增敏型光纤声传感器探头及其增敏结构

摘要

一种增敏型光纤声传感器探头及其增敏结构，该增敏结构包括第一壳体、第一膜片和第二膜片，其中，第一壳体，具有第一端口和第二端口，且第一端口的尺寸大于第二端口；第一膜片，绷紧设置于所述第一端口上；第二膜片，绷紧设置于第二端口上，第二膜片具有一反光面，该反光面的中心区域与光纤的端面相面对并形成间隙，第二膜片的抗形变能力小于第一膜片；由第一壳体、第一膜片和第二膜片共同构成一传振腔体，第一膜片通过感应声信号而产生振动，通过传振腔体传递至第二膜片而引起所述间隙的变化，从而对光纤传递的光信号进行调制。本发明能够有效增强探头灵敏度，提高探头信噪比，尤其适用于次声波的高灵敏度低噪声探测。

权利要求

1.一种光纤声传感器探头的增敏结构，其特征在于，所述增敏结构包括：第一壳体，具有第一端口和第二端口，且第一端口的尺寸大于第二端口；

第一膜片，绷紧覆设于所述第一端口上；以及

第二膜片，绷紧覆设于所述第二端口上，所述第二膜片具有一反光面，所述反光面的中心区域与外接光纤的端面相面对并形成间隙，所述第二膜片的抗形变能力小于第一膜片；

其中，所述第一壳体、第一膜片和第二膜片共同构成一传振腔体，所述第一膜片通过感应声信号而产生振动，所述振动通过所述传振腔体传递至第二膜片而引起所述间隙的变化，从而对所述外接光纤传递的光信号进行调制。

2.根据权利要求1所述的增敏结构，其特征在于：所述第一壳体上开设有漏气缝或漏气口，用于消除环境温度变化和/或大气压变化所引起的所述传振腔体内外的气压差，所述漏气缝或漏气口的面积不超过第二膜片面积的1/

10；和/或

所述第一膜片和第二膜片的厚度分别介于0.1μm至1mm之间；和/或所述第二膜片的面积不超过第一膜片的1/2；和/或所述外接光纤的端面与反光面之间的间隙不超过1mm；和/或所述增敏结构为机械加工件或MEMS结构元件；和/或所述第一膜片和第二膜片分别为由金属、玻璃和聚合物中的一种材料制成的均匀膜片，或者为由金属、玻璃和聚合物中的多种材料制备而成的多层膜片或复合材料膜片；和/或所述第一壳体为由金属、玻璃、陶瓷和聚合物中的一种材料制成。

3.根据权利要求2所述的增敏结构，其特征在于，所述漏气缝或漏气口设置于所述第二端口的外边缘。

4.根据权利要求1所述的增敏结构，其特征在于：所述第一膜片和第二膜片由相同材料制成，并且所述第一膜片的厚度大于第二膜片；

或者

所述第一膜片和第二膜片由不同材料制成，并且所述第一膜片的杨氏模量大于第二膜片。

5.一种增敏型光纤声传感器探头，包括：

第二壳体；

增敏结构，固定于所述第二壳体的第一端，包括：

第一壳体，包括第一端口和第二端口，且第一端口的尺寸大于第二端口；

第一膜片，绷紧覆设于所述第一端口，朝向所述第二壳体的第一端外部；以及第二膜片，绷紧覆设于所述第二端口，所述第二膜片具有一反光面，朝向所述第二壳体的第一端内部，所述第二膜片的抗形变能力小于第一膜片；

其中，所述第一壳体、第一膜片和第二膜片共同构成一传振腔体；

光纤固定体，固定于所述第二壳体的第二端，包括至少一光纤通孔；以及至少一光纤，分别从所述第二壳体外部穿过所述光纤通孔进入第二壳体内，所述光纤的端面与所述反光面的中心区域相面对并形成间隙；

其中，所述第一膜片通过感应声信号而产生振动，所述振动通过传振腔体传递至第二膜片而引起所述间隙的变化，从而对所述光纤传递的光信号进行调制。

6.根据权利要求5所述的增敏型光纤声传感器探头，其特征在于：所述第一壳体上开设有漏气缝或漏气口，用于消除环境温度变化和/或大气压变化所引起的所述传振腔体内外的气压差，所述漏气缝或漏气口的面积不超过第二膜片面积的1/

