CN116818084A - 一种基于微纳光纤耦合器的声波传感器和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于微纳光纤耦合器的声波传感器和系统。包括衬底，作为声波传感器的基底；包括气体腔体，布置在衬底上，内部具有相对封闭的气室；包括微纳光纤耦合器，具有光学敏感部，光学敏感部布置在气体腔体中；包括振动膜，布置在气体腔体的一侧表面，和气体腔体气室内的气体直接接触；还包括光学检测组件，光学检测组件包括激光光源、光电探测器和示波器。微纳光纤耦合器一端和激光光源连接，微纳光纤耦合器另一端和光电探测器连接，同时光电探测器和示波器电连接。本发明能实现对声波的快速准确检测，具有超高灵敏度、实时响应、结构紧凑、成本低廉等优点，在超声监测、工业无损检测、机器人导航等领域具有应用前景。

Description

一种基于微纳光纤耦合器的声波传感器和系统

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域的一种声波传感器和系统，尤其是涉及了一种基于微纳光纤耦合器的声波传感器以及声波检测系统。

背景技术

声波是一种由发声体的振动在介质中传播引起的机械波。声波检测技术利用声波的物理特性进行非接触式的探测和测量，从而实现对目标物体形状、距离、速度、质量等特征参数的捕捉和分析。声波检测技术具有非接触、信息量丰富、对人体和环境无害等优点，因此应用场景极为丰富，被广泛应用于材料特性检测、医学诊断、工业无损检测、地震勘测、机器人导航等领域。

基于电容、电阻、压电等效应实现高灵敏度声波检测的电学传感器取得了优异的性能，然而，寄生电容、电磁干扰等问题在一定程度上限制了电学传感器的应用范围。不同于传统的电学传感器件，近些年逐步发展起来的基于光纤的声波传感技术结合了声波检测与分析技术以及光纤传感的独特优势，以光作为信息载体，不仅能够免疫电磁干扰，还具备快响应速度、低传输损耗、易于复用等优势，已成为当前的研究热点。

其中，微纳光纤作为一种直径接近或小于传输光波长的新型光纤，因其强倏逝场、低弯曲损耗、小尺寸等特点在光学传感领域备受青睐。基于光学近场耦合效应的微纳光纤耦合器结构对相位变化极为敏感，因此是实现高灵敏度传感的优良选择。

如何实现微弱声波信号的有效传导和高效转化是声波检测技术领域面临的首要技术难题。同时，为提升传感器件的测量精度和使用寿命，对传感器的核心部件进行有效封装以隔绝外界环境污染也是现有技术应用亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供了一种基于微纳光纤耦合器的声波传感器，通过创新性地引入振动膜和气体腔体结构实现对微弱声波信号的有效收集和放大，并基于对光学相位高度敏感的微纳光纤耦合器结构，能实现对微弱声波信号的高灵敏度、实时检测，解决了目前声波传感器灵敏度低或结构复杂、抗干扰能力弱的技术问题。

本发明的技术方案是：

一、一种基于微纳光纤耦合器的声波传感器：

包括衬底，作为声波传感器的基底；

包括气体腔体，布置在衬底上，内部具有相对封闭的气室；

包括微纳光纤耦合器，具有光学敏感部，光学敏感部布置在气体腔体中；

包括振动膜，布置在气体腔体的一侧表面，和气体腔体气室内的气体直接接触。

微纳光纤耦合器被封装在密闭的气体腔体内部，振动膜接收声波信号后产生振动，使密闭气体腔体内的气体相应挤压或膨胀，造成密闭腔室内气体折射率产生相应变化，从而影响耦合器的分光比，耦合器输出端信号强度发生变化。

