CN107421624A - 一种用于改善指向性的光纤超声传感器及封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于改善指向性的光纤超声传感器及封装方法，包括光纤本体(1)，所述的光纤超声传感器还包括屏蔽针管，所述的屏蔽针管套于光纤本体(1)外部且光纤本体(1)的部分传感区伸出屏蔽针管前端，外露于屏蔽针管前端的光纤本体(1)通过半球形玻璃(3)包裹，所述的半球形玻璃(3)密封连接屏蔽针管前端。与现有技术相比，本发明封装后的光纤超声传感器能够实现对空间中单点声信号的测量，达到改善指向性的效果。

Description

一种用于改善指向性的光纤超声传感器及封装方法
技术领域
本发明涉及一种光纤超声传感器及封装方法，尤其是涉及一种用于改善指向性的光纤超声传感器及封装方法。
背景技术
传统的声电型换能器技术规范，工艺成熟，使用方便，然而其在某些恶劣环境下难以正常工作，如探测化学或者电磁环境中或者高强度的声场等。而光纤声传感器，由于制作材料绝缘，能抗电磁干扰，且材料抗压能力强，灵敏度高，耐腐蚀等特点，越来越受人关注。此外，随着制造技术的进步，其成本也在不断降低，易复用，具有很高的性价比，是传统声电型换能器的理想替代品。
然而由于光纤光栅的传感区域较长，接收到的信号是整个传感区域上的积分，对于测量高频声场单点的声信号造成困难，所以需要对光纤进行封装，使其便于测量空间中某一点的声信号。
与测量板波不同，光纤光栅传感器用作水听器时，对封装的要求更高，难度也越大。由于水听器测量的是三维空间中一点的声信号，所以很难通过封装外壳将某一点的信号导入进光纤。另外，通过简单的封装，难以控制传感器的指向性，没办法获得规律性的指向性结果，尤其是极大值出现的角度容易不统一，这对光纤水听器声场测量时角度的摆放影响较大，对声压的测量也会产生较大误差。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于改善指向性的光纤超声传感器及封装方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于改善指向性的光纤超声传感器，包括光纤本体，所述的光纤超声传感器还包括屏蔽针管，所述的屏蔽针管套于光纤本体外部且光纤本体的部分传感区伸出屏蔽针管前端，外露于屏蔽针管前端的光纤本体通过半球形玻璃包裹，所述的半球形玻璃密封连接屏蔽针管前端。
所述的屏蔽针管为钢制屏蔽针管。
所述的屏蔽针管中的光纤本体和屏蔽针管管壁之间填充有阻尼填充物。
所述的阻尼填充物包括硅橡胶。
一种用于改善指向性的光纤超声传感器的封装方法，该方法包括如下步骤：
(1)在光纤本体外部套设一根屏蔽针管且光纤本体的部分传感区伸出屏蔽针管前端；
(2)在伸出屏蔽针管前端的光纤本体外侧包裹一个半球形玻璃，并将半球形玻璃与屏蔽针管密封连接。
步骤(1)和(2)之间还包括如下步骤：在屏蔽针管中的光纤本体和屏蔽针管管壁之间填充阻尼填充物，进而光纤本体不与屏蔽针管管壁接触。
所述的阻尼填充物包括硅橡胶。
所述的屏蔽针管为钢制屏蔽针管。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明在光纤本体上套设屏蔽针管仅使得光纤本体的部分传感区伸出屏蔽针管，伸出的长度取决于待测声信号的波长，伸出屏蔽针管的部分传感区能够实现空间中某点声信号的采集，而其他传感区置于屏蔽针管内，屏蔽针管可以有效地屏蔽周围声场的影响，避免由于光纤光栅传感区过长造成单点声信号测量不准确；
(2)本发明设置半球形玻璃包裹住伸出屏蔽针管的光纤本体，使得光纤超声传感器灵敏度最大角度固定在0°，并且随着入射角度的变化呈单调递减的趋势，实现改善光纤超声传感器指向性，达到可控性，能够在测量时有针对性地摆放光纤超声传感器；
(3)本发明钢制屏蔽针管屏蔽周围声场效果好，提高单点声信号测量准确性；
(4)本发明设置如硅橡胶之类的阻尼填充物，由于硅橡胶凝固后阻尼较大，可以有效阻隔声信号经由针管传播进光纤本体，从而进一步提高了屏蔽效果，提高单点声信号测量准确性。
附图说明
图1为本发明用于改善指向性的光纤超声传感器的结构示意图；
图2为本发明用于改善指向性的光纤超声传感器的封装方法的流程框图。
图中，1为光纤本体，2为钢制屏蔽针管，3为半球形玻璃，4为硅橡胶。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种用于改善指向性的光纤超声传感器，包括光纤本体1，光纤超声传感器还包括屏蔽针管，屏蔽针管套于光纤本体1外部且光纤本体1的部分传感区伸出屏蔽针管前端，外露于屏蔽针管前端的光纤本体1通过半球形玻璃3包裹，半球形玻璃3密封连接屏蔽针管前端。屏蔽针管为钢制屏蔽针管2。屏蔽针管中的光纤本体1和屏蔽针管管壁之间填充有阻尼填充物。阻尼填充物包括硅橡胶4。采用钢制屏蔽针管2对光纤本体1进行封装，用于屏蔽周围声场的影响，以屏蔽针管前端裸露的部分光纤本体1作为声信号的接收点，并用半球形玻璃3包裹，实现对空间中单点声信号的测量，达到改善指向性的效果。采用阻尼填充物如硅橡胶4填充于光纤与针管之间，将光纤悬空于针管中，由于硅橡胶4凝固后阻尼较大，可以有效阻隔声信号经由针管传播进光纤，从而进一步提高了屏蔽效果，提高单点声信号测量准确性。
如图2所示，一种用于改善指向性的光纤超声传感器的封装方法，该方法包括如下步骤：
S1：在光纤本体1外部套设一根屏蔽针管且光纤本体1的部分传感区伸出屏蔽针管前端，屏蔽针管为钢制屏蔽针管2，钢制屏蔽针管2屏蔽周围声场效果好，提高单点声信号测量准确性，屏蔽针管前端暴露一部分含有传感区的光纤本体1，以此将该段声信号传进光纤本体1传感区，该段暴露的长度取决于待测声信号的波长，如待测信号频率在500kHz以下，则在针管外光纤长度约为1mm；
S2：在屏蔽针管中的光纤本体1和屏蔽针管管壁之间填充阻尼填充物，进而光纤本体1不与屏蔽针管管壁接触，阻尼填充物包括硅橡胶4；
S3：在伸出屏蔽针管前端的光纤本体1外侧包裹一个半球形玻璃3，并将半球形玻璃3与屏蔽针管密封连接，半球形玻璃3包裹住伸出屏蔽针管的光纤本体1，使得光纤超声传感器灵敏度最大角度固定在0°，并且随着入射角度的变化呈单调递减的趋势，实现改善光纤超声传感器指向性，达到可控性，能够在测量时有针对性地摆放光纤超声传感器。
本发明所要解决的技术问题是针对光纤光栅的传感区域较长，接收到的信号是整个传感区域上的积分，对于测量高频声场单点的声信号造成困难，所以需要对光纤进行封装，使其便于对空间声场中某一点声发射信号进行检测；另外，简单封装的光纤水听器指向性具有无规性，尤其极大值出现的角度不易统一，对单点声压的测量会产生较大误差。采用钢制屏蔽针管2对光纤本体1进行封装，用于屏蔽周围声场的影响，以针管前端裸露的部分光纤本体1作为声信号的接收点，并用半球形玻璃3包裹，实现对空间中单点声信号的测量，达到改善指向性的效果。光纤本体1作为超声传感器的核心部分，用于接收空间中某一点的声信号，具有径细、质软、重量轻、耐高温、耐腐蚀的特点。具体应用时，将该超声传感器连接激光器，声信号给光纤光栅一个应力，改变其工作波长。本发明所采用的光纤超声传感器封装方式封装后形成的光纤超声传感器具有体积小、可实现测量空间中某一点的声信号的特点，能够提高传感灵敏度；将灵敏度最大角度置于0°，且能够较好地随着入射角度的增加而单调减小，是一种新型的用于改善指向性的光纤超声传感器封装方法。

