技术领域本发明属于传感器技术领域，具体涉及到法布里-珀罗腔光纤超声传感器。
背景技术：
非接触探测是以光电、电磁等技术为基础，在不接触被测物体表面的情况下，得到物体表面参数信息或内部信息的测量方法。其最大的优点在于不需要通过介质或者直接与被测物体接触即可获得物体内部或表面信息。超声波传感器，是非接触探测技术的核心器件。光纤超声传感器通过检测光纤内传输光的强度、波长、相位、偏振态等参数感受待测物体传输超声波的强度、频率、方向等信息，提供待测物的体积、内部结构等信息。多年来普遍用于超声检测装置主要为压电陶瓷换能器(PZT)，既可以作为超声发射源也可以作为接收器。该器件的主要缺点是：只有在发射源的超声信号与压电陶瓷的固有频率相接近时压电陶瓷换能器的灵敏度才高；灵敏度会随着换能器体积的减小而变弱且受电容影响较大；极易受到环境电磁场的干扰；随着发射源与接收器的距离增加会导致接收信号失真；复用性差，多通道实时监测系统复杂；测量范围近，仅能用于近距离的非接触探测；无方向识别性，不能获取超声波方向信息。因此压电陶瓷换能器不能满足非接触探测要求的精确度以及泛用的需求。基于FP腔的光纤超声传感器，具有测量距离远、灵敏度高、响应频带宽、动态范围宽、抗电磁干扰、耐腐蚀、易于复用等特性，将FP腔光纤传感器用于制备超声波传感器，将会大大提高超声波传感器的灵敏度性能和可测量距离，但目前还未见FP腔光纤传感器客服以往压电陶瓷换能器应用的缺陷。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于克服上述传统压电陶瓷换能器电类器件的不足，提供一种不受电磁干扰、灵敏度高、宽频率响应好、动态范围宽、结构紧凑、产品成本低的法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器。解决上述技术问题所采用的技术方案是：在光纤套管固定管内设置有端部伸出其端部的光纤套管，单模光纤由光纤套管固定管左端穿入从光纤套管内穿出，单模光纤右端面与光纤套管的右端面在同一个平面内，光纤套管右端设置有与应变片安装管联接的应变片固定管，应变片安装管内应变片固定管右端设置有应变片，单模光纤与应变片构成法布里-珀罗腔，应变片安装管内应变片的右端设置有应变片固定块。本发明的应变片的直径为125μm～10mm、厚度为0.10～20μm。本发明的应变片的直径最佳为0.5mm、厚度为0.13μm。本发明的应变片的直径与应变片固定管的外径相同。本发明的应变片为金箔应变片。本发明的应变片固定块的外侧面为圆柱面，左端为半球冠形。本发明的应变片固定块左端半球冠的直径为125μm～10mm。本发明的应变片固定块半球冠的直径与应变片的直径相同。本发明的应变片固定块为铝应变片固定块。本发明的光纤套管为陶瓷管。由于本发明采用了金箔应变片以及端部为半球冠的应变片固定块，金箔应变片与光纤构成法布里-珀罗腔，本发明具有不受电磁干扰、灵敏度高、宽频率响应好、动态范围宽、结构紧凑、产品成本低等优点，可作为检测超声波的传感器。附图说明图1是本发明实施例1的结构示意图。图2是本发明与墙壁距离76cm与超声波发生器距离80cm的试结果图。图3是本发明与超声波发生器距离2cm超声波频率1MHz信号源电压为300V的试结果图。图4是本发明与墙壁距离76cm与超声波发生器距离80cm的试结果图。图5是本发明与墙壁距离140cm与超声波发生器距离80cm的试结果图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。实施例1在图1中，本实施例的法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器由单模光纤1、光纤套管固定管2、光纤套管3、应变片固定管4、应变片5、应变片安装管6、应变片固定块7联接构成。光纤套管固定管2的右端加工有外螺纹，单模光纤1从光纤套管固定管2的左端穿入，光纤套管固定管2用于安装单模光纤1，在光纤套管固定管2内的右侧安装有光纤套管3，光纤套管3为陶瓷管，单模光纤1穿入光纤套管3内，单模光纤1的右端面与光纤套管3的右端面在同一个平面内，光纤套管3的右端伸出光纤套管固定管2的右端，应变片固定管4的左端加工有内螺纹，应变片固定管4的左端与光纤套管3的右端通过螺纹联接，应变片固定管4与光纤套管3联接后将光纤套管3固定在应变片固定管4和光纤套管3内。应变片固定管4的右端插入到应变片安装管6内用胶粘结，应变片固定管4的右端安装有应变片5，应变片5的直径与应变片固定管4的外径相同，将应变片5安装在应变片固定管4的右端面。应变片5为金箔应变片，应变片5的直径为0.5mm、厚度为0.13μm，单模光纤1与应变片5构成法布里-珀罗腔，法布里-珀罗腔将所接收到的频率为20KHz～5MHz的超声波转换成光信号由单模光纤1输出。在应变片安装管6内用胶粘接有应变片固定块7，本实施例的应变片固定块7为铝材料制成，应变片固定块7的外侧面为圆柱面，左端为半球冠形，球冠的直径为0.5mm，与应变片5的直径相同，应变片固定块7用于将应变片5固定在应变片安装管6内，且具有聚焦超声波的作用。实施例2在本实施例中，应变片固定管4的右端插入到应变片安装管6内用胶粘结，应变片固定管4的右端安装有应变片5，应变片5的直径与应变片固定管4的外径相同，将应变片5安装在应变片固定管4的右端面。应变片5为金箔应变片，应变片5的直径为125μm、厚度为0.10μm。在应变片安装管6内用胶粘接有应变片固定块7，本实施例的应变片固定块7为铝材料制成，应变片固定块7的外侧面为圆柱面，左端为半球冠形，本实施例半球冠的直径为125μm，与应变片5的直径相同。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。实施例3在本实施例中，在片固定管4的右端插入到应变片安装管6内用胶粘结，应变片固定管4的右端安装有应变片5，应变片5的直径与应变片固定管4的外径相同，将应变片5安装在应变片固定管4的右端面。应变片5为金箔应变片，应变片5的直径为10mm、厚度为20μm。应变片5将所接收到的频率为20KHz～5MHz的超声波转换成光信号由单模光纤1输出。在应变片安装管6内用胶粘接有应变片固定块7，本实施例的应变片固定块7的外侧面为圆柱面，左端为半球冠形，本实施例半球冠的直径为10mm，与应变片5的直径相同。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。