所述的气体腔体的气室仅设置有两个开口，两个开口分别是由振动膜和衬底封盖住，使得气室内形成相对封闭的空间并填充有气体。

具体地，所述的气体腔体是中间开设通槽的实心块体，通槽上下两端作为开口。

所述的气体腔体可采用PDMS、环氧树脂等材料。

所述微纳光纤耦合器穿设过气体腔体布置，且使得光学敏感部处于气体腔体气室的中间。

所述微纳光纤耦合器具有中间直径较其他部位更细的拉锥区域部位，作为光学敏感部。

所述微纳光纤耦合器是由至少两根拉锥光纤平行并排布置构成，且各根拉锥光纤的拉锥区域部位紧密连接贴合成一体。

具体地，所述微纳光纤耦合器是通过两根相同的光纤紧靠在一起后熔融拉伸制成，两根光纤的拉锥区域部位相互紧密接触构成光学近场耦合结构，作为光学敏感部。

所述衬底的折射率低于所述的微纳光纤耦合器中的拉锥光纤的折射率。

所述衬底采用表面涂覆有PDMS的石英玻璃材料。

所述的振动膜是能够将外界声波信号转换为自身振动、进而带动气体腔体的气室内气体振动的膜。

所述振动膜采用PET或PMMA材料。

二、一种基于微纳光纤耦合器的声波检测系统：

包括所述的声波传感器；

包括至少一组光学检测组件，每一组光学检测组件包括激光光源、光电探测器和示波器，所述声波传感器中的微纳光纤耦合器的一端和激光光源连接，微纳光纤耦合器另一端和光电探测器连接，同时光电探测器和示波器电连接。

一个实施方案是包括一组光学检测组件，光学检测组件连接到声波传感器中微纳光纤耦合器的单根光纤输入端和单根光纤输出端。

一个实施方案是包括两组光学检测组件，且所述微纳光纤耦合器包含两根光纤，两组光学检测组件分别连接到声波传感器中的一个微纳光纤耦合器的两根光纤输入端和两根光纤输出端。

本发明所述的声波传感器和声波检测系统是通过覆盖在气体腔体表面的振动膜接收声波信号后振动并转化为密闭气体腔体内的气体折射率变化，进而改变了微纳光纤耦合器中光学近场耦合结构的光学耦合状态。得益于微纳光纤耦合器的光学近场耦合结构对环境折射率的高度敏感性，因此声波最终导致微纳光纤耦合器输出端信号强度发生变化。该传感器可以实现对声波的高灵敏度、实时检测。

本发明的振动膜接收声波信号后振动，导致密闭气体腔体内的气体折射率变化，改变了微纳光纤耦合器中光学近场耦合结构的环境折射率，进而使得耦合器输出端的分光比产生变化，再通过检测微纳光纤耦合器输出端的光强变化能实现对声波的检测。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

由于微纳光纤耦合器的分光效应对于微纳光纤光学近场耦合区域的环境折射率高度敏感，因此该传感器对于声波信号具有超高的响应灵敏度，能实现对微弱声波信号的实时检测。另外，微纳光纤耦合器传感结构具备较强的灵活性，通过调控两根光纤在耦合区域的直径和耦合长度能调节传感器的对声波的响应灵敏度及量程。

振动膜能响应宽频段的微弱声波信号并将声波信号传递至气体腔体，因此该传感器具备宽频段的声波响应特征，能覆盖次声、可听声和超声。同时，振动膜的法向振动阻尼相比切向振动阻尼明显更小，因此该声波传感器具有明显的指向性，这能有效减小非采集方向的噪声干扰，提升对待测声波信号的信噪比。

振动膜和密闭气体腔体结构起到声波采集和放大的作用，有助于提升器件的声波响应灵敏度。同时密闭气体腔体实现了对微纳光纤耦合器的封装，使光学敏感部免受灰尘或湿气的污染，降低了气流扰动、湿度变化等环境因素引入的测量误差，提升了对微纳光纤耦合器对声波传感的鲁棒性。

本发明具有超高灵敏度、实时响应、结构紧凑、成本低廉等优点，在超声监测、工业无损检测、机器人导航等领域具有广阔应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面对本发明实施例的相关技术方案附图作以下介绍。