10；和/或

所述第一膜片和第二膜片的厚度分别介于0.1μm至1mm之间；和/或所述第二膜片的面积不超过第一膜片的1/2；和/或所述光纤的端面与反光面之间的间隙不超过1mm。

7.根据权利要求6所述的增敏型光纤声传感器探头，其特征在于，所述漏气缝或漏气口设置于所述第二端口的外边缘。

8.根据权利要求5所述的增敏型光纤声传感器探头，其特征在于：所述第一膜片和第二膜片由相同材料制成，并且所述第一膜片的厚度大于第二膜片；

或者

所述第一膜片和第二膜片由不同材料制成，并且所述第一膜片的杨氏模量大于第二膜片。

9.根据权利要求5所述的增敏型光纤声传感器探头，其特征在于：当所述光信号的调制方式为相位调制时，所述光纤为单根单模光纤，所述光纤的端面与所述反光面形成光纤FP干涉腔，所述光纤FP干涉腔对所述光信号进行相位调制；或者当所述光信号的调制方式为强度调制时，所述光纤为双光纤，其中一光纤将光信号照射到所述第二膜片的反光面，另一光纤接收被所述反光面反射的光信号。

10.根据权利要求5所述的增敏型光纤声传感器探头，其特征在于：所述第二壳体的第一端设置有内螺纹，所述第一壳体的外壁设置有与所述第一端的内螺纹相匹配的外螺纹，以便将所述增敏结构通过螺纹安装于第二壳体的第一端上；

所述第二壳体的第二端设置有内螺纹，所述光纤固定体的外壁设置有与所述第二端的内螺纹相匹配的外螺纹，以便将所述光纤固定体通过螺纹安装于第二壳体的第二端上。

11.根据权利要求5所述的增敏型光纤声传感器探头，其特征在于，所述第二壳体的内壁设置有安装平台和固定卡环，所述固定卡环的外壁设置有与所述第二壳体的第一端内螺纹相匹配的外螺纹，所述固定卡环通过螺纹安装于第二壳体的第一端内并将所述增敏结构压紧于所述安装平台上。

12.根据权利要求5所述的增敏型光纤声传感器探头，其特征在于：所述光纤的端面与光纤固定体的端面齐平，或者所述光纤的端面突出于光纤固定体的端面；和/或所述增敏结构为机械加工件或MEMS结构元件；和/或所述第一膜片和第二膜片分别为由金属、玻璃和聚合物中的一种材料制成的均匀膜片，或者为由金属、玻璃和聚合物中的多种材料制备而成的多层膜片或复合材料膜片；和/或所述第一壳体为由金属、玻璃、陶瓷和聚合物中的一种材料制成；和/或在所述第二壳体上对应于第一壳体和光纤固定体的位置分别设置有至少一个顶丝来分别锁紧第一壳体和光纤固定体；和/或所述光纤固定体的侧壁开设有竖直通透的凹槽作为均压槽；和/或所述光纤固定体内部开设有竖直连通的通孔作为均压孔；和/或所述增敏型光纤声传感器还包括一膜片保护罩，所述膜片保护罩将所述第一膜片罩在内部，所述膜片保护罩顶部开设有入声孔。

说明书

增敏型光纤声传感器探头及其增敏结构

技术领域

[0001] 本发明涉及光纤传感技术和声波探测技术领域，尤其涉及一种增敏型光纤声传感器探头及其增敏结构。

背景技术

[0002] 传统的声传感器为电学量传感器，主要分两大类，电容式和压阻式，但这两种声传感器易受电磁干扰，灵敏度较低，制作工艺复杂。与电学量声传感器比较，光纤声传感器抗电磁干扰能力强，灵敏度高、探测频谱范围宽、光信号传输损耗低，与光纤通信网兼容性好，更适合在复杂电磁环境和恶劣天气条件下工作和组网探测。这些优点使得光纤声传感器在工业、交通、军事、医疗等领域具有广阔的应用前景。光纤声传感器适用于环境噪声监测、油气水输送管道泄漏检测、机械设备故障诊断、电力、电机等设备运行状况的在线监测与故障预警，低小慢飞行物的探测与定位，以及医疗核磁影像诊断过程中的语言通信等。

