Page 110 - 《应用声学）》2023年第5期

1002 2023 年 9 月

ៈ૝జጳ 号发生器 (RIGOL, DG4000)，信号发生器用来驱动
Q/f  /f FWHM
0.20 =1.38f10 7 ੳଡజጳ
1.0 超声换能器。信号解调系统包括激光器 (NKT，中
心波长为 1550 nm)、衰减器、光电探测器 (THOR-
0.18
LABS)、数字滤波 (Moku:Pro 数字滤波模块)、示波
ࣨϙ/V 0.16 FWHM= 0.5 ࣨϙ/V 器(Moku:Pro 示波器)。由NKT激光器发出中心波
14.03 MHz
长为 1550 nm 的激光进入到光波导微槽式谐振腔
器件，经衰减器后输入到光电探测器中，再由数字滤
0.14
0
波模块对信号进行放大滤波。超声换能器的接收信
号和光波导微槽式谐振腔的接收信号连接到示波
-0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01
௑ᫎ/s 器模块进行显示。采用比较校准法进行测试：超声
换能器具有发射声信号和接收声信号的作用，选一
图 3 光波导微槽式谐振腔的透射谱测试图
支标准超声换能器和光波导微槽式谐振腔器件保
Fig. 3 Transmission spectrum test diagram of op-
持水平，同时对声源3 cm处的超声信号进行接收。
tical waveguide microgroove resonant cavity
图 5 为 900 kHz 声信号下传感器的超声响应测
3 测试及结果分析 试结果图，从图中可以看出，背景噪声为 −88 dB，
声信号幅值分别为 10 V pp 、15 V pp 、20 V pp 时对应
搭建的超声传感测试系统如图 4 所示，主要由 的信噪比为20 dB、24 dB、27 dB。实验结果表明：微
两部分组成：声源系统以及声信号解调系统。其中， 槽式环形谐振腔可以检测到相应频率的超声信号，
声源系统包括超声换能器 (HPCTN-710-20-II)、信 并且随着信号幅值越大(即声压越大)，响应越明显。

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Moku: Pro А
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图 4 超声传感测试系统示意图
Fig. 4 Schematic diagram of ultrasound sensing test system

对光波导微槽式谐振腔声信号的灵敏度进行 利用公式 (6) 可计算得到，在频率为 900 kHz
测试，同时采集用于接收的超声换能器和光波导微 时，器件灵敏度为 −168 dB，即 3.98 mV/Pa (0 dB
槽式谐振腔的输出信号，如图6所示。 @1 V/µPa)。
灵敏度计算公式为 为了检验传感器的超声频率响应平坦度，测试

了 800 kHz∼1 MHz 范围内的超声信号响应。测试
U 0
S(dB) = 20 lg + S 0 , (6)
U X 过程中，扫描频率间隔为 10 kHz，固定信号发生器
式 (6) 中，U 0 为光波导微槽式谐振腔输出信号的幅 的幅值为 5 V pp ，测试结果如图 7 所示。从图中可以
值，U X 为超声换能器输出信号的幅值，S 0 为标准超 看出，光波导微槽式谐振腔的声传感响应平坦，归一
声换能器的灵敏度，为−200.5 dB。 化输出波动在3 dB范围内。表1比较了光波导微槽