基于光纤马赫-曾德尔干涉的MEMS水听器制造技术

本发明专利技术提供了一种基于光纤马赫

【技术实现步骤摘要】
基于光纤马赫
‑
曾德尔干涉的MEMS水听器


[0001]本专利技术涉及水听器
，具体地，涉及基于光纤马赫
‑
曾德尔干涉的MEMS水听器。

技术介绍

[0002]水听器广泛应用于水声探测、水下通讯、海啸预警以及潜艇探测等军事领域。针对传统水听器体积大、成本高等缺点，MEMS水听器通过读取水下声信号所激励起的MEMS运动，实现了高灵敏度的水下声信号测量。
[0003]利用激光干涉方法能够实现对于MEMS的高灵敏度、快速、非接触测量。部分专利通过空间光路实现上述过程(申请号：201010549712.0)，但装置体积较为庞大。使用光纤取代空间光可以极大程度减小MEMS水听器的体积。已有的基于光纤干涉的MEMS水听器均基于光纤末端和待测MEMS之间形成的法布里
‑
珀罗腔读取MEMS的运动信息(申请号：201710044931.5；申请号：201310464609.X)。然而，光纤法布里
‑
珀罗水听器需借助于光谱分析(申请号：201620565864.2)或可调谐激光器(申请号：201910403490.2)以实现MEMS运动信息的读取，设备成本高昂、分析过程复杂。
[0004]相比之下，本专利所提供的基于光纤马赫
‑
曾德尔干涉的MEMS水听器采用了彼此独立的参考臂光信号和测量臂光信号，无需借助于光谱分析和可调谐激光器，结构简单，可以实现高精度水下声信号实时分析。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于光纤马赫
‑
曾德尔干涉的MEMS水听器。
[0006]根据本专利技术提供的一种基于光纤马赫
‑
曾德尔干涉的MEMS水听器，包括：激光器1、1
×
2耦合器2、环形器3、MEMS4、2
×
2耦合器5、光电探测器6以及信号处理模块7；
[0007]所述激光器1与所述1
×
2耦合器2连接；所述1
×
2耦合器2分别与所述环形器3、2
×
2耦合器5连接；所述环形器3分别与所述MEMS4、2
×
2耦合器5连接；所述2
×
2耦合器5与所述光电探测器6连接；所述光电探测器6与所述信号处理模块7连接。
[0008]优选地，所述激光器1发射波长为λ的单模激光，通过光纤进入所述1
×
2耦合器2获得测量臂光信号和参考臂光信号。
[0009]优选地，所述测量臂光信号通过所述环形器3照射到所述MEMS4表面；所述MEMS4表面反射部分测量臂光信号、通过环形器3进入所述2
×
2耦合器5的一个输入端。
[0010]优选地，所述MEMS4包括：薄膜式MEMS、薄板式MEMS、梁式MEMS或球壳式MEMS；
[0011]所述MEMS4能够在水下声信号的驱动下发生形变或振动，改变测量臂光信号的光程。
[0012]优选地，所述MEMS4包括：光纤跳线、光纤匹配套管、薄膜式MEMS、透声帽和封装层；
[0013]所述光纤匹配套管一端与所述光纤跳线通过螺纹进行连接；所述光纤匹配套管另
一端和透声帽通过螺纹进行连接；所述透声帽内部安装有薄膜式MEMS；所述透声帽外部包裹一层封装层；
[0014]水下声信号透过所述封装层、所述透声帽抵达所述薄膜式MEMS，驱动所述薄膜式MEMS发生形变或振动；所述光纤跳线的出射光通过所述光纤匹配套管照射至所述薄膜式MEMS表面，改变光信号的光程，部分测量臂光信号反射回光纤跳线。
[0015]优选地，所述2
×
2耦合器5使所述1
×
2耦合器2输出的测量臂光信号和参考臂光信号发生干涉，干涉光信号由所述光电探测器6转化为电信号。
[0016]优选地，所述干涉光信号由所述光电探测器6转化为电信号包括：
[0017]V
pd
＝V
d
+V
a
cos(φ1+φ0)
[0018]其中，V
pd
为光电探测器6输出电信号，V
d
为光电探测器6输出电信号的直流项，V
a
为光电探测器6输出的电信号的交流项的幅值，φ0为参考臂光信号和测量臂光信号之间的初始相位差，φ1为MEMS4的运动所引起的参考臂光信号和测量臂光信号之间的相位差；
[0019]当所述MEMS4发生位移，则φ1表示为
[0020][0021]其中，D为MEMS4的位移大小，φ1的正负号由MEMS4的位移方向决定；
