CN103994818B - 光纤fp腔声波传感探头 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光纤FP腔声波传感探头。该光纤FP腔声波传感探头包括：壳体，呈筒状，在其内部设置限位卡；振动膜，安装于壳体的顶部，其内侧具有反光面；底托，可拆卸地固定于壳体的下端；弹簧托，其剖面形状呈“T”字形，其顶部开设有弹簧槽；内芯，其剖面形状呈倒十字架形状，其下部卡止于限位卡，其上部朝向振动膜方向延伸；弹簧，位于内芯与弹簧托之间，其上端套设于内芯下部的凸起处，其下端位于弹簧托顶部的弹簧槽内，其正常状态为压缩状态，以将内芯压止于限位卡上；以及光纤，其上端面与振动膜的反光面构成光纤FP腔。本发明光纤FP腔声波传感探头采用弹簧结构，有效缓解了机械震动，提高了稳定性，抑制了零点漂移。

Description

光纤FP腔声波传感探头

技术领域

本发明涉及光电传感器技术领域，尤其涉及一种光纤FP腔声波传感探头。

背景技术

光纤声波传感器不同于常见的麦克风，它具有灵敏度高、抗电磁干扰能力强、探测频谱范围宽，适合于在复杂电磁环境和恶劣气候条件下使用。在工业、军事、医疗等领域具有广泛应用。例如，它可用于环境噪声监测、超声探伤、健康监测、机械故障诊断、用于火炮、狙击手的侦察定位、反潜直升机等低慢小目标的探测和跟踪等。光纤声波传感器按光学检测原理可分为强度测量式和位相测量式，其中基于位相测量的光纤FP腔声波传感器具有结构简单，灵敏度高，信号易于解调等优点，因而获得了广泛研究。光纤FP腔声波传感器制备技术目前还不十分成熟，仍处于实验室研发阶段。

然而，目前的光纤FP腔声波传感探头的稳定性较差，易产生零点漂移，这些缺点限制了光纤FP腔声波传感器的实际应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种光纤FP腔声波传感探头，以提高其稳定性，抑制零点漂移。

(二)技术方案

本发明光纤FP腔声波传感探头包括：壳体3，呈筒状结构，在其内部预设位置设置限位卡30；振动膜1，安装于壳体3的顶部，其朝向壳体3内部的一侧具有反光面10；底托7，可拆卸地固定于壳体3的下端，其中部开口；弹簧托6，其剖面形状呈“T”字形，其下部向下穿过底托7中部的开口，其上部压于底托7上，其中心轴线位置开设有光纤孔，其顶部开设有弹簧槽；内芯4，其剖面形状呈倒十字架形状，其下部卡止于限位卡30，其上部朝向振动膜方向延伸，其中心轴线位置开设有光纤孔；弹簧5，位于内芯4与弹簧托6之间，其上端套设于内芯4下部的凸起处，其下端位于弹簧托6顶部的弹簧槽内，其正常状态为压缩状态，以将内芯4压止于限位卡30上；以及光纤2，由壳体3外经由弹簧托6的光纤孔、弹簧5和内芯4的光纤孔进入壳体3内，其中，该光纤2的顶部与内芯4上部的上表面平齐，形成光纤上端面11，该光纤上端面11与振动膜1的反光面10构成光纤FP腔。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明光纤FP腔声波传感探头具有以下有益效果：

(1)采用弹簧结构，有效缓解了机械震动，提高了稳定性，抑制了零点漂移；

(2)结构简单、便于生产、成本低，适合于广泛推广。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例光纤FP腔声波传感探头的剖视图；

图2为根据本发明第二实施例光纤FP腔声波传感探头的剖视图。

【本发明主要元件符号说明】

1-振动膜；2-光纤；

3-壳体；30-限位卡；

31-下壳体；32-上壳体；

4-内芯；5-弹簧；

6-弹簧托；7-底托；

8-锁环；9-保护罩；

10-振动膜1的反光面；11-光纤2的上端面；

12-入声孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。

在本发明的第一个示例性实施例中，提供了一种光纤FP腔声波传感探头。图1为根据本发明第一实施例光纤FP腔声波传感探头的剖视图。如图1所示，本实施例光纤FP腔声波传感探头包括：振动膜1、光纤2、壳体3、内芯4、弹簧5、弹簧托6、底托7、锁环8、保护罩9。壳体3、内芯4、弹簧5、弹簧托6、底托7共轴。