[0003] 对于驻极体电容式声传感器而言，其灵敏度不仅依赖于振膜的振幅而且与振膜面积有直接关系，当振膜振幅给定时，振膜面积越大，其灵敏度越高。对于光纤声传感器来说情况有所不同，光纤声传感器的光信号所感应的通常是振膜中心点的振动，其灵敏度取决于振膜中心点的振幅而不与振膜面积直接相关，也就是说，当振膜振幅给定时，振膜大小对光纤声传感器的灵敏度没有影响。基于以上分析，光纤声传感器比驻极体电容式传声器灵敏度高的优势会随着传感器振膜面积的增大而逐渐丧失。振膜越大，可探测的频响下限越低。如何制备高灵敏度的光纤低频声传感器，目前在国内外尚未发现相关报道。现实生活中对高灵敏度的光纤低频声传感器具有广泛的重要的应用需求，这种应用需要目前还得不到满足。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明提供了一种增敏型光纤声传感器探头及其增敏结构，以至少部分解决以上所提出的技术问题中的至少之一。

[0005] 根据本发明的一个方面，提供了一种光纤声传感器探头的增敏结构，所述增敏结构包括：第一壳体，具有第一端口和第二端口，且第一端口的尺寸大于第二端口；第一膜片，绷紧覆设于所述第一端口上；以及第二膜片，绷紧覆设于所述第二端口上，所述第二膜片具有一反光面，所述反光面的中心区域与外接光纤的端面相面对并形成间隙，所述第二膜片的抗形变能力小于第一膜片；其中，所述第一壳体、第一膜片和第二膜片共同构成一传振腔体，所述第一膜片通过感应声信号而产生振动，所述振动通过传振腔体传递至第二膜片而引起所述间隙的变化，从而对所述外接光纤传递的光信号进行调制。

[0006] 在本发明的一些实施例中，所述第一壳体上开设有漏气缝或漏气口，用于消除环境温度变化和/或大气压变化所引起的所述传振腔体内外的气压差，所述漏气缝或漏气口的面积不超过第二膜片面积的1/10；作为优选，所述漏气缝或漏气口设置于所述第二端口的外边缘。

[0007] 在本发明的一些实施例中，所述第一膜片和第二膜片的厚度分别介于0.1μm至1mm之间。

[0008] 在本发明的一些实施例中，所述第二膜片的面积不超过第一膜片的1/2。

[0009] 在本发明的一些实施例中，所述外接光纤的端面与反光面之间的间隙不超过1mm。

[0010] 在本发明的一些实施例中，所述增敏结构为机械加工件或MEMS结构元件。

[0011] 在本发明的一些实施例中，所述第一膜片和第二膜片分别为由金属、玻璃和聚合物中的一种材料制成的均匀膜片，或者为由金属、玻璃和聚合物中的多种材料制备而成的多层膜片或复合材料膜片。

[0012] 在本发明的一些实施例中，所述第一壳体为由金属、玻璃、陶瓷和聚合物中的一种材料制成；和/或

[0013] 在本发明的一些实施例中，所述第一膜片和第二膜片由相同材料制成，并且所述第一膜片的厚度大于第二膜片；或者

[0014] 所述第一膜片和第二膜片由不同材料制成，并且所述第一膜片的杨氏模量大于第二膜片。

[0015] 根据本发明的另一个方面，提供了一种增敏型光纤声传感器探头，包括：第二壳体；增敏结构，固定于所述第二壳体的第一端，包括：第一壳体，包括第一端口和第二端口，且第一端口的尺寸大于第二端口；第一膜片，绷紧覆设于所述第一端口，朝向所述第二壳体的第一端外部；以及第二膜片，绷紧覆设于所述第二端口，所述第二膜片具有一反光面，朝向所述第二壳体的第一端内部，所述第二膜片的抗形变能力小于第一膜片；其中，所述第一壳体、第一膜片和第二膜片共同构成一传振腔体；光纤固定体，固定于所述第二壳体的第二端，包括至少一光纤通孔；以及至少一光纤，分别从所述第二壳体外部穿过所述光纤通孔进入第二壳体内，所述光纤的端面与所述反光面的中心区域相面对并形成间隙；其中，所述第一膜片通过感应声信号而产生振动，所述振动通过传振腔体传递至第二膜片而引起所述间隙的变化，从而对所述光纤传递的光信号进行调制。

