CN106289501A - 一种外差法光纤水听器参考探头封装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种外差法光纤水听器参考探头封装结构，包括密封盒盖、内衬海绵盖、参考探头安置盒盖、参考探头安置盒体、内衬海绵体、密封盒和水密光法兰，参考探头的光纤部分环绕置于光纤安装槽中，且处于无应力状态，参考探头安置盒中充满粘度系数大于100cs的有机油，密封盒中充满粘度系数大于100cs的有机油，使内衬海绵盖、内衬海绵体中浸入有机油，封装结构阻隔5Hz以上的低频噪声。本发明消除传统结构中金属轴热胀冷缩对参考探头的影响，同时采用固液隔振方式，有效隔离低频振动和声波对参考探头的影响，提高了外差法光纤水听器解调信号的准确性和信噪比。

Description

一种外差法光纤水听器参考探头封装结构
技术领域
本发明涉及一种外差法光纤水听器参考探头封装结构，属于光纤传感领域。
背景技术
基于光纤传感原理的光纤水听器作为一种新型水声探测器件，与传统的压电水听器相比，具有灵敏度高、频响特性好、频带宽、“湿端”全光、抗电磁干扰、传输距离远以及便于大规模复用等优点，是现代声纳的一个重要发展方向。从声信号敏感原理上可将光纤水听器分为强度型光纤水听器、干涉型光纤水听器、偏振态型光纤水听器等三种类型，其中，干涉型光纤水听器在技术上最为成熟，通过水下声波对光纤的应力作用改变光纤纤芯的折射率或长度，从而引起在光纤中传播光束的光程改变，导致相位发生变化，采用干涉测量技术检测出相位变化，并得到有关水声信息。目前干涉型光纤水听器检测方法主要包括有源零差法、主动相位补偿法、3×3耦合器多相检测法、相位产生载波(PGC)方法和外差法等。其中在光纤水听器大动态范围检测方面，外差法相比其他方式具有很大优势，符合发展大动态大容量的光纤水听器阵列信号检测技术的需求。
外差法检测方案是将声波信息载波到高频信号的相位项上，在接收端令待测信号光波和不含声信息的参考光波同时入射到探测器上，通过探测器的混频作用，得到频率为二者之差的中频信号。该信号保持了调制信号的特征，通过检测中频信号能最终解调出需要的信息。在外差法检测方案中参考光波的准确获取是保证信号解调准确性的关键因素之一，获取参考光波的一种简便方法是将一个与光纤水听器探头中完全一样的一个迈克尔逊参考探头(视为参考探头)装入封装结构中，并接入光路调制系统，将迈克尔逊参考探头中的光纤绕制在封装结构的一个金属轴上，在封装结构中采用橡胶隔振片和泡沫材料作隔振隔音封装，封装后的参考探头返回的光波即作为参考光波。
通过该方法虽然实现了参考光波的获取，但是由于金属轴热胀冷缩效应引起缠绕在其上的光纤长度发生变化，这种变化直接转化成一种外界扰动致使参考探头返回的参考光波相位信息不准确，导致最终解调出来的信号静态工作点漂移，特别是温度变化剧烈时，由于金属具有较高的热传导速率，金属轴自身热胀冷缩引起的参考光波相位信息变化越发剧烈，从而导致静态工作点漂移剧烈，并且橡胶隔振片结构并不能有效隔离外界低频振动，致使外界振动对参考信号产生严重干扰，现有参考探头的这些缺陷给给后续信号处理，特别是系统噪声的抑制造成很大困难。
发明内容
本发明解决的技术问题是：为克服现有技术不足，提供一种外差法光纤水听器参考探头封装结构，有效隔离低频振动和声波对参考探头的影响，以提高外差法光纤水听器解调信号的准确性和信噪比。
本发明的技术解决方案是：
一种外差法光纤水听器参考探头封装结构，包括密封盒盖、内衬海绵盖、参考探头安置盒盖、参考探头安置盒体、内衬海绵体、密封盒和水密光法兰；
参考探头安置盒体中设置有光纤安装槽，参考探头的光纤部分环绕置于光纤安装槽中，且处于无应力状态，参考探头安置盒盖与参考探头安置盒体密封连接形成参考探头安置盒，参考探头安置盒中充满粘度系数大于100cs的有机油；
密封盒为中空结构，密封盒的侧壁上设置水密光法兰，内衬海绵体置于密封盒中，内衬海绵体与密封盒紧配合，内衬海绵体为中空结构，参考探头安置盒置于内衬海绵体中，参考探头安置盒与内衬海绵体紧配合，参考探头一端与水密光法兰连接用于光信号的输入、输出；内衬海绵盖置于内衬海绵体中，参考探头安置盒夹于内衬海绵体与内衬海绵盖中；密封盒盖与密封盒密封连接，密封盒中充满粘度系数大于100cs的有机油，使内衬海绵盖、内衬海绵体中浸入有机油，封装结构阻隔5Hz以上的低频噪声。
光纤安装槽为环形槽，光纤环绕直径大于光纤安装槽内径，小于光纤安装槽外径。
有机油为二甲基硅油。
当封装结构处于振动环境或所处环境温度变化时，外界光信号由水密光法兰进入参考探头后，由水密光法兰输出的干涉光信号的相位变化不高于10rad。