[0022]当所述MEMS4发生振动，则φ1表示为
[0023][0024]其中，t为时间，d为MEMS4的振动幅值，f为MEMS4的振动频率，φ
10
为MEMS4的振动初始相位。
[0025]优选地，所述电信号通过信号处理模块7的分析与处理后得到MEMS4的运动信息。
[0026]优选地，所述电信号通过信号处理模块7利用包括相位生成载波法或3
×
3耦合器解调法得到干涉光信号的相位φ1，进而求得MEMS4的位移或振动信息。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0028]1、本专利技术通过采用光纤马赫
‑
曾德尔干涉的原理，采用光纤干涉读取MEMS运动的技术特征，避免了压电MEMS水听器的温度漂移、易受电磁干扰等问题，解决了如何读取水下声信号所激励起的MEMS运动的问题，实现了高灵敏度、高稳定性的水下声信号探测的技术效果；
[0029]2、本专利技术通过采用光纤马赫
‑
曾德尔干涉的原理，避免了采用光谱仪或可调谐激光器，将空间光路简化为光纤光路，实现了结构简单化和装置小型化；
[0030]3、本专利技术能够将水下声信号所激励起的MEMS运动转换为输出电信号，实现极高灵敏度的水下声信号探测，不同于现有的光纤法布里
‑
珀罗水听器，本方法可直接得到MEMS的实时运动状态，满足高灵敏度的水下声信号检测要求；
[0031]4、本专利技术通过采用MEMS水听器的技术特征，将水下声信号转化为MEMS的运动，实现了宽频谱、高精度、低功耗的水下声信号探测的技术效果。
附图说明
[0032]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、
目的和优点将会变得更明显：
[0033]图1为本专利技术的系统结构示意图。
[0034]图2为本专利技术的其中一种MEMS安装实施例。
[0035]图3为本专利技术的方法流程图。
[0036]图4为验证图1系统的可行性的实验装置结构图；
[0037]图5为实验结果图。
具体实施方式
[0038]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤马赫
‑
曾德尔干涉的MEMS水听器，其特征在于，包括：激光器(1)、1
×
2耦合器(2)、环形器(3)、MEMS(4)、2
×
2耦合器(5)、光电探测器(6)以及信号处理模块(7)；所述激光器(1)与所述1
×
2耦合器(2)连接；所述1
×
2耦合器(2)分别与所述环形器(3)、2
×
2耦合器(5)连接；所述环形器(3)分别与所述MEMS(4)、2
×
2耦合器(5)连接；所述2
×
2耦合器(5)与所述光电探测器(6)连接；所述光电探测器(6)与所述信号处理模块(7)连接。2.根据权利要求1所述的基于光纤马赫
‑
曾德尔干涉的MEMS水听器，其特征在于，所述激光器(1)发射波长为λ的单模激光，通过光纤进入所述1
×
2耦合器(2)获得测量臂光信号和参考臂光信号。3.根据权利要求1所述的基于光纤马赫
‑
曾德尔干涉的MEMS水听器，其特征在于，所述测量臂光信号通过所述环形器(3)照射到所述MEMS(4)表面；所述MEMS(4)表面反射部分测量臂光信号、通过环形器(3)进入所述2
×
2耦合器(5)的一个输入端。4.根据权利要求1所述的基于光纤马赫
‑
曾德尔干涉的MEMS水听器，其特征在于，所述MEMS(4)包括：薄膜式MEMS、薄板式MEMS、梁式MEMS或球壳式MEMS；所述MEMS(4)能够在水下声信号的驱动下发生形变或振动，改变测量臂光信号的光程。5.根据权利要求4所述的基于光纤马赫
‑
曾德尔干涉的MEMS水听器，其特征在于，所述MEMS(4)包括：光纤跳线、光纤匹配套管、薄膜式MEMS、透声帽和封装层；所述光纤匹配套管一端与所述光纤跳线通过螺纹进行连接；所述光纤匹配套管另一端和透声帽通过螺纹进行连接；所述透声帽内部安装有薄膜式MEMS；所述透声帽外部包裹一层封装层；水下声信号透过所述封装层、所述透...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏星宇，邵磊，张文明，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：