图1是本发明一种基于微纳光纤耦合器的声波传感器的总体结构示意图；

图2是本发明一种基于微纳光纤耦合器的声波传感器的结构爆炸示意图；

图3是本发明实施例中基于微纳光纤耦合器的声波传感器所构建的声波检测系统的俯视示意图；

图4是本发明实施例中基于微纳光纤耦合器的声波传感器所构建的声波检测系统的侧视示意图；

图5是本发明实施例中用于制备微纳光纤耦合器的光纤固定夹具的结构示意图；

图6是本发明中气体腔体模具的结构示意图；

图7是本发明制备基于微纳光纤耦合器的声波传感器的方法流程图。

图中：1-微纳光纤耦合器，2-气体腔体，3-振动膜，4-衬底，5＝-激光光源，6-光电探测器，7-示波器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，具体实施的声波传感器的结构包括：

包括衬底4，作为声波传感器的基底；

包括气体腔体2，布置在衬底4上，内部具有相对封闭的气室；

包括微纳光纤耦合器1，具有光学敏感部，光学敏感部布置在气体腔体2的气室内和气室内气体直接接触；

包括振动膜3，布置在气体腔体2的一侧表面，和气体腔体2气室内的气体直接接触。振动膜3是能够将外界声波转换为自身振动、进而带动气体腔体2的气室内气体振动的膜，由振动膜3振动能够带动气体腔体2内的气体波动运动。

气体腔体2是中间开设有上下贯通的通槽的实心块体，通槽作为气体腔体2的气室空间。通槽的两端仅设置两个端口，分别由振动膜3和衬底4封盖住，使得气室内形成相对封闭的空间并填充有气体。

具体实施中，气体腔体2上下端面分别与振动膜3和衬底4紧密贴合，形成密闭空间，腔室内填充有气体。

所述微纳光纤耦合器1穿设过气体腔体2及其气室布置，且使得光学敏感部处于气体腔体2气室的中间。

所述微纳光纤耦合器1具有中间直径较细最细的拉锥区域部位，拉锥区域部位的直径相比于其他部位的直径更细，作为光学敏感部。

这样由衬底4、气体腔体2和振动膜3贴合构成密闭的气室，微纳光纤耦合器1的拉锥区域部位构成的光学近场耦合结构置于密闭的气室内。

所述微纳光纤耦合器1是由至少两根拉锥光纤平行并排布置构成，且各根拉锥光纤的拉锥区域部位紧密贴合成一体。并且，衬底4的折射率应低于微纳光纤耦合器1中的拉锥光纤的折射率。

所述微纳光纤耦合器1是通过两根相同的去除涂覆层的普通光纤紧靠在一起后熔融拉伸制成，在光纤中部变细处形成拉锥区域部位，普通光纤加工成拉锥光纤，两根拉锥光纤的拉锥区域部位相互紧密接触构成光学近场耦合结构，作为光学敏感部。

对于制备一根拉锥光纤而言，通过边熔融边拉伸制成，在光纤中部变细处形成拉锥区域部位。

对于制备两根拉锥光纤而言，两根拉锥光纤均通过熔融拉伸制成，在两个光纤中部变细处均形成拉锥区域部位，且两根拉锥光纤的拉锥区域部位在熔融拉伸时一直紧密贴合在一起。

具体实施中，制作微纳光纤耦合器1时，也可以先各自制备获得两根拉锥光纤，再通过在显微镜观察下的微纳操作将两根拉锥光纤的拉锥区域部位并拢连接。

具体实施中，微纳光纤耦合器1的光学近场耦合结构/光学敏感部是置于衬底4上方。

具体实施中，所述微纳光纤耦合器1的光纤可以采用直线方向布置，也可以采用S形形状等方式布置。如图3和图4所示，具体实施中，由上述声波传感器构成的声波检测系统包括：

包括上述声波传感器；

包括至少一组光学检测组件，每一组激光光源5、光电探测器6和示波器7，激光光源5和所述声波传感器中的微纳光纤耦合器1的一端连接，微纳光纤耦合器1另一端和光电探测器6连接，同时光电探测器6和示波器7电连接。

激光光源5用于发出激光光信号到微纳光纤耦合器1的光纤中，光电探测器6用于探测从微纳光纤耦合器1的光纤传输过来的光信号，示波器7用于检测从光电探测器6过来的光信号的光强并进行显示，进而最终能实现信号的实时采集和显示。