[0016] 在本发明的一些实施例中，所述第一壳体上开设有漏气缝或漏气口，用于消除环境温度变化和/或大气压变化所引起的所述传振腔体内外的气压差，所述漏气缝或漏气口的面积不超过第二膜片面积的1/10，作为优选，所述漏气缝或漏气口设置于所述第二端口的外边缘。

[0017] 在本发明的一些实施例中，所述第一膜片和第二膜片的厚度分别介于0.1μm至1mm之间。

[0018] 在本发明的一些实施例中，所述第二膜片的面积不超过第一膜片的1/2。

[0019] 在本发明的一些实施例中，所述光纤的端面与反光面之间的间隙不超过1mm。

[0020] 在本发明的一些实施例中，所述第一膜片和第二膜片由相同材料制成，并且所述第一膜片的厚度大于第二膜片；或者

[0021] 所述第一膜片和第二膜片由不同材料制成，并且所述第一膜片的杨氏模量大于第二膜片。

[0022] 在本发明的一些实施例中，所述光纤为单根单模光纤，所述光纤的端面与所述反光面形成光纤FP干涉腔，所述光纤FP干涉腔对所述光信号进行相位调制。

[0023] 在本发明的一些实施例中，当所述光信号的调制方式为强度调制时，所述光纤为双光纤，其中一光纤将光信号照射到所述第二膜片的反光面，另一光纤接收被所述反光面反射的光信号。

[0024] 在本发明的一些实施例中，所述光纤的端面与光纤固定体的端面齐平；或者所述光纤的端面突出于光纤固定体的端面。

[0025] 在本发明的一些实施例中，所述增敏结构为机械加工件或MEMS结构元件。

[0026] 在本发明的一些实施例中，所述第一膜片和第二膜片分别为由金属、玻璃和聚合物中的一种材料制成的均匀膜片，或者为由金属、玻璃和聚合物中的多种材料制备而成的多层膜片或复合材料膜片。

[0027] 在本发明的一些实施例中，所述第一壳体为由金属、玻璃、陶瓷和聚合物中的一种材料制成。

[0028] 在本发明的一些实施例中，所述第二壳体的第一端内壁设置有内螺纹，所述第一壳体的外壁设置有与所述第一端内螺纹相匹配的外螺纹，以便将所述增敏结构通过螺纹安装于第二壳体的第一端上。

[0029] 在本发明的一些实施例中，所述第二壳体的第二端内壁设置有内螺纹，所述光纤固定体的外壁设置有与所述第二端内螺纹相匹配的外螺纹，以便将所述光纤固定体通过螺纹安装于第二壳体的第二端上。

[0030] 在本发明的一些实施例中，在所述第二壳体上对应于第一壳体和光纤固定体的位置分别设置有至少一个顶丝来分别锁紧第一壳体和光纤固定体。

[0031] 在本发明的一些实施例中，所述第二壳体的内壁设置有安装平台和固定卡环，所述固定卡环的外壁设置有与所述第二壳体的第一端内螺纹相匹配的外螺纹，所述固定卡环通过螺纹安装于第二壳体的第一端内并将所述增敏结构压紧于所述安装平台上。

[0032] 在本发明的一些实施例中，所述光纤固定体的侧壁开设有竖直通透的凹槽作为均压槽；或者所述光纤固定体内部开设有竖直连通的通孔作为均压孔。

[0033] 所述增敏型光纤声传感器还包括一膜片保护罩，所述膜片保护罩将所述第一膜片罩在内部，所述膜片保护罩顶部开设有入声孔。

[0034] 从上述技术方案可以看出，本发明增敏型光纤声传感器探头及其增敏结构至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

