[发明专利]光纤水听器阵列系统和加速度传感器阵列系统及测量方法

说明书

本发明公开了一种光纤水听器阵列系统和加速度传感器阵列系统及测量方法。本发明的光纤水听器阵列系统包括：窄线宽激光器、水听器阵列、第一耦合器、第一声光调制器、第二声光调制器、延时光纤、第二耦合器、第一掺铒光纤放大器、环形器、第二掺铒光纤放大器、滤波器、光电探测器、数据采集卡和工控机；本发明产生外差脉冲对，通过干涉将外界声波信号调制到外差频率上，通过外差解调，得到水中的外界声波信号；本发明将系统大大简化，并且每个水听器基元取得了与现有系统相同的探测灵敏度；另外该方案同样可以使用于光纤加速度传感器阵列，将一根光纤依次绕制在多个加速度传感器骨架上则形成加速度传感器阵列，从而探测空气中的外界振动信号。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术，具体涉及一种光纤水听器阵列系统和加速度传感器阵列系统及测量方法。

背景技术

随着国家海洋战略的实施以及国防安全的需要，光纤水听器作为一种能够对水下目标进行探测、定位和识别的传感器受到了越来越多的关注与研究。当声波作用到光纤水听器探头上时将会引起光纤中光波场的相位、强度等参量发生变化，通过一定的解调方法即可得到外界的声波场。目前常用的光纤水听器一般都是基于Mach-Zehnder或Michelson干涉仪结构来构建的。此外，由于水下声场的复杂性，单个的水听器探头很难获得目标的详细信息，因此需要多探头的复用，从而组成水听器阵列。目前研究较多的光纤水听器阵列复用技术有：空分复用、时分复用、波分复用、频分复用等。在各种复用技术中，时分复用是最简单有效的方案，并且由于其易与波分复用技术相结合而实现水听器的大规模阵列化，从而备受各国研究者的青睐。

参考文献“张楠.大规模光纤水听器阵列光学外差及时分复用技术研究[D].国防科学技术大学,2007.”中给出了目前较常用的光纤水听器时分复用阵列系统结构图。该方案中复用的水听器探头采用了Michelson干涉仪结构，一个水听器探头包括一个一分二耦合器、一段L长光纤、一个法拉第旋镜和一个水听器探头骨架四部分，其中L长光纤绕在水听器探头骨架上来感测外界声波信号。利用不同探头反射回来脉冲的时延不同实现脉冲的错位干涉，通过对干涉信号的解调即可得到外界的声波信号。

现有技术中，一个水听器探头至少包括一个一分二耦合器、一段L长光纤、一个法拉第旋镜和一个水听器探头骨架四部分。首先为了保持各基元反射回来信号光强的大小基本一致，耦合器的分光比需要进行合理的设计。其次为了各反射脉冲能够准确的对上进行干涉，需要较精确的控制光纤的长度。最后为了消除偏振态对干涉信号的影响，因此加入了法拉第旋镜，但在一些特殊应用环境中(比如高温环境)，对法拉第旋镜的性能有较高的要求。这些都增加了系统设计的复杂度与困难。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种结构简单易实现的光纤水听器阵列系统及其测量方法，大大简化现有系统的复杂度。

本发明的一个目的在于提出一种光纤水听器阵列系统和加速度传感器阵列系统。