CN101504311A - 一种光纤声传感器的传感头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤声传感器的传感头，该传感头从输入端至输出端顺次放置有前导声管、振动膜片、敏感组件、支架、尾管；外套管的左端胶粘连接在前导声管上，外套管的右端胶粘连接在支架上；敏感组件由基板、盖板、发射光纤和接收光纤组成，基板上设有A斜槽、B斜槽，发射光纤的发射终端与接收光纤的接收起端形成的光纤夹角β＝30°～90°。本发明传感头是对由输入端进入的声音进行探测，然后输出带有声音信息的光信号。采用高反射率的振动膜片敏感由声音引起的周围空气的振动，来改变入射光的传播方向，即反射光的形成，从而调制接收光纤所接收的光强。最后通过解调接收光纤接收到的光强，还原被探测的声音信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种声音传感器，更特别地说，是指一种光纤声传感器的传感头。
背景技术
光纤传声器是近年来继光纤通讯获得成功之后，迅速发展起来的一种新型传感器，与其他传感器相比，具有抗电磁干扰能力强、体积小、设计简单、灵敏度高、光纤本身低损耗和耐腐蚀、耐高温、耐高压、安全可靠等优点。
反射式强度型光纤声传感器具有原理简单，信号处理简单的优点，但是同时也存在结构复杂，探测灵敏度低的劣势。常见的反射式强度型光纤声传感器，多采用双光纤并排平行放置的结构，此种结构虽然简化了系统结构，但是系统的灵敏度很难保证，因而在实际应用上存在一定的问题。为了进一步提高系统的探测灵敏度，本发明专利公开了一种具有夹角式的双光纤声传感器。
发明内容
为了进一步提高系统的探测灵敏度，本发明设计出一种发射光纤与接收光纤之间存在一定夹角的光纤声传感器的传感头结构。该传感头克服了传统的并排式反射式强度型双光纤声传感器灵敏度低的问题。通过对传感头内部器件安装位置的优化，有效地保证了传感器的性能。
本发明的一种光纤声传感器的传感头，该传感头由外套管、尾管、前导声管、支架、敏感组件和振动膜片构成，该传感头从输入端至输出端顺次放置有前导声管、振动膜片、敏感组件、支架、尾管；敏感组件的基板安装在支架的凹槽内，振动膜片粘接在前导声管的端面上；外套管的左端胶粘连接在前导声管上，外套管的右端胶粘连接在支架上；振动膜片是一圆片，振动膜片的一圆面与前导声管的连接端的端面贴合，振动膜片另一圆面与敏感组件间隔10～200μm；敏感组件由基板、盖板、发射光纤和接收光纤组成，基板上设有A斜槽、B斜槽，发射光纤的发射终端与接收光纤的接收起端形成的夹角记为光纤夹角β＝30°～90°。
所述的光纤声传感器的传感头，其发射光纤采用芯径为62.5μm外径为125μm的多模光纤，接收光纤采用芯径为100μm外径为125μm的多模光纤。
本发明的一种光纤声传感器的传感头与现有技术相比的优点在于：
(1)在敏感组件中采用双光纤夹角式的装配设计，极大的提高了传感头的灵敏度，增强了光纤声传感器对微弱信号的探测能力。
(2)在导声管的端面装配振动膜片，能够在检测声音同时调制接收光纤所接收到的光强信号。
(3)在导声管的端面贴合振动膜片，以及敏感组件粘接在支架上，外套管与导声管和尾管的粘接，应用粘接形式进行器件的装配，一方面保证了敏感组件与振动膜片的有效距离，另一方面提高了光纤声传感器的整体探测能力。
(4)导声管、外套管、支架和尾管采用陶瓷材料，降低了传感头随温度升高而对探测能力的影响。
(5)采用外套管的两端粘接导声管、尾管，结构设计紧凑、尺寸小。
附图说明
图1是本发明光纤声传感器的外部结构图。
图1A是本发明未装配外套管的光纤声传感器结构图。
图1B是本发明光纤声传感器的分解图。
图2是本发明前导声管的结构图。
图3是本发明支架的结构图。
