一种反电子监测的宽带声波传感器制造技术

本发明专利技术提供的一种反电子监测的声波传感器，是一种基于共振腔的宽频带声波传感器，其包含光电收发模块、信号获取传感部件、固件、信号处理模块。信号获取传感部件的共振腔受到声波作用后，引起薄膜振动，使得薄膜反射的探针光到达收发模块前端的接收耦合光纤时发生位置偏移，此时进入接收耦合光纤的光强随薄膜振动强弱规律性变化，探测接收耦合光纤的光强度并经过信号处理，即可获得声波信息。固件固定准直光纤和信号获取传感部件。本发明专利技术不含金属部件和电子器件，不会对电磁检测信号产生响应，其本身也不辐射电磁波，因而具有反电子监测、覆盖次声波段、宽带宽、体积小、重量轻、灵敏度高等优点，可在空气和水下声波传感场景中应用。

【技术实现步骤摘要】
一种反电子监测的宽带声波传感器
本专利技术属于光电传感以及次声探测领域，更具体地，涉及一种微小型非金属传感探头的宽频声波传感器的设计、制作和测量方法。
技术介绍
具有反电子监测的覆盖次声波的宽带光电声压传感在基于声波的侦察领域中十分重要。常用的次声波探测器是电容式或压电式次声传感器，虽然电声传感器工艺和技术都已十分成熟，但因包含电学部件显然易被电磁检测装置检测、易受电磁干扰，且制作成本较高、在极端环境下无法正常工作。而光纤声压传感器的主要材料是光纤，能在强电磁场等恶劣环境下使用，光纤的小体积和轻重量也适用于某些空间有限的场所，光纤易复用的特性利于传感器阵列的组成，完成多点测量，是制造具有反电子监测的覆盖次声波的宽带光电声压传感的一种良好选择。近些年来，基于光纤技术的新型传感设备受到广泛关注。在次声波传感方面，提出了一种EFPI次声波传感器，在换能器的聚合物薄膜中心粘贴铝质薄膜，并对其直径和厚度进行了优化设计，使传感器能探测到1Hz-20Hz的次声波，灵敏度为121mV/Pa。在宽带声波传感方面，提出了硅基上光刻周期性光子晶体薄膜，能在一定波长范围内具有高的反射率，在1Hz-30kHz范围内获得高的灵敏度。在覆盖次声波的宽频带声波传感方面，提出了采用石墨烯薄膜和单模光纤端面组合而成硅基微纳结构共振腔，声频响应范围为1Hz-50MHz。以上方法，能覆盖次声波的传感。综上所述，目前已有的声波传感器在满足覆盖次声波的宽频带声压传感的同时，并不能实现反电子监测的目标。为此，本专利技术针对反电子侦测次声波到超声波的宽谱范围声波传感检测应用，提出并研制了一款具有抗电子侦测功能的宽谱声波光电传感器，获得了良好的应用特性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷与改进需求，本专利技术提出并研制了一种覆盖次声波的宽带光电声波传感器，其目的在于增强宽带声波传感器的反电子监测功能，解决克服传统声波传感器隐蔽性不足的缺陷技术问题。本专利技术解决其技术问题所采用以下的技术方案：本专利技术提供的反电子监测的宽带声波传感器，主要由光电收发模块、信号获取传感部件、信号处理模块组成，其中：光电收发模块由光发射模块和光接收模块两个部分组成，光发射模块实现激光发射至信号获取传感部件，光接收模块则接收由信号获取传感部件反射的光信号；信号获取传感部件由硅基微纳结构共振腔、支撑件组成，支撑件支撑硅基微纳结构共振腔，共同形成传感声波的部件；信号处理模块主要由电信号依次连接的光电转换、信号放大、语音输出、语音存储和语音传输组成。所述的信号获取传感部件采用激光冲洗工艺，在硅片上扫描加工，形成微纳结果谐振孔状结构。本专利技术可以将硅基微纳结构共振腔用光学胶固定在环状PET柔顺支撑膜上。所述的硅片厚度为90-110μm，硅片直径为9.5-10.5mm，形成微纳结构谐振孔状结构高度为8.5-11.5μm。所述的硅片，其厚度优选为100μm，其硅片直径优选为10mm，于此形成的微纳结构谐振孔状结构高度为10μm。所述的光发射模块包括以光信号连接的激光器、光纤、光纤耦合链接器、自聚焦透镜，以及通过电信号与激光器连接的驱动电路。所述的光接收模块由光电探测器、光纤耦合链接器、自聚焦透镜组成。所述的信号处理模块通过电信号与光电探测器连接，用于被传感语音信号的电接收、功率/幅度的放大、播放、存储与远程传输。本专利技术反电子监测的宽带声波传感器，设有由热固性ABS材料制成的固件，其由主固件和辅助固件组成，用于固定准直光纤和信号获取传感部件。所述的主固件为中空圆筒形；辅助固件为外壁光滑的圆筒形状，其和主固件台阶部分螺纹相连。本专利技术与现有的其他同类型的传感器相比，具有以下的主要优点：1.采用了硅基微纳结构共振腔和PET薄膜，既有较好地力学特性，又不包含金属介质，增强了隐蔽性。2.硅基微纳结构共振腔是传感超声的主要部件，PET薄膜是传感次声的主要部件，而且两者都能传感可听声波，因而本专利技术的声波传感器具有较宽的频带响应，带宽可覆盖1-50MHz。3.传输光路中利用了光纤准直器，与信号获取传感部件构成优质的谐振器，优化了声压传感器的结构，提高了灵敏度，灵敏度可达420mV/Pa。4.本专利技术的声波传感器的传感部件仅含半导体和绝缘材料，且携带长短可控的光纤，因而具有较好的抗电磁干扰能力，并易于长距离传输与组网。附图说明图1是本专利技术光发射模块示意框图；图2是本专利技术光接收模块示意框图；图3是本专利技术信号获取传感部件结构示意图；图4是本专利技术固件结构示意图；图5是本专利技术传感部件与主固件及辅助固件装配示意图；图6是本专利技术信号处理模块结构示意图；图7是本专利技术传感器的工作原理图；图8是本专利技术声波传感器频率响应曲线图。图中：1.硅基微纳结构共振腔；2.PET支撑薄膜；3.主固件；4.辅助固件；5.光纤准直器通孔；6.固定孔；7.微纳结构传感部件；8.发射光纤；9.接收光纤；10.外力信号变化曲线；11.光强信号变化曲线。具体实施方式本专利技术提供的一种反电子监测的声波传感器，是一种基于共振腔的宽频带声波传感器，其包含光电收发模块、信号获取传感部件、固件、信号处理模块。信号获取传感部件的共振腔受到声波作用后，引起薄膜振动，使得薄膜反射的探针光到达收发模块前端的接收耦合光纤时发生位置偏移，此时进入接收耦合光纤的光强随薄膜振动强弱规律性变化，探测接收耦合光纤的光强度并经过信号处理，即可获得声波信息。固件固定准直光纤和信号获取传感部件。本专利技术不含金属部件和电子器件，不会对电磁检测信号产生响应，其本身也不辐射电磁波，因而具有反电子监测、覆盖次声波段、宽带宽、体积小、重量轻、灵敏度高等优点，可在空气和水下声波传感场景中应用。为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明，但不限定本专利技术。本专利技术提供的反电子监测的宽带声波传感器，由光电收发模块、信号获取传感部件、固件、信号处理模块几部分组成，其中：光电收发模块通过固件与信号获取传感部件相连，信号处理模块通过光电探测器与接收模块相连；光电收发模块具有向信号获取传感部件提供探测光和接收信号获取传感部件反射的信号光等两个基本功能；信号获取传感部件用于将带探测的声波信号调制至探测光上，实现声光信号转换；固件用来固定光电收发模块的自聚焦透镜和信号获取传感部件；信号处理模块用于信号光电转换、信号放大、播放、存储和远程传输。一.光电收发模块：光电收发模块包括光发射和光接收两个部分。1.光发射部分：如图1所示，包括以光信号连接的激光器、光纤、光纤耦合链接器、自聚焦透镜，以及通过电信号与激光器连接的驱动电路。驱动电路提供激光器工作电流，使激光器处于受激辐射工作状态，激光器辐射的激光由光纤耦合链接器进入光纤，光纤将光直接耦合送入自聚焦透镜，再经自聚焦透镜将调制光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反电子监测的宽带声波传感器，其特征是该传感器主要由光电收发模块、信号获取传感部件、信号处理模块组成，其中：光电收发模块由光发射模块和光接收模块两个部分组成，光发射模块实现激光发射至信号获取传感部件，光接收模块则接收由信号获取传感部件反射的光信号；信号获取传感部件由硅基微纳结构共振腔、支撑件组成，支撑件支撑硅基微纳结构共振腔，共同形成传感声波的部件；信号处理模块主要由电信号依次连接的光电转换、信号放大、语音输出、语音存储和语音传输组成。/n