参考探头安置盒中设有耦合器安装槽、旋转镜安装槽，耦合器安装槽、旋转镜安装槽均设置在光纤安装槽的切线方向。
还包括耦合器、法拉第旋转镜，分别安放在耦合器安装槽、法拉第旋转镜安装槽中，并在安装槽内注入聚氨酯密封胶。
密封盒中包括光纤法兰安装槽，水密光法兰安装在法兰安装槽内并紧固。
内衬海绵的中心部位设有参考探头安置盒的安装槽和过纤槽，参考探头安置盒放置在安装槽中，光纤放在过纤槽中，内衬海绵放置在安装槽中。
参考探头安置盒中心及四周分别设置第一密封胶槽和第二密封胶槽。
在第一密封胶槽内注入槽深1/3的聚氨酯密封胶，在第二密封胶槽内注满聚氨酯密封胶。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明消除传统结构中金属轴热胀冷缩对参考探头的影响，同时采用固液隔振方式，有效隔离低频振动和声波对参考探头的影响，以参考探头为基准，提取出来解调信号，以提高外差法光纤水听器解调信号的准确性和信噪比，相对于传统封装将信噪比提高10dB。
(2)本发明参考探头的光纤处于自由状态，金属载体热胀冷缩不会对光纤长度影响，降低温度对参考探头输出相位漂移的影响。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明参考探头安置盒与参考探头装配示意图；
图3为本发明内衬海绵体与密封盒装配示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
如图1所示，一种外差法光纤水听器参考探头封装结构，包括密封盒盖1、内衬海绵盖2、参考探头安置盒盖3、参考探头安置盒体5、内衬海绵体6、密封盒7和水密光法兰8；
参考探头安置盒体5中设置有光纤安装槽52，参考探头4的光纤部分环绕置于光纤安装槽52中，并在光纤安装槽52中注满有机油，光纤安装槽52为环形槽，光纤43环绕直径大于光纤安装槽52内径，小于光纤安装槽52外径，使其处于无应力状态，参考探头安置盒盖3与参考探头安置盒体5密封连接形成参考探头安置盒，参考探头安置盒中充满粘度系数大于100cs的有机油；
密封盒7为中空结构，密封盒7的侧壁上设置水密光法兰8，内衬海绵体6置于密封盒7中，内衬海绵体6与密封盒7紧配合，内衬海绵体6为中空结构，参考探头安置盒置于内衬海绵体6中，参考探头安置盒与内衬海绵体6紧配合，参考探头一端与水密光法兰8连接用于光信号的输入、输出；内衬海绵盖2置于内衬海绵体6中，参考探头安置盒夹于内衬海绵体6与内衬海绵盖2中；密封盒盖1与密封盒7密封连接，密封盒7中充满粘度系数大于100cs的有机油，使内衬海绵盖2、内衬海绵体6中浸入有机油，封装结构阻隔5Hz以上的低频噪声，上述的有机油优选二甲基硅油。
如图2所示，参考探头安置盒5中设有耦合器安装槽51、旋转镜安装槽53、第一密封胶槽57和第二密封胶槽55、螺纹孔56，耦合器安装槽51、旋转镜安装槽53均设置在光纤安装槽52的切线方向，耦合器42、法拉第旋转镜44，分别安放在耦合器安装槽51、法拉第旋转镜安装槽53中，并在安装槽内注入聚氨酯密封胶。参考探头安置盒5中心及四周分别设置第一密封胶槽57和第二密封胶槽55，在第一密封胶槽57内注入槽深1/3的聚氨酯密封胶，在第二密封胶槽55内注满聚氨酯密封胶。
如图3所示，密封盒7中包括螺纹孔71、密封胶槽72、光纤法兰安装槽73，水密光法兰8安装在法兰安装槽73内并紧固。内衬海绵6的中心部位设有参考探头安置盒5的安装槽61和过纤槽62，参考探头安置盒5放置在安装槽61中，光纤43放在过纤槽62中，内衬海绵2放置在安装槽61中，在密封盒7内注满硅油，保证内衬海绵盖2、内衬海绵体6充分浸透，然后在密封胶槽72内注满聚氨酯灌封胶，将密封盒盖1与密封盒7组装并用螺钉紧固。
当封装结构处于振动环境或所处环境温度变化时，外界光信号由水密光法兰8进入参考探头后，由水密光法兰8输出的干涉光信号的相位变化不高于10rad。
本发明消除传统结构中金属轴热胀冷缩对参考探头的影响，同时采用固液隔振方式，有效隔离低频振动和声波对参考探头的影响，以参考探头为基准，提取出来解调信号，以提高外差法光纤水听器解调信号的准确性和信噪比，相对于传统封装将信噪比提高10dB。
以上所述仅为本发明的优选实施方案，但本发明的保护范围并不局限与此，在任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明未公开内容为本领域技术人员公知常识。

Claims (10)

1.一种外差法光纤水听器参考探头封装结构，其特征在于，包括密封盒盖(1)、内衬海绵盖(2)、参考探头安置盒盖(3)、参考探头安置盒体(5)、内衬海绵体(6)、密封盒(7)和水密光法兰(8)；
参考探头