Claims (8)

1.一种用于改善指向性的光纤超声传感器，包括光纤本体(1)，其特征在于，所述的光纤超声传感器还包括屏蔽针管，所述的屏蔽针管套于光纤本体(1)外部且光纤本体(1)的部分传感区伸出屏蔽针管前端，外露于屏蔽针管前端的光纤本体(1)通过半球形玻璃(3)包裹，所述的半球形玻璃(3)密封连接屏蔽针管前端。
2.根据权利要求1所述的一种用于改善指向性的光纤超声传感器，其特征在于，所述的屏蔽针管为钢制屏蔽针管(2)。
3.根据权利要求1所述的一种用于改善指向性的光纤超声传感器，其特征在于，所述的屏蔽针管中的光纤本体(1)和屏蔽针管管壁之间填充有阻尼填充物。
4.根据权利要求3所述的一种用于改善指向性的光纤超声传感器，其特征在于，所述的阻尼填充物包括硅橡胶(4)。
5.一种用于改善指向性的光纤超声传感器的封装方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)在光纤本体(1)外部套设一根屏蔽针管且光纤本体(1)的部分传感区伸出屏蔽针管前端；
(2)在伸出屏蔽针管前端的光纤本体(1)外侧包裹一个半球形玻璃(3)，并将半球形玻璃(3)与屏蔽针管密封连接。
6.根据权利要求5所述的一种用于改善指向性的光纤超声传感器的封装方法，其特征在于，步骤(1)和(2)之间还包括如下步骤：在屏蔽针管中的光纤本体(1)和屏蔽针管管壁之间填充阻尼填充物，进而光纤本体(1)不与屏蔽针管管壁接触。
7.根据权利要求6所述的一种用于改善指向性的光纤超声传感器的封装方法，其特征在于，所述的阻尼填充物包括硅橡胶(4)。
8.根据权利要求5所述的一种用于改善指向性的光纤超声传感器的封装方法，其特征在于，所述的屏蔽针管为钢制屏蔽针管(2)。
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