[发明专利]一种基于折叠空气腔的小尺寸干涉型高频光纤水听器

权利要求书

1.一种基于折叠空气腔的干涉型高频光纤水听器，其特征在于：包括4个可嵌套安装的薄壁空心圆筒：带第一光纤缠绕区(101)与第一支撑结构(102)的第一薄壁空心圆筒(1)，带第二光纤缠绕区(201)与第二支撑结构(202)的第二薄壁空心圆筒(2)，带第三光纤缠绕区(301)与第三支撑结构(302)的第三薄壁空心圆筒(3)，带第四光纤缠绕区(401)与第四支撑结构(402)的第四薄壁空心圆筒(4)，以及光纤干涉仪(5)；

所述第一支撑结构(102)的外径与所述第二薄壁空心圆筒(2)内径相同，当所述第一薄壁空心圆筒(1)嵌套进所述第二薄壁空心圆筒(2)后，在第一薄壁空心圆筒光纤缠绕区(101)处会形成第一个密封的空气腔；

所述第二支撑结构(202)的外径与所述第三薄壁空心圆筒(3)内径相同，所述第二支撑结构(202)上沿圆筒轴向开有凹槽，使得液体可通过凹槽自由流过，当所述第二薄壁空心圆筒(2)嵌套进所述第三薄壁空心圆筒(3)后，在第二光纤缠绕区(201)处形成一个液体可自由流通的液体腔，使得缠绕在第二光纤缠绕区(201)与第一光纤缠绕区(101)的光纤干涉仪两臂形成推挽结构，对相同的声压产生相反的形变，以提高探测灵敏度；

所述第三支撑结构(302)的外径与所述第四薄壁空心圆筒(4)内径相同，当所述第三薄壁空心圆筒(3)嵌套进所述第四薄壁空心圆筒(4)后，在第三薄壁空心圆筒光纤缠绕区(301)处形成第二个密封的空气腔；

所述光纤干涉仪(5)包括光入射端口(501)、光出射端口(502)、3dB耦合器(503)、第一光纤干涉臂(504)、第二光纤干涉臂(505)、第一法拉第旋镜(506)、第二法拉第旋镜(507)，激光从光纤干涉仪(5)的光入射端口(501)入射，经过3dB耦合器(503)后分为两束激光，分别进入第一光纤干涉臂(504)和第二光纤干涉臂(505)，所述第一光纤干涉臂(504)和第二光纤干涉臂(505)按照如下所述光纤缠绕方案缠绕在第一薄壁空心圆筒(1)、第二薄壁空心圆筒(2)、第三薄壁空心圆筒(3)、第四薄壁空心圆筒(4)的光纤缠绕区上以提高传感灵敏度，第一光纤干涉臂(504)和第二光纤干涉臂(505)的尾端分别连接第一法拉第旋镜(506)和第二法拉第旋镜(507)，以保证两个光纤干涉臂中的光信号反射回原光路，反射回的光信号分别经过第一光纤干涉臂(504)和第二光纤干涉臂(505)后再次进入3dB耦合器(503)，从与3dB耦合器(503)相连的光出射端口(502)出射，通过监测出射光强信号，可测算2个光纤干涉臂传感到的外界声压信号；

所述第一薄壁空心圆筒(1)、第三薄壁空心圆筒(3)以及第四薄壁空心圆筒(4)均在同一端的支撑结构上刻有左右螺旋槽，使得光纤可缠绕进或缠绕出光纤缠绕区；

所述光纤缠绕方案为：第一光纤干涉臂(504)从第一法拉第旋镜(506)一端开始，沿第一薄壁空心圆筒支撑结构(102)刻有左右螺旋槽一端的左螺旋槽缠绕进第一光纤缠绕区(101)，均匀紧密排列缠绕，达到设计层数后从同一端沿右螺旋槽缠绕出第一光纤缠绕区(101)，沿第三薄壁空心圆筒支撑结构(302)刻有左右螺旋槽一端的左螺旋槽缠绕进第三光纤缠绕区(301)，均匀紧密排列缠绕，达到设计层数后从同一端沿右螺旋槽缠绕出第三光纤缠绕区(301)后与3dB耦合器(503)连接；

第二光纤干涉臂(505)从第二法拉第旋镜(507)一端开始，沿第二薄壁空心圆筒支撑结构(202)刻有左右螺旋槽一端的左螺旋槽缠绕进第二光纤缠绕区(201)，均匀紧密排列缠绕，达到设计层数后从同一端沿右螺旋槽缠绕出第二光纤缠绕区(201)，沿第四薄壁空心圆筒支撑结构(402)刻有左右螺旋槽一端的左螺旋槽缠绕进第四光纤缠绕区(401)，均匀紧密排列缠绕，达到设计层数后从同一端沿右螺旋槽缠绕出第四光纤缠绕区(401)后与3dB耦合器(503)连接；

所述第一薄壁空心圆筒(1)、第二薄壁空心圆筒(2)、第三薄壁空心圆筒(3)以及第四薄壁空心圆筒(4)在完成光纤干涉仪(5)两光纤干涉臂光纤的缠绕后，按照半径大小依次嵌套在一起，所述光纤干涉仪(5)第一光纤干涉臂(504)传感部分的光纤被缠绕在密封空气腔内部，所述光纤干涉仪第二光纤干涉臂(505)传感部分的光纤被缠绕在液体可自由流通的液体腔内，组成完整的光纤水听器。

2.一种根据权利要求1所述基于折叠空气腔的干涉型高频光纤水听器，其特征在于：所述光纤干涉臂缠绕的设计层数为4。