1 中国科学院空天信息创新研究院传感技术国家重点实验室，北京 100190
2 中国科学院大学电子电气与通信工程学院，北京 100049
3 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 100049
针对迷你无人飞行器（mini-UAV）探测难度大的问题，仿真设计并制作了谐振频率接近mini-UAV噪声特征频率的硅基微机电系统（MEMS）轮形振膜，结合精密机械加工制作了光纤法布里-珀罗干涉式声传感器。测试结果表明，该光纤声传感器的谐振频率为7.279 kHz，与仿真结果基本一致，其在频率为7 kHz声波正入射的条件下的灵敏度为1.8 V/Pa，信噪比为71 dB，最小可探测声压为99 μPa/Hz0.5。值得强调的是，该声传感器对声波的响应呈现“8”字形的方向依赖性，表明其具有识别声源方向的能力。进一步在户外测试了该光纤声传感器对mini-UAV的探测能力，结果表明，声传感器能够在65 m的范围内探测到mini-UAV噪声，其探测距离是商用驻极体声传感器的3倍左右。所研制的硅基MEMS轮形振膜光纤声传感器为解决实践中mini-UAV探测难的问题提供了一种简单有效的工具。
传感器 光纤声传感器 MEMS轮形振膜 迷你无人飞行器探测
1 中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室，山西 太原 030051
2 中北大学软件学院，山西 太原 030051
结合光纤工作频带宽、传输损耗小以及微机电系统（MEMS）制造工艺可实现微小型化、批量化和高一致性生产的优势，MEMS光学声传感器表现出高灵敏度、宽频带、大动态范围和高信噪比的优异声探测性能，受到了科研人员的普遍关注和深入研究。根据声敏感单元结构不同，将MEMS光学声传感器分为微结构光纤光栅型、光纤干涉仪型和微谐振腔型。然后，分别介绍了不同类型MEMS光学声传感器的声敏感原理，并在此基础上讨论了它们在不同声探测领域中的研究现状以及目前最为成熟的应用领域。最后展望了MEMS光学声传感器在MEMS工艺逐渐成熟的促使下，可与硅基光电子集成技术相结合实现系统片上集成的未来发展趋势。
光纤光学 微机电系统制造工艺 声传感器 微结构光纤光栅 光纤干涉仪 微谐振腔 激光与光电子学进展
2023, 60(3): 0312017
1 国家电网宁夏电力有限公司, 银川 750002
2 西安理工大学, 西安710077
目前的研究工作都集中在如何提高法布里-珀罗(Fabry-Perot, F-P)传感器的灵敏度和线性响应度, 而传感器的方向响应性在局部放电定位中的研究较少。对基于微机电系统(MEMS)的F-P声传感器的方向灵敏度进行了实验研究, 制作了膜片厚度为5 μm的F-P声传感器, 并测量和分析了来自不同入射角和线性距离的放电源的声信号。实验结果表明: 该传感器在±60°入射范围内具有5.90 dB的振幅波动, 信噪比高, 使其具备3 m以外检测微弱局部放电信号的能力。
光纤传感器 法布里-珀罗 声传感器 局部放电 fiber optic sensor, Fabry-Perot, acoustic sensor,
研究一种MEMS膜片与超小GRIN光纤镜头相结合的MEMS光纤声传感器，以及基于扫频OCT （Swept Source Optical Coherence Tomography，SS-OCT）解调系统的MEMS光纤声传感器性能测试方法。在进行建模分析的基础上，设计并研究MEMS膜片与超小GRIN光纤镜头相结合的MEMS光纤声传感器的制作工艺，搭建基于SS-OCT的声振测量系统，通过开展单频声信号、混频声信号、频率响应、声压灵敏度和系统稳定性测量实验，进行传感器的性能测试与标定。结果显示，所研究的MEMS光纤声传感器样品的频响范围为50 Hz~4.5 kHz，在频率为300 Hz时传感器声压灵敏度21.63 nm/Pa，信噪比（SNR）为44.1 dB，线性度为98.97%，重复性标准偏差为0.003。结果表明所研究的MEMS光纤声传感器可行，而且利用SS-OCT解调系统可对其传感性能进行有效测量。
超小GRIN光纤镜头 MEMS 光纤声传感器 SS-OCT ultra-small GRIN fiber lens MEMS optical fiber acoustic sensor SS-OCT 光学 精密工程
2022, 30(12): 1406
中北大学 信息探测与处理技术研究所, 太原 030051
地声主要为频率集中在0~20 Hz的次声波, 对传感器灵敏度、精确度及频响特性具有较高要求, 合理的信号解调方法是传感器研究的关键。提出了双波长单通道正交解调算法, 根据光的干涉原理对基于非本征法布里-珀罗干涉(EFPI)地声传感器进行了敏感机理的理论分析, 明确了传感器在工作时需满足在线性区域的要求, 利用Matlab软件进行仿真分析, 结果表明: 该算法避免了外界环境造成的腔长变化对输出结果的干扰, 可准确解调出原始信号, 印证了该解调方法的可行性。