优选具体地，所述微纳光纤耦合器1的输入端与窄带宽的激光光源5连接，微纳光纤耦合器1的输出端与光电探测器6连接。

激光光源5为窄带宽激光光源，具体可以为1550nm激光光源。

具体实施中，可以设置一组光学检测组件或者两组光学检测组件或者更多组光学检测组件。

当设置一组光学检测组件时，该组光学检测组件连接到声波传感器其中微纳光纤耦合器1的仅一根光纤的输入端和仅一根光纤的输出端，即其中微纳光纤耦合器1的仅一根光纤的输入端连接到激光光源5，另一端连接到光电探测器6。当设置两组光学检测组件时，两组光学检测组件分别连接到声波传感器中的微纳光纤耦合器1两根光纤各自的两端，即其中一组的光学检测组件连接到微纳光纤耦合器1其中一根光纤的两端，另一组的光学检测组件连接到微纳光纤耦合器1的另一根光纤的两端。

本发明的具体实施中的检测过程和原理是：

由于密闭的气体腔体2中与微纳光纤耦合器1所在平面正对的面覆盖有振动膜3，振动膜3可接收声波信号产生振动，并能将接收的声波信号转换为气体腔体2内气体的振动，进而使得在微纳光纤耦合器1的光学敏感部附近的气体折射率发生变化。

所述振动膜3接收声波转换为自身的振动，使得连通的密闭气体腔体2内的气体折射率发生变化，气体折射率发生变化经光纤敏感部的倏逝场影响光纤中传输的光信号，进而使得微纳光纤耦合器1输出的分光比变化。

最终通过检测微纳光纤耦合器1输出端的光强变化能实现对声波信号的实时检测。

更具体地，光信号经过微纳光纤耦合器1的拉锥光纤的拉锥区域部位时会向外扩散形成在光纤外的倏逝场，拉锥区域部位的光纤外气体振动导致的气体折射率变化会影响倏逝场进而影响经过拉锥区域部位的光信号传输，使得最终从拉锥光纤输出的光信号产生变化。

本发明的实施例情况如下：

实施例1

本实施例设置的声波传感器包括微纳光纤耦合器1、气体腔体2、振动膜3和衬底4。衬底4作为底面，振动膜3作为顶面，振动膜3和衬底4分别紧贴布置在气体腔体2上下端面上并紧密贴合形成密闭空间的气室，气室内填充有气体。

气体腔体2布置在衬底4上方，且气体腔体2内部具有相对封闭的气室，微纳光纤耦合器1通过制备具有中间直径较其他部位更细的拉锥区域部位作为光学敏感部，拉锥区域部位的直径相比于其他部位的直径更细，光学敏感部布置在气体腔体2中。

具体的，微纳光纤耦合器1是由两根拉锥光纤平行并排布置构成，且两根拉锥光纤的拉锥区域部位紧密贴合成一体。并且，衬底4的折射率低于微纳光纤耦合器1中的拉锥光纤的折射率。

制备两根拉锥光纤构成的微纳光纤耦合器1的光纤固定夹具8、9如图5所示，其中光纤固定夹具8、9上分别设置有两个弧形的导轨槽。在弧形的导轨槽上面固定两根去掉涂覆层的二氧化硅光纤等光纤10、11，光纤10、11在光纤固定夹具8、9的中间区域接触贴合。加热光纤中间区域并对两根光纤进行熔融拉锥，使得光纤固定夹具8、9中间的光纤的部位被逐渐拉细形成拉锥区域部位。由于两根光纤的熔融拉锥部位并排贴合，因此两根光纤的的熔融拉锥部位形成紧密贴合的整体。本实施例设置的的声波检测系统包括上述声波传感器和一组光学检测组件，该组光学检测组件包括激光光源5、光电探测器6和示波器7，激光光源5和所述声波传感器中微纳光纤耦合器1仅一根光纤的输入端连接，微纳光纤耦合器1仅一根光纤的输出端和光电探测器6连接，同时光电探测器6和示波器7电连接。

