【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学传感，特别涉及一种基于微悬臂梁的光纤超声传感器、制备方法及系统。
技术介绍
1、声波是在弹性介质中以波动形式传播的机械振动，因超声波频率高、波长短、衍射小，并且容易实现声能集中，因而具备很好的穿透力和方向性；到目前，超声波已经普及到人们生活中的各个领域，在超声清洗、乳化、杀菌、雾化、探伤、遥控、测距、成像及水下声通讯等场合都获得了广泛发应用，取得了巨大的成功。
2、目前超声接收主要通过电磁型、电容型、压电型等超声换能器实现，但该类超声换能器存在响应频带窄、空间分辨率低、动态范围小、声耦合效果差、稳定及可靠性不足等本质缺点，难以满足复杂情况下对超声波精细检测的需求；光纤传感器在超声波检测方面的应用，充分发挥出了光纤传感器的优势，相比于传统广泛使用的电类换能器而言，具有结构紧凑、体积小巧、响应频带宽、动态范围大、抗电磁干扰、容易复用等特点，且耐腐蚀、耐高温、可在恶劣环境下工作。随着光纤种类的多样化及光纤传感器制作工艺不断提升，光纤超声传感器的种类和应用领域不断被丰富拓展。
3、目前，一些研究人员提出了薄膜类型法布里珀罗干涉仪(fpi)超声传感器，所采用的是低杨氏模量聚四氟乙烯(ftfe)薄膜，可以提高传感器灵敏度，但其传感器的膜片面积较大，带宽拓展困难，且传感器封装稳定性较差；一些研究人员提出通过在光纤端面沾接聚合物实现平凹腔型法布里珀罗干涉仪(fpi)传感器，石英光纤与聚合物存在的热膨胀系数差异易影响传感器的结构稳定性与灵敏度，且聚合物易受环境湿度、温度等因素影响而使其变性对传感器性能造成
技术实现思路
1、本专利技术实施例提供一种基于微悬臂梁的光纤超声传感器、制备方法及系统，可以解决现有技术中，存在的现阶段所设计的法布里珀罗干涉仪(fpi)传感器难以实现高灵敏度的宽频范围的超声波检测的问题。
2、本专利技术实施例提供一种基于微悬臂梁的光纤超声传感器，包括单模光纤，所述单模光纤的端面与多模光纤的一端面熔接，所述多模光纤的另一端面蚀刻有凹型微腔，所述多模光纤的另一端面还熔接有柚子型光子晶体光纤薄膜，所述凹型微腔与所述柚子型光子晶体光纤薄膜形成法布里珀罗干涉仪微腔；
3、其中，传感激光经单模光纤传输至多模光纤后进入凹型微腔，一部分传感激光被多模光纤的端面反射，另一部分传感激光被柚子型光子晶体光纤薄膜的微悬臂梁反射，两束反射激光发生干涉形成非本征法布里珀罗干涉仪；
4、当超声波作用于微悬臂梁时，微悬臂梁发生形变，致使法布里珀罗干涉仪微腔的腔长发生变化，两束反射激光的光程差发生变化，致使反射光谱发生漂移；当耦合介质充满法布里珀罗干涉仪微腔时，超声波作用于微悬臂梁时，耦合介质的折射率发生变化，两束反射激光的光程差发生变化，致使反射光谱发生漂移；在超声波作用于微悬臂梁下，微悬臂梁形变致使法布里珀罗干涉仪微腔的腔长发生变化和耦合介质的折射率发生变化的同时作用下，法布里珀罗干涉仪的反射光谱发生漂移形成变化的光信号，实现对宽频范围的超声波进行检测。
5、优选地，所述柚子型光子晶体光纤薄膜为六悬臂结构，当使用激光作用于柚子型光子晶体光纤薄膜的悬臂时，形成单悬臂梁结构、双悬臂梁结构或三悬臂梁结构的多形态微悬臂梁结构。
6、优选地，所述柚子型光子晶体光纤薄膜的悬臂被激光作用时还能形成四悬臂梁结构或五悬臂梁结构。
7、优选地，所述凹型微腔的深度为50～100μm，所述凹型微腔的宽度为90～100μm。
8、优选地，所述柚子型光子晶体光纤薄膜的厚度为15～20μm。
9、优选地，所述凹型微腔与所述柚子型光子晶体光纤薄膜形成法布里珀罗干涉仪微腔内充满有耦合介质。
10、本专利技术实施例还提供一种基于微悬臂梁的光纤超声传感器的制备方法，包括以下步骤：
11、s1：将单模光纤与多模光纤切平熔接，在距熔接点固定位置处切平多模光纤；
12、s2：将多模光纤的另一端面固定于四维平台上，精确操控光纤空间位置，将飞秒激光束通过显微物镜聚焦于多模光纤的端面，通过控制激光能量、曝光时间及聚焦深度这些参量进行扫描刻蚀，在多模光纤的端面形成前后贯通的凹型微腔；
13、s3：将微腔光纤与柚子型光子晶体光纤对芯熔接，精确切割柚子型光子晶体光纤，在微腔端面余下不同厚度的具有六悬臂对称结构的柚子型光子晶体光纤薄膜，继续对柚子型光子晶体光纤薄膜进行精细研磨，使其厚度变为固定值；
14、s4：对柚子型光子晶体光纤薄膜的六悬臂进行激光修饰，通过烧蚀不同数量和不同角度的悬臂，在微腔端面形成单悬臂梁结构、双悬臂梁结构或三悬臂梁结构的多形态微悬臂梁结构。
