[发明专利]一种用于无振膜式光学声波传感器的反射式声波聚焦器件

说明书

一种用于无振膜式光学声波传感器的反射式声波聚焦器件，包括壳体，壳体左右两端设有一对同轴的通孔A、通孔B，通孔A与通孔B之间设有反射聚焦腔；通孔A与通孔B的轴线与反射聚焦腔的内部抛物面的焦距同轴，为无振膜式光学声波传感器提供一种可聚焦声波能量的反射式聚焦器件，将声波会聚于反射聚焦腔的焦点位置，更大程度上对通过腔体的光束所在区域空气折射率进行调制。并且设计了与透射式、反射式、以及与其他器件集成的结构，适用于多种无振膜声波传感方案。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，涉及一种反射式声波聚焦器件，具体涉及一种用于无振膜式基于空气折射率动态测量的光学声波传感器中的反射式声波聚焦器件。

背景技术

声波作为一种在一定介质传播的机械波，是具有频率和振幅属性的微压动态信号，声波传感器是利用将介质中声音的这种动态信号，转化成可检测的物理量，再通过这些物理量还原出当时声音信号的一种装置。

目前，声波传感器按照测量原理大致分为以下几类：一、压电型声波传感器。利用压电晶体的压电效应可制成压电声波传感器，其中压电晶体的一个极面与膜片相连接。当声压作用在膜片上使其振动时，膜片带动压电晶体产生机械振动，使得压电晶体产生随声压大小变化而变化的电压, 从而完成声——电信号转换。二、电容式声波传感器。由金属膜片、外壳及固定电极等组成。膜片作为一片质轻且弹性好的电极，与固定电极组成一个间距很小的可变电容器。当膜片在声波作用下振动时，与固定电极间的距离发生变化，从而引起电容量的变化。三、电磁变换型声波传感器。由磁铁和软铁组成磁路，磁场集中在磁铁芯柱与软铁形成的气隙中。在软铁的前部装有振动膜片，其上带有线圈，线圈套在磁铁芯柱上位于强磁场中。当振动膜片受声波作用时，带动线圈切割磁力线，产生感应电动势，从而将声信号转变为电信号输出。四、光纤干涉式声波传感器。这种器件多为光纤非本征型法布里-珀罗腔结构。切平的光纤端面与膜片的内表面构成干涉腔,当外界声信号作用在膜片上时,将引起膜片的振动,从而导致腔长变化。通过对腔长变化引起的干涉光强的探测实现对声波信号的解调。

上述几类声波传感器多依赖于机械膜片结构，膜片的频响范围、线性度、灵敏度决定了声波传感器的性能，因此传感器性能受限于膜片材料的选择。目前改进传感器性能的方式只能通过采用新材料和新工艺来实现，并且膜片式声波传感器存在长期实用膜片机械性能下降，传感器性能退化的风险。

无振膜式光学声波传感技术克服了上述声波传感器结构多依赖机械膜片的技术难点，其传感器工作机理为利用光学方法监测声波声压导致的空气折射率改变，最终通过光学检测实现对声波的检测，其频率响应不受限于膜片的机械结构和材料特性，因此响应平坦且具有宽频带的特点。如2016 年，奥地利 XARION 激光声学公司研发了微型化高性能的法布里-珀罗型光纤声传感器。目前该产品在空气中频率响应范围10 Hz～1 MHz，动态范围50 dB～180 dB，最大探测声压可达100 kPa。

发明内容

为了提升无振膜式光学声波传感器的灵敏度，本发明的目的是提供一种用于无振膜式光学声波传感器的反射式声波聚焦器件，解决了现有技术中此类传感器由于声致折射率变化较小导致传感器灵敏度较低的问题，该技术可提高无振膜式光学声波传感器的灵敏度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于无振膜式光学声波传感器的反射式声波聚焦器件，包括壳体，壳体左右两端设有一对同轴的通孔A、通孔B，通孔A与通孔B之间设有反射聚焦腔；通孔A与通孔B的轴线与反射聚焦腔的内部抛物面的焦距同轴；

所述的反射聚焦腔内部为曲面；

所述的通孔A与通孔B尺寸标准按照光纤准直器外观尺寸而定，通孔直径为3.4mm，是为光纤准直器的透射光能够高效耦合，因光纤准直器透射光光束直径和发散角极小，可视为该通孔轴线即为光束通过所在线；

所述的反射聚焦腔焦距所在线与通孔A与通孔B的光束通过线重合，反射聚焦腔的焦距为3.4mm。