激光光源5用于发出激光光信号到微纳光纤耦合器1的光纤中，光电探测器6用于探测从微纳光纤耦合器1的光纤传输过来的光信号，示波器7用于检测从光电探测器6过来的光信号的光强并进行显示，进而最终能实现信号的实时采集和显示。

优选具体地，所述微纳光纤耦合器1的输入端与窄带宽的激光光源3连接，微纳光纤耦合器1的输出端与光电探测器6连接。

本实施例中，气体腔体2采用PDMS材料，衬底4采用涂覆有PDMS的石英玻璃材料，振动膜3采用PET材料，激光光源5采用为1550nm波长的窄带宽激光光源，但不限于此。

本实施例基于微纳光纤耦合器的声波传感器和声波检测系统按照以下方法过程制备而成：

1、将两根二氧化硅光纤剥去相等长度的涂覆层后并排放置在光纤固定夹具的导轨槽上并固定，确保两根光纤后续加热熔融的拉锥区域区域相互水平并接触，使用氢气火焰对两根光纤剥去涂覆层的区域加热熔融。

两根光纤的同一侧的一端分别与1550nm激光光源连接，两根光纤的同一侧的另一端分别与光电探测器连接。两个光电探测器与示波器电连接以实时读取和显示两根光纤的透过率。

通过观察两根光纤的透过率变化来判断制备微纳光纤耦合器的耦合状态。

沿光纤轴向两侧同时匀速拉伸两根光纤，

当在示波器上观察到两根光纤的透过率在时序上明显交叉振荡时关闭氢气火焰并停止光纤拉伸，此时获得所需的微纳光纤耦合器。

本实施例使用的二氧化硅光纤为SMF-28E型号单模光纤，剥去涂覆层区域的长度约为2cm，拉锥区域部位的微纳光纤直径约为1μm，耦合区域长度约为1cm。

2、将PDMS(聚二甲基硅氧烷)的预聚体和固化剂以10:1的体积比充分混合成PDMS溶液，将体积为1ml的PDMS溶液均匀滴涂在石英载玻片上后80℃加热10min使PDMS固化成薄膜，得到覆盖有PDMS薄膜的衬底。PDMS薄膜的厚度约为500μm。

3、将微纳光纤耦合器转移至覆盖有PDMS薄膜的衬底上使微纳光纤的拉锥区域部位紧密贴合PDMS薄膜放置。

4、将PDMS溶液倒入在如图6所示的气体腔体模具中，模具内部包含长方形凸台，凸台的尺寸对应于声波传感器气体腔体的尺寸。待PDMS溶液完全填充模具后80℃加热10min使PDMS固化，然后将PDMS从模具中剥离得到气体腔体。气体腔体的高度约为2mm。

5、将PDMS气体腔体安装在微纳光纤耦合器的正上方，确保微纳光纤耦合器的耦合区域完全位于气体腔体内部，同时气体腔体与衬底的接触平面完全贴合。

6、选用PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜作为振动膜，厚度约为10μm。将振动膜平整地贴附在PDMS气体腔体开口与衬底相对的一侧平面，确保气体腔体的开口完全被PET薄膜覆盖，且两者接触平面完全贴合。至此，基于微纳光纤耦合器的声波传感器即制备完成。通过在微纳光纤耦合器的单根光纤输入端连接1550nm的激光光源，在微纳光纤耦合器的单根光纤输出端连接光电探测器，光电探测器与示波器电连接用于微纳光纤耦合器透过率信号的实时读取和显示。当振动膜由于声波信号发生振动时，微纳光纤耦合器的透过率发生相应变化，由此实现对声波信号的实时检测。采用信号发生器驱动电声换能器分别产生5Hz、1×10³Hz、3×10⁴Hz的次声波、声波、超声波信号时，本发明所述声波传感器和系统都能产生明显的响应，示波器实时显示对应频率的声波信号。

