纤耦合器的两端固定，中间长5~10mm的耦合区自然下垂与所述铝质薄膜相接触。

基于上述声波频率探测器，本发明还提供了一种多模耦合器声波频率探测系统，其特征在于，包括所述声波频率探测器，还包括声频信号发生器、喇叭、宽谱光源、1×2光纤耦合器，高速光电转换模块，频谱分析仪，所述声频信号发生器连接所述喇叭，所述喇叭接近所述声波频率探测器，所述声波频率探测器的输出端连接所述高速光电转换模块，所述高速光电转换模块连接所述频谱分析仪。

进一步优化的，所述多模耦合器声波频率探测系统还包括1×2光纤耦合器，光学示波器，所述声波频率探测器的输出端连接所述1×2光纤耦合器，所述1×2光纤耦合器的一个输出端连接光学示波器，另一个输出端连接所述高速光电转换模块。

优选的，所述的多模耦合器声波频率探测系统中，所述1×2光纤耦合器的耦合比为50%,耦合器输入端与多模光纤耦合器通过熔接方式连接，两个输出端分别与光学示波器和高速光电转换模块的连接是通过FC/APC光纤接头对接。

所述未经封装的多模光纤耦合器的耦合比大致范围在20%-30%。

本发明的有益效果在于：

1、本发明与传统的电容式探测方法相比，利用光纤声传感方式，抗干扰能力强，易于长距离传输；

2、本发明通过频谱分析仪跟踪信号的频谱图像，同时利用光学示波器来探测信号的时域波形，确保了测量的准确性。

3、本发明的传感头是利用熔融拉锥工艺制作的多模光纤耦合器，成本低，易于快速大批量生产。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。

图1为本发明的多模耦合器声波频率探测系统结构图；

图2为本发明的声波频率探测器的结构图；

图3为本发明的多模耦合器制备工艺结构图。

具体实施方式