[发明专利]小型化高集成光纤矢量水听器

说明书

本发明提供了一种小型化高集成光纤矢量水听器，包括：窄线宽光源(1)、信号发声器(2)、声光调制器(3)、光纤环形器(4)、光纤矢量水听器探头(5)以及采集/解调系统(6)；所述窄线宽光源(1)与声光调制器(3)、信号发声器(2)分别相连；所述声光调制器(3)与光纤环形器(4)相连；所述光纤矢量水听器探头(5)与光纤环形器(4)相连；所述采集/解调系统(6)与光纤环形器(4)相连。本发明稳定性高，采用压差和同振组合形式的三维光纤水听器，适合低频和高频之间的中频工作频带。

技术领域

本发明涉及海洋观测的光纤传感技术领域，具体地，涉及一种小型化高集成光纤矢量水听器，尤其涉及一种以三维压差式和三维同振式高度集成在一个小型化光纤矢量水听器球体中的光纤矢量水听器。

背景技术

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。干涉型光纤水听器就是通过水中声波作用产生对光纤的压力而改变光纤芯的折射率或长度，从而引起在光纤中传播的光束光程变化，直接导致光相位发生变化。采用干涉测量技术可以检测出这种相位变化，并得到有关的水声信息。光纤水听器的基本原理是探测水声场的声压信息，是一种标量的水声信号传感器。

光纤矢量水听器是用光纤作为传感介质的一种新型的水声矢量信号传感器，它通常包含了声压传感器和由三个标量传感器构成的加速度矢量传感器，因此它不仅可以获得标量声压信号，也能获得水声场的加速度信号，进而可以得到水声场的其它矢量信息，包括能量的传播方向、加速度信号、声信号的传播方向等矢量信息。

光纤水听器时分复用技术一般是利用光脉冲调制器件产生光脉冲，一定长度的延迟光纤来提供相应的时间延迟。由于延迟光纤的作用，发射进入光纤时分复用网络的光脉冲到达各自的水听器时，在时域上有一定的时间间隔τ。只要输入脉冲的宽度T小于τ，从不同的水听器返回的脉冲在输出光纤上就不会重叠。一系列输出脉冲都是由一个输入脉冲产生的。这些时间上交替的输出脉冲代表着各个传感器输出干涉条纹的时间采样。时分复用技术是光纤水听器应用中最受关注的复用技术。与其他复用技术相比，时分复用技术在阵列可复用数目、阵列拓扑结构复杂度，系统尺寸等方面有着明显的优势。

信号检测方案为PGC解调，PGC方法的基本思想是通过在干涉仪输出相位中生成一个相位载波，使输出信号可以分解为两个正交分量，通过对二者分别处理，得到信号的线性表达式。一种为基于DCM的PGC解调技术，另一种为基于反正切PGC算法原理。

参考干涉仪降噪方案采用参考干涉仪的臂长差与系统中使用的光纤水听器基元臂长差一致，输出信号中均包含光源或光调制引入的光相位噪声，其与传感光路返回的带有声信息的信号光一起被光电探测器接受，进入采集系统，从而达到利用参考干涉仪的噪声输出来抵消系统的光源和声光调制器等器件的相位噪声，降低系统的本底噪声的目的。

现有的干涉型光纤矢量水听器，一般由一个球型同振型三维光纤矢量水听器和一个标准光纤水听器搭配组合而成。存在着占用体积大，功能单一，同步采集要求高等缺点，限制了光纤矢量水听器小型化和高性能方向上的优化提升。另一方面，光纤在实际工程中容易折损，任一传感基元的光纤损坏，即可导致整个光纤矢量水听器无法工作，可靠性不高，直接增加了工程应用的实际成本。

专利文献CN109765561A公开了一种光纤水听器阵段结构和光纤水听器阵列结构，该光纤水听器阵段结构包括：水听器单元和支撑单元；支撑单元包括：螺旋支撑骨架、器件支撑骨架、套管和填充层；螺旋支撑骨架上套设有多个器件支撑骨架，水听器单元套接在螺旋支撑骨架上，相邻两个器件支撑骨架之间及水听器单元与器件支撑骨架之间均设有填充层，且水听器单元、器件支撑骨架和填充层均套接在套管内。该专利在结构和性能上仍然有待提高的空间。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种小型化高集成光纤矢量水听器。