MEMS双光纤位移声传感器设计与分析

李晓龙; 王江安; 吴亚明

MEMS双光纤位移声传感器设计与分析

1.
海军工程大学电子工程学院,湖北武汉 430033;
2.
中国科学院上海微系统与信息技术研究所,上海 200050

基金项目:

国家自然科学基金（51109217）

详细信息

作者简介:
李晓龙（1985－），男，博士，主要从事水下声光通信方面的研究。Email：lxl_3515@126.com

中图分类号: TN918.11

Design and analysis of the MEMS dual fiber optic displacement acoustic sensor

1.
Electronic Engineering Institute Naval University of Engineering,Wuhan 430033,China;
2.
Shanghai Institute of Micro-system and Information Technology,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 200050,China

摘要: 提出了一种新型强度调制型光纤传感器的理论模型。该模型使用单模光纤，讨论了光在准直透镜中的传播规律，利用光学透镜的准直作用，即矩阵光学原理和高斯耦合理论实现光强调制。强度型光纤传感器采用微电机系统MEMS结构的压力振动膜片拾取振动位移，通过分析施加在膜片上压力的变化及膜片尺寸得到影响双光纤位移传感器灵敏度的相关参数。仿真结果表明：合理的选择参数可以使传感器的灵敏度在不增加结构复杂性的前提下较传统方法有103量级的提高。
- MEMS /
- 调制 /
- 传感器
Abstract: A new intensity modulated optic microphone theory model was introduced. Single-mode optical fiber here was used to realize collimation of beam. The propagation law in collimation lens was discussed, and light intensity modulation using matrix optical principle and Gaussian coupling theory was realized. The system contains MEMS pressure vibration membrane to pick up vibration displacement. Through the analysis of membrane size and the change of pressure, the related parameters about the sensitivity of fiber optic displacement sensor could be acquired. Simulation results show that the proper choice of parameters can make the sensitivity of sensor improve in orders of 103 magnitude than traditional light intensity modulated methods in condition of no increasing the complexity of structure.
- MEMS /
- modulation /
- sensor

[1]	Grattan KT V, Sun Dr T.Fiber optic sensor technology: anoverview[J]. Sensors and Actuators 2000, 82(1-3): 40-61.
[2]
[3]
[4]	Li Fang, He Jun, Xu Tuanwei, et al. Fiber laser sensing technology and its applications[J]. Infrared and Laser Engineering, 2009, (6): 1025-1032
[5]
[6]	Zhang Yilin, Yu Jianrong, Liao Yanbiao, et al. The design of optic fiber pressure Sensor[J]. Journal of OptoelectronicsLase, 2002, 13(5):43-459.
[7]
[8]	Xu Haiying, Jiang Yongliang, Wang Li, et al. Design and research on the sensing probe of fiber-optic microphone[J]. Chinese Journal of Sensors and Actuators, 2004, 17(4): 716-719. (in Chinese)
[9]	Wang Qiaoyun. Study on fiber optic fabry-perot acoustic sensor and its application[D]. Dalian: Dalian University of Technology, 2010. (in Chinese)
[10]
[11]
[12]	Cui Jiwen, Tan Jiubin, Liu Yang. Measurement of micro-hole with high aspect ratio based on double optical fiber coupling[J]. Infrared and Laser Engineering, 2009, (1): 106-109.
[13]
[14]	Yuan Shifu, N A Riza. General formula for coupling-loss characterization of single-mode fiber collimators by use of gradient-index rod lenses[J]. Applied Optics, 1999, 38(15): 3214-3222.
[15]	Oswald Wallner, Winzer P J, Leeb W R. Alignment tolerances for plane-wave to single-mode fiber coupling and their mitigation by use of pigtailed collimators[J]. Applied Optics, 2002, 41(4): 637-643.
[16]
[17]
[18]	Li Rui, Xiao Wen, Yap Dong, et al. Experimental system research of fiber acoustic sensor[J]. Opto-Electronic Engineering, 2009, 36(6): 131-134. (in Chinese)
[19]	Buchade P B,Shaligram A D. Influence of fiber geometry on the performance of two-fiber displacement sensor[J]. Sensors and Actuators A(S0924-4247), 2007, 136(1): 199-204.

