CN114414033A - 一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声传感器及测量方法 - Google Patents
一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声传感器及测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114414033A CN114414033A CN202210045572.6A CN202210045572A CN114414033A CN 114414033 A CN114414033 A CN 114414033A CN 202210045572 A CN202210045572 A CN 202210045572A CN 114414033 A CN114414033 A CN 114414033A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- caf
- sensor
- resonant cavity
- crystal
- sensitivity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 101
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 80
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 51
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 39
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 24
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 37
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 15
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 15
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 15
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 12
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 9
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 9
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 9
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 claims description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 6
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 5
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 claims description 4
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 3
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本发明涉及谐振式声传感器，具体是一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声传感器及测量方法。本发明解决了现有谐振式声传感器灵敏度较低的问题。一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声传感器，包括1630nm激光器、第一偏振控制器、1550nm激光器、第二偏振控制器、光纤锥、CaF2晶体谐振腔、长通滤波器、光电探测器、示波器、计算机；1630nm激光器的出射端通过第一偏振控制器与光纤锥的首端连接；1550nm激光器的出射端通过第二偏振控制器与光纤锥的首端连接；光纤锥的尾端通过长通滤波器与光电探测器的入射端连接；CaF2晶体谐振腔与光纤锥耦合；光电探测器的信号输出端与示波器的信号输入端连接；示波器的信号输出端与计算机的信号输入端连接。本发明适用于声信号的测量。
Description
技术领域
本发明涉及谐振式声传感器，具体是一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声传感器及测量方法。
背景技术