[0035] (1)利用双膜片组合结构来放大对声波的响应，灵敏度高，最低检测限低；

[0036] (2)将第一膜片的整个面积范围的形变作用于第二膜片上，相当于对第二膜片上的噪声进行了平均处理，具有噪声低、稳定性高的优点，尤其适用于次声波的探测；

[0037] (3)本发明所用零部件少，结构与制作工艺简单，成本较低。

附图说明

[0038] 图1为本发明第一实施例增敏型光纤声传感器探头的增敏结构剖视图；

[0039] 图2为本发明第一实施例增敏型光纤声传感器探头的剖视图；

[0040] 图3为本发明第二实施例增敏型光纤声传感器探头的增敏结构剖视图；

[0041] 图4为本发明第二实施例增敏型光纤声传感器探头的剖视图。

[0042] 上述附图中，附图标记含义如下：

[0043] 1-增敏结构；

[0044] 10-第一壳体；11-第一膜片；12-第二膜片；13-外螺纹；

[0045] 2-第二壳体；

[0046] 3-光纤固定体；

[0047] 4-光纤；

[0048] 5a，5b，5c，5d-顶丝；

[0049] 6-膜片保护罩；

[0050] 61-入声孔；

[0051] 7-均压孔；

[0052] 8-固定卡环；

[0053] 9-安装平台。

具体实施方式

[0054] 本发明公开了一种增敏型光纤声传感器探头及其增敏结构，利用增敏结构的第一膜片感应外界声信号，利用增敏结构的第二膜片调制光纤光信号，能够有效增强探头灵敏度，尤其适用于次声波的高灵敏度低噪声探测。

[0055] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

[0056] 第一实施例

[0057] 在本发明的第一个示例性实施例中，提供了一种增敏型光纤声传感器探头及其增敏结构。图1为本发明第一实施例增敏型光纤声传感器探头的增敏结构剖视图；图2为本发明第一实施例增敏型光纤声传感器探头的剖视图。

[0058] 如图1所示，本实施例增敏型光纤声传感器探头的增敏结构1包括第一壳体10、第一膜片11和第二膜片12，其中，第一壳体10具有第一端口和第二端口，且第一端口的尺寸大于第二端口，第一膜片11绷紧覆设于第一端口，第二膜片12绷紧覆设于第二端口上，第二膜片12具有一反光面(图中未画出)，第二膜片12的抗形变能力小于第一膜片11；由第一壳体10、第一膜片11和第二膜片12共同构成一传振腔体。

[0059] 以下对本实施例增敏型光纤声传感器探头的增敏结构的各组成部分进行详细描述。

[0060] 增敏结构1是本发明增敏型光纤声传感器探头的核心元件，其中：

[0061] 第一壳体10呈圆筒状结构，但不局限于此，还可为其他筒状结构，外壁设置有外螺纹13，以螺纹安装于增敏型光纤声传感器探头上。在不同的实施例中，第一壳体10的材料为金属、玻璃、陶瓷、聚合物中的一种，通过机械加工、铸造加工或3D打印方法制作。

[0062] 作为优选，在第一壳体10上开设有漏气缝或漏气口(图中未画出)，以将该传振腔体和外界连通，用于消除环境温度变化和/或大气压变化所引起的传振腔体内外的气压差，提高测量的灵敏度和准确性。所述漏气缝或漏气口的面积不超过第二膜片12面积的1/10，作为优选，该漏气缝或漏气口设置于所述第二端口的外边缘。这里，“传振腔体”为由第一壳体10、第一膜片11和第二膜片12共同构成的准气密性腔体。

[0063] 当然，在另一实施例中，第一壳体10上可以没有漏气缝或漏气口，由第一壳体10、第一膜片11和第二膜片12所围成的传振腔体是气密性腔体，通过该气密性腔体来进行传振，此时增敏结构就不能消除环境温度或大气压变化所带来的影响。

[0064] 作为优选，第二膜片12的面积不超过第一膜片11面积的1/2，由于第二膜片的抗形变能力小于第一膜片11，此时当第一膜片11通过感应外界声信号而导致振动，在第一膜片11的中心区域产生法向位移，通过传振腔体传递至第二膜片12上后，在第二膜片12的中心区域产生的法向位移相对于第一膜片11起到了明显放大作用。作为示例，第一膜片11和第二膜片12的厚度介于1μm至1mm之间，以保证第一膜片11和第二膜片12的形变能力来产生受迫振动。

[0065] 在不同的实施例中，第一膜片11和第二膜片12可以为金属、玻璃、聚合物中的一种材料制成的均匀膜片，也可以为金属、玻璃、聚合物中的多种材料制成的多层膜片或复合材料膜片，第一膜片11和第二膜片12的材料可以相同或不同。作为示例，当第一膜片11和第二膜片12由相同材料制成时，第二膜片12的厚度小于第一膜片11，当第一膜片11和第二膜片12采用不同材料时，第二膜片12的杨氏模量小于第一膜片11，以此来保证第二膜片12的抗形变能力小于第一膜片。

