CN104864955A - 基于聚氨酯树脂封装的dbr光纤激光水听器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于聚氨酯树脂封装的DBR光纤激光水听器，用于水下低频信号检测，包括DBR光纤激光器(1)，在DBR光纤激光器外面包覆有聚氨酯树脂层(2)。本发明对低频水声信号具有高灵敏度。

Description

基于聚氨酯树脂封装的DBR光纤激光水听器

所属技术领域

本发明涉及一种光纤激光水听器，用于实现对KHz及以下的低频水声信号检测。

背景技术

目前，实际应用较多的水声传感器是PZT水听器，其中部分电子设备会浸泡在水中，由于长期的腐蚀，将导致水听器性能的退化从而产生故障。与PZT水听器相比，光纤传感器具有体积小，重量轻，灵敏度高，可复用等优点，尤其是抗电磁干扰性能远远超越PZT水听器，从而非常适合应用于水声检测。

文献“Overview of high performance fibre-optic sensing(Kirkendall,Clay K.(Naval Research Laboratory,Washington,DC 20375,United States)；Dandridge,Anthony Source:Journal ofPhysics D:Applied Physics,v37,n 18,p R197-R216,September21,2004)”中采用干涉技术，将声波信号转化为干涉仪传感臂中光相位的变化，该传感器灵敏度高，但复用困难；文献“Development of an erbium-doped fibre laser as a deep-seahydrophone(Bagnoli,P.E.(Dipt.di Ing.dell'Inf.,Pisa Univ.,Pisa,Italy)；Beverini,N.；Falciai,R.；Maccioni,E.；Morganti,M.；Sorrentino,F.；Stefani,F.；Trono,C.Source:Journal ofOpticsA:Pure andApplied Optics,v 8,n7,p S535-9,July 2006)”中提出了一种基于波长编码的FBG水听器，它是通过检测FBG波长对外部声压的响应而实现的，优点是可以方便的实现多路复用，缺点是灵敏度低，并且由于需要昂贵的波长测量装置，而使得成本较高。文献“Ultrasonic hydrophone based on distributedbragg reflectorfiberlaser(Bai-Ou Guan(Dept.of Electr.Eng.,Hong Kong Polytech.Univ.,Kowloon,China)；Hwa-Yaw Tam；Sien-Ting Lau；Chan,H.L.W.Source:IEEE Photonics Technology Letters,v 17,n 1,p 169-71,Jan.2005)”中提出了一种基于偏振外差法的DBR(分布式布拉格反射镜)光纤激光水听器，将声波信号转化为两个正交偏振模拍频信号，通过观察拍频信号的变化，从而实现对声波信号的传感测量。这种水听器解调简单，但是只适用于MHz超声高频信号的调频方式测量，而内在的对KHz及以下低频信号的声压方式测量不敏感。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的上述不足，提供一种新型的高灵敏度DBR光纤激光水听器，用来实现对低频水声信号的声压检测。本发明的技术方案如下：

一种基于聚氨酯树脂封装的DBR光纤激光水听器，用于水下低频信号检测，包括DBR光纤激光器(1)，其特征在于，在DBR光纤激光器外面包覆有聚氨酯树脂层(2)。

与现有的水听器相比，本发明具有显而易见的实质性优点。首先，所述的水听器是基于DBR光纤激光器的。对于裸纤来讲，当高频超声信号作用到光纤上时，由于光弹效应，折射率在沿着声波传播方向和垂直方向会产生不同的变化，从而引起双折射的改变。但是对于低频信号，由于其波长远远大于光纤直径，会引起折射率各向同性的变化，使得拍频对低频信号不敏感。本发明采用聚氨酯树脂封装DBR光纤激光器，由于其杨氏模量远远小于光纤的值，所以对于相同的低频信号，封装后的光纤会承受比裸纤更大的应力，在频谱分析仪上也可以看出明显的拍频信号的变化。基于这点创新，可以克服DBR光纤水听器对低频信号不敏感的难题。区别于传统的PZT水听器体积庞大的缺点，本发明所涉及的水听器小巧轻便，具有轻量化和微型化的特点，从而可以方便的复用。最后，由于光纤裸纤传感器本身脆弱易断，聚氨酯树脂对光纤传感器进行了柔性封装，可以有效的保护传感器，延长使用寿命。

附图说明

图1.聚氨酯树脂封装的DBR光纤激光水听器

图2.基于聚氨酯树脂封装的DBR光纤激光水听器的工作原理图

图3.聚氨酯树脂封装的DBR光纤激光水听器的输出波形图

附图标记说明如下：

1DBR光纤激光器  2聚氨酯树脂层

具体实施方式

下面结合附图实例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明中给出的高灵敏度水听器是基于聚氨酯树脂2封装的DBR光纤激光器1的单纵模偏振外差传感器。用该水听器作为传感单元来进行KHz及以下低频水声信号检测的试验装置还包括信号处理单元和信号解调单元。

如图2所示，信号处理单元包含980nm激光器，980/1550nm波分复用器，光隔离器，偏振控制器，起偏器，以及光电探测器；信号解调单元为频谱分析仪。

工作原理大致如下：980nm激光器作为泵浦光源，由波分复用器的980nm端口进入980nm/1550nm波分复用器，再由波分复用器的公共端口进入聚氨酯树脂封装的DBR光纤激光水听器。在低频水声信号的检测环境中，当由扬声器发出的声波信号施加到水听器上时，由于光纤承受比聚氨酯树脂更多的应力，从而会引起光栅发生一定的结构改变，进而影响光纤激光水听器内部的光学信号传输性质(偏振态改变)，由原来的弱简并模式产生模式分离，DBR光纤激光器内部发出两组正交偏振的激光信号，且光波波长转化为1550nm。两组激光信号从DBR光纤激光水听器的输入端口通过波分复用器的公共端口进入波分复用器，再经由1550nm端口进入光隔离器。光隔离器可以有效的防止反射的光返回到激光器中，实现激光信号的单向传输。通过调整偏振控制器和起偏器，可以使两组激光信号具有相同的偏振方向，以便获得比较强的激光信号。然后这两组激光信号进入光电探测器中完成光电转换，得到电信号后进行拍频，最后由解调单元的射频频谱分析仪上的波形显示功能给出时域中的拍频信号波形图，从中可以解调出低频水声信号的信息。

频谱分析仪显示方面，如当1KHz的水声信号施加到水听器上时，通过运用波形显示功能，得到的输出信号的波形如图3所示。其中横轴显示的是时间，纵轴显示的是拍频信号的频率偏移。通过输出信号的周期，便可以得到施加的水声信号的频率，通过频率偏移的大小可以得到信号的声压。

Claims (1)

1.一种基于聚氨酯树脂封装的DBR光纤激光水听器，用于水下低频信号检测，包括DBR光纤激光器(1)，其特征在于，在DBR光纤激光器外面包覆有聚氨酯树脂层(2)。