一种高灵敏度次声传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种高灵敏度次声传感器，包括：次声接收装置和膜振动光纤测量装置两个部分。其中，次声接收装置包括：前腔和后腔；其中，前腔顶面设置有进气口，前腔与后腔之间设有第一开口和第二开口，第一开口处设置有均压管，均压管使前腔与后腔连通，第二开口处设置有膜片，所诉后腔内位于第二开口处设有固定装置。膜振动光纤测量装置包括：光纤、耦合器、光探测器和单色光源，光纤一端通过固定装置固定，且端面与膜片平行，光纤另一端从后腔底面穿出并连接耦合器。运用光学测量膜片的振动信息，突出光学干涉测量位移的高灵敏度，可以测量到膜片纳米级的振动，能够实现次声传感器的高灵敏度。

A High Sensitivity Infrasound Sensor

The invention discloses a high sensitivity infrasound sensor, which comprises two parts: an infrasound receiving device and a membrane vibration optical fiber measuring device. Among them, infrasound receiving device includes: front chamber and rear chamber; the top surface of the front chamber is provided with an air inlet, the first opening and the second opening are arranged between the front chamber and the rear chamber, the first opening is provided with a pressure equalizing tube, the pressure equalizing tube connects the front chamber and the rear chamber, the second opening is provided with a diaphragm, and the complained back chamber is located at the second opening with a fixing device. The optical fiber measuring device for membrane vibration includes optical fibers, couplers, photodetectors and monochrome light sources. One end of the optical fibers is fixed by a fixed device, and the end face is parallel to the diaphragm. The other end of the optical fibers passes through the bottom of the back cavity and connects the coupler. Using optical measurement of diaphragm vibration information, highlighting the high sensitivity of optical interferometry displacement measurement, can measure the diaphragm nano-level vibration, can achieve high sensitivity of infrasound sensor.

