CN221037649U - 一种基于拉锥结构球形端面光纤的超声传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于拉锥结构球形端面光纤的超声传感器，包括中心位置设置有光纤纤芯且外部包覆有光纤包层的光纤，所述光纤的一端部通过拉锥得到拉锥结构，且拉锥结构的端部设置有与拉锥结构为同一根光纤的球形端面结构；所述拉锥结构包括设置于内部且直径均匀缩小呈锥形的拉锥纤芯和包覆于外部直径缩小侧壁呈弧形的拉锥包层；所述球形端面结构包括设置于内部呈球形的球形纤芯和包覆于外部呈球形的球形包层，且球形包层的端部内凹形成凹槽结构，本实用新型灵敏度较高，具有会聚光波的特性，有效增强声波的检测。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于拉锥结构球形端面光纤的超声传感器，属于光纤传感领域。
背景技术
近年来，随着油气资源的开发和利用，研究有效的勘探技术对了解地质很有必要。相比于常用的地震波勘探技术，超声波由于其对不透明介质、深层的穿透能力强成为备受青睐的无损检测技术，广泛应用于海底探测、成像和健康监测等领域。目前，超声波检测技术依旧以压电换能器(piezoelectric transducer,PZT)为主。这种方法适用单点检测，易受电磁干扰，且不利于远距离监测。而相比PZT，光纤超声传感器有着响应频带宽、抗电磁干扰、抗高温，多通道检测以及远距离传输保真等优点。目前，光纤超声传感器主要有光纤强度调制型、光纤干涉型和光纤光栅型，能在不同方面发挥出各自的优势。
但是现有的光纤超声传感器还存在一些问题，大多数传感器在实际应用存在灵敏度低、频响范围低等缺点。为此，如何进一步提高光纤超声传感器的传感灵敏度等传感性能是重要问题。
实用新型内容
本实用新型为解决上述技术问题，提供一种基于拉锥结构球形端面光纤的超声传感器，灵敏度较高，具有会聚光波的特性，有效增强声波的检测。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：
一种基于拉锥结构球形端面光纤的超声传感器，包括中心位置设置有光纤纤芯且外部包覆有光纤包层的光纤，所述光纤的一端部通过拉锥得到拉锥结构，且拉锥结构的端部设置有与拉锥结构为同一根光纤的球形端面结构；所述拉锥结构包括设置于内部且直径均匀缩小呈锥形的拉锥纤芯和包覆于外部直径缩小侧壁呈弧形的拉锥包层；所述球形端面结构包括设置于内部呈球形的球形纤芯和包覆于外部呈球形的球形包层，且球形包层的端部内凹形成凹槽结构。
本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述光纤为单模光纤。
本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述光纤纤芯的直径为9μm，光纤包层的直径为125μm。
本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述拉锥结构的长度为1～2cm，所述拉锥纤芯的小端直径为2～5μm，所述拉锥包层的小端直径为40～60μm，且侧壁的弧度为2～3。
本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述球形纤芯的直径为3～7μm，所述球形包层的直径为60～80μm。
本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述凹槽结构的直径为40～60μm。
由于采用了上述技术方案，本实用新型取得的技术进步是：
本实用新型具有结构新颖和灵敏度高的优势，可应用于无损探伤、海底探测和地质勘察等检测领域。利用拉锥结构能有效地帮助光纤纤芯中传输的光耦合出包层，调节光耦合率，且拉锥后，光纤中传输的模式与环境参量作用增强，增大了测量灵敏度。拉锥后平坦区光纤端面熔融成球形，可以起到光波会聚作用，其球形凹槽结构可以增大与超声波的接触面积，有效增强声波的检测，实现较精准、高灵敏度的检测。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
其中，1、光纤，11、光纤包层，12、光纤纤芯，2、拉锥结构，21、拉锥包层，22、拉锥纤芯，3、球形端面结构，31、球形纤芯，32，球形包层，4、凹槽结构。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
