0 引言

     基于振膜结构的光纤非本征法布里-珀罗（Fabry-Perot，F-P）传感器具有灵敏度高、体积小、通用性强和抗电磁干扰等优点被广泛研究[1]。这些传感器已经成功用于声波、振动、温度、压力、折射率和应变等物理量的检测[2]。其中，膜片作为F-P传感器的重要结构，对传感器的性能尤其是灵敏度起着至关重要的作用，这些膜片的材质通常是硅、银、聚合物或石墨烯等[3-4]。在一定的共振频率下，半径小、厚度薄的膜片将会发生较大的形变[5]，这样的膜片具备检测微弱信号的能力。此外，快速发展的微机电系统（MEMS）技术在膜片制造、器件组装和大规模生产方面体现了巨大的优势[6-7]。

　　精确检测电气设备中局部放电产生的声波，并进一步对其进行定位，这对于预防电力系统灾难性故障至关重要[8－10]。因此，声传感器应具有对声压变化的线性响应[11]；同时，考虑到声音的传播特性和环境噪声，声传感器的带宽应覆盖40~300 kHz的频率范围[12]。然而，当灵敏度为67.01 nm/Pa、共振频率为3 kHz时，传感器的超声响应会受限制[4]。当灵敏度为3.9 nm/kPa、共振频率为242 kHz的声传感器也可能无法检测大入射范围内的低声压和响应[13]，这使灵敏度和声共振频率之间需要有一个折中。因此，在局部放电引起的超声频率范围内制造具有高灵敏度的膜片至关重要。此外，在超声波的宽入射角范围内，传感膜片应具有相对平坦的角度响应，这种平坦的角度响应有利于局部放电位置的精确定位和减少定位所需传感器的数量[11]，这在以前的研究中很少被考虑。此外，传感器的方向响应也会受到F-P腔对准方式和封装材料的影响。因此，本文对基于MEMS的高灵敏度F-P声传感器在不同入射角和线性距离方向的灵敏度进行时域测量和分析。

4 结束语

     本文研究了光纤F-P声传感器在不同入射角和线性距离下的方向灵敏度，该传感器的灵敏度最高可达到733 nm/kPa，其响应范围为±60°，在50 cm处的振幅波动为5.90 dB。传感系统在100 cm处的SNR为31.42 dB，噪声低于20 mV，这表明它能够检测3 m以外的空气中微弱的放电信号。实验结果为传感器封装的优化以及用于检测局部放电的传感器阵列的优化配置提供了参考。