[发明专利]振动抵消碟型光纤平面水听器

说明书

本发明公开了一种振动抵消碟型光纤平面水听器。所述光纤平面水听器由支撑刚体、弹性体、正面光纤线圈与反面光纤线圈组成。所述弹性体正反两面为结构相同的对称平面，侧面通过旋转轴对称方式固定在支撑刚体上。所述正面光纤线圈与反面光纤线圈参数相同，均绕制为碟形，分别同轴粘接于弹性体的正反两面，两面光纤线圈之间尾纤串联。所述光纤平面水听器保留了单面碟型光纤平面水听器声接收效率高、流噪声低的优点；正反对称碟型串联的结构在振动环境下有加速度抵消效果，有效提高了光纤平面水听器在水下航行体表面应用时的振动性能。

技术领域

本发明涉及光纤平面水听器，主要是一种振动抵消碟型光纤平面水听器。

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轴型与单面碟型两种。

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。

单面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正对声场的表面，声接收效率高，但单面碟形光纤平面水听器振动灵敏度高。

所以，需寻找一种新的声接收效率高、流噪声低且振动灵敏度低的光纤平面水听器结构。

发明内容

针对已有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，单面碟型光纤平面水听器振动性能差的问题，本发明的目的在于提供一种振动抵消碟型光纤平面水听器，以保留单面碟型光纤平面水听器声接收效率高、流噪声低优势的同时提高其振动性能。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。一种振动抵消碟型光纤平面水听器，主要包括支撑刚体、弹性体、正面光纤线圈与反面光纤线圈，弹性体包括弹性体正面、弹性体侧面和弹性体反面，弹性体正面和弹性体反面为结构相同的对称平面，弹性体侧面通过旋转轴对称方式固定在支撑刚体上；所述的正面光纤线圈与反面光纤线圈参数相同，均绕制为碟形，分别同轴粘接于弹性体正面和弹性体反面，正面光纤线圈与反面光纤线圈之间尾纤串联。