为了验证本发明的有益效果，发明人采用本发明实施例1制备的法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器进行了实验，各种试验情况如下：1、建立测试系统将可调激光器通过光纤与光纤环形器相连，光纤环形器通过光纤与光电探测器相连，光电探测器通过电缆与示波器相连，作为超声波发生器的压电陶瓷气介换能器通过同轴电缆与信号源相连，构成用于测试本发明的测试系统。2.测试方法(1)将法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器和超声波发生器固定在水平的位移台上，使法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器和超声波发生器探头相对准。保持法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器和超声波发生器的中轴线在一条直线上，测量超声波发生器和法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器相距300cm时，法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器能接收到超声波信号。超声波发生器发射的超声波信号经过空气传播到应变片5表面，引起应变片5振动，法布里-珀罗腔腔长发生改变，导致法布里-珀罗腔干涉谱发生变化，通过调制光信息，示波器上显示出法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器接收到的超声波信号。超声波发生器发射的信号是40KHz的正弦信号，信号源电压为10V。法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器测试结果见图2。由图2可见，根据得到的信号，法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器对于低频超声波(40KHz)在远距离(3m)具有良好的响应，灵敏度高，失真低，证明法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器对超声波信号具有优秀的检测能力并且可以做到在远距离检测超声波。(2)测试系统同上，测试法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器对高频超声波的响应性能。法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器与超声波发生源间隔2cm。超声波信号源发射1MHz的脉冲信号，信号源电压为300V.测试结果见图3。由图3可见，在使用高频脉冲超声波时，通过对比采样信号与参考信号，法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器对高频脉冲超声波具有良好的响应，灵敏度高，信号失真度低。(3)将法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器和超声波发生器固定在同一水平面上，法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器与超声波发射器相距80cm，并都对准墙面，法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器接收到的信号是墙壁反射回来的超声波信号。通过测量反射信号，来测试法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器的性能。法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器和发生源与墙壁的垂直距离为76cm，法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器与超声波发生器之间的距离是80cm。测试结果见图4。由图4可见，法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器对反射的超声波信号依然有高灵敏度和低失真。实验证实法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器可以做到超声波非接触探测。(4)测试方法同上，改变法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器和超声波发生源与墙面间的距离为140cm，法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器与超声波发生源间隔之间的距离为80cm。测试信号结果见图5。由图5可见，本次实验实用检测了法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器更远距离的样本，实验结果显示法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器接收到的信号对比近距离的实验结果强度变弱，符合实际规律，表明法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器用于非接触探测具有高灵敏度。以上实验结果表明，法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器对40khz的信号在非接触的情况下具有良好的响应特性、稳定性、灵敏度以及可以用于远距离的非接触探测。本发明的工作原理如下：本发明是基于法布里－珀罗腔的超声波光纤传感器，法布里－珀罗腔由应变片5与单模光纤1构成。当光信号通过单模光纤1传输到法布里－珀罗腔时，会发生法布里－珀罗干涉。在应变片5外有一个应变片保护块7，起到保护应变片5和聚焦超声波的作用。超声波传输到应变片保护块7，超声波会聚焦到应变片5上，应变片5接收到超声波信号会发生周期性振动，法布里－珀罗干涉就会产生周期性的变化，这个周期性变化的频率与超声波的频率相同，振幅取决于超声波传输到应变片5的时的强度大小。这样就把超声波信号转化成了光信号上，法布里－珀罗腔金箔光纤传感器就检测到了超声波信号。