一种量程可调式的光纤超声传感器制造技术

本发明专利技术公开一种量程可调式的光纤超声传感器。所述的光纤超声传感器由基于F

【技术实现步骤摘要】
一种量程可调式的光纤超声传感器


[0001]本专利技术属于光纤传感领域，具体涉及到一种量程可调式的光纤超声传感器。

技术介绍

[0002]超声波检测技术广泛应用于医学、无损检测、地震物理模型成像、海洋探测等领域。目前检测超声波的主要核心元件为压电换能器，它可以同时发射和检测超声波，电声转换效率高，一定程度上能够减少超声波的损耗。但压电换能器具有抗电磁干扰性差、体积大不适合嵌入、复用性较差等缺点。研究表明，可选用具有抗电磁干扰性、体积小等优点的光纤超声传感器进行替代。
[0003]目前光纤超声传感器需要攻克高频区存在的自噪声高、频率响应范围低、灵敏度低等难题，本专利技术提出的一种量程可调式的光纤超声传感器，可以通过螺旋式毛细管来控制膜片式F
‑
P光纤传感头与待测超声波的距离，获得较大的测量范围和较高的测量精度。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种量程可调式的光纤超声传感器用于超声波的检测，固定螺旋式毛细管与超声波声源位置不变，通过旋转毛细管使光纤传感头上下移动，改变其与传输介质之间的相对位置，达到提高测量精度，扩大量程的目的。
[0005]本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种量程可调式的光纤超声传感器，其特征是包括基于F
‑
P的膜片式光纤传感头(1)、光纤Bragg光栅(2)、毛细管(3)、螺旋式毛细管(4)、刻度尺(5)。
[0007]所述的毛细管(3)的内径为0.3mm，外径下半部分刻有与螺旋式毛细管(4)匹配的外螺纹，外径上半部分刻有精度为1mm的刻度尺(5)。
[0008]所述的螺旋式毛细管(4)的长度为2.5cm，内表面刻有与毛细管(3)匹配的内螺纹。
[0009]所述的毛细管(3)与螺旋式毛细管(4)及基于F
‑
P的膜片式光纤传感头(1)齐平封装。
[0010]所述的在基于F
‑
P的膜片式光纤传感头(1)上端刻有光纤Bragg光栅(2)，用于实现温度补偿。
[0011]本专利技术的工作原理是：
[0012]当一束测量激光通过基于F
‑
P的膜片式光纤传感头时，会在其两个反射面分别发生反射，反射的两束光因为光程差将会引起相位变化，导致的相位差可表示为：
[0013][0014]其中n为F
‑
P腔中空气的折射率，l为F
‑
P的腔长，λ为激光的波长。
[0015]当用基于F
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P的膜片式光纤传感器进行超声波测量时，作用在传输介质上的超声波使其表面发生动态形变，从而引起膜片式光纤传感头中F
‑
P腔的腔长的改变，进而对两束反射光的相位差产生调制，导致输出干涉光谱的改变。其中膜片的形变量y与作用在膜片上
的压强P变化的关系式为：
[0016][0017]其中，E为杨氏模量，h为膜片厚度，μ为膜片泊松比，a为膜片半径，r为压力离圆心的距离。在保持其它量不变的情况下，通过旋转毛细管，带动膜片式光纤传感头上下移动，改变其与传输介质之间的距离来改变压强，调节测量范围，从而提高测量精度。
[0018]本专利技术的有益效果在于：
[0019](1)与传统的压电换能器相比，本专利技术的传感器在检测超声波领域具有灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、尺寸小、可嵌入等优点。
[0020](2)本专利技术保持螺旋式毛细管在传输介质表面位置不变，通过改变膜片式光纤传感头的上下位置，提高检测超声波的精度，形成量程可调式光纤超声传感器。
[0021](3)本专利技术中刻入的光纤Bragg光栅，具有温度补偿的功能，可以降低温度造成的误差。
附图说明
[0022]图1是一种量程可调式的光纤超声传感器的结构示意图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图对本专利技术进一步描述。
[0024]如图1所示，一种量程可调式的光纤超声传感器，其特征是包括基于F
‑
P的膜片式光纤传感头(1)、光纤Bragg光栅(2)、毛细管(3)、螺旋式毛细管(4)、刻度尺(5)。毛细管(3)的内径为0.3mm，外径下半部分刻有与螺旋式毛细管(4)匹配的外螺纹，外径上半部分刻有精度为1mm的刻度尺(5)。螺旋式毛细管(4)的长度为2.5cm，内表面刻有与毛细管(3)匹配的内螺纹。毛细管(3)与螺旋式毛细管(4)及基于F
‑
P的膜片式光纤传感头(1)齐平封装。在基于F
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P的膜片式光纤传感头(1)上端刻有光纤Bragg光栅(2)，用于实现温度补偿。
[0025]在固定螺旋式毛细管(4)位置不变的情况下，基于F
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P的膜片式光纤传感头(1)贴附在传输介质表面，旋转毛细管(3)，使基于F
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P的膜片式光纤传感头(1)每次向上移动1mm，调整到合适的量程检测超声波。
[0026]该方法通过将可调式光纤超声传感器贴附在传输介质的表面来检测超声波。当压电陶瓷在传输介质表面产生不同频率的超声波时，传输介质发生动态形变，传感器输出的强度会随之发生相应的漂移。扩大检测范围是通过移动膜片式光纤传感头(1)，改变其与传输介质的距离来进行调节。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量程可调式的光纤超声传感器，其特征包括基于F
‑
P的膜片式光纤传感头(1)、光纤Bragg光栅(2)、毛细管(3)、螺旋式毛细管(4)、刻度尺(5)。2.根据权利要求1所述的一种量程可调式的光纤超声传感器，其特征在于：毛细管(3)的内径为0.3mm，外径下半部分刻有与螺旋式毛细管(4)匹配的外螺纹，外径上半部分刻有精度为1mm的刻度尺(5)。3.根据权利要求1所述的一种量程可调式的光纤超声传感器，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：康娟，徐婷，刘睿洋，汤毅，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：