基于鋁-聚酰亞胺薄膜的光纖麥克風(fēng)及其應(yīng)用研究.pdf

1、隨著光纖傳感技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，相比于電學(xué)麥克風(fēng)，光纖麥克風(fēng)在微納信號(hào)探測(cè)、光聲光譜測(cè)量等領(lǐng)域具有更廣的應(yīng)用前景。其中，干涉型光纖麥克風(fēng)因其具有結(jié)構(gòu)輕巧、靈敏度高、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，吸引了諸多研究人員的關(guān)注。在外腔干涉結(jié)構(gòu)的光纖麥克風(fēng)系統(tǒng)中，薄膜的性能及其制備工藝非常重要，對(duì)薄膜振動(dòng)幅值的定量測(cè)量可直接反映其靈敏度的大小。本文對(duì)基于高靈敏度薄膜的光纖傳感探頭進(jìn)行了研究，結(jié)合可實(shí)現(xiàn)物理量絕對(duì)測(cè)量的低相干光纖微分干涉儀，對(duì)薄膜探頭的靈敏度進(jìn)行

2、了高精度測(cè)量，并將其應(yīng)用于光聲光譜氣體濃度定量標(biāo)定及氣體泄漏聲信號(hào)特征譜分析中。
　　首先，我們采用MEMS等離子體硅刻蝕方法制備大尺寸(直徑3.1mm)的鋁-聚酰亞胺復(fù)合薄膜。該制備方法可在一定程度上釋放膜內(nèi)應(yīng)力，提高薄膜表面平整度;通過稀釋聚酰胺酸濃度，使膜的厚度低于500nm。復(fù)合薄膜的鋁層在刻蝕過程中可保護(hù)聚酰亞胺不被破壞，同時(shí)提高膜整體的光反射率;聚酰亞胺的彈性性能好，且其具有的高強(qiáng)度特性可保證復(fù)合薄膜整體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。<

3、br>　　其次，對(duì)基于鋁-聚酰亞胺薄膜探頭進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量。由于低相干微分干涉測(cè)量可實(shí)現(xiàn)非接觸式絕對(duì)幅值的振動(dòng)測(cè)量，我們將其與鋁-聚酰亞胺薄膜探頭組合成低相干微分干涉光纖麥克風(fēng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)膜振動(dòng)幅值絕對(duì)位移量的測(cè)量，由此直接得出薄膜探頭的聲壓靈敏度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:系統(tǒng)的線性響應(yīng)度良好;在頻率響應(yīng)上，系統(tǒng)在1KHz至5KHz頻率段聲壓靈敏度保持穩(wěn)定，平均為120nm/Pa，其最小可探測(cè)聲壓為53uPa;鋁-聚酰亞胺薄膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

4、好，其性能在四個(gè)月時(shí)間內(nèi)保持不變;具有良好的溫度穩(wěn)定性，溫度的上升對(duì)其靈敏度產(chǎn)生微弱的負(fù)影響，影響幅度最大為9.3％。
　　最后，基于鋁-聚酰亞胺膜的光纖麥克風(fēng)，我們分別開展了光纖光聲光譜測(cè)量和氣體泄漏檢測(cè)的應(yīng)用研究。本文對(duì)光纖光聲光譜測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)，包括可調(diào)諧激發(fā)光模塊，開放式微腔光聲池和低相干微分干涉麥克風(fēng)模塊，并對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，之后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:開放式微腔光聲池的諧振頻率為3KHz，可產(chǎn)