CN101210852B - 一种光纤光栅水听器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光纤传感器技术领域，公开了一种光纤光栅水听器，该光纤光栅水听器的主体为一具有轴向对称结构的圆柱型支撑筒10，该光纤光栅水听器包括：分别安装在所述支撑筒10端部的第一端筒20和第二端筒30；安装在所述第一端筒20内部的第一弹性体40；安装在所述第二端筒30内部的第二弹性体50；安装于所述支撑筒10内部并贯穿所述第一弹性体40和第二弹性体50的光纤光栅60，用于测量水声压。利用本发明，提高了光纤光栅水听器的高灵敏度，并使水听器可以在不同的静压环境下工作。

Description

一种光纤光栅水听器
技术领域
本发明涉及光纤传感器技术领域，尤其涉及一种光纤光栅水听器。
背景技术
光纤传感器与对应的常规传感器相比，在灵敏度、动态范围、可靠性等方面也具有明显的优势，在国防、军事应用领域显得尤为突出，被许多国家列为重点发展的国防技术。
光纤水听器是利用光纤的传光特性以及它与周围环境相互作用产生的种种调制效应，探测液体中压力、声音等信号的仪器。它与传统的压电类传感器相比，有以下主要优势：频带宽、声压灵敏度高、不受电磁干扰、重量轻、可设计成任意形状，以及兼具信息传感及光信息传输于一身等优点。
鉴于光纤水听器的如上技术优势，可满足各发达国家在石油、军事等领域的要求，目前已经在此方面积极展开研究。
在常见的强度调制型、数字式、光纤光栅式光纤水听器中，光纤光栅式水听器是目前的主要研究方向。
郑承栋等人报道了一种光纤光栅水听器，是采用在将光纤光栅封装在一端开口的金属筒中的方法。金属筒中有灌封的聚合物材料，并且只承受金属筒开口方向的压力。当有声压作用时，聚合物收缩，带动光纤光栅产生应变，从而检测压强。这样制作的光纤压强传感器由于光纤光栅受压，容易使光纤光栅产生啁啾和弯曲，不但限制了水听器的灵敏度，同时也影响信号的检测。同时该光纤光栅水听器只靠聚合物本身抵抗静压，能够承受的静压有限，不适于在较深的环境工作。
因此，如何提高的水听器的压力测量灵敏度并且可以使水听器工作在不同的深度是光纤光栅水听器大规模应用必需解决的重要技术之一。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种光纤光栅水听器，以提高光纤光栅水听器的高灵敏度，并使水听器可以在不同的静压环境下工作。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种光纤光栅水听器，该光纤光栅水听器的主体为一具有轴向对称结构的圆柱型支撑筒10，该光纤光栅水听器包括：
分别安装在所述支撑筒10端部的第一端筒20和第二端筒30；
安装在所述第一端筒20内部的第一弹性体40；
安装在所述第二端筒30内部的第二弹性体50；
安装于所述支撑筒10内部并贯穿所述第一弹性体40和第二弹性体50的光纤光栅60，用于测量水声压；
所述第一弹性体40和第二弹性体50与光纤光栅60紧密粘接；所述支撑筒10在其两端部采用螺纹12与第一端筒20和第二端筒30的开口一端连接，且所述支撑筒10侧壁轴向中部开有轴对称分布的长孔11，用于使水听器内部与外界连通。
所述第一端筒20和第二端筒30为一端开口且一端有底的结构，在第一端筒20的底部中央开有第一光纤孔21，在第二端筒30的底部中央开有第二光纤孔31，用于引出光纤光栅60的尾纤。
所述支撑筒10与第一端筒20和第二端筒30连接的两处螺纹12，其中一端为左旋螺纹，另一端为右旋螺纹。
所述第一弹性体40和第二弹性体50在支撑筒10内部固化形成。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、体积小。通过管式聚合物弹性体封装的方法，可以使光纤光栅水听器的体积很大程度上减小。在本技术方案中，支撑筒的外径可以小于10mm。
2、声压灵敏度高。通过两个弹性体的同时形变来使光纤光栅60产生应变，提高了水听器的灵敏度。
3、可以在不同的深度工作。可以通过旋动螺纹12调整光纤光栅60中的初始应力，以此平衡由于静水压力在光纤光栅60中产生的应力，使水听器工作在不同的深度。
附图说明
