基于PPESK聚合物膜的光纤Fabry-Perot声学传感器

0 下载量 143 浏览量 更新于2024-08-30 收藏 567KB PDF 举报
"基于聚合物隔膜的敏感光纤Fabry-Perot声学传感器" 文章介绍了一种用于测量气动声波的新型敏感聚合物隔膜光纤Fabry-Perot(F-P)传感器。该传感器的核心是采用了一种新颖的聚合物材料——聚对苯二氮杂酮醚砜酮(PPESK)制成的隔膜作为声学传感元件。隔膜的有效尺寸为直径4毫米、厚度6微米。由于隔膜的优良机械性能和光学特性,结合干涉计量法和强度解调技术,使得该传感器在0.1至12.7千赫兹的频率范围内实现了31毫伏/帕的系统灵敏度,并在1千赫兹时获得了29分贝的信噪比(SNR)。传感器的线性响应范围从0.35帕到2.82帕,对应于85至103分贝的声压级(SPL,参考20微帕)。这种传感器有望成为一种通用且低成本的光学微型麦克风。 关键词: 空气声波,光纤F-P腔,有机膜片,光干涉,强度解调,声学传感器 在本文中,作者Qiaoyun Wang和Qingxu Yu详细阐述了他们设计的聚合物隔膜传感器的工作原理和性能特点。使用PPESK材料制作的隔膜作为传感器的核心,这种材料具有良好的机械强度和光学透明性,使其在声波检测中表现优秀。F-P腔由两面反射镜构成,其中一面是隔膜,声波的压力变化导致隔膜的微小位移,从而改变腔内的光程差,通过干涉效应,可以将声波信号转化为可测量的光学信号。 利用干涉计量法,即通过分析透射光的干涉图案的变化来监测隔膜的位移,可以实现对声压的精确测量。同时,为了进一步提升信号处理能力,采用了强度解调技术,这是一种常见的信号处理方法,能有效提取出由声波引起的干涉信号变化,从而提高传感器的灵敏度和信噪比。 在实际应用中,传感器在宽频范围内保持高灵敏度,特别适合监测低至0.1千赫兹的气动声波。29分贝的信噪比表明传感器能够清晰地识别并分离出噪声背景下的信号,这对于气动声学研究和噪声控制至关重要。此外,其线性响应范围覆盖了常见的声压水平,使得传感器在多种环境中都有广泛的应用潜力。 这项工作展示了聚合物隔膜光纤F-P传感器在声学测量领域的先进性和实用性,特别是在低成本和高性能方面,为未来的光学声学传感器设计提供了新的思路。