谐振式声传感器因其具有体积小、重量轻、成本低等优点，而被广泛应用于声信号的测量。在现有技术条件下，谐振式声传感器普遍基于F-P谐振腔或波导谐振腔进行工作。但在实际应用中，由于F-P谐振腔和波导谐振腔的品质因数较低，导致现有谐振式声传感器存在灵敏度较低的问题。基于此，有必要发明一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声传感器及测量方法，以解决现有谐振式声传感器灵敏度较低的问题。
发明内容
本发明为了解决现有谐振式声传感器灵敏度较低的问题，提供了一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声传感器及测量方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声传感器，包括1630nm激光器、第一偏振控制器、1550nm激光器、第二偏振控制器、光纤锥、CaF2晶体谐振腔、长通滤波器、光电探测器、示波器、计算机；1630nm激光器的出射端通过第一偏振控制器与光纤锥的首端连接；1550nm激光器的出射端通过第二偏振控制器与光纤锥的首端连接；光纤锥的尾端通过长通滤波器与光电探测器的入射端连接；CaF2晶体谐振腔与光纤锥耦合；光电探测器的信号输出端与示波器的信号输入端连接；示波器的信号输出端与计算机的信号输入端连接。
还包括信号发生器、功率放大器、扬声器、分贝仪、频谱仪；信号发生器的信号输出端与功率放大器的信号输入端连接；功率放大器的信号输出端与扬声器的信号输入端连接；扬声器和分贝仪均位于CaF2晶体谐振腔的旁侧；频谱仪的信号输入端与光电探测器的信号输出端连接。
所述1630nm激光器、1550nm激光器均采用连续可调谐窄带激光器。
所述光纤锥采用如下步骤制备而成：首先，从单模光纤的中心部分截取长度为2cm的单模光纤；然后，利用剥线钳将所截取单模光纤的涂覆层和外包层剥掉；然后，利用熔融拉锥机对剥好的单模光纤进行预热；然后，利用氢氧火焰对预热后的单模光纤进行加热，由此制得直径为2μm的光纤锥。
所述CaF2晶体谐振腔采用如下步骤制备而成：首先，利用单点金刚石切削技术对CaF2晶体进行切削，得到直径为5mm、高度为0.5mm的CaF2晶体圆片；然后，利用抛光纸和抛光液对CaF2晶体圆片进行抛光，由此制得CaF2晶体谐振腔。
CaF2晶体谐振腔与光纤锥之间的耦合状态为欠耦合或临界耦合或过耦合，且耦合状态可利用六维调整架进行调控。
所述长通滤波器的截止波长大于1550nm。
一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声测量方法(该方法是基于本发明所述的一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声传感器实现的)，该方法是采用如下步骤实现的：
首先，控制传感器进入工作模式；工作模式具体为：1550nm激光器发出1550nm波段的泵浦光，泵浦光依次经第二偏振控制器、光纤锥、CaF2晶体谐振腔、光纤锥入射到长通滤波器，并被长通滤波器吸收；当泵浦光经过CaF2晶体谐振腔时，泵浦光激发CaF2晶体谐振腔的拉曼增益，由此补偿CaF2晶体谐振腔的材料损耗，从而提高CaF2晶体谐振腔的品质因数；同时，1630nm激光器发出1630nm波段的探测光，探测光依次经第一偏振控制器、光纤锥、CaF2晶体谐振腔、光纤锥、长通滤波器入射到光电探测器，然后经光电探测器转换为电信号；电信号传输至示波器，并经示波器转换为谐振谱；谐振谱一方面显示于示波器上，另一方面传输至计算机；
在工作模式下，当声信号作用于CaF2晶体谐振腔时，谐振谱的谐振波长处的光强发生变化；计算机实时监测光强变化量，并将光强变化量代入传感器的声压测量方程，由此计算出声压；所述传感器的声压测量方程表示如下：
式中：ΔI表示光强变化量；P表示声压；A表示CaF2晶体谐振腔有效折射率的变化率，其单位为Pa-1，其大小由CaF2材料参数和CaF2晶体谐振腔的尺寸共同决定；λ表示谐振谱的谐振波长；
表示谐振谱一阶导数线性区域的斜率；Q表示CaF2晶体谐振腔的品质因数。
该方法还包括利用信号发生器、功率放大器、扬声器、分贝仪来判断传感器的性能指标是否符合要求；具体步骤如下：
首先，控制传感器进入工作模式；
在工作模式下，信号发生器输出正弦波信号，正弦波信号经功率放大器传输至扬声器，并经扬声器转换为声信号；声信号一方面作用于CaF2晶体谐振腔，使得谐振谱的谐振波长处的光强发生变化，另一方面作用于分贝仪；计算机实时监测光强变化量；分贝仪实时监测声压；
然后，一方面根据光强变化量和声压计算出传感器的灵敏度测试值，另一方面计算出传感器的灵敏度标准值；具体计算公式如下：
式中：S′表示传感器的灵敏度测试值；ΔI表示光强变化量；P表示声压；S表示传感器的灵敏度标准值；A表示CaF2晶体谐振腔有效折射率的变化率，其单位为Pa-1，其大小由CaF2材料参数和CaF2晶体谐振腔的尺寸共同决定；λ表示谐振谱的谐振波长；