【技术实现步骤摘要】
一种高灵敏度次声传感器
本专利技术涉及高空大气环境以及行星表面等低气压环境探测领域，尤其涉及一种高灵敏度次声传感器。
技术介绍
深空探测尤其是对太阳系其他行星及其卫星的探测已经成为未来航天计划的重要组成部分。相比月球的寂静，一些行星及其卫星表面因为具有稀薄/浓密的大气层是有声世界，存在利用声音记录和探测这些神秘星球的可能。火星表面大气成分为二氧化碳,气压为1000Pa左右，属于低气压环境。地球表面20公里高空被称为邻近空间，其气压在1000Pa左右，也是一个低气压环境。地面、高空和行星表面的各种自然或人为事件很多都会产生次声的振动，例如：火山、飓风、地震和核爆等，因此对该空间的声信息研究也是一个热点。低气压环境中气体的密度较常压下低很多，因此在同样质点振动幅度的情况下，产生的声压强度也很低。而目前所有的声波探测都是通过感应声压来实现的，因此在低气压环境中的声波探测器需要很高灵敏度，次声信号的探测也是如此。目前的次声探测器主要是电容次声探测器。振动膜片和固定极板形成电容，当次声引起膜片振动时，导致电容发生变化，通过测量这个电容的变化得到膜片的振动信息。这种电容式次声探测器采用的测量膜片振动方式存在灵敏度低，膜片振动幅度和电容变化线形度低等问题，在低气压环境中这些问题尤其严重，因此不能满足在低气压环境中应用，需要一种高灵敏度的膜片振动测量方式来测量低气压环境中的次声信号。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适用与低气压环境中次声探测的高灵敏度次声探测器，促进高空大气、行星表面等低气压环境中次声信号的探测。为达到上述目的，本专利技术公开了一种高灵敏度次声传感器，包括：次声接收装置和膜振动光纤测量装置两个部分。其中，次声接收装置包括：前腔和后腔；其中，前腔顶面设置有进气口，前腔与后腔之间设有第一开口和第二开口，第一开口处设置有均压管，均压管使前腔与后腔连通，第二开口处设置有膜片，所诉后腔内位于第二开口处设有固定装置。膜振动光纤测量装置包括：光纤、耦合器、光探测器和单色光源，光纤一端通过固定装置固定，且端面与膜片平行，光纤另一端从后腔底面穿出并连接耦合器。优选地，膜片采用对光具有反射能力的材料，用于将光纤导入的入射光进行反射，由于次声信号引起膜片的振动，进而改变反射光的光程，反射光与入射光在光纤内形成干涉光。优选地，设置不同的后腔的容积和/或均压管的长度和直径，用于测量不同频率范围的次声。本专利技术的优点在于：运用光学干涉腔测量振动膜片的振动信息，突出光学干涉测量位移的高灵敏度，可以测量到膜片纳米级的振动，能够实现次声传感器的高灵敏度。附图说明为了更清楚说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例的一种高灵敏度次声传感器结构图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术实施例的一种高灵敏度次声传感器结构图，如图1所示。包括：次声接收装置和膜振动光纤测量装置两个部分。其中，次声接收装置包括：前腔1和后腔2。其中，前腔1顶面设置有进气口3，前腔1与后腔2之间设有第一开口和第二开口，第一开口处设置有均压管4，均压管4使前腔1与后腔2连通，第二开口处设置有膜片5，所诉后腔2内位于第二开口处设有固定装置6。膜振动光纤测量装置包括：光纤7、耦合器8、光探测器9和单色光源10，光纤7一端通过固定装置6固定，且端面与膜片5平行，光纤7另一端从后腔3底面穿出并连接耦合器8。设置不同的后腔2的容积和/或均压管4的长度和直径，用于测量不同频率范围的次声。次声信号经进气口3进入前腔1，均压管4可以保持前腔1和后腔2静压均匀，同时使次声压力进入后腔2。前腔1和后腔2的次声压力差作用膜片5使之随次声信号振动。同时，单色光源10发出的光经过光纤7端面入射到膜片5上，膜片5振动使膜片5到光纤7端面的距离发生变化，进而改变反射光的光程，使膜片5的反射光与入射光形成一定相位差，反射光与入射光在光纤7内形成干涉光，其干涉后光强度会随着相位的变化呈现变化。测量干涉信号强度变化的频率和幅度就可以得出膜片5的振动频率和幅度。在一个具体实施例中，将传感器设置在高空低气压的环境中进行次声接收。如图1所示。包括：次声接收装置和膜振动光纤测量装置两个部分。其中，次声接收装置采用硬铝加工而成，包括：前腔1和后腔2。其中，前腔1容积为60mL，后腔2容积为350mL。进气口3为长度5cm，直径3mm的硅胶管。均压管4为长度8cm，直径2mm的硅胶管。单色光源10的中心波长为1550nm，光纤7的端面和膜片5平行，且光反射率同为R＝4％，进而得到干涉光光强为其中，R为反射率，d为膜片5和光纤7端面的间距，λ0单色光源10的中心波长，为I0为入射光光强。膜片5因为振动引起间距d发生变化，进而改变干涉光光强。通过光谱仪采集传感器返回的信号强度，得到干涉光光强，从而得到膜片5振动的幅度，干涉光强变化的频率即为膜片5振动的频率，即为接收到的次声信号的频率。本专利技术提供了一种高灵敏度次声传感器，运用光学测量振动膜片的振动信息，突出光学干涉测量位移的高灵敏度，可以测量到膜片纳米级的振动，能够实现次声传感器的高灵敏度。地球表面10KM以上的高空大气是气压为1000Pa的低气压环境，非常不利于声波的传播，所能得到的次声信号极其微弱，地面用的次声传感器不适合在低气压环境中应用，需要适用于低气压环境的高灵敏度探测器。本专利涉及的高灵敏度次声传感器可以搭载高空气球在临近空间接收各种次声信号。以上的具体实施方式，对本专利技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本专利技术的具体实施方式而已，并不用于限定本专利技术的保护范围，凡在本专利技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高灵敏度次声传感器，其特征在于，包括：次声接收装置和膜振动光纤测量装置两个部分；其中，所述次声接收装置包括：前腔(1)和后腔(2)；其中，所述前腔(1)顶面设置有进气口(3)，所述前腔(1)与后腔(2)之间设有第一开口和第二开口，所述第一开口处设置有均压管(4)，所述均压管(4)使前腔(1)与后腔(2)连通，所述第二开口处设置有膜片(5)，所诉后腔(2)内位于所述第二开口处设有固定装置(6)；所述膜振动光纤测量装置包括：光纤(7)、耦合器(8)、光探测器(9)和单色光源(10)，所述光纤(7)一端通过所述固定装置(6)固定，且端面与所述膜片(5)平行，光纤(7)另一端从所述后腔(3)底面穿出并连接耦合器(8)。

【技术特征摘要】
1.一种高灵敏度次声传感器，其特征在于，包括：次声接收装置和膜振动光纤测量装置两个部分；其中，所述次声接收装置包括：前腔(1)和后腔(2)；其中，所述前腔(1)顶面设置有进气口(3)，所述前腔(1)与后腔(2)之间设有第一开口和第二开口，所述第一开口处设置有均压管(4)，所述均压管(4)使前腔(1)与后腔(2)连通，所述第二开口处设置有膜片(5)，所诉后腔(2)内位于所述第二开口处设有固定装置(6)；所述膜振动光纤测量装置包括：光纤(7)、耦合器(8)、光探测器(9)和单色光源(10)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李超，林伟军，崔寒茵，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11