光纤干涉次声传感器研制

作者：李汉正; 吴高米; 马振钧; 任迪鹏; 张萌颖; 高然; 祁志美^*

来源：激光与光电子学进展, 2019, 56(15): 49-55.

• 光纤光学
• 低频声传感器
• 光纤非本征法布里-珀罗干涉仪
• 高灵敏度
• 有限元仿真

设计并制作了一种基于光纤干涉仪的低频声传感器,用于检测频率小于20Hz的次声信号。该传感器利用厚度为5μm,半径为1/2inch(1inch=2.54cm)的圆形镍膜作为振膜,该振膜被平整地固定在金属腔体的一个端口,呈周边拉伸式。伸入腔室的单模光纤的端面与振膜内表面构成一个非本征型光纤法布里-珀罗干涉仪(EFPI),用于检测由声音导致的振膜的振动。为了优化传感器性能,基于弹性力学原理和有限元仿真软件,分析了振膜预应力和振膜厚度对传感器一阶谐振频率的影响。仿真结果表明在一定的膜厚范围内,一阶谐振频率对预应力非常敏感而对膜厚不敏感。利用B&K 4193-L-004型标准声传感器和42AE型标准次声发射腔对所制光纤次声传感器进行了测试,结果表明该传感器在0.1～20Hz范围内具有良好的频率响应特性,对1Hz声波的灵敏度高达285mV/Pa。

• 单位
  中国科学院电子学研究所; 中国科学院大学; 传感技术国家重点实验室