引用本文:

丁文慧,蔺博:基于非本征型Fabry-Perot干涉仪的膜片式光纤麦克风[J]. 光通信技术,2019,43(8):35-37.

基于非本征型Fabry-Perot干涉仪的膜片式光纤麦克风

丁文慧,蔺 博*

(中国电子科技集团公司 电子科学研究院,北京100041)

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摘要:传统声波传感器的有源性严重制约了其在强电磁场干扰、易燃易爆等特殊复杂环境中的应用,而光纤声传感器具有抗电磁干扰、体积小和灵敏度高等优点。提出了一种膜片式光纤麦克风,利用延展性较好的镍金属膜片作为传感薄膜,构成非本征型Fabry-Perot干涉仪。利用静态工作点方法对声音信号进行解调,测试其传感性能。实验结果表明:该光纤麦克风具有灵敏度高、信噪比大、线性度高以及低频响应平坦的特点。

关键词:光纤麦克风;镍金属膜片;非本征型Fabry-Perot干涉仪

中图分类号:TN29 文献标志码:文章编号:1002-5561(2019)08-0035-03

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2019.08.009

0 引言
       目前,传统电子式声传感器由于有源特性,不适合在强电磁场干扰、易燃易爆等特殊复杂环境中应用[1,2],除此之外,电子式声传感器还会产生弱电模拟信号,不适合远距离传输。
       20世纪90年代以来,出现的光纤麦克风是一种新型的光纤声传感器[3,4],它是利用外界声压引起的光纤内传输光参数的变化,通过对声调制的光信号的检测和解调,达到还原声音信号的目的。光纤声传感器具有抗电磁干扰、体积小、结构简单、灵敏度高和频带宽等优点,特别适用于强电磁干扰、易燃易爆等恶劣环境。目前,比较常见的光纤麦克风有反射式强度型和干涉型。干涉型光纤声传感器与强度型光纤声传感器相比,具有更高的灵敏度,可以监听到更微弱的声音震动,捕获更多的敏感声音信息,且具有较强的抗环境干扰能力,不同环境下使用均可保证一定的声音还原准确度[5]。2003年,Bing Yu等人提出一种利用全石英构成的膜片式光纤声波传感器[6],其灵敏度可达到0.0035 nm/Pa,并成功应用于变压器局部放电监测以及涡轮机风扇健康监测中。2010年,Holger J Konle等人[7]提出了基于Fabry-Perot干涉的光纤麦克风,对麦克风探头进行了良好的封装,能最高在1400 K的高温下用于热声测量。2013年,香港理工大学的靳伟等人提出了基于多层石墨烯薄膜的Fabry-Perot干涉型声传感器[8],其灵敏度为1100 nm/(kPa),可用于0.2~22 kHz频率范围内的声音监测。2016年,华中科技大学的吴锋等人提出了一种基于3×3耦合器相位解调的光纤声音传感器[9],该系统可以准确有效地还原出设计带宽内的声音信号,适用于电磁恶劣等应急环境中。为了进一步提高传感器声压测量的灵敏度,本文提出一种体积小的膜片式光纤麦克风。

4 结束语
      本文介绍了一种基于EFPI结构的光纤麦克风,它采用镍金属膜片作为换能器,将声音信号转化为EFPI腔长的变化进行测量和解调。该光纤麦克风的信噪比较高,具有良好的线性声压响应度,且低频范围内频率响应度较为平坦,可以用于测量低频声音信号。