基于空芯光子晶體光纖的超聲波傳感器研究.pdf

1、與傳統(tǒng)的超聲波傳感器相比，光纖超聲波傳感器以其不受電磁干擾、耐腐蝕、體積小、重量輕、便于復用、耐高溫等獨有優(yōu)點受到廣泛的關注和研究。全光纖化、小型化、智能化將是今后超聲波傳感器發(fā)展的重要方向。光纖琺珀超聲波傳感器作為光纖超聲波傳感器中極為重要的一類，在分辨率、精度、響應頻帶等方面優(yōu)勢明顯，是最有發(fā)展?jié)摿Φ墓饫w超聲波傳感器之一。
　　 本文來源于國家自然科學基金(60537040)，是基于目前迫切需要性能更優(yōu)越的超聲傳感器件的要求

2、，首次提出利用基于空芯光子晶體光纖構成的在線型琺珀干涉(HCPCF-ILFP)傳感器來檢測超聲波，為超聲波的檢測提出了一種全新的器件。主要工作和成果如下：
　　 Ⅰ.利用圓形活塞換能器的縱波聲場公式，從理論上得到了本課題所使用的換能器中心軸線上，過軸線任意平面上，以及垂直于聲軸的橫截面上聲場的分布情況，并利用公式進行數(shù)值的仿真。仿真結(jié)果表明在垂直于換能器聲軸的橫截面上聲場呈高斯分布；而在換能器中心軸線上，近場區(qū)內(nèi)的超聲場振蕩較大

3、，而在近場區(qū)外呈單調(diào)衰減趨勢，因此在檢測超聲波時應把傳感器放在近場區(qū)以外。數(shù)值仿真結(jié)果為超聲波檢測實驗奠定了理論基礎，并在一定程度上很好的指導了實驗。
　　 Ⅱ.對比了基于HCPCF的光纖琺珀傳感器與FBG的溫度特性和應變特性，實驗表明前者具有更低的溫度系數(shù)(HCPCF-ILFP為0.9pm/℃，而FBG為10.7pm/℃)，更高的應變靈敏度(HCPCF-ILFP為2.8pm/με，而FBG為1.3 pm/με))，更適合用于超

4、聲波的檢測。通過對超聲波檢測原理和解調(diào)方法的學習和研究，搭建起了超聲波檢測的實驗系統(tǒng)，其中包括超聲波的產(chǎn)生系統(tǒng)，光纖超聲波傳感器的固定升降裝置，可垂直及水平移動超聲波換能器的夾持裝置，以及光路檢測部分，并利用HCPCF-ILFP實現(xiàn)了對超聲場的檢測，實驗表明HCPCF-ILFP比FBG更靈敏，并利用聲波在分界面的反射和折射理論，從不同介質(zhì)的特征聲阻抗出發(fā)，對實驗結(jié)果進行了解釋，初步分析了HCPCF-ILFP與超聲場的作用機理。