[发明专利]端面接收轴型光纤平面水听器

说明书

本发明公开了一种端面接收轴型光纤平面水听器，包括接收平板、弹性轴、光纤线圈与基板，接收平板固定在弹性轴前端面且与其轴线垂直以接收声信号，光纤线圈绕制在弹性轴表面，弹性轴后端面固定在基板的盲孔内；基板前表面与接收平板前表面平齐且两者之间通过柔性密封材料密封，基板与弹性轴之间形成密闭空腔以避免弹性轴的柱面受到声场影响。本发明的有益效果为：光纤平面水听器的声接收平板与主要声传播方向垂直，声接收效率高。光纤平面水听器光纤线圈直接绕制在弹性轴上，灵敏度易于提高，工艺成熟。光纤平面水听器组装后接收声表面上所有结构平齐，降低了平面水听器流噪声，有效提高了光纤平面水听器在水下航行体表面应用时的系统性能。

技术领域

本发明涉及光纤平面水听器，主要是一种端面接收轴型光纤平面水听器。

背景技术

光纤平面水听器是安装在水下航行体表面将水中声压信号转化为可探测光信号调制的一种光纤传感器，因其具有灵敏度高、不易受电磁环境干扰、易于复用等优点，近年来受到军民领域的广泛重视。

将水听器置于水声场中时，接收声信号导致弹性体形变带动光纤线圈的形变，并导致光纤纤芯的长度与折射率变化(弹光效应)，从而导致光纤中传输光的相位变化，通过光干涉将该相位变化检测出来即可提取作用其上声压信号。

声场引起光纤形变后，根据弹光效应，单模光纤径向折射率改变与各向异性应变的关系式为式(1)：

式(1)中Δn为单模光纤径向折射率改变，n为光纤折射率，P₁₁与P₁₂为光纤纤芯的弹光系数，ε_z为光纤纤芯轴向应变，ε_r为光纤纤芯径向应变。

光相位改变与折射率、长度改变的关系式推导为式(2)：

式(2)中ΔΦ为光相位改变，β₀为真空中光传播常数，L为光纤总长，ΔL为光纤长度改变。

将式(1)代入式(2)可得光相位改变与纤芯应变的关系式为式(3)：

由式(3)可知，仿真计算光纤水听器在受到声场作用时光纤轴向、径向应变，代入光纤长度等参数，即可计算水听器灵敏度。

现有的光纤平面水听器方案主要有柱面接收轴型与平面接收碟型两种。

柱面接收轴型光纤平面水听器主要由弹性轴、光纤线圈与基板组成，光纤线圈绕制于弹性轴表面，弹性轴的轴线与基板表面平行，与声传播方向垂直。工作时，声接收柱面与主要声传播方向不垂直，导致声接收效率低，到达声信号部分损失；组装后声接收表面上各结构不平齐导致流噪声大，影响其在航行体表面的工作噪声性能。

平面接收碟型光纤平面水听器主要由碟形光纤线圈、弹性体、基板组成，碟形光纤线圈粘接在碟形弹性体上，碟形平面与声传播方向垂直，声接收效率高，但碟形光纤线圈工艺复杂、灵敏度不易提高。

所以，需寻找一种新的工艺成熟、声接收效率高、易于提高灵敏度且流噪声小的光纤平面水听器结构。

发明内容

针对已有柱面接收轴型光纤平面水听器声接收表面与主要声传播方向不垂直导致声接收效率低、声接收表面上结构不平齐导致流噪声大，碟型光纤平面水听器工艺复杂、灵敏度不易提高的问题，本发明的目的在于提供一种端面接收轴型光纤平面水听器，以通过成熟工艺有效提高光纤平面水听器灵敏度、降低流噪声。