[发明专利]光纤超声波传感器

说明书

本发明公开了一种光纤超声波传感器，包括：单模光纤，用于传输入射光；自聚焦光纤，用于将单模光纤传输的所述入射光进行扩束和准直，从而出射平行光束；以及形成于自聚焦光纤端面的相位调制板，所述相位调制板包括位于中心部分的超声波感测面和位于外围部分的固定反射面，所述超声波感测面从所述固定反射面向外凸出入射光波长的1/8；其中，所述超声波感测面和所述固定反射面构造为分别调制所述平行光束的中心部分和外围部分的相位，使得所述中心部分和外围部分的平行光束被相位调制板反射后发生自双波束干涉。

技术领域

本发明的实施例涉及光纤传感技术领域，特别涉及一种光纤超声波传感器。

背景技术

光纤超声波传感技术作为近年来发展起来的一种新型传感技术，相较于传统的PVDF(压电薄膜)传感器，具有安全、体积小、重量轻、可多点同时测量的优点，在科技、军事领域具有重要意义。

光纤超声波传感技术包括光栅型超声波传感技术、强度型超声波传感技术和干涉型超声波传感技术三种类型。其中，干涉型超声波传感技术以超声波对光纤干涉光程差的改变为原理。相比于另外两种技术，干涉型光纤传感技术不仅在探测灵敏度上有较大优势，同时具有结构简单、抗干扰性较强等特点。

现有的光纤超声波传感器由于温度交叉干扰问题而在实际应用中受到制约。特别是对于干涉型的高灵敏度光纤超声波传感器，短时间内实际测量环境中的温度骤变会使传感器工作点发生漂移，从而产生光纤超声波传感器灵敏度降低、信号失真、线性度下降等一系列问题。

因此，有必要研究一种灵敏度高、结构简单、抗温度干扰能力强的光纤超声波传感器。

发明内容

本发明的实施例旨在提出一种灵敏度高、结构简单、抗温度干扰能力强的光纤超声波传感器。

根据本发明的一个方面，提出一种光纤超声波传感器，包括：单模光纤，用于传输入射光；自聚焦光纤，用于将单模光纤传输的所述入射光进行扩束和准直，从而出射平行光束；以及形成于自聚焦光纤端面的相位调制板，所述相位调制板包括位于中心部分的超声波感测面和位于外围部分的固定反射面，所述超声波感测面从所述固定反射面向外凸出入射光波长的1/8；其中，所述超声波感测面和所述固定反射面构造为分别调制所述平行光束的中心部分和外围部分的相位，使得所述中心部分和外围部分的平行光束被相位调制板反射后发生自双波束干涉。

根据一些实施方式，经调制的平行光束的中心部分和外围部分的波前相位差为π/2。

根据一些实施方式，所述超声波感测面由超声波膜构成，并且所述固定反射面由自聚焦光纤端面构成。

根据一些实施方式，所述超声波感测面的直径小于所述平行光束的模场直径。

根据一些实施方式，所述超声波感测面的直径为所述平行光束模场直径的3/5。

根据一些实施方式，所述超声波感测面包括以下材料的一种或多种：聚对二甲苯、二氧化硅、二氧化钛、纯硅、聚氟乙烯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯。

根据一些实施方式，所述入射光的波长范围为1525-1565nm，优选为1550nm。

根据一些实施方式，所述自聚焦光纤的长度等于其拍长的四分之一。

根据一些实施方式，所述光纤超声波传感器为全光纤超声波传感器。

根据一些实施方式，所述光纤超声波传感器的直径为125μm，自聚焦光纤的长度为500μm。