表示谐振谱一阶导数线性区域的斜率；
然后，将传感器的灵敏度测试值与传感器的灵敏度标准值进行比较，并根据比较结果来判断传感器的性能指标是否符合要求：若传感器的灵敏度测试值与传感器的灵敏度标准值吻合，则表明传感器的性能指标符合要求；若传感器的灵敏度测试值与传感器的灵敏度标准值不吻合，则表明传感器的性能指标不符合要求。
该方法还包括利用信号发生器、功率放大器、扬声器、频谱仪来确定传感器的频率响应范围；具体步骤如下：
首先，控制传感器进入工作模式；
在工作模式下，电信号传输至频谱仪，并经频谱仪转换为频谱；信号发生器输出正弦波信号，正弦波信号经功率放大器传输至扬声器，并经扬声器转换为声信号；声信号作用于CaF2晶体谐振腔；
然后，通过观察频谱来判断传感器能否响应当前频率的声信号：若频谱出现了明显峰值，则表明传感器能够响应当前频率的声信号；若频谱未出现明显峰值，则表明传感器无法响应当前频率的声信号；
然后，改变正弦波信号的频率，使得声信号的频率发生改变，并重复执行上一步骤；以此类推，即可得出传感器的最高响应频率和最低响应频率，由此确定传感器的频率响应范围。
与现有谐振式声传感器相比，本发明不再基于F-P谐振腔或波导谐振腔进行工作，而是基于CaF2晶体谐振腔进行工作，由此具备了灵敏度高的优点。具体而言，由于CaF2晶体谐振腔具有超高的品质因数和极小的模式体积，使得本发明具备了超高的灵敏度。在此基础上，本发明利用拉曼增益对CaF2晶体谐振腔的材料损耗进行补偿，使得CaF2晶体谐振腔的品质因数进一步提高，由此使得本发明的灵敏度进一步提高。此外，由于CaF2晶体谐振腔具有10-11g抗加速度及低噪声干扰，使得本发明具备了良好的稳定性。
本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了现有谐振式声传感器灵敏度较低的问题，适用于声信号的测量。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中频谱出现了明显峰值的示意图。
图中：1-1630nm激光器，2-第一偏振控制器，3-1550nm激光器，4-第二偏振控制器，5-光纤锥，6-CaF2晶体谐振腔，7-长通滤波器，8-光电探测器，9-示波器，10-计算机，11-信号发生器，12-功率放大器，13-扬声器，14-分贝仪，15-频谱仪。
具体实施方式
一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声传感器，包括1630nm激光器1、第一偏振控制器2、1550nm激光器3、第二偏振控制器4、光纤锥5、CaF2晶体谐振腔6、长通滤波器7、光电探测器8、示波器9、计算机10；1630nm激光器1的出射端通过第一偏振控制器2与光纤锥5的首端连接；1550nm激光器3的出射端通过第二偏振控制器4与光纤锥5的首端连接；光纤锥5的尾端通过长通滤波器7与光电探测器8的入射端连接；CaF2晶体谐振腔6与光纤锥5耦合；光电探测器8的信号输出端与示波器9的信号输入端连接；示波器9的信号输出端与计算机10的信号输入端连接。
还包括信号发生器11、功率放大器12、扬声器13、分贝仪14、频谱仪15；信号发生器11的信号输出端与功率放大器12的信号输入端连接；功率放大器12的信号输出端与扬声器13的信号输入端连接；扬声器13和分贝仪14均位于CaF2晶体谐振腔6的旁侧；频谱仪15的信号输入端与光电探测器8的信号输出端连接。
所述1630nm激光器1、1550nm激光器3均采用连续可调谐窄带激光器。
所述光纤锥5采用如下步骤制备而成：首先，从单模光纤的中心部分截取长度为2cm的单模光纤；然后，利用剥线钳将所截取单模光纤的涂覆层和外包层剥掉；然后，利用熔融拉锥机对剥好的单模光纤进行预热；然后，利用氢氧火焰对预热后的单模光纤进行加热，由此制得直径为2μm的光纤锥5。
所述CaF2晶体谐振腔6采用如下步骤制备而成：首先，利用单点金刚石切削技术对CaF2晶体进行切削，得到直径为5mm、高度为0.5mm的CaF2晶体圆片；然后，利用抛光纸和抛光液对CaF2晶体圆片进行抛光，由此制得CaF2晶体谐振腔6。
CaF2晶体谐振腔6与光纤锥5之间的耦合状态为欠耦合或临界耦合或过耦合，且耦合状态可利用六维调整架进行调控。
所述长通滤波器7的截止波长大于1550nm。
一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声测量方法(该方法是基于本发明所述的一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声传感器实现的)，该方法是采用如下步骤实现的：
