[发明专利]锥形声喇叭聚焦耦合的本征干涉型光纤光栅超声传感器

说明书

一种锥形声喇叭聚焦耦合的本征干涉型光纤光栅超声传感器，壳体的一端封闭、另一端设有声耦合锥，声耦合锥与壳体之间设置有消声垫，声耦合锥的顶部和侧壁上加工有光纤安装孔，与声耦合锥侧壁光纤安装孔相对应壳体侧壁上加工有通孔，光纤一端穿过声耦合锥的顶部光纤安装孔伸入在壳体中、另一端依次穿过声耦合锥侧壁光纤安装孔和壳体上的通孔，光纤上刻写有布拉格光栅，光栅区位于声耦合锥内。本发明具有灵敏度高、响应频带宽、复用性好的优点，适应地震物理模型中动态扫描采集，实现超声多层成像，可用于结构无损检测、油气田物理模型成像、弹性波速度建模、生物医疗等技术领域。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及到光纤光栅超声传感器。

背景技术

超声波地震物理模型检测技术，是利用超声波模拟地震波，利用地震物理模型模拟地层结构，通过等比例缩小的方式在实验室内对不同种类地层地貌，油气储藏状态进行实验模拟，通过大量数据采集，建立不同种类的数据模型，为地层资源勘探和开采提供信息指导。超声波传感器，是获取地震物理模型内部信息的核心器件。传统的超声检测装置主要是压电陶瓷换能器(piezoelectric transducer，PZT)，既可以作为超声发射源也可以作为接收器。该器件的主要缺点：响应带宽窄；灵敏度与换能器体积有关；易受环境电磁干扰；探测信号随着发射源与接收器的距离增加会导致信号失真；复用性差；无方向识别性。因此压电陶瓷换能器不能满足超声探测中的精确度以及泛用的需求。

针对电类传感器的缺点所在，光纤超声传感器其突出的优势，在地震物理模型检测及扫描成像方面给出了较好的解决方案。在光纤超声传感器方面，我们以前的工作主要集中在常规光纤光栅和光纤法布里‐珀罗干涉结构两种类型。光纤光栅为波长调制，容易复用，但其灵敏度较低并且可探测频率受栅区长度限制；光纤法布里‐珀罗干涉型为相位调制，灵敏度高，但复用性差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有光纤光栅传感器的缺点，提供一种灵敏度高、响应频带宽、复用性好的锥形声喇叭聚焦耦合的本征干涉型光纤光栅超声传感器。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：壳体的一端封闭、另一端设有声耦合锥，声耦合锥与壳体之间设置有消声垫，声耦合锥的顶部和侧壁上加工有光纤安装孔，与声耦合锥侧壁光纤安装孔相对应壳体侧壁上加工有通孔，光纤一端穿过声耦合锥的顶部光纤安装孔伸入在壳体中、另一端依次穿过声耦合锥侧壁光纤安装孔和壳体上的通孔，光纤为边孔光纤，光纤上刻写有布拉格光栅，光栅区位于声耦合锥内。

作为一种优选的技术方案，所述的边孔光纤的光栅区域与光纤端面构成法布里‐珀罗干涉腔a，法布里‐珀罗干涉腔a长度为2～10mm。

作为一种优选的技术方案，所述光栅的栅区长度为2～10mm、波长为1540～1560nm。

作为一种优选的技术方案，所述的声耦合锥底面直径与壳体的外径相同。

作为一种优选的技术方案，所述的声耦合锥的底面直径为1‐10mm，声耦合锥的锥角为60°～120°。

本发明的有益效果如下：

本发明采用本征干涉型光纤光栅，将有效光谱带宽压窄至0.02nm，相比于常规单模光纤光栅的有效光谱带宽为0.2nm，大幅度提高超声波探测的信噪比，本发明对300KHz‐1MHz波段超声信号有良好的响应特性、稳定性、灵敏度，适应地震物理模型中动态扫描采集，实现超声多层成像，可用于结构无损检测、油气田物理模型成像、弹性波速度建模、生物医疗等技术领域。

附图说明

图1是本发明的实施例1的结构示意图。

图2是本征干涉型光纤光栅的结构示意图。

图3是用于测试本发明的测试系统图。