以下对本实施例光纤FP腔声波传感探头的各个组成部分进行详细说明。

壳体3，呈筒状结构，在其内部预设位置设置限位卡30，其是由金属材料或者非金属材料制备。本实施例中，壳体由不锈钢材料加工而成，限位卡30距离壳体底端的距离不小于L/2，其中，L为壳体的长度。

振动膜1，安装于壳体3的顶部，其反光面10朝向壳体3内部，用于感应外界声波。保护罩9，固定于壳体3的顶部和振动膜1的外侧，其顶部开设有入声孔12，用于保护振动膜1。

为了提高振动膜1反光面的反射率，在该振动膜的内侧面镀有金属反射层形成反光面10，其材料为金、银、钛、铬、镍、钨、锡、金银合金、钛合金、镍铬、镍铜合金等，反射层厚度介于100nm至10000nm之间；

底托7，可拆卸固定于壳体3的下端，其中部开口。本实施例中，底托7与壳体3下端螺纹连接，使弹簧托6挤压弹簧5，进而将内芯4牢固地限位于弹簧5和壳体内的限位卡30之间，并且，底托7的位置上下可调。

弹簧托6，呈近似伞状结构，其剖面形状呈“T”字形，其下部穿过底托7中部的开口，其上部压于底托7上，该弹簧托6的顶部开设有弹簧槽，其中心轴线位置开设有光纤孔。内芯4，呈近似倒伞状结构，其剖面形状呈倒十字架形状，其下部卡止于限位卡30，其上部朝向振动膜方向延伸，其中心轴线位置开设有光纤孔。

弹簧5位于内芯4与弹簧托6之间，其上端套设于内芯4下部的凸起处，其下端位于弹簧托6顶部的弹簧槽内，其正常状态为压缩状态，以将内芯4压设于限位卡30上。

请参照图1，光纤2由壳体3外经由弹簧托7、弹簧5和内芯4进入壳体内。光纤2的顶部与内芯4的上表面平齐，形成光纤上端面11，该光纤上端面11与振动膜1的反光面10构成光纤FP腔。其中，振动膜反光面与光纤上端面之间的距离介于1μm至1000μm之间。光纤2可以为单模光纤或单模保偏光纤。

本实施例中，在该弹簧的作用下，光纤的轴向位置可以在外界振动的情况下仍然保持不变，从而有效抑制了零点漂移。

锁环8固定于底托7的底部，其中部开口正对所述底托7的中部开口，该开口的形状和尺寸与弹簧托6下部的形状和尺寸对应。本实施例中，在该锁环8的作用下，光纤的径向位置被固定，从而进一步抑制了由于外界振动而引起的零点漂移。

本实施例中，内芯4、弹簧托6、底托7和锁环8均由不锈钢材料制备。可见，本实施例光纤FP腔声波传感探头结构简单、便于生产、成本低，适合于广泛推广。

在本发明的第二个示例性实施例中，提供了一种光纤FP腔声波传感探头。图2为根据本发明第二实施例光纤FP腔声波传感探头的剖视图。如图2所示，本实施例光纤FP腔声波传感探头与第一实施例的区别在于。本实施例中壳体由上壳体32和下壳体31组成。上壳体32下端与下壳体31上端固定连接形成壳体。

振动膜1安装在上壳体32上端，使振动膜1反光面10曝露在上壳体32内。在下壳体31设置限位卡30。内芯4、弹簧5、底托7、锁环8均设置于下壳体31的相应位置。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明光纤FP腔声波传感探头有了清楚的认识。