首先，控制传感器进入工作模式；工作模式具体为：1550nm激光器3发出1550nm波段的泵浦光，泵浦光依次经第二偏振控制器4、光纤锥5、CaF2晶体谐振腔6、光纤锥5入射到长通滤波器7，并被长通滤波器7吸收；当泵浦光经过CaF2晶体谐振腔6时，泵浦光激发CaF2晶体谐振腔6的拉曼增益，由此补偿CaF2晶体谐振腔6的材料损耗，从而提高CaF2晶体谐振腔6的品质因数；同时，1630nm激光器1发出1630nm波段的探测光，探测光依次经第一偏振控制器2、光纤锥5、CaF2晶体谐振腔6、光纤锥5、长通滤波器7入射到光电探测器8，然后经光电探测器8转换为电信号；电信号传输至示波器9，并经示波器9转换为谐振谱；谐振谱一方面显示于示波器9上，另一方面传输至计算机10；
在工作模式下，当声信号作用于CaF2晶体谐振腔6时，谐振谱的谐振波长处的光强发生变化；计算机10实时监测光强变化量，并将光强变化量代入传感器的声压测量方程，由此计算出声压；所述传感器的声压测量方程表示如下：
式中：ΔI表示光强变化量；P表示声压；A表示CaF2晶体谐振腔6有效折射率的变化率，其单位为Pa-1，其大小由CaF2材料参数和CaF2晶体谐振腔6的尺寸共同决定；λ表示谐振谱的谐振波长；
表示谐振谱一阶导数线性区域的斜率；Q表示CaF2晶体谐振腔6的品质因数。
该方法还包括利用信号发生器11、功率放大器12、扬声器13、分贝仪14来判断传感器的性能指标是否符合要求；具体步骤如下：
首先，控制传感器进入工作模式；
在工作模式下，信号发生器11输出正弦波信号，正弦波信号经功率放大器12传输至扬声器13，并经扬声器13转换为声信号；声信号一方面作用于CaF2晶体谐振腔6，使得谐振谱的谐振波长处的光强发生变化，另一方面作用于分贝仪14；计算机10实时监测光强变化量；分贝仪14实时监测声压；
然后，一方面根据光强变化量和声压计算出传感器的灵敏度测试值，另一方面计算出传感器的灵敏度标准值；具体计算公式如下：
式中：S′表示传感器的灵敏度测试值；ΔI表示光强变化量；P表示声压；S表示传感器的灵敏度标准值；A表示CaF2晶体谐振腔6有效折射率的变化率，其单位为Pa-1，其大小由CaF2材料参数和CaF2晶体谐振腔6的尺寸共同决定；λ表示谐振谱的谐振波长；
表示谐振谱一阶导数线性区域的斜率；
然后，将传感器的灵敏度测试值与传感器的灵敏度标准值进行比较，并根据比较结果来判断传感器的性能指标是否符合要求：若传感器的灵敏度测试值与传感器的灵敏度标准值吻合，则表明传感器的性能指标符合要求；若传感器的灵敏度测试值与传感器的灵敏度标准值不吻合，则表明传感器的性能指标不符合要求。
该方法还包括利用信号发生器11、功率放大器12、扬声器13、频谱仪15来确定传感器的频率响应范围；具体步骤如下：
首先，控制传感器进入工作模式；
在工作模式下，电信号传输至频谱仪15，并经频谱仪15转换为频谱；信号发生器11输出正弦波信号，正弦波信号经功率放大器12传输至扬声器13，并经扬声器13转换为声信号；声信号作用于CaF2晶体谐振腔6；
然后，通过观察频谱来判断传感器能否响应当前频率的声信号：若频谱出现了明显峰值，则表明传感器能够响应当前频率的声信号；若频谱未出现明显峰值，则表明传感器无法响应当前频率的声信号；
然后，改变正弦波信号的频率，使得声信号的频率发生改变，并重复执行上一步骤；以此类推，即可得出传感器的最高响应频率和最低响应频率，由此确定传感器的频率响应范围。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声传感器，其特征在于：包括1630nm激光器(1)、第一偏振控制器(2)、1550nm激光器(3)、第二偏振控制器(4)、光纤锥(5)、CaF2晶体谐振腔(6)、长通滤波器(7)、光电探测器(8)、示波器(9)、计算机(10)；1630nm激光器(1)的出射端通过第一偏振控制器(2)与光纤锥(5)的首端连接；1550nm激光器(3)的出射端通过第二偏振控制器(4)与光纤锥(5)的首端连接；光纤锥(5)的尾端通过长通滤波器(7)与光电探测器(8)的入射端连接；CaF2晶体谐振腔(6)与光纤锥(5)耦合；光电探测器(8)的信号输出端与示波器(9)的信号输入端连接；示波器(9)的信号输出端与计算机(10)的信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声传感器，其特征在于：还包括信号发生器(11)、功率放大器(12)、扬声器(13)、分贝仪(14)、频谱仪(15)；信号发生器(11)的信号输出端与功率放大器(12)的信号输入端连接；功率放大器(12)的信号输出端与扬声器(13)的信号输入端连接；扬声器(13)和分贝仪(14)均位于CaF2晶体谐振腔(6)的旁侧；频谱仪(15)的信号输入端与光电探测器(8)的信号输出端连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声传感器，其特征在于：所述1630nm激光器(1)、1550nm激光器(3)均采用连续可调谐窄带激光器。
4.根据权利要求1所述的一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声传感器，其特征在于：所述光纤锥(5)采用如下步骤制备而成：首先，从单模光纤的中心部分截取长度为2cm的单模光纤；然后，利用剥线钳将所截取单模光纤的涂覆层和外包层剥掉；然后，利用熔融拉锥机对剥好的单模光纤进行预热；然后，利用氢氧火焰对预热后的单模光纤进行加热，由此制得直径为2μm的光纤锥(5)。
