低频光纤声压传感器的研究

论文摘要

光纤自问世以来,因其对外界物理量的敏感特性,光纤传感技术也日新月异。光纤声压传感器是光纤传感技术中一个十分重要的领域,和传统的电声传感器相比,具有结构简单、成本较低、灵敏度高和抗电磁干扰等特点。现在光纤声压传感器已经广泛用于医疗诊断（医院CT室）、自然灾害预警以及一些易燃易爆的环境（油井）等。正是由于这些特殊需求,人们对高精度、体积小、低频段和灵敏度高的光纤声压传感器的关注度也越来越高。本文结合低频光纤声压传感器的发展需求,介绍了传感器的一些应用场景,阐述了对其进行研究的意义。通过回顾前人对光纤声压传感器的研究历程,总结了他们的研究结论。并以此为基础,从膜片的形变入手,对反射式强度调制型光纤声压传感器进行了理论分析,结合相关的仿真,讨论了膜片的材料、厚度和大小对传感器灵敏度以及频率响应的影响。考虑到光纤发散角带来的灵敏度降低,提出了基于光纤准直器的声学传感方案,对各种光纤准直器的耦合效果进行了测试,然后对传感探头整体进行了设计,包括对膜片光学和力学性质的研究,也对传感器外壳结构进行了优化设计,接着对传感器中关键部分的电路进行了说明,包括光源的选取和产生、光电探测器以及对微弱信号的处理等。本文还测试了传感器在可听声波段线性度、稳定性以及频率响应,并利用声音的非线性效应和拍频原理对次声波段的响应进行了试验。结果表明,传感器在0-2 Pa声压范围有着良好的线性输出,线性相关系数为0.9995。10dB带宽的频率响应为1-10000 Hz,灵敏度最高可达320 mV/Pa。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 低频光纤声压传感器的研究意义
•   1.2 低频光纤声压传感器的发展动态
•   1.3 低频光纤声压传感器的发展方向
• 2 反射式强度调制型光纤声压传感器的特性研究
•   2.1 光纤声压传感器的基本结构
•   2.2 传感材料的物理特性
•   2.3 传感器调制特性研究
•   2.4 本章小结
• 3 光纤声压传感器的设计与研制
•   3.1 光纤的选择
•   3.2 传感探头的设计
•   3.3 传感器中的电路设计
•   3.4 本章小结
• 4 光纤声压传感器的性能测试
•   4.1 传感器可听声频段特性研究
•   4.2 传感器次声频段特性研究
•   4.3 本章小结
• 5 声压传感器水下探测应用实验研究
•   5.1 螺旋桨转动的流场分析
•   5.2 水下扰动实验测试
•   5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 谭伦

导师: 元秀华

关键词: 光纤声压传感器,低频,强度调制,拍频原理,光纤准直器

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,自动化技术

单位: 华中科技大学

分类号: TP212;TN253

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.002251

总页数: 62

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