一种基于感声波纹结构的光学式声传感器.pdf

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1、68传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2014年第33卷第9期DoI：10．13873／J．1000-9787(2014)09-0068--03一种基于感声波纹结构的光学式声传感器于洪峰，王伟，王世宁，史鑫，曹永海，桂永雷(中国电子科技集团公司第四十九研究所。黑龙江哈尔滨150001)摘要：设计了一种基于硅MEMS敏感结构的光学式声传感器，其光学调制原理采用强度调制型，微敏感结构采用具有低应力波纹结构的感声薄膜芯片。对光纤与微敏感结构耦合技术进行实验研究，优化光学参数，并制作传感器样品。经实验测试，灵敏度达

2、8OmV／Pa。关键词：微机电系统；光学检测；声传感器；灵敏度中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000-9787(2014)09--0068-03Anopticalacousticsensorbased0nacoustics-sensitivecorrugated'cont～igurat·m-nYUHong-feng，WANGWei，WANGShi—ning，SHIXin，CAOYong—hai，GUIYong—lei(The49thResearchInstitute，ChinaElectronicTechnologyGroupCorporatio

3、n，Harbin150001，China)Abstract：AnopticalacousticsensorbasedonSi—MEMSacoustics-sensitiveconfigurationisdesignedandtheprincipleofopticalmodulationisbasedonopticalintensitymodulation，theminiaturesensitivestructureUSeSacoustics-sensitivemembranechip，whichhascorrugatedconfigurationwithlows

4、tress．Testresearchoncouplingtechniquebetweenmicrosensitivestructureandopticalfiberiscarriedout，andopticalparametersareoptimized，andsensorspecimenisfabricated．Testshowsthatsensitivityreaches80mV／Pa．Keywords：MEMS；opticaldetection；acousticssensor；sensitivity0引言面只有几百微米，感声微结构与光路结构匹配性较差，使光

5、目前，传统的声压传感器主要的有电容式、驻极体式等路损耗较大，影响灵敏度的提高，采用加有准直器的光纤与类型，其中，某些电容式声传感器具有较高性能，但匹配电感声微结构耦合封装在一起制作的传感器样品，经测试样路比较复杂；驻极体式声传感器匹配电路简单，应用方便，品灵敏度为30mV／Pa。但灵敏度比较低，一般在10mV／Pa左右。传统的声压传为减少光路损耗，提高灵敏度，本文采用光纤与感声膜感器抗温湿能力较弱，不耐电磁环境，由于其原理、结构等直接耦合将被测声信号调制成光学信号，因此，需对光自身特点已越来越不能适应某些环境中的使用要求。纤与微敏感结构耦合技术进行实验研究，确定

6、最佳的光学基于感声波纹结构的光学式声传感器采用MEMS技参数，保证光路结构与敏感结构的匹配性，以减少光路损术制作声学敏感结构，采用光学检测技术检测声信号引起耗，实现高分辨率的检测。的敏感结构中心位移的变化，因此，需将敏感结构与光路结1传感器原理与设计构耦合封装在一起，即将被测声信号调制成光路信号。基1．1传感器原理于感声波纹结构的光学式声传感器与传统的声压传感器相本传感器采用光强度调制技术，其工作原理为光源发比具有灵敏度高、频段宽、动态范围大、小型化、低功耗、抗出的光经入射光纤传播射向敏感膜，敏感膜受声源激励发电磁干扰等特点，可以解决某些声学测量中无法解决生位移

7、变化，导致反射光纤的光强发生变化，经光电检测与的技术问题。信号处理得到电信号输出。为减少光路损耗，两根光纤搭光纤外径一般一百多微米，光纤端面发出的光具有一建一定的角度，以保证反射光与入射光的光强比值尽量大，定的发散程度，为保证光纤发射的光为平行光，光纤前端一传感器工作原理见图1，传感器结构示意图见图2。般加有准直器，加有准直器的光纤外径约2-3mm，与壳体1．2光学检测模型封装后制作的传感器样品外形尺寸较大，另外，感声膜反光在光纤与感声膜片距离很近的情况下，假设发射光纤收稿日期：2014-06—15第9期于洪峰，等：一种基于感声波纹结构的光学式声传感器69改变光

8、纤与感声膜之间的距离和光