由此可见，本发明所述的声波传感器具有灵敏度高、鲁棒性强等优点。

实施例2

和实施例1不同的是，气体腔体2采用环氧树脂材料，两根拉锥光纤均设置连接有一个光学检测组件，且各个光学检测组件的光电探测器共用一个多通道示波器。

本实施例中，微纳光纤耦合器1由两根拉锥光纤组成，气体腔体2采用环氧树脂A胶和环氧树脂B胶按5:2的体积比混合后在气体腔体模具中固化并脱模制成。振动膜3采用PET材料，衬底4采用覆盖有PDMS薄膜的石英玻璃材料。通过在微纳光纤耦合器的单根光纤输入端连接1550nm激光光源，在微纳光纤耦合器的两根光纤输出端分别连接光电探测器，两个光电探测器同时与一个多通道示波器电连接用于微纳光纤耦合器透过率信号的实时读取和显示。当振动膜由于声波信号发生振动时，微纳光纤耦合器的分光比发生变化，微纳光纤耦合器的两根光纤输出端透过率产生相应变化，通过示波器读取两个输出端的信号变化可以实现声波信号的实时检测。采用信号发生器驱动电声换能器分别产生5Hz、1×10³Hz、3×10⁴Hz的次声波、声波、超声波信号时，本发明所述声波传感器和系统都能产生明显的响应，示波器实时显示对应频率的声波信号。

此外，由于两根拉锥光纤共路设置，因此两根光纤对环境噪声具有相同的响应。假设两个光纤输出端的透过率分别为T1和T2，则通过数据处理物理量(T1-T2)/(T1+T2)能实现对环境低频噪声的减弱或消除，从而实现更低检出限的声波信号检测。

实施例3

和实施例1不同的是，振动膜3采用PMMA材料，微纳光纤耦合器1内设置有更多根拉锥光纤，多根拉锥光纤的每根拉锥光纤输入端和输出端均设置连接有一个光学检测组件，且各个光学检测组件的光电探测器共用一个多通道示波器。本实施例中，微纳光纤耦合器1由四根拉锥光纤组成，气体腔体2采用PDMS在气体腔体模具中固化并脱模制成。振动膜3采用PMMA材料，衬底4采用覆盖有PDMS薄膜的石英玻璃材料。通过在微纳光纤耦合器的各根光纤输入端连接1550nm激光光源，在微纳光纤耦合器的各个光纤输出端分别连接光电探测器，各光电探测器同时与多通道示波器电连接用于微纳光纤耦合器透过率信号的实时读取和显示。当振动膜由于声波信号发生振动时，微纳光纤耦合器的分光比发生变化，微纳光纤耦合器的各个光纤输出端透过率产生相应变化，通过示波器读取各个输出端的信号变化可以实现声波信号的实时检测。采用信号发生器驱动电声换能器分别产生5Hz、1×10³Hz、3×10⁴Hz的次声波、声波、超声波信号时，本发明所述声波传感器和系统都能产生明显的响应，示波器实时显示对应频率的声波信号。由于微纳光纤耦合器由多根拉锥光纤组成，多根拉锥光纤共路设置，因此可以将多根拉锥光纤的输出端接入不同的系统中实现声波信号的同步检测。

实施例4

和实施例1不同的是，气体腔体2采用环氧树脂材料，振动膜3采用PMMA材料。微纳光纤耦合器1内设置有两根拉锥光纤，且制备的微纳光纤耦合器1的拉锥区域部位采用S形形状布置在气体腔体内的衬底上。两根拉锥光纤均设置连接有一个光学检测组件，且各个光学检测组件的光电探测器共用一个多通道示波器。