图4是本发明发射光纤与接收光纤之间光传输的形成示意图。
图中： 1.外套管 11.左端 12.右端 13.注胶孔
2.尾管 21.左端 22.右端 3.前导声管 3a.端面
31.A开口槽 32.B开口槽 33.C开口槽 34.导声腔 31a.A通孔
4.支架 41.凹槽 42.右端 43.A导纤槽 44.B导纤槽
45.左端 5.敏感组件 51.发射光纤 52.接收光纤 53.盖板
54.基板 54a.A斜槽 54b.B斜槽 6.振动膜片
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。
本发明是一种适用于光纤声传感器的传感头，该传感头是对由输入端进入的声音进行探测，然后输出带有声音信息(声音强度、声音频率)的光信号。该传感头通过敏感组件5中的发射光纤51与接收光纤52对振动膜片6敏感到的声音振动，并将该声音振动用于改变在接收光纤52中传输的光信号，最后通过光纤声传感器中的检测单元将光信号转换为声信号。采用高反射率的振动膜片6敏感由声音引起的周围空气的振动，来改变入射光的传播方向，即反射光的形成，从而调制接收光纤52所接受的光强。最后通过解调接收光纤52接收到的光强，还原被探测的声音信号。
参见图1、图1A、图1B所示，本发明光纤声传感器的传感头由外套管1、尾管2、前导声管3、支架4、敏感组件5和振动膜片6构成，敏感组件5的基板54安装在支架4的凹槽41内，振动膜片6粘接在前导声管3的端面3a上，
外套管1胶粘连接在前导声管3和尾管2上。本发明的传感头从输入端至输出端顺次放置有前导声管3、振动膜片6、敏感组件5、支架4、尾管2。本发明的传感头从输入端进入的是声音，而输出端输出的则是光。本发明的传感头输出端与一光源连接，该光源为传感头提供在发射光纤51中传输的光。
外套管1的左端11胶粘连接在前导声管3上，外套管1的右端12胶粘连接在支架4上；如图1B所示，在外套管1的左端11圆周上均匀设有三个注胶孔13，在外套管1的右端12圆周上均匀设有另外三个注胶孔13。注胶孔13的结构为一圆形通孔，是将光纤声传感器内部器件装配完成后，通过设置在外套管1上的六个注胶孔13将如502胶或紫外胶等经此孔注入，待该胶凝固后，便实现了外套管1与支架4和前导声管3的胶粘连接。
如图1B所示，振动膜片6是一圆片，厚度为0.1～2μm。振动膜片6是设置在前导声管3与敏感组件5之间。振动膜片6的一圆面与前导声管3的连接端3a的端面贴合，振动膜片6的另一圆面与敏感组件5间隔10～200μm。振动膜片6可以采用如硅、银、金、镍、钛或铂加工成一定厚度的圆片结构。
如图1B所示，尾管2为一中空圆形管，为了使发射光纤51和接收光纤52具有收缩状态，本发明将尾管2的右端22设计成细管状，而尾管2的左端21设计成组管状。设尾管2的左端21内直径记为d左，尾管2的右端22内直径记为d右，则有d左大于1～1.5倍d右的尺寸。在本发明中，由于尾管2的左端21直径大于尾管2的右端22直径，故尾管2上将有一收敛段，在同一管体上采用两种不同外径的结构设计，有利于两根光纤(发射光纤51和接收光纤52)靠近。
如图1B、图2所示，前导声管3的连接端3a的外圆周上均匀开有三个开口槽(A开口槽31、B开口槽32、C开口槽33)，每个开口槽的槽内设有通孔，该通孔用于平衡导声腔34内的气压。
参见图3所示，支架4的左端45设有凹槽41，凹槽41用于放置基板54，支架4的两侧分别设有A导纤槽43、B导纤槽44，A导纤槽43用于发射光纤51通过，B导纤槽44用于接收光纤52通过。
参见图1B、图4所示，敏感组件5由基板54、盖板53、发射光纤51和接收光纤52组成，基板54上设有A斜槽54a、B斜槽54b，发射光纤51的发射终端与接收光纤52的接收起端形成的夹角，记为光纤夹角β＝30°～90°。发射光纤51采用芯径为62.5μm，外径为125μm的多模光纤，接收光纤52采用芯径为100μm，外径为125μm的多模光纤。