光纤超声传感器有着响应频带宽、抗电磁干扰、抗高温，多通道检测以及远距离传输保真等优点。目前，光纤超声传感器主要有光纤强度调制型、光纤干涉型(基于Fabry-Perot干涉结构、Mach-Zehnder干涉结构、Michelson干涉结构、Sagnac干涉结构等)和光纤光栅型，能在不同方面发挥出各自的优势
然而，现有的光纤超声传感器还存在一些问题，如在高频区的实际应用中表现出不足，存在灵敏度低、频响范围低等缺点。为此，需要进一步提高光纤超声传感器的传感灵敏度和相应带宽等传感性能。
针对上述问题，本实用新型提供了一种基于拉锥结构球形端面光纤的超声传感器。利用拉锥结构能有效地帮助光纤纤芯中传输的光耦合出包层，调节光耦合率，且拉锥后，光纤中传输的模式与环境参量作用增强，增大了测量灵敏度。拉锥后平坦区光纤端面熔融成球形，可以起到光波会聚作用，其球形凹槽结构可以增大与超声波的接触面积，有效增强声波的检测。
如图1所示，一种基于拉锥结构球形端面光纤的超声传感器，包括光纤1，光纤1可以但不限于是单模光纤，中心位置设置有光纤纤芯12，直径为9μm，外部包覆有光纤包层11，直径为125μm。
光纤1的一端部通过熔接设备进行拉锥得到拉锥结构2，熔接设备可以但不限于为光纤熔接机(FITEL S178)，将一根单模光纤去除一定长度的涂覆层并将端面平切，将其放置在光纤熔接机(FITEL S178)并与电极棒对齐后，设置拉锥参数，进行放电得到拉锥结构。选择合适位置切断锥区(锥区指光纤拉锥后的光纤平坦区)得到拉锥后的光纤。
具体的，所述拉锥结构2的长度为1～2cm，包括设置于内部且直径均匀缩小呈锥形的拉锥纤芯22，小端直径(即拉锥后平坦区处的纤芯直径)为2～5μm，拉锥纤芯22的外部包覆有直径缩小且侧壁内凹呈弧形的拉锥包层21，小端直径(即拉锥后平坦区处的包层直径)为40～60μm，弧度为2～3。本实用新型的拉锥结构能有效地帮助光纤纤芯中传输的光耦合出包层，调节光耦合率，且拉锥后，光纤中传输的模式与环境参量作用增强，对环境振动和折射率极为灵敏，增大了测量灵敏度。
对拉锥后得到的光纤一端放入熔接设备，经放电后，得到对应的球形端面结构。所述球形纤芯31的直径为3～7μm；所述球形端面结构3的直径为60～80μm；对球形端面一端进行加工，得到球形端面凹槽结构4，具体的，所述球形端面凹槽结构的直径为40～60μm。本实用新型拉锥后平坦区光纤端面熔融成球形，可以起到光波会聚作用，其球形凹槽结构可以增大与超声波的接触面积，有效增强声波的检测，实现较精准、高灵敏度的检测。
本实用新型的传感器具有结构新颖和灵敏度高的优势，可应用于无损探伤、海底探测和地质勘察等检测领域。
以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (6)
1.一种基于拉锥结构球形端面光纤的超声传感器，其特征在于：包括中心位置设置有光纤纤芯(12)且外部包覆有光纤包层(11)的光纤(1)，所述光纤(1)的一端部通过拉锥得到拉锥结构(2)，且拉锥结构(2)的端部设置有与拉锥结构(2)为同一根光纤的球形端面结构(3)；所述拉锥结构(2)包括设置于内部且直径均匀缩小呈锥形的拉锥纤芯(22)和包覆于外部直径缩小侧壁呈弧形的拉锥包层(21)；所述球形端面结构(3)包括设置于内部呈球形的球形纤芯(31)和包覆于外部呈球形的球形包层(32)，且球形包层(32)的端部内凹形成凹槽结构(4)。
2.根据权利要求1所述的一种基于拉锥结构球形端面光纤的超声传感器，其特征在于：所述光纤(1)为单模光纤。
3.根据权利要求2所述的一种基于拉锥结构球形端面光纤的超声传感器，其特征在于：所述光纤纤芯(12)的直径为9μm，光纤包层(11)的直径为125μm。
4.根据权利要求1所述的一种基于拉锥结构球形端面光纤的超声传感器，其特征在于：所述拉锥结构(2)的长度为1～2cm，所述拉锥纤芯(22)的小端直径为2～5μm，所述拉锥包层(21)的小端直径为40～60μm，且侧壁的弧度为2～3。
5.根据权利要求1所述的一种基于拉锥结构球形端面光纤的超声传感器，其特征在于：所述球形纤芯(31)的直径为3～7μm，所述球形包层(32)的直径为60～80μm。
6.根据权利要求1所述的一种基于拉锥结构球形端面光纤的超声传感器，其特征在于：所述凹槽结构(4)的直径为40～60μm。
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