具体技术细节
[0005] 针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决目前已有的光纤声波传感器在满足最小可探测声压的同时，并不能实现超宽频测量的目标的技术问题。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供一种光纤声波传感器，包括：声场发生装置、声波传感头以及声波解调系统；
[0007] 所述声波发生装置用于产生声波信号，所述声波信号作用于声波传感头；
[0008] 所述声波传感头包括石墨烯薄膜和单模光纤，石墨烯薄膜和单模光纤端面组合而成光学空气腔，所述单模光纤接收声波解调系统发射的单色光；所述石墨烯薄膜受所述声波信号的动态压力作用形成周期性的振动，石墨烯薄膜周期性的振动导致所述声波传感头的空气腔的腔长周期性的变化，从而使得从单模光纤反射回声波解调系统的单色光为周期性强弱变化的光信号；
[0009] 所述声波解调系统用于向声波传感头发射单色光，并接收从声波传感头反射回的单色光，根据反射回的单色光解调出待测声波信号。
[0010] 可选地，所述声波解调系统包括：激光器、光纤环形器、光电探测器以及信号处理器；
[0011] 所述激光器发射单色光；
[0012] 所述光纤环形器包括三个端口，其第一端口连接所述激光器，第二端口连接所述声波传感头，第三端口连接所述光电探测器；所述激光器发射的单色光从第一端口进入光纤环形器，从第二端口发射至所述声波传感头，所述声波传感头反射的单色光从第二端口进入所述光纤环形器，从第三端口发射至所述光电探测器；
[0013] 所述光电探测器将所述反射的单色光转换成电信号；
[0014] 所述信号处理器根据所述转换成的电信号解调出待测声波信号。
[0015] 具体地，通过光电探测器进行光电转换后，周期性的单色光信号转换为周期性的电信号，周期性的电信号随之进入信号处理器进行处理，经过信号处理器进行信号恢复后，周期性的声波信号即可在个人计算机(personal computer，PC)上被还原出来。
[0016] 可选地，所述声波发生装置包括：驱动控制器和声源；
[0017] 所述声源用于产生声波信号；
[0018] 所述驱动控制器用于控制声源的声频范围。
[0019] 可选地，所述激光器可以为1570nmDFB激光器。所述1570nmDFB激光器的波长稳定性波动范围为-0.01nm～0.01nm，功率稳定性波动范围为-0.02dB～0.02dB。
[0020] 可选地，所述石墨烯薄膜和单模光纤端面组合而成光学空气腔的形状为喇叭形，以增大石墨烯薄膜和声波接触的有效尺寸，从而能提高了声波探测的灵敏度。
[0021] 可选地，所述光学空气腔的开口直径为0.5mm～1mm。
[0022] 可选地，所述石墨烯薄膜的厚度为5nm～20nm。
[0023] 可选地，所述声波传感头的石墨烯薄膜的半径和厚度均为上述选定的尺寸，结合传统膜片谐振频率的计算理论，得到所述声波传感头的谐振频率在1Hz以下的低频次声水平，从而可以分别实现低频空气次声波和水下超声波的平坦响应。
[0024] 可选地，所述声波传感头采用端面周期性通孔的金属防护罩紧套。保护所述声波传感头受外界压力等条件作用时不受影响。
[0025] 可选地，所述驱动控制器的频率驱动范围在1Hz～25MHz，所述声源的声频范围与所述驱动控制器的驱动范围保持一致。
[0026] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0027] (1)本发明提供的超宽频测量的光纤声波传感器，由于石墨烯薄膜的超薄和硬度超强的特性，从而实现光纤声波传感器从空气次声波到水下超声波范围内的超宽频测量。
[0028] (2)本发明提供的超宽频测量的光纤声波传感器，由于石墨烯薄膜的谐振频率设计在1Hz以下的低频次声水平，从而可以分别实现低频空气次声波和水下超声波的平坦响应。
[0029] (3)本发明提供的光纤声波传感头，由于石墨烯薄膜的尺寸小，结构简单，易制作，相比传统的声波传感器，所述光纤声波传感器具有结构紧凑、易批量化生产、价格低廉等优势。
法律保护范围
涉及权利要求数量9：其中独权1项，从权-1项
1.一种光纤声波传感器，其特征在于，包括：声场发生装置、声波传感头以及声波解调系统；
所述声波发生装置用于产生声波信号，所述声波信号作用于声波传感头；
所述声波传感头包括石墨烯薄膜和单模光纤，石墨烯薄膜和单模光纤端面组合而成光学空气腔，所述单模光纤接收声波解调系统发射的单色光；所述石墨烯薄膜受所述声波信号的动态压力作用形成周期性的振动，石墨烯薄膜周期性的振动导致所述声波传感头的空气腔的腔长周期性的变化，从而使得从单模光纤反射回声波解调系统的单色光为周期性强弱变化的光信号；
所述声波解调系统用于向声波传感头发射单色光，并接收从声波传感头反射回的单色光，根据反射回的单色光解调出待测声波信号。
2.根据权利要求1所述的光纤声波传感器，其特征在于，所述声波解调系统包括：激光器、光纤环形器、光电探测器以及信号处理器；
所述激光器发射单色光；
所述光纤环形器包括三个端口，其第一端口连接所述激光器，第二端口连接所述声波传感头，第三端口连接所述光电探测器；所述激光器发射的单色光从第一端口进入光纤环形器，从第二端口发射至所述声波传感头，所述声波传感头反射的单色光从第二端口进入所述光纤环形器，从第三端口发射至所述光电探测器；
所述光电探测器将所述反射的单色光转换成电信号；
所述信号处理器根据所述转换成的电信号解调出待测声波信号。
3.根据权利要求1或2所述的光纤声波传感器，其特征在于，所述声波发生装置包括：驱动控制器和声源；
所述声源用于产生声波信号；
所述驱动控制器用于控制声源的声频范围。
4.根据权利要求2所述的光纤声波传感器，其特征在于，所述激光器可以为1570nmDFB激光器。
5.根据权利要求1所述的光纤声波传感器，其特征在于，所述石墨烯薄膜和单模光纤端面组合而成光学空气腔的形状为喇叭形。
6.根据权利要求1或5所述的光纤声波传感器，其特征在于，所述光学空气腔的开口直径为0.5mm～1mm。
7.根据权利要求1所述的光纤声波传感器，其特征在于，所述石墨烯薄膜的厚度为5nm～20nm。
8.根据权利要求1所述的光纤声波传感器，其特征在于，所述声波传感头采用端面周期性通孔的金属防护罩紧套。
9.根据权利要求3所述的光纤声波传感器，其特征在于，所述驱动控制器的频率驱动范围在1Hz～25MHz，所述声源的声频范围与所述驱动控制器的驱动范围保持一致。