【技术特征摘要】
1.一种反电子监测的宽带声波传感器，其特征是该传感器主要由光电收发模块、信号获取传感部件、信号处理模块组成，其中：光电收发模块由光发射模块和光接收模块两个部分组成，光发射模块实现激光发射至信号获取传感部件，光接收模块则接收由信号获取传感部件反射的光信号；信号获取传感部件由硅基微纳结构共振腔、支撑件组成，支撑件支撑硅基微纳结构共振腔，共同形成传感声波的部件；信号处理模块主要由电信号依次连接的光电转换、信号放大、语音输出、语音存储和语音传输组成。


2.根据权利要求1所述的反电子监测的宽带声波传感器，其特征是信号获取传感部件采用激光冲洗工艺，在硅片上扫描加工，形成微纳结果谐振孔状结构。


3.根据权利要求2所述的反电子监测的宽带声波传感器，其特征是将硅基微纳结构共振腔用光学胶固定在环状PET柔顺支撑膜上。


4.根据权利要求2所述的反电子监测的宽带声波传感器，其特征是硅片厚度为90-110μm，硅片直径为9.5-10.5mm，形成微纳结构谐振孔状结构高度为8.5-11.5μm。


5.根据权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：元秀华，周峰，杨宣兵，周泽宇，田芃，刘靖，
申请(专利权)人：华中科技大学，湖南理工学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42