[1]	陆锋, 陈亮, 张俊生. 级联光栅硅胶封装的脉象传感器研究 . 红外与激光工程, 2023, 52(2): 20220324-1-20220324-8. doi: 10.3788/IRLA20220324
[2]	刘伟, 何兵, 马特, 刘刚. 微测辐射热计器件工艺开发和特性评估 . 红外与激光工程, 2023, 52(1): 20220279-1-20220279-7. doi: 10.3788/IRLA20220279
[3]	夏利鹏, 刘昱恒, 周培基, 邹毅. 中红外集成光子传感系统研究进展（特邀） . 红外与激光工程, 2022, 51(3): 20220104-1-20220104-26. doi: 10.3788/IRLA20220104
[4]	王波, 黄育飞, 苏安, 高英俊. 两端对称复缺陷对光子晶体透射特性的激活效应 . 红外与激光工程, 2021, 50(S2): 20200356-1-20200356-6. doi: 10.3788/IRLA20200356
[5]	王华丰, 孙轲, 孙盛芝, 邱建荣. 飞秒激光诱导金刚石微纳结构及其应用（特邀） . 红外与激光工程, 2020, 49(12): 20201057-1-20201057-11. doi: 10.3788/IRLA20201057
[6]	马阎星, 吴坚, 粟荣涛, 马鹏飞, 周朴, 许晓军, 赵伊君. 光学相控阵技术发展概述 . 红外与激光工程, 2020, 49(10): 20201042-1-20201042-14. doi: 10.3788/IRLA20201042
[7]	蒙成举, 韦吉爵, 苏安, 潘继环, 高英俊. 双通道光子晶体滤波器的电控调制研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(S2): 20200222-20200222. doi: 10.3788/IRLA20200222
[8]	张翠, 陶渊, 童杏林, 邓承伟, 何为, 甘维兵, 王立新. 基于全同弱光纤Bragg光栅阵列的铁路轨道监测系统 . 红外与激光工程, 2019, 48(6): 622001-0622001(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0622001
[9]	韦晓莹, 李心元, 吴环宝, 王天鹤, 贾晓东. 光诱导氧化钒薄膜原位太赫兹波调制特性研究 . 红外与激光工程, 2019, 48(10): 1017005-1017005(7). doi: 10.3788/IRLA201948.1017005
[10]	严霞, 贾文杰, 史晓凤, 张旭, 张艺超, 马君. 便携式SERS传感器的近岸海水中PAHs检测 . 红外与激光工程, 2019, 48(3): 322003-0322003(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0322003
[11]	梁丽, 文龙, 蒋春萍, 陈沁. 人工微结构太赫兹传感器的研究进展 . 红外与激光工程, 2019, 48(2): 203001-0203001(17). doi: 10.3788/IRLA201948.0203001
[12]	裴丽娜, 邹永刚, 石琳琳, 王小龙, 范杰, 王海珠. 可调谐VCSEL的低应力MEMS悬臂结构设计 . 红外与激光工程, 2019, 48(4): 420002-0420002(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0420002
[13]	孙玉洁, 段俊萍, 王雄师, 张斌珍. 多孔耦合型太赫兹波导定向耦合器的设计 . 红外与激光工程, 2017, 46(1): 125002-0125002(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0125002
[14]	南雪莉, 张斌珍, 杨昕, 崔建利, 葛少雷. MEMS开关宽频程控步进衰减器设计与实现 . 红外与激光工程, 2016, 45(10): 1020002-1020002(5). doi: 10.3788/IRLA201645.1020002
[15]	蓝锦龙, 顾铮先, 唐雄. 两类典型光纤型SPR传感器的理论模型比较 . 红外与激光工程, 2016, 45(9): 922001-0922001(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0922001
[16]	米仁杰, 万助军, 汪涵. MEMS可调谐平顶窄带光学滤波器 . 红外与激光工程, 2016, 45(7): 720001-0720001(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0720001
[17]	武超群, 李梅, 周璐春. 哈特曼传感器仿真平台设计 . 红外与激光工程, 2015, 44(2): 567-571.
[18]	潘继环, 苏安, 蒙成举. 介质折射率对光子晶体量子阱滤波性能的调制 . 红外与激光工程, 2014, 43(3): 833-837.
[19]	江小峰, 林春, 谢海鹤, 黄元庆, 颜黄苹. MEMS F-P 干涉型压力传感器 . 红外与激光工程, 2014, 43(7): 2257-2262.
[20]	曹家强, 吴传贵, 彭强祥, 罗文博, 张万里, 王书安. 硅基PZT 热释电厚膜红外探测器的研制 . 红外与激光工程, 2011, 40(12): 2323-2327.

点击查看大图

计量

文章访问数: 339
HTML全文浏览量: 44
PDF下载量: 121
被引次数: 0

全文HTML

参考文献 (19)

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

留言板

MEMS双光纤位移声传感器设计与分析

作者简介:
李晓龙（1985－），男，博士，主要从事水下声光通信方面的研究。Email：lxl_3515@126.com

Design and analysis of the MEMS dual fiber optic displacement acoustic sensor

计量

MEMS双光纤位移声传感器设计与分析

1. 海军工程大学电子工程学院,湖北武汉 430033;

2. 中国科学院上海微系统与信息技术研究所,上海 200050

作者简介:
李晓龙（1985－），男，博士，主要从事水下声光通信方面的研究。Email：lxl_3515@126.com

English Abstract

Design and analysis of the MEMS dual fiber optic displacement acoustic sensor

1. Electronic Engineering Institute Naval University of Engineering,Wuhan 430033,China;

2. Shanghai Institute of Micro-system and Information Technology,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 200050,China

全文HTML

目录

留言板

MEMS双光纤位移声传感器设计与分析

作者简介: 李晓龙（1985－），男，博士，主要从事水下声光通信方面的研究。Email：lxl_3515@126.com

Design and analysis of the MEMS dual fiber optic displacement acoustic sensor

计量

出版历程

MEMS双光纤位移声传感器设计与分析

1. 海军工程大学 电子工程学院,湖北 武汉 430033; 2. 中国科学院上海微系统与信息技术研究所,上海 200050

作者简介: 李晓龙（1985－），男，博士，主要从事水下声光通信方面的研究。Email：lxl_3515@126.com

English Abstract

Design and analysis of the MEMS dual fiber optic displacement acoustic sensor

1. Electronic Engineering Institute Naval University of Engineering,Wuhan 430033,China; 2. Shanghai Institute of Micro-system and Information Technology,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 200050,China

全文HTML

目录

作者简介:
李晓龙（1985－），男，博士，主要从事水下声光通信方面的研究。Email：lxl_3515@126.com

1. 海军工程大学电子工程学院,湖北武汉 430033;

2. 中国科学院上海微系统与信息技术研究所,上海 200050

作者简介:
李晓龙（1985－），男，博士，主要从事水下声光通信方面的研究。Email：lxl_3515@126.com

1. Electronic Engineering Institute Naval University of Engineering,Wuhan 430033,China;

2. Shanghai Institute of Micro-system and Information Technology,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 200050,China