反射式光纤声音传感器的关键技术研究

论文摘要

光纤声音传感器作为一种新型的声音传感器，具有抗电磁和射频干扰、灵敏度高、安全可靠和保密性强等优点，特别适用于强电磁场、高射频、易燃易爆和军事安全等场合。因此，研究具有稳定、可靠性能且性价比高的光纤声音传感器具有非常重要的理论价值和实际应用意义。分析了国内外各种反射式光强调制型光纤声音传感器的优缺点，指出小型化、智能化、网络化、多信息融合以及关键技术的研究是光纤声音传感器的发展趋势，提出了Y型单模光纤反射式光强调制、1310nm波长激光源的设计方案，原理简单，容易构建，光功率损耗小，灵敏度高且抗干扰能力强。在总结圆形平薄膜振动特性基本理论的基础上，采用有限元分析方法对不同厚度和直径的圆形平薄膜以及不同波型和波纹参数的波纹薄膜进行了有限元分析，分析结果表明厚度越小，直径越大，圆形平薄膜的灵敏度越高，固有频率越低；波纹薄膜比平薄膜灵敏度高，固有频率低；波纹数、波纹长度增加，波纹高度减小均可提高波纹薄膜的固有频率，但灵敏度降低。分析和归纳了纤端光场强度分布的研究概况，提出了基于高斯分布假设和能量守恒定理对单模光纤的纤端光场强度分布模型进行简化，得到纤端光强分布的数学模型，并基于平面镜成像原理推导出光纤声音传感器的归一化光强调制特性。在理论研究的基础上，研制了激光二极管的稳恒光功率控制电路，建立了光纤声音传感实验系统。实验结果表明光纤声音传感器振动特性与有限元分析结果基本一致，光强调制特性也与理论分析值基本吻合，稳恒光功率控制电路对光功率起到较好的稳定作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源和意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题研究背景及意义
• 1.2 光纤声音传感器的研究现状
• 1.2.1 光纤声音传感器的调制原理
• 1.2.2 反射式光强调制型光纤声音传感器的研究现状
• 1.2.3 强度调制型光纤声音传感器的补偿技术
• 1.3 光纤声音传感器的发展趋势
• 1.4 课题研究的主要内容
• 本章小结
• 第二章 薄膜振动特性分析
• 2.1 反射式光强调制型光纤声音传感器的工作原理
• 2.2 薄膜振动特性分析的基本理论
• 2.2.1 周边拉伸圆形薄膜特性
• 2.2.2 周边固支圆形薄膜特性
• 2.3 薄膜振动特性的有限元分析
• 2.3.1 有限元方法简介
• 2.3.2 圆形平薄膜的有限元分析
• 2.3.3 圆形波纹薄膜的有限元分析
• 本章小结
• 第三章 光强调制特性分析
• 3.1 纤端光场强度分布的研究概况
• 3.2 纤端光场强度分布模型的简化
• 3.3 光强调制特性的理论分析
• 本章小结
• 第四章 光纤声音传感实验系统的建立
• 4.1 光纤声音传感器中的关键技术
• 4.2 稳恒光功率激光源设计
• 4.2.1 光源
• 4.2.2 激光二极管的浪涌击穿
• 4.2.3 稳恒光功率控制电路的设计
• 4.3 光电检测电路的设计
• 4.3.1 光电探测器
• 4.3.2 光电探测器的噪声分析
• 4.3.3 PIN 探测电路设计
• 4.4 探头及耦合器设计
• 4.4.1 探头的结构设计
• 4.4.2 光纤耦合器的设计
• 4.5 实验系统的建立
• 本章小结
• 第五章 实验及结果分析
• 5.1 激光二极管的特性实验
• 5.1.1 出纤光功率和注入电流的关系
• 5.1.2 出纤光功率的稳定性实验
• 5.2 光强调制特性
• 5.3 灵敏度测试
• 5.4 频率特性
• 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 全文小结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 致谢