5.根据权利要求1所述的一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声传感器，其特征在于：所述CaF2晶体谐振腔(6)采用如下步骤制备而成：首先，利用单点金刚石切削技术对CaF2晶体进行切削，得到直径为5mm、高度为0.5mm的CaF2晶体圆片；然后，利用抛光纸和抛光液对CaF2晶体圆片进行抛光，由此制得CaF2晶体谐振腔(6)。
6.根据权利要求1所述的一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声传感器，其特征在于：CaF2晶体谐振腔(6)与光纤锥(5)之间的耦合状态为欠耦合或临界耦合或过耦合，且耦合状态可利用六维调整架进行调控。
7.根据权利要求1所述的一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声传感器，其特征在于：所述长通滤波器(7)的截止波长大于1550nm。
8.一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声测量方法，该方法是基于如权利要求1所述的一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声传感器实现的，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：
首先，控制传感器进入工作模式；工作模式具体为：1550nm激光器(3)发出1550nm波段的泵浦光，泵浦光依次经第二偏振控制器(4)、光纤锥(5)、CaF2晶体谐振腔(6)、光纤锥(5)入射到长通滤波器(7)，并被长通滤波器(7)吸收；当泵浦光经过CaF2晶体谐振腔(6)时，泵浦光激发CaF2晶体谐振腔(6)的拉曼增益，由此补偿CaF2晶体谐振腔(6)的材料损耗，从而提高CaF2晶体谐振腔(6)的品质因数；同时，1630nm激光器(1)发出1630nm波段的探测光，探测光依次经第一偏振控制器(2)、光纤锥(5)、CaF2晶体谐振腔(6)、光纤锥(5)、长通滤波器(7)入射到光电探测器(8)，然后经光电探测器(8)转换为电信号；电信号传输至示波器(9)，并经示波器(9)转换为谐振谱；谐振谱一方面显示于示波器(9)上，另一方面传输至计算机(10)；
在工作模式下，当声信号作用于CaF2晶体谐振腔(6)时，谐振谱的谐振波长处的光强发生变化；计算机(10)实时监测光强变化量，并将光强变化量代入传感器的声压测量方程，由此计算出声压；所述传感器的声压测量方程表示如下：
式中：ΔI表示光强变化量；P表示声压；A表示CaF2晶体谐振腔(6)有效折射率的变化率，其单位为Pa-1，其大小由CaF2材料参数和CaF2晶体谐振腔(6)的尺寸共同决定；λ表示谐振谱的谐振波长；
表示谐振谱一阶导数线性区域的斜率；Q表示CaF2晶体谐振腔(6)的品质因数。
9.根据权利要求8所述的一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声测量方法，其特征在于：该方法还包括利用信号发生器(11)、功率放大器(12)、扬声器(13)、分贝仪(14)来判断传感器的性能指标是否符合要求；具体步骤如下：
首先，控制传感器进入工作模式；
在工作模式下，信号发生器(11)输出正弦波信号，正弦波信号经功率放大器(12)传输至扬声器(13)，并经扬声器(13)转换为声信号；声信号一方面作用于CaF2晶体谐振腔(6)，使得谐振谱的谐振波长处的光强发生变化，另一方面作用于分贝仪(14)；计算机(10)实时监测光强变化量；分贝仪(14)实时监测声压；
然后，一方面根据光强变化量和声压计算出传感器的灵敏度测试值，另一方面计算出传感器的灵敏度标准值；具体计算公式如下：
式中：S′表示传感器的灵敏度测试值；ΔI表示光强变化量；P表示声压；S表示传感器的灵敏度标准值；A表示CaF2晶体谐振腔(6)有效折射率的变化率，其单位为Pa-1，其大小由CaF2材料参数和CaF2晶体谐振腔(6)的尺寸共同决定；λ表示谐振谱的谐振波长；
表示谐振谱一阶导数线性区域的斜率；
然后，将传感器的灵敏度测试值与传感器的灵敏度标准值进行比较，并根据比较结果来判断传感器的性能指标是否符合要求：若传感器的灵敏度测试值与传感器的灵敏度标准值吻合，则表明传感器的性能指标符合要求；若传感器的灵敏度测试值与传感器的灵敏度标准值不吻合，则表明传感器的性能指标不符合要求。
10.根据权利要求8所述的一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声测量方法，其特征在于：该方法还包括利用信号发生器(11)、功率放大器(12)、扬声器(13)、频谱仪(15)来确定传感器的频率响应范围；具体步骤如下：