[0066] 第二膜片12的反光面可以是第二膜片12自身的高反射率光滑表面，也可以是另外制作于第二膜片12表面的金属反射层或高折射率金属氧化物反射层。

[0067] 至此对本实施例增敏型光纤声传感器探头的增敏结构介绍完毕。以下对包含该增敏结构1的增敏型光纤声传感器探头作详细说明。

[0068] 如图2所示，本实施例增敏型光纤声传感器探头包括增敏结构1、第二壳体2、光纤固定体3和光纤4，其中，增敏结构1固定于第二壳体2的第一端，增敏结构1的第一膜片11朝向第二壳体12外部，第二膜片12朝向第二壳体2内部，并且第二膜片12的反光面的中心区域和光纤4的端面相面对并形成间隙；光纤固定体3固定于第二壳体2的第二端，具有至少一光纤通孔，以供至少一光纤4分别从第二壳体2的外部穿过光纤通孔进入第二壳体2内。

[0069] 第二壳体2呈圆筒状结构，但不局限于此，还可为其他筒状结构，其第一端的内壁设置有与第一壳体10的外螺纹13相匹配的内螺纹，用于将增敏结构1安装于第二壳体2的第一端。

[0070] 光纤固定体3呈圆柱体结构，但不局限于此，只要能够与第二壳体2的第二端的内壁形状匹配即可，其外壁设置有与第二壳体的第二端内壁的内螺纹相匹配的外螺纹，将光纤固定体3通过螺纹安装于第二壳体2的第二端。光纤通孔是沿光纤固定体3的轴线方向开设，以和第二膜片12的中心区域相面对。

[0071] 在本实施例中，光纤4为单根单模石英光纤，通过光纤胶水固定于光纤固定体3的光纤通孔内，光纤4的上端面与光纤固定体的上端面齐平或介于光纤固定体3的上端面和第二膜片12之间。在光纤4的上端面和第二膜片12的反光面构成光纤FP干涉腔，对光信号进行相位调制。光纤4的上端面和第二膜片12的反光面之间的间隙即为所述光纤FP干涉腔的腔长，该间隙不超过1mm。

[0072] 在其他实施例中，光纤4为双光纤(图中未画出)，其中一光纤将光信号照射到所述第二膜片的反光面上，另一光纤接收被所述反光面反射的光信号，通过第二膜片对光信号进行强度调制。

[0073] 在第二壳体2上对应于第一壳体10和光纤固定体3的位置分别设置至少一个顶丝来分别对第一壳体10和光纤固定体3进行锁紧，如图2中所示，具体包括分别设置于第二壳体2上下侧壁的顶丝5a、5b、5c、5d。作为优选，在第二壳体2上侧壁上的顶丝数目不少于3个，下侧壁上的数目也同样不少于3个，以便于锁紧。

[0074] 在本实施例中，在光纤固定体3内还开设有竖直通孔作为均压孔7，用于连通第二壳体2的内腔室与外界大气，减小第二膜片12在弯曲振动时受到的空气阻尼。在其他实施例中，还可替换为开设于光纤固定体3侧壁的竖直通透的凹槽作为均压槽，起到和均压孔相同的作用。此时，作为优选，将第一壳体10的漏气缝或漏气口设置于第一壳体10的第二端口外边缘位置，增敏结构1的传振腔体通过第二壳体2的内腔和均压孔7/均压槽来与外界连通。

[0075] 在本实施例中，还在第一壳体10的外侧安装有膜片保护罩6，膜片保护罩6呈圆筒状结构，当然并不局限于此，在膜片保护罩6的顶部开设有入声孔61，其内壁设置有第一壳体10外螺纹13相匹配的内螺纹，将膜片保护罩6通过螺纹安装于第一壳体10的外侧并罩住第一壳体10，来对第一膜片11形成保护。

[0076] 本实施例增敏型光纤声传感器的增敏机制是：外界声信号作用于第一膜片11，第一膜片11在声压作用下发生弯曲形变，改变其传振腔体内的容积与压强，进而使第二膜片12受到上下表面的气压差发生弯曲形变，其中心区域发生法向位移。在传振腔体容积有限，第二膜片12的杨氏模量或厚度小于第一膜片11，以及第二膜片12半径明显小于第一膜片11的条件下，在第二膜片12中心区域发生的法向位移相对于第一膜片11起到了放大作用，继而增大了第二膜片12反光面和光纤4端面构成的FP干涉腔腔长变化，整个探头结构输出的相位调制型光信号增大，从而增强了声传感器探头的灵敏度。同理，对强度调制型光信号的增大也是如此。