此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：

(1)限位卡30的位置可以根据需要上下调整；

(2)壳体3、内芯4、弹簧托6、底托7和锁环8还可以由钛、铜、铝、铝合金和镍铜合金等材料制备，并且，不同的部件可以由不同的材料制备。

综上所述，本发明采用弹簧结构，有效缓解了机械震动，具有抗机械振动、稳定性好、可广泛用于环境噪声监测、加速度动态信号测量、语音通讯、噪声源定位、复杂电磁环境下的声波信号拾取等。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光纤FP腔声波传感探头，其特征在于，包括：

壳体(3)，呈筒状结构，在其内部预设位置设置限位卡(30)；

振动膜(1)，安装于所述壳体(3)的顶部，其朝向所述壳体(3)内部的一侧具有反光面(10)；

底托(7)，可拆卸地固定于所述壳体(3)的下端，其中部开口；

弹簧托(6)，其剖面形状呈“T”字形，其下部向下穿过所述底托(7)中部的开口，其上部压于所述底托(7)上，其中心轴线位置开设有光纤孔，其顶部开设有弹簧槽；

内芯(4)，其剖面形状呈倒十字架形状，其下部卡止于所述限位卡(30)，其上部朝向振动膜方向延伸，其中心轴线位置开设有光纤孔；

弹簧(5)，位于所述内芯(4)与弹簧托(6)之间，其上端套设于所述内芯(4)下部的凸起处，其下端位于所述弹簧托(6)顶部的弹簧槽内，其正常状态为压缩状态，以将所述内芯(4)压止于所述限位卡(30)上；以及

光纤(2)，由壳体(3)外经由所述弹簧托(6)的光纤孔、弹簧(5)和内芯(4)的光纤孔进入壳体(3)内，其中，该光纤(2)的顶部与所述内芯(4)上部的上表面平齐，形成光纤上端面(11)，该光纤上端面(11)与所述振动膜(1)的反光面(10)构成光纤FP腔。

2.根据权利要求1所述的光纤FP腔声波传感探头，其特征在于，还包括：

锁环(8)，固定于所述底托(7)的底部，其中部开口，该开口正对所述底托(7)中部的开口；

其中，所述锁环(8)中部的开口的形状和尺寸与所述弹簧托(6)下部的形状和尺寸相对应，所述弹簧托(6)的下部穿过所述锁环(8)的该开口，并由该开口限位。

3.根据权利要求1所述的光纤FP腔声波传感探头，其特征在于，所述底托(7)螺接于所述壳体(3)的下端。

4.根据权利要求1所述的光纤FP腔声波传感探头，其特征在于，所述限位卡(30)距离壳体底端的距离不小于L/2，其中，L为壳体的长度。

5.根据权利要求1所述的光纤FP腔声波传感探头，其特征在于，还包括：

保护罩(9)，固定于所述壳体(3)的顶部和所述振动膜(1)的外侧，其顶部开设有入声孔(12)。

6.根据权利要求1所述的光纤FP腔声波传感探头，其特征在于，所述反光面(10)为镀于振动膜(1)上的金属反射层；

该金属反射层的厚度介于100nm至10000nm之间，其材料为以下材料其中之一：金、银、钛、铬、镍、钨、锡、金银合金、钛合金、镍铬和镍铜合金。

7.根据权利要求1所述的光纤FP腔声波传感探头，其特征在于，所述振动膜(1)的反光面与光纤上端面(11)之间的距离介于1μm至1000μm之间。

8.根据权利要求2所述的光纤FP腔声波传感探头，其特征在于，所述壳体由连接在一起的上壳体(32)和下壳体(31)构成；

其中，所述振动膜(1)安装在所述上壳体(32)的上端，其反光面10朝向所述上壳体(32)内部，所述限位卡(30)、内芯(4)、弹簧(5)、底托(7)、锁环(8)均设置于所述下壳体(31)的相应位置。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的光纤FP腔声波传感探头，其特征在于，所述光纤(2)为单模光纤或单模保偏光纤。

10.根据权利要求2所述的光纤FP腔声波传感探头，其特征在于，所述壳体(3)、内芯(4)、弹簧托(6)、底托(7)和锁环(8)由以下材料其中之一制备：不锈钢、钛、铜、铝、铝合金和镍铜合金。