1. 研究背景与目的：

• 光纤法布里-珀罗（F-P）传感器因其高灵敏度和抗干扰能力，在医疗检测、水声探测、电力监测等多个领域得到广泛应用。

• 研究目的：设计一种球拍型悬臂梁光纤F-P腔声传感器，以突破现有传感器的性能限制，提高灵敏度。

2. 非本征光纤F-P腔膜片式传感器原理：

• 非本征光纤F-P腔由光纤端面与非光纤反射膜构成，通过声压作用使反射膜产生位移，导致腔长和光程差变化，进而调制干涉光强，实现高灵敏度测量。

• 悬臂梁具有多种振动模态，其一阶谐振频率可通过质点模型近似表示，与悬臂梁的有效质量、阻尼系数、有效弹簧常数等参数有关。

3. 球拍型悬臂梁膜片模型仿真：

• 提出球拍型悬臂梁设计，通过COMSOL仿真软件进行模态分析和尺寸优化，确定关键尺寸使谐振频率优化至目标值。

• 仿真结果显示，球拍型悬臂梁在1阶谐振模态下振动时，信号强度更强，灵敏度更高。

• 通过控制变量法分析了前端圆形半径、后端矩形长度、宽度以及膜片厚度对谐振频率的影响。

4. 传感器制作与性能测试：

• 制作：采用激光加工技术制备304不锈钢材质的球拍型悬臂梁光纤F-P腔声传感器，传感膜片由三层不锈钢结构组成，通过冷焊工艺点焊成型。

• 性能测试：搭建声学测试系统，在203000 Hz频率范围内对传感器性能进行测试。实验结果表明，传感器谐振频率为1750 Hz，在4003000 Hz范围内灵敏度均高于350 mV/Pa。

• 具体数据：在1400 Hz工作频率下，0.01~0.17 Pa声压范围内的灵敏度达到3619.57 mV/Pa，线性度为0.9998，信噪比（SNR）为49.1 dB，最小可检测声压（MDP）为15.03 μPa/Hz¹²。

5. 测试系统与结果分析：

• 测试系统采用中心波长为1550 nm、功率为3 mW的激光光源，通过光纤环形器将激光导入传感器，利用锁相放大器控制的扬声器作为标准声源。

• 测试结果显示，传感器在1400 Hz频率下性能最优，声压响应线性度高，信噪比和最小可检测声压均达到较高水平。

6. 结论与展望：

• 提出的球拍型悬臂梁光纤F-P腔声传感器具有不受电磁干扰、体积小巧、灵敏度高、便于安装等优点，在光声光谱学技术领域有着广阔的应用前景。

• 未来研究可进一步优化传感器设计，提高制造精度，以拓展其在更多领域的应用。

文件通过详细的仿真分析、制作工艺和性能测试，验证了球拍型悬臂梁光纤F-P腔声传感器的高灵敏度特性，为其在光声光谱学技术领域的应用提供了有力支持。