[0077] 并且，感受外界声波的是第一膜片11，膜片的机械热噪声相对较大，对于常规的光干涉型声传感器结构，只测量膜片中心区域一点，会在输出信号中产生较大的噪声。而本实施例中增敏结构1的传感机制为第一膜片11的整个面积范围的形变均作用到第二膜片12上，相当于对第一膜片11区域内的噪声进行了平均处理，从而在获得高灵敏度的同时减小了检测信号的噪声。尤其是对于次声波，改善效果更显著。

[0078] 至此，本发明第一实施例增敏型光纤声传感器探头及其增敏结构介绍完毕。

[0079] 第二实施例

[0080] 在本发明的第二个示例性实施例中，提供了一种增敏型光纤声传感器探头及其增敏结构。图3为本发明第二实施例增敏型光纤声传感器探头的增敏结构剖视图；图4为本发明第二实施例增敏型光纤声传感器探头的剖视图。

[0081] 如图3所示，本实施例增敏型光纤声传感器探头的增敏结构1与第一实施例类似，区别在于：

[0082] 本实施例增敏结构1为硅基或玻璃基的MEMS结构元件，第一壳体10由分别设有第一膜片11和第二膜片12的两层支撑结构对准键合而成，外壁无螺纹结构。

[0083] 第一膜片11和第二膜片12通过MEMS加工工艺分别制作在第一壳体10的上下两层支撑结构上，在不同的实施例中，第一膜片11和第二膜片12可以是与支撑结构同质的硅膜片或玻璃膜片，也可以是沉积在支撑结构上的氮化硅或氧化硅膜片。在第二膜片12的反光面上另外沉积金属反射层或高折射率金属氧化物反射层。

[0084] 至此本实施例增敏型光纤声传感器探头的增敏结构1介绍完毕，以下对包含该增敏结构1的增敏型光纤声传感器探头作详细说明。

[0085] 如图4所示，本实施例增敏型光纤声传感器探头与第一实施例类似，区别主要在于：增敏结构1和第二壳体2之间的固定方式，具体为：

[0086] 在第二壳体2对应增敏结构1的安装位置处设有中心镂空的安装平台9和固定卡环8。增敏结构1的第二膜片12朝向第二壳体2的内部放置于安装平台上9，容易理解，安装平台的镂空半径大于第二膜片12的半径，以便于光信号通过并照射于第二膜片12上。固定卡环8通过螺纹安装于第二壳体2上，并将增敏结构1压紧固定于安装平台9上。

[0087] 本实施例中，第二壳体2的上侧壁可以不设置顶丝，而采用上侧壁的内径尺寸与增敏结构1的外径尺寸适当间隙配合的方式。

[0088] 在本实施例中，膜片保护罩6通过与固定卡环8的螺纹配合安装于第一膜片11上方，将第一膜片11罩在内部，来对第一膜片11形成保护。

[0089] 本发明第二实施例增敏型光纤声传感器探头及其增敏结构介绍完毕。

[0090] 上文已经结合附图对本发明实施例进行了详细描述，但需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，因此并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：

[0091] (1)第一实施例中还可将膜片保护罩6通过与第二壳体2螺纹配合而安装在第二壳体2上；

[0092] (2)第二实施例中还可以将固定卡环8通过卡槽方式固定在第二壳体2上；

[0093] (3)第二实施例中还可以将膜片保护罩6通过卡槽或粘接的方式固定在第二壳体2上；

[0094] (4)第二实施例中还可以将增敏结构1直接粘接在第二壳体2内的安装平台9上。

[0095] (5)第一实施例中还可以将增敏结构1通过固定卡环安装在第二壳体2内的安装平台9上，在此情况下，第一壳体外壁无需设置外螺纹。

[0096] 依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明增敏型光纤声传感器探头及其增敏结构有了清楚的认识。

[0097] 综上所述，本发明提供了一种增敏型光纤声传感器探头及其增敏结构，利用第一膜片感应外界声信号，利用第二膜片调制光纤光信号，能够有效增强探头灵敏度，尤其适用于次声波的高灵敏度低噪声探测。

[0098] 还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。

[0099] 除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本发明的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示尺寸等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

[0100] 再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

[0101] 说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

[0102] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。