在本发明中，导声管3、外套管1、支架4和尾管2均采用陶瓷材料。敏感组件5中基板54和盖板53均采用铌酸锂材料。
本发明的光纤声传感器的传感头，是基于反射式强度型光纤传感器的基本原理，通过两根光纤成一定夹角的位置关系，对声音信号进行探测。具有高反射率的反射振动膜片敏感由声音引起的周围空气的振动，同时轻微改变反射光的传播方向，从而调制接收光纤所接受的光强。通过解调接收光纤接收到的光信号强度，还原被探测的声音信号。其中发射光纤、接收光纤、反射振动膜片三者之间的位置关系对系统的性能有很大的影响，因而必须设计特定的结构来保证。在本发明中，设计双光纤基片来保证发射和接收光纤之间的位置。设计特殊的膜片管，固定反射振动膜片，调节膜片管与双光纤的位置，使其成为理想配合；同时膜片管还具有导声的功能。设计模块支架，安装双光纤模块，固定双光纤的空间位置。同时，为了保护系统元件，设计后缩管，对光纤进行保护，利于集成制作。设计外套管结构，保护、固定模块支架、膜片管等内部结构，提升系统性能。
Claims (6)
1、一种光纤声传感器的传感头，其特征在于：该传感头由外套管(1)、尾管(2)、前导声管(3)、支架(4)、敏感组件(5)和振动膜片(6)构成，该传感头从输入端至输出端顺次放置有前导声管(3)、振动膜片(6)、敏感组件(5)、支架(4)、尾管(2)；敏感组件(5)的基板(54)安装在支架(4)的凹槽(41)内，振动膜片(6)粘接在前导声管(3)的端面(3a)上；外套管(1)的左端(11)胶粘连接在前导声管(3)上，外套管(1)的右端(12)胶粘连接在支架(4)上；
在外套管(1)的左端(11)圆周上均匀设有三个注胶孔(13)，在外套管(1)的右端(12)圆周上均匀设有另外三个注胶孔(13)；
振动膜片(6)是一圆片，振动膜片(6)是设置在前导声管(3)与敏感组件(5)之间，且振动膜片(6)的一圆面与前导声管(3)的连接端(3a)的端面贴合，振动膜片(6)的另一圆面与敏感组件(5)间隔10～200μm；
尾管(2)为一中空圆形管；
前导声管(3)的连接端(3a)的外圆周上均匀布置有A开口槽(31)、B开口槽(32)、C开口槽(33)；
支架(4)的左端(45)设有凹槽(41)，凹槽(41)用于放置基板(54)，支架(4)的两侧分别设有A导纤槽(43)、B导纤槽(44)，A导纤槽(43)用于发射光纤(51)通过，B导纤槽(44)用于接收光纤(52)通过；
敏感组件(5)由基板(54)、盖板(53)、发射光纤(51)和接收光纤(52)组成，基板(54)上设有A斜槽(54a)、B斜槽(54b)，发射光纤(51)的发射终端与接收光纤(52)的接收起端形成的夹角，记为光纤夹角β＝30°～90°。
2、根据权利要求1所述的光纤声传感器的传感头，其特征在于：振动膜片(6)的厚度为0.1～2μm。
3、根据权利要求1所述的光纤声传感器的传感头，其特征在于：振动膜片(6)采用的硅、银、金、镍、钛或铂加工面成。
4、根据权利要求1所述的光纤声传感器的传感头，其特征在于：发射光纤(51)采用芯径为62.5μm外径为125μm的多模光纤，接收光纤(52)采用芯径为100μm外径为125μm的多模光纤。
5、根据权利要求1所述的光纤声传感器的传感头，其特征在于：导声管(3)、外套管(1)、支架(4)和尾管(2)均采用陶瓷材料。
6、根据权利要求1所述的光纤声传感器的传感头，其特征在于：敏感组件(5)中基板(54)和盖板(53)都采用铌酸锂材料。
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