光纤马赫-曾德尔干与仪是一种灵敏度较高、结构灵敏的传感结构。当在MZI上施加超声波信号时，会影响所触及的干与光之间的光程差，并导致干与光谱的漂移。因为形式耦合是根据MZI的光纤传感器的要害元件，因而发生了各种光纤耦合技能，如光纤锥、多模光纤和错位熔接。单模-多模-单模光纤结构是使用最广泛的一种兼具强形式耦合机制和高环境参数感知的光纤马赫-曾德尔干与仪。现在现已研发了多种SMS光纤结构，如直接熔接、错位熔接、锥形熔接、与光纤布拉格光栅级联等。SMS光纤结构已成功使用于光纤滤波器、折射率和湿度传感，但其在超声传感方面的研讨鲜有报导。本章提出了一种根据SMF-粗锥(Bitaper)-MMF-Bitaper-SMF光纤结构的超声传感器。经过在SMF和MMF衔接处熔接两个Bitaper，该传感器结构巩固，有用使用SMS光纤结构的高灵敏度和高耐受性，完成了多方向的超声勘探。

　　测验设备：ATA-2021B高压放大器、信号发生器、PZT、数字示波器、传感器等。

　　图1为传感器在不同方向超声波效果的示意图。当超声从A或许F方向效果传感器时，①处缩短，②处拉伸；当超声从C或许D方向效果传感器时，①处拉伸，②处缩短；当超声从B效果传感器时，①处和②处上侧缩短，下侧拉伸；当超声从E效果传感器时，①处和②处上侧拉伸，下侧缩短；使用有限元软件对传感器进行声学仿真，以模仿该超声波传感器的功能，相应的模仿成果别离如图2(a)、(b)和(c)所示。图2(a)为球形总声压场的XZ截面图，能够很明显看出声波是从哪个方向入射到域内。图2(b)为该传感器结构对应超声信号的应力求，因为两头单模被固定，中心的传感光纤部分遭到必定的应力，为在1pa左右，对应入射超声波信号的压力幅值。图2(c)为球形声场的声压级以及传感器对应的位移图，成果显现在Bitaper处位移较大，最大位移约为8×10的-8立方mm。Bitaper部分还具有会集的声压级，声压级最大可达120dB，这说明Bitaper更简单勘探到超声信号。当传感器结构接纳超声信号时，Bitaper的形变会影响到传感器长度L的改变以及传输形式的有用折射率的改变，然后检测输出光谱的改变。

　　图2：传感器的超声场仿真：(a)总声压场；(b)应力；(c)声压级和位移

　　试验所树立的水下光纤超声勘探体系如图3所示，体系最重要的包括超声发生和超声检测两部分。超声波发生体系由信号发生器、高压放大器和PZT组成。PZT由峰值电压为20V的信号发生器和最高电压为200Vp-p的高压放大器(ATA-2021B)驱动，供给正弦脉冲超声波。超声波检测体系由可调谐激光器、传感器、光电勘探器和数字示波器组成。TSL-710的波长带宽为160nm，线pm。选用水下环境下的办法对超声信号进行细心的检测，以下降超声信号的传达丢失，增强超声信号与传感器的耦合性。在试验中，PZT与传感器别离浸入水箱中，距离2cm，水平放置后固定。水箱的尺度为45cm(长)*15cm(宽)*10cm(高)。当超声波效果于传感器时，导致反射谱漂移。使用边带滤波解调技能，将谱移转换为光强改变，并经过光电勘探器转换为电压信号输出至示波器显现。为取得最佳的超声呼应，将输出光束的检测波长设置在干与光谱的3dB处。

　　图4：(a)传感器在110kHz脉冲超声信号的时域呼应；(b)FFT改换后的频谱

　　试验研讨了MMF长度为2cm的传感器对110kHz脉冲正弦信号的呼应，成果如图4(a)所示，可见传感器成功检测了超声信号。传感器的实时呼应滑润，肯定电压约为0.013V，信噪比为21dB。空间频率是一个光场信号在单位时间内周期性重复的次数。对图4(a)进行FFT改变得到传感器的频谱，如图4(b)所示，可见频谱的中心频率为110kHz，与超声信号发射频率符合较好。

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