本实施例中，气体腔体2采用环氧树脂A胶和环氧树脂B胶按5:2的体积比混合后在气体腔体模具中固化并脱模制成。振动膜3采用PMMA材料，PMMA薄膜厚度为10μm。衬底4采用覆盖有PDMS薄膜的石英玻璃材料。微纳光纤耦合器1由两根拉锥光纤组成，微纳光纤耦合器的拉锥区域部位采用S形形状布置在气体腔体连接的衬底上，从而增加光学敏感部的作用区域，能实现更高灵敏度的声波信号探测。通过在微纳光纤耦合器的单根光纤输入端连接1550nm激光光源，在微纳光纤耦合器的两根光纤输出端分别连接光电探测器，两个光电探测器同时与一个多通道示波器电连接用于微纳光纤耦合器透过率信号的实时读取和显示。当振动膜由于声波信号发生振动时，微纳光纤耦合器的分光比发生变化，微纳光纤耦合器的两根光纤输出端透过率产生相应变化，通过示波器读取两个输出端的信号变化可以实现声波信号的实时检测。采用信号发生器驱动电声换能器分别产生5Hz、1×10³Hz、3×10⁴Hz的次声波、声波、超声波信号时，本发明所述声波传感器和系统都能产生明显的响应，示波器实时显示对应频率的声波信号。此外，由于两根拉锥光纤共路设置，因此两根光纤对环境噪声具有相同的响应。假设两个光纤输出端的透过率分别为T1和T2，则通过数据处理物理量(T1-T2)/(T1+T2)能实现对环境低频噪声的减弱或消除，从而实现更低检出限的声波信号检测。

本发明中制备基于微纳光纤耦合器的声波传感器的方法流程图如图7所示。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (10)

1.一种基于微纳光纤耦合器的声波传感器，其特征在于：

包括衬底(4)，作为声波传感器的基底；

包括气体腔体(2)，布置在衬底(4)上，内部具有相对封闭的气室；

包括微纳光纤耦合器(1)，具有光学敏感部，光学敏感部布置在气体腔体(2)中；

包括振动膜(3)，布置在气体腔体(2)的一侧表面，和气体腔体(2)气室内的气体直接接触。

2.根据权利要求1所述的一种基于微纳光纤耦合器的声波传感器，其特征在于：所述的气体腔体(2)的气室仅设置有两个开口，两个开口分别是由振动膜(3)和衬底(4)封盖住，使得气室内形成相对封闭的空间并填充有气体。

3.根据权利要求1所述的一种基于微纳光纤耦合器的声波传感器，其特征在于：所述微纳光纤耦合器(1)穿设过气体腔体(2)布置，且使得光学敏感部处于气体腔体(2)气室的中间。

4.根据权利要求1或3所述的一种基于微纳光纤耦合器的声波传感器，其特征在于：所述微纳光纤耦合器(1)具有中间直径较其他部位更细的拉锥区域部位，作为光学敏感部。

5.根据权利要求1所述的一种基于微纳光纤耦合器的声波传感器，其特征在于：所述微纳光纤耦合器(1)是由至少两根拉锥光纤平行并排布置构成，且各根拉锥光纤的拉锥区域部位紧密贴合成一体。

6.根据权利要求1所述的一种基于微纳光纤耦合器的声波传感器，其特征在于：所述衬底(4)的折射率低于所述的微纳光纤耦合器(1)中的拉锥光纤的折射率。

7.根据权利要求1所述的一种基于微纳光纤耦合器的声波传感器，其特征在于：所述的振动膜(3)是能够将外界声波信号转换为自身振动、进而带动气体腔体(2)的气室内气体振动的膜。

8.一种基于微纳光纤耦合器的声波检测系统，其特征在于：

包括权利要求1所述的声波传感器；

包括至少一组光学检测组件，每一组光学检测组件包括激光光源(5)、光电探测器(6)和示波器(7)，所述声波传感器中的微纳光纤耦合器(1)的一端和激光光源(5)连接，微纳光纤耦合器(1)另一端和光电探测器(6)连接，同时光电探测器(6)和示波器(7)电连接。

9.根据权利要求8所述的一种基于微纳光纤耦合器的声波检测系统，其特征在于：

均包括一组光学检测组件，光学检测组件连接到声波传感器中微纳光纤耦合器(1)的单根光纤输入端和单根光纤输出端。

10.根据权利要求8所述的一种基于微纳光纤耦合器的声波检测系统，其特征在于：

均包括两组光学检测组件，且所述微纳光纤耦合器(1)包含两根光纤，两组光学检测组件分别连接到声波传感器中的一个微纳光纤耦合器(1)的两根光纤输入端和两根光纤输出端。