图1为本发明提供的光纤光栅水听器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，图1为本发明提供的光纤光栅水听器的结构示意图。该光纤光栅水听器的主体为一具有轴向对称结构的圆柱型支撑筒10，该光纤光栅水听器包括：分别安装在所述支撑筒10端部的第一端筒20和第二端筒30；安装在所述第一端筒20内部的第一弹性体40；安装在所述第二端筒30内部的第二弹性体50；安装于所述支撑筒10内部并贯穿所述第一弹性体40和第二弹性体50的光纤光栅60，用于测量水声压。
所述支撑筒10侧壁轴向中部开有轴对称分布的长孔11，用于使水听器内部与外界连通，水就是从长孔11进入水听器内部并作用在弹性体上。
所述第一端筒20和第二端筒30为一端开口且一端有底的结构，在第一端筒20的底部中央开有第一光纤孔21，在第二端筒30的底部中央开有第二光纤孔31，用于引出光纤光栅60的尾纤。
所述第一弹性体40和第二弹性体50在支撑筒10内部固化形成，与光纤光栅60紧密粘接。在粘接过程中，要保证水听器支撑筒10、第一弹性体40、第二弹性体50和光纤光栅60同轴，并且在光纤光栅60中有一定的初始拉应力。
当该光纤光栅水听器置于水(或其他液体)中时，水(或其他液体)从长孔11进入并作用在第一弹性体40和第二弹性体50相对的端面上，从而压动弹性体向端盖的方向产生位移。由于弹性体和光纤光栅60紧密粘接，从而带动光纤光栅产生应变。对于光纤光栅，其反射波长的变化量与所受应变成正比，故通过检测波长的变化量可以得到外界压强的大小。
所述支撑筒10在其两端部采用螺纹12与第一端筒20和第二端筒30的开口一端连接。所述支撑筒10与第一端筒20和第二端筒30连接的两处螺纹12，其中一端为左旋螺纹，另一端为右旋螺纹。当水听器工作在不同的深度时，需要调整光纤光栅60中的应力，以平衡静压的影响，使水听器具有一定的动态范围并且不至于被静水压破坏。
比如水听器要由浅水改为深水工作时，由于深水处的静水压较大，就需要预先减小光纤光栅60中的应力，这时只需调整螺纹12，使两端筒靠拢。在调整过程中，两端筒相对于支撑筒10的旋转方向和旋转角度相同，由于他们分别是左旋和右旋螺纹，所以不会在光纤光栅60中产生扭转应力。这样就达到了调整光纤光栅60中的预应力的目的。
同时，可以通过调节支撑筒10、第一端筒20和第二端通30的内径，第一弹性体40和第二弹性体50的长度和材料参数等来调节光纤光栅水听器的灵敏度。
当然，亦可以将多个该种光纤光栅水听器引出的尾纤连接起来，进行多个水听器的串联组网复用。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种光纤光栅水听器，其特征在于，该光纤光栅水听器的主体为一具有轴向对称结构的圆柱型支撑筒(10)，该光纤光栅水听器包括：
分别安装在所述支撑筒(10)端部的第一端筒(20)和第二端筒(30)；
安装在所述第一端筒(20)内部的第一弹性体(40)；
安装在所述第二端筒(30)内部的第二弹性体(50)；
安装于所述支撑筒(10)内部并贯穿所述第一弹性体(40)和第二弹性体(50)的光纤光栅(60)，用于测量水声压；
所述第一弹性体(40)和第二弹性体(50)与光纤光栅(60)紧密粘接；所述支撑筒(10)在其两端部采用螺纹(12)与第一端筒(20)和第二端筒(30)的开口一端连接，且所述支撑筒(10)侧壁轴向中部开有轴对称分布的长孔(11)，用于使水听器内部与外界连通。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅水听器，其特征在于，所述第一端筒(20)和第二端筒(30)为一端开口且一端有底的结构，在第一端筒(20)的底部中央开有第一光纤孔(21)，在第二端筒(30)的底部中央开有第二光纤孔(31)，用于引出光纤光栅(60)的尾纤。
3.根据权利要求1所述的光纤光栅水听器，其特征在于，所述支撑筒(10)与第一端筒(20)和第二端筒(30)连接的两处螺纹(12)，其中一端为左旋螺纹，另一端为右旋螺纹。
4.根据权利要求1所述的光纤光栅水听器，其特征在于，所述第一弹性体(40)和第二弹性体(50)在支撑筒(10)内部固化形成。
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