论文部分内容阅读
光纤传声器具有很好的抗电磁干扰特性,又因光纤柔软,适合一些传统传感器难测量的地方使用,具有独特优点。本文研制的传声器采用相位调制光纤Fizeau干涉仪的原理,为克服干涉仪的相位衰落现象,解调方法采用PGC解调方案。振动膜采用较先进的MEMS硅微工艺制作,这使得整个传声器微小化,且具有灵敏度高,一致性好,可形成阵列化等优点。
本文研制了整套光纤传声器系统,包括传感器探头、硅微振动膜、光纤光路支持、信号调制解调处理等方面,并进行了较全面的有关光学探头、振动膜、小信号检测、灵敏度等关键参数的理论计算分析,设计完成了多组验证实验。最终设计完成的传声器电压灵敏度在特定频带内取得-20dB(ref.1V/Pa)的较好结果。
本文将干涉型相位载波调制解调技术与硅微振动膜技术有机结合,研制成较新的光纤传声器系统,并取得了较好的实验结果。
理论计算出采用自聚焦透镜耦合的偏角插损很高。实验表明,要得到较好的解调结果,偏角误差不能超过0.5°,这对加工提出较高的要求。
计算出用于本课题的自聚焦透镜的输出光束半径、发散角、工作距离以及投射到膜片上的光斑大小,为膜的振动分析提供必要的理论支持。
研究了硅微振动膜的振动形式,理论计算本系统振膜的受迫振幅和共振频率等关键参数,并进行系统灵敏度的理论推导;设计固定自聚焦透镜准直器和振动膜的套筒,最终完成整个传感器探头的制作。
具体分析小信号检测电路的噪声来源问题,寻找减小噪声的办法。设计完成了整套PGC模拟电路,经过反复调试,使电路两路基本平衡,得到了较好解调结果。
采用同时比较法测量该传声器的电压灵敏度及噪声曲线,在2000Hz附近响应的灵敏度最高,达到-12dB,在1000Hz~4000Hz的频带内的灵敏度平均值为-20dB,信噪比平均值为-90dB,比目前同样尺寸和膜片结构的一般电容式传声器要高30dB左右,灵敏度与信噪比均很好。标定了该光纤传声器的相位灵敏度值,在特定频带内,平均为-145dB,和理论计算值基本一致。