文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
反射式强度调制型光纤声压传感器的设计与研究
姓名:韩冰
申请学位级别:硕士
专业:光电信息工程
指导教师:元秀华
20080530
摘要
光纤声压传感器具有体积小、结构简单、灵敏度高、抗电磁干扰等特点,因此主
要应用于传统的电声压传感器无法使用的环境,如强电磁场干扰的环境(医院 CT 室),
以及对安全要求比较高的环境(油井)等。国内外学者对其进行了深入研究,但是目
前灵敏度等各种参数还不是很理想,尤其是实用化方面还需要进一步研究。
本文简要回顾了光纤声压传感器的研究历程,参考了前人的研究经验及研究结论,
首先从光纤声压传感器强度调制的数学模型入手,详细分析了几何光学模型、光度学
模型和高斯光学模型等三种数学模型。并且以此为基础,结合相关的数学仿真及试验,
分析了影响光纤声压传感器灵敏度的各种因素。通过对各种因素的详细分析,指出了
传统的光纤声压传感器系统灵敏度较低主要是因为采用光纤进行发射,由于光纤出射
的光发散角很大,因此工作距离越大,光斑的模场半径越大,从而使得灵敏度越低。
在此分析基础上,本文提出了一种采用光纤准直器代替光纤进行发射的方案,利用准
直器对出射光进行整形,保证光斑的模场半径在要求的范围内。本文采用相关实验和
数学仿真验证了这种方案的可行性,同时还分析了影响这种改进后的系统灵敏度的因
素,为进一步优化系统提供了理论依据。此外,本文建立了振动膜的应力学模型,并
以此为理论分析了振动膜的尺寸结构对其机械灵敏度的影响,为振动膜的设计与加工
提供了依据。

关键词:光纤声压传感器; 强度调制模型; 灵敏度; 光纤准直器

I
Abstract
Fiber optic acoustic pressure sensor with small, simple structure, high sensitivity,
anti-ic interference, and other characteristics, mainly used in the environment
in which the traditional electro-acoustic microphone can not be used, such as the
environment with strong ic interference(CT Room) and the flammable
explosive environment (oil well). Many researchers have conducted in-depth study, but
some of the parameters is not very satisfactory, such as sensitivity and so on. Particularly,
more work should pleted on the practical aspect.
This paper briefly reviewed the research history of fiber optic acoustic pressure sensor,
after made reference to previous research experience and research findings. The paper made
a detailed analysis of geometrical optics model, photometry model, and Gaussian optics
model on mathematical model of intensity modulation. And on this basis, associated with
the mathematical simulation and testing, the paper analyzed the impact of light microphone
sensitivity of various factors. Based on a detailed analysis of the factors, the paper pointed
that sensitivity of the traditional optical microphone system was low because of using
optical fiber as the emitter. The beam divergence of