MEMS fiber optic acoustic sensor and performance testing method based on ultra-small GRIN fiber lens

Chi WANG; Wei CHEN; Jianmei SUN; Yuancheng ZHENG; Feilu CHEN

doi:10.37188/OPE.20223000.0063

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MEMS fiber optic acoustic sensor and performance testing method based on ultra-small GRIN fiber lens

更新时间：2022-06-03

- MEMS fiber optic acoustic sensor and performance testing method based on ultra-small GRIN fiber lens
- Optics and Precision Engineering Pages: 1-12(2022)
- 作者机构：
  
  上海大学精密机械系，上海 200444
- 作者简介：
  
  E-mail： jianmeisun@shu.edu.cn
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20223000.0063
  CLC： TP391.41;TN253
- Received：23 February 2022，
  
  Revised：12 March 2022，
- 稿件说明：
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王驰,陈伟,孙建美等.基于超小GRIN光纤镜头的MEMS光纤声传感器及性能测试[J].光学精密工程,

WANG Chi,CHEN Wei,SUN Jianmei,et al.MEMS fiber optic acoustic sensor and performance testing method based on ultra-small GRIN fiber lens[J].Optics and Precision Engineering,
王驰,陈伟,孙建美等.基于超小GRIN光纤镜头的MEMS光纤声传感器及性能测试[J].光学精密工程, DOI：10.37188/OPE.20223000.0063

WANG Chi,CHEN Wei,SUN Jianmei,et al.MEMS fiber optic acoustic sensor and performance testing method based on ultra-small GRIN fiber lens[J].Optics and Precision Engineering, DOI：10.37188/OPE.20223000.0063

摘要

研究一种MEMS膜片与超小GRIN光纤镜头相结合的MEMS光纤声传感器，以及基于SS-OCT （Swept Source Optical coherence tomography）解调系统的MEMS光纤声传感器性能测试方法。在进行建模分析的基础上，设计并研究MEMS膜片与超小GRIN光纤镜头相结合的MEMS光纤声传感器的制作工艺，搭建基于SS-OCT的声振测量系统，通过开展单频声信号、混频声信号、频率响应、声压灵敏度和系统稳定性测量实验，进行传感器的性能测试与标定。结果显示，所研究的MEMS光纤声传感器样品的频响范围为50 Hz~4.5 kHz，在频率为300Hz时传感器声压灵敏度21.63 nm/Pa，信噪比（SNR）44.1dB，线性度为98.97%，重复性标准偏差为0.003。表明所研究的MEMS光纤声传感器可行，而且利用SS-OCT解调系统可对其传感性能进行有效测量。

Abstract

Research on a MEMS fiber optic acoustic sensor combining MEMS diaphragm and ultra-small GRIN fiber optic lens， and the performance test method of MEMS fiber optic acoustic sensor based on SS-OCT （Swept Source Optical coherence tomography） demodulation system. On the basis of modeling and analysis， the fabrication process of MEMS optical fiber acoustic sensor combining MEMS diaphragm and ultra-small GRIN optical fiber lens is designed and studied， and an acoustic and vibration measurement system based on SS-OCT is built. By carrying out measurement experiments of single-frequency acoustic signal， mixed-frequency acoustic signal， frequency response， sound pressure sensitivity and system stability， the performance test and calibration of the sensor are carried out. The results show that the frequency response range of the studied MEMS fiber optic acoustic sensor sample is 50Hz-4.5kHz. At a frequency of 300Hz， the sound pressure sensitivity of the sensor is 21.6 nm/Pa， the SNR is 44.1dB， the linearity is 98.97% and the repeatability standard deviation is 0.003. It shows that the MEMS optical fiber acoustic sensor studied is feasible， and its sensing performance can be effectively measured by using the SS-OCT demodulation system.

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