[发明专利]一种费马螺线光纤环结构新型水听器探头

说明书

本发明公开了一种费马螺线光纤环结构新型水听器探头，涉及光纤传感技术领域，其包括圆环状的壳体，该壳体的两个开口处分别设置有第一法兰圆盘、第二法兰圆盘、第一3dB耦合器、第二3dB耦合器、第一铠装光缆和第二铠装光缆；本发明以其鼓面镶嵌光纤的薄壁金属结构使它的灵敏度和对声波的还原度比现有的探头更高，并且重量更轻，响应的带宽，动态范围更大，工艺要求简单、易于实现一致性。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体来讲是一种费马螺线光纤环结构新型水听器探头。

背景技术

众所周知，电磁波和光波能在空间有效地传播，是空中信息传递的有效载体。但它们在水中的传播损耗比声波约大3个数量级，因而不能成为水中远距离信息传递的有效形式。迄今为止，声波仍然是能在海洋中远距离传输信息的最有效的载体。随着各种先进技术在潜艇制造工艺中的应用，现代潜艇在水下运行时噪不断降低，这给反潜作战带来巨大的挑战。目前大量装备的传统压电型水听器灵敏度已不能满足水声探测的实战需要，光纤水听器应运而生。相对于传统的压电型水听器具有灵敏度高，频响特性好，抗电磁干扰，重量轻和造价低等特点，可以满足当前形势下对水听器的要求。

干涉型光纤水听器是基于光学干涉仪的原理构造的。该原理为：由激光器发出的激光经3dB光纤耦合器分为两路:接一路构成光纤干涉仪的传感臂，受声波的调制，另一路则构成参考臂，提供参考相位。两束波经后端反射膜反射后返回光纤耦合器，发生干涉，如果海洋中有外来生物或者其它可发声的物体进入监测区域，光纤系统的传感臂中经声波调制过的信号与参考臂中的参考信号之间有相移，通过后续解调电路，观察者就可以得到相关的位置以及具体的参数信息。

光纤水听器是一种建立在光纤、光电子技术基础上的水下声信号传感器。其在各种声纳应用中的巨大潜能已经被广泛的认知，在近几年内，光纤水听器的研究取得了长足的进展，光纤水听器具有声压灵敏度高，重量轻，体积小，抗电磁干扰能力强等诸多优点，其中高灵敏度具体表现为，它的最小可检测信号比传统的水听器要高2～3个数量级。

据查清华大学殷锴，周宏朴等人提出了一种“芯轴型光纤水听器灵敏度的优化设计”，光纤水听器探头为迈克耳孙干涉仪形式。光源发出的激光通过3dB耦合器进入迈克耳孙干涉仪的两个臂。其中敏感臂感受声压作用，参考臂与声压隔离，两臂中的激光通过反射镜反射后再次进入耦合器，在此两光束叠加并发生干涉，干涉光通过光电转换后解调，由此就得到所需的声压信号。面应变的状态。声压作用于弹性筒使弹性筒径向尺寸发生变化，进而带动敏感光纤长度发生变化，将声压信号转换为相位信号进行测量。

带空气腔芯轴型光纤水听器的基本结构。参考光纤缠绕在芯轴上，敏感光纤缠绕在薄壁弹性筒上以感受声压，芯轴与弹性筒之间是空气以提高灵敏度并且使参考光纤与声压隔离。在低频声波情况下，也就是声波波长大于或者与光纤水听器的有效尺寸相当时，弹性筒可以被认为处于一种平面应变的状态。声压作用于弹性筒使弹性筒径向尺寸发生变化，进而带动敏感光纤长度发生变化，将声压信号转换为相位信号进行测量。

同时，北京航天控制仪器研究所何哲玺等人所提出了一种新型光纤水听器探头结构。这种光纤探头包括外壳，聚脲复合材料，铠装光缆，压板接头，过度连接套，凯夫拉绳，声传感器等。外壳是声传感器的耐压封装，兼顾了探头的耐压性与透声性。聚脲复合材料是水密封装材料，具有优异的憎水性及透声性。多探头组成阵列时的连接封装采用铠装光缆，保护探头间的光纤，具备良好的水密特性与力学性能。声传感器的两端通过压板接头与铠装光缆连接，压板接头的外部套有过渡连接套进行密封，连接套上有若干固定孔，用于固定凯夫拉绳，提高组阵探测缆的抗拉强度。这一结构与之前的结构相比具有可靠性高，水密性好，深水耐压能力强，易实现工程化与批量化装配。

平面型光纤水听器探头分为碟式、中央支撑碟式以及平板式三种，参考光纤和传感光纤分别缠绕到一圆盘的两面，圆盘的圆周是支撑线，当声压变化时，圆盘发生形变，参考臂光纤和传感臂光纤分别被拉长和缩短，形成干涉的相位差。

发明内容