法布里-珀罗腔 地声传感器 正交解调法 Fabri-Perot cavity geoacoustic sensor orthogonal demodulation method
1 北京邮电大学电子工程学院, 北京 100876
2 北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室, 北京 100876
3 北京邮电大学天地互联与融合北京市重点实验室, 北京 100876
4 北京理工大学前沿交叉科学研究院, 北京 100081
提出一种采用π/2正交相位板的抗温度干扰光纤声传感器。采用微加工技术研制了一种具有π/2正交相位的波前相位板。经自聚焦光纤准直的光束通过π/2正交相位板可以形成波干涉,由此形成一个微型正交干涉型声波传感器。实验结果表明,所提传感器的声波频率为0.1~10 kHz时,声波响应灵敏度可达168 mV·Pa -1。在频率为5 kHz时,光纤声传感器的最小可探测声压可达68 μPa·Hz -1/2。因为π/2正交相位板具有固定的正交相位,所提传感器具有抗温度干扰能力。当环境温度为20~140 ℃时,传感器的电压标准变化量只有2.4%。所提传感器在远程气体泄漏探测、光声光谱探测、声源定位等方面具有广阔的应用前景。
光纤光学 光纤声传感器 π/2正交相位板; 抗温度干扰 双波干涉仪 光学学报
2020, 40(13): 1306002
为研究不同材料对法布里-珀罗(F-P)干涉声传感器性能的影响。采用几种不同金属材料, 设计制作了基于光纤端面—膜片非本征型F-P干涉声传感器, 利用有限元方法对圆形振动膜片进行模态分析, 得到了一阶固有频率。实验结果表明: 由金、锌合金材料制作的传感器可探测较低声压, 且传感器灵敏度较高、对外界声波信号响应成良好的线性关系。
光纤传感器 法布里-珀罗腔 声传感器 金属材料 圆形膜片 fiber sensor Fabry-Perot cavity acoustic sensor metal material circular diaphragm
1 中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
设计并制作了一种基于光纤干涉仪的低频声传感器,用于检测频率小于20 Hz的次声信号。该传感器利用厚度为5 μm,半径为1/2 inch(1 inch=2. 54 cm)的圆形镍膜作为振膜,该振膜被平整地固定在金属腔体的一个端口,呈周边拉伸式。伸入腔室的单模光纤的端面与振膜内表面构成一个非本征型光纤法布里-珀罗干涉仪(EFPI),用于检测由声音导致的振膜的振动。为了优化传感器性能,基于弹性力学原理和有限元仿真软件,分析了振膜预应力和振膜厚度对传感器一阶谐振频率的影响。仿真结果表明在一定的膜厚范围内,一阶谐振频率对预应力非常敏感而对膜厚不敏感。利用B&K 4193-L-004型标准声传感器和42AE型标准次声发射腔对所制光纤次声传感器进行了测试,结果表明该传感器在0.1~20 Hz范围内具有良好的频率响应特性,对1 Hz声波的灵敏度高达285 mV/Pa。
光纤光学 低频声传感器 光纤非本征法布里-珀罗干涉仪 高灵敏度 有限元仿真 激光与光电子学进展
2019, 56(15): 150603
电子科技大学光电科学与工程学院，四川 成都 610054
光纤声传感器是一种利用光纤作为传光介质或探测单元的一类声传感器，相比传统电声传感器其具有灵敏度高、频带响应宽、抗电磁干扰等优越特性，可广泛应用于**安全、工业无损检测、医疗诊断及消费电子等领域。按照声场与光的耦合方式，把光纤声传感器分为间接耦合型和直接耦合型两种，其中，间接耦合型光纤声传感器受声耦合材料频响特性限制，存在频响不平坦、带宽较窄及动态范围小等缺点；而直接耦合型光纤声传感器克服了上述的缺点，具有广阔的发展潜力。
光纤声传感器 间接耦合 直接耦合 频率响应 灵敏度 optical fiber acoustic sensors indirect coupling direct coupling frequency response sensitivity
1 华南农业大学电子工程学院, 广东 广州 510642
2 华南农业大学材料与能源学院, 广东 广州 510642
3 华南农业大学农学院, 广东 广州 510642
超声信号能引起SU-8材料的厚度变化，将一薄层厚度均匀的SU-8膜镀在盖玻片上，再镀一层均匀金属银制成光滑反射面，制作了一个光声传感器，并借助此传感器计了一套实时、动态的光声成像系统。该光声成像系统中，吸收性样品的光声信号引起光声探测器上SU-8材料厚度变化，当一束激光经过探测器反射面时，该厚度变化将会调制反射光的相位，系统借助光学相衬滤波法解调该相移，得到SU-8的厚度变化量，获取与样品光声信号的分布对应的光强分布，从而获得样品的动态实时光声像。对光声信号的产生（光致超声效应）、光声信号的调制、光声信号的解调（传感器的制作）进行了论述，并对SU-8光声探测器对光声信号的感应特性做了初步实验研究，结果验证了SU-8能够探测光声信号。
成像系统 SU-8光声传感器 相衬 光声成像 激光与光电子学进展
2016, 53(7): 071701