15、本专利技术实施例还提供一种基于微悬臂梁的光纤超声传感系统，包括如上所述的一种基于微悬臂梁的光纤超声传感器，还包括：
16、超声波发生器，用于驱动压电超声换能器；
17、压电超声换能器，与所述超声波发生器连接，用于输出脉冲超声波；
18、可调谐激光器，用于输出单一波长的激光；
19、光纤环形器，与所述可调谐激光器和基于微悬臂梁的光纤超声传感器连接，用于将超声波传感器变化的光信号进行输入和输出；
20、光电探测器，与所述光纤环形器连接，用于将变化的光信号转换为变化的电信号；
21、示波器，与所述光电探测器连接，用于显示携带超声信息的电信号。
22、本专利技术实施例提供一种基于微悬臂梁的光纤超声传感器、制备方法及系统，与现有技术相比，其有益效果如下：
23、传感激光经单模光纤传输至多模光纤后，光束由多模光纤扩大后进入凹型微腔，此时一部分传感激光被多模光纤连接凹型微腔的端面反射，另一部分激光被柚子型光子晶体光纤薄膜的微悬臂梁反射，两束反射激光因存在光程差而发生干涉形成非本征法布里珀罗干涉仪；当当超声波作用于微悬臂梁时，微悬臂梁发生形变，即法布里珀罗干涉仪微腔的腔长发生变化，进而使得两束反射激光的光程差发生变化，干涉光谱发生漂移；当液体充满法布里珀罗干涉仪微腔时，超声波作用于微悬臂梁时，液体的折射率发生变化，使得两束反射激光的光程差发生变化，在以上两者同时作用下时法布里珀罗干涉仪的反射光谱发生漂移，反射光谱的漂移是一种变化的光信号，对此变化的光信号测量可实现对宽频范围内的超声波高灵敏度的检测。
24、而且，通过对柚子型光子晶体光纤薄膜的微悬臂梁进行激光修饰为如单悬臂梁结构、双悬臂梁结构、三悬臂梁结构等结构的多形态微悬臂梁结构，可实现在对宽频范围内超声波检测时，灵活调控传感器的灵敏度本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于微悬臂梁的光纤超声传感器，其特征在于，包括：单模光纤(1)，所述单模光纤(1)的端面与多模光纤(2)的一端面熔接，所述多模光纤(2)的另一端面蚀刻有凹型微腔(3)，所述多模光纤(2)的另一端面还熔接有柚子型光子晶体光纤薄膜(4)，所述凹型微腔(3)与所述柚子型光子晶体光纤薄膜(4)形成法布里珀罗干涉仪微腔；
2.根据权利要求1所述的一种基于微悬臂梁的光纤超声传感器，其特征在于，所述柚子型光子晶体光纤薄膜(4)为六悬臂结构，当使用激光作用于柚子型光子晶体光纤薄膜(4)的悬臂时，形成单悬臂梁结构(5)、双悬臂梁结构(6)或三悬臂梁结构(7)的多形态微悬臂梁结构。
3.根据权利要求2所述的一种基于微悬臂梁的光纤超声传感器，其特征在于，所述柚子型光子晶体光纤薄膜(4)的悬臂被激光作用时还能形成四悬臂梁结构或五悬臂梁结构。
4.根据权利要求1所述的一种基于微悬臂梁的光纤超声传感器，其特征在于，所述凹型微腔(3)的深度为50～100μm，所述凹型微腔(3)的宽度为90～100μm。
5.根据权利要求1所述的一种基于微悬臂梁的光纤超声
6.根据权利要求1所述的一种基于微悬臂梁的光纤超声传感器，其特征在于，所述凹型微腔(3)与所述柚子型光子晶体光纤薄膜(4)形成法布里珀罗干涉仪微腔内充满有耦合介质。
7.一种基于权利要求1～6任一项所述的基于微悬臂梁的光纤超声传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.一种基于微悬臂梁的光纤超声传感系统，包括如权利要求1～6任一项所述的一种基于微悬臂梁的光纤超声传感器，还包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于微悬臂梁的光纤超声传感器，其特征在于，包括：单模光纤(1)，所述单模光纤(1)的端面与多模光纤(2)的一端面熔接，所述多模光纤(2)的另一端面蚀刻有凹型微腔(3)，所述多模光纤(2)的另一端面还熔接有柚子型光子晶体光纤薄膜(4)，所述凹型微腔(3)与所述柚子型光子晶体光纤薄膜(4)形成法布里珀罗干涉仪微腔；
2.根据权利要求1所述的一种基于微悬臂梁的光纤超声传感器，其特征在于，所述柚子型光子晶体光纤薄膜(4)为六悬臂结构，当使用激光作用于柚子型光子晶体光纤薄膜(4)的悬臂时，形成单悬臂梁结构(5)、双悬臂梁结构(6)或三悬臂梁结构(7)的多形态微悬臂梁结构。
3.根据权利要求2所述的一种基于微悬臂梁的光纤超声传感器，其特征在于，所述柚子型光子晶体光纤薄膜(4)的悬臂被激光作用时还能形成四悬臂梁结构或五悬...
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