[发明专利]一种悬膜光纤声波传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种悬膜光纤声波传感器及其制备方法。本发明的一种悬膜光纤声波传感器，包括光纤、光纤器件、套筒、悬膜，所述光纤连接在所述光纤器件上，所述光纤器件设置在所述套筒的内壁上，所述悬膜设置在所述套筒的端面上，所述悬膜上设置有局部减薄区域，所述光纤器件射出的出射光束正对着所述悬膜上的所述局部减薄区域，所述悬膜上的所述局部减薄区域将所述出射光束的反射光束反射到所述光纤器件上。其有益效果是：本发明的悬膜光纤声波传感器采用局部减薄的悬膜结构，打破了现有技术中悬膜尺寸需要大于光纤器件的尺寸的制约，实现了传感器的高频响应，从而具有高频、高灵敏度、高可靠性且低成本的优势。

技术领域

本发明涉及一种悬膜光纤声波传感器及其制备方法，该悬膜光纤声波传感器用于检测物体的振动。

背景技术

光纤传感器是以光为载体、光纤为媒介，感知和传输外界信号，适用于易燃、易爆及电磁干扰等环境中，具体参见(IEEE Sensors Journal，vol.8，pp.1184-1193，2008)。

光纤传感器通常分为光纤光栅结构和弹性悬膜结构：

(1)光纤光栅传感器，需要配置可调谐激光器或光谱分析仪等来监控反射波长，因此，系统价格昂贵；并且，光纤光栅对温度敏感，热胀冷缩会导致光栅的反射波长随温度改变，从而降低检测精度。

(2)基于弹性悬膜的光纤传感器，则是通过监测悬膜反射回的光强变化，而非波长变化，以获知悬膜的形变，因此检测系统结构简单，检测成本低。

申请号为201110419923.7，发明名称为“一种光纤压力传感器及其制备方法”提出了悬膜偏心反射结构，即光纤或光纤器件置于悬膜的偏心位置，用于接收反射光束。这种结构要求悬膜的直径大于光纤器件的直径，因此无法大幅缩小悬膜直径，很难提高悬膜的振动频率，理由是其振动频率受限于悬膜直径。

因此，研发基于弹性悬膜结构的高频、高灵敏度且低成本的光纤声波传感器，是本发明的创研动机。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种悬膜光纤声波传感器及其制备方法，该传感器采用光纤器件接收悬膜反射回的光束，并采用微孔结构将悬膜的局部区域减薄，从而减小悬膜的有效振动面积，提高响应频率。

本发明的一种悬膜光纤声波传感器，其技术方案为：

一种悬膜光纤声波传感器，包括光纤、光纤器件、套筒和悬膜，其特征在于：所述光纤连接在所述光纤器件上，所述光纤器件设置在所述套筒的内壁上，所述悬膜设置在所述套筒的端面上，所述悬膜上设置有局部减薄区域，所述光纤器件射出的出射光束正对着所述悬膜上的所述局部减薄区域。

其中，所述悬膜包括第一膜片和第二膜片，所述第一膜片粘贴于第二膜片上，所述第一膜片上设置有第一通孔，所述第一通孔所在的位置为所述悬膜上的所述局部减薄区域。

其中，所述第一膜片的厚度大于10纳米，所述第二膜片的厚度大于1纳米，所述第一通孔的孔径大于0.01微米，所述光纤器件射出的出射光束的直径大于0.01微米。

其中，所述悬膜还包括第三膜片，所述第三膜片设置在所述第一膜片和第二膜片之间，所述第三膜片上设置有第二通孔，所述第二通孔在所述第三膜片上的位置与所述第一通孔在所述第一膜片上的位置相同，所述第二通孔的大小等于所述第一通孔的大小。

所述第一膜片的厚度大于10纳米，所述第二膜片的厚度大于1纳米，所述第三膜片的厚度大于1纳米，所述第二通孔的孔径大于0.01微米。

所述光纤器件为微结构光纤、拉锥光纤、光纤准直器或光学透镜。

其中，所述悬膜的形状为圆形、三角形、矩形或多边形；所述悬膜的材质为金属、玻璃、半导体或石英。

其中，所述悬膜上设置有金属薄膜或光学介质膜。