首先，控制传感器进入工作模式；
在工作模式下，电信号传输至频谱仪(15)，并经频谱仪(15)转换为频谱；信号发生器(11)输出正弦波信号，正弦波信号经功率放大器(12)传输至扬声器(13)，并经扬声器(13)转换为声信号；声信号作用于CaF2晶体谐振腔(6)；
然后，通过观察频谱来判断传感器能否响应当前频率的声信号：若频谱出现了明显峰值，则表明传感器能够响应当前频率的声信号；若频谱未出现明显峰值，则表明传感器无法响应当前频率的声信号；
然后，改变正弦波信号的频率，使得声信号的频率发生改变，并重复执行上一步骤；以此类推，即可得出传感器的最高响应频率和最低响应频率，由此确定传感器的频率响应范围。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210045572.6A CN114414033B (zh) | 2022-01-15 | 2022-01-15 | 一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声传感器及测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210045572.6A CN114414033B (zh) | 2022-01-15 | 2022-01-15 | 一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声传感器及测量方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114414033A true CN114414033A (zh) | 2022-04-29 |
| CN114414033B CN114414033B (zh) | 2024-06-21 |
Family
ID=81273846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210045572.6A Active CN114414033B (zh) | 2022-01-15 | 2022-01-15 | 一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声传感器及测量方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114414033B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115792277A (zh) * | 2023-02-07 | 2023-03-14 | 中北大学 | 基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度加速度传感器及测量方法 |
| CN116499505A (zh) * | 2023-06-29 | 2023-07-28 | 中北大学 | 一种基于回音壁谐振腔的精密传感测量系统 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IL69725A0 (en) * | 1982-09-29 | 1983-12-30 | Univ Leland Stanford Junior | Stabilized fiber optic sensor |
| GB9618764D0 (en) * | 1996-09-09 | 1996-10-23 | Univ Southampton | Wavelength-swept fiber laser with frequency shifted feedback |
| CN105783955A (zh) * | 2016-03-28 | 2016-07-20 | 太原理工大学 | 基于高阶斯托克斯波的灵敏度可调分布式光纤传感系统 |
| CN109100008A (zh) * | 2018-08-24 | 2018-12-28 | 中北大学 | 一种多薄膜封装式波导耦合谐振腔结构的宽频带、高灵敏度声传感器 |
-
2022
- 2022-01-15 CN CN202210045572.6A patent/CN114414033B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IL69725A0 (en) * | 1982-09-29 | 1983-12-30 | Univ Leland Stanford Junior | Stabilized fiber optic sensor |
| GB9618764D0 (en) * | 1996-09-09 | 1996-10-23 | Univ Southampton | Wavelength-swept fiber laser with frequency shifted feedback |
| CN105783955A (zh) * | 2016-03-28 | 2016-07-20 | 太原理工大学 | 基于高阶斯托克斯波的灵敏度可调分布式光纤传感系统 |
| CN109100008A (zh) * | 2018-08-24 | 2018-12-28 | 中北大学 | 一种多薄膜封装式波导耦合谐振腔结构的宽频带、高灵敏度声传感器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 田野;刘文耀;张伟;唐军;刘俊;: "掺铒光纤谐振腔陀螺的谐振腔设计", 微纳电子技术, no. 01, 13 December 2018 (2018-12-13) * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115792277A (zh) * | 2023-02-07 | 2023-03-14 | 中北大学 | 基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度加速度传感器及测量方法 |
| CN116499505A (zh) * | 2023-06-29 | 2023-07-28 | 中北大学 | 一种基于回音壁谐振腔的精密传感测量系统 |
| CN116499505B (zh) * | 2023-06-29 | 2023-09-08 | 中北大学 | 一种基于回音壁谐振腔的精密传感测量系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114414033B (zh) | 2024-06-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114414033B (zh) | 一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声传感器及测量方法 | |
| CN115792277B (zh) | 基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度加速度传感器及测量方法 | |
| US4758087A (en) | Fiber optic transducer | |
| CN108534910A (zh) | 一种基于非对称双芯光纤的分布式双参量传感方法 | |
| CN207623230U (zh) | 基于光热光谱技术和Sagnac干涉的气体传感器 | |
| CN111174896B (zh) | 光纤声波传感器、制造方法和光纤声波传感系统 | |
| CN109238506B (zh) | 一种高灵敏度温度传感器及温度检测系统 | |
| CN112414581B (zh) | 一种基于多芯光纤的温度传感器 | |
| CN108692918B (zh) | 用于评价高功率光纤激光系统时域稳定性的装置及方法 | |
| CN113203548A (zh) | 一种双包层光纤纤芯损耗的测试装置及方法 | |
| CN102707388B (zh) | 微纳光纤滤波器、光纤激光器、光纤传感装置及制作方法 | |
| CN103644961B (zh) | 声压测量传感器及多纵模光纤激光器声压测量系统 | |
| CN116499505B (zh) | 一种基于回音壁谐振腔的精密传感测量系统 | |
| CN106706111A (zh) | 一种声发射传感器及声发射信号探测方法 | |
| CN106679935A (zh) | 一种单模光纤双折射测量的装置及方法 | |
| CN109524874A (zh) | 一种增益光纤测量装置及测量增益光纤输出功率的稳定性的方法 | |
| CN113008302A (zh) | 基于前向布里渊散射的温度和声阻双参量传感方法及装置 | |
| CN115792750B (zh) | 基于片上集成谐振腔的磁传感装置及测量方法 | |
| Wang et al. | Macrobending fibre loss filter, ratiometric wavelength measurement and application | |
| CN112710349B (zh) | 一种基于受激类拉曼的前向布里渊光纤激光传感器 | |
| CN112212966B (zh) | 一种基于飞秒激光刻写螺旋型波导的光纤振动传感器 | |
| CN212722598U (zh) | 一种光谱测量装置和测量系统 | |
| CN108872150A (zh) | 一种双波长增益竞争折射率测量装置 | |
| CN113777073A (zh) | 一种基于光学相位放大的气体检测方法和系统 | |
| CN115307567A (zh) | 一种基于多芯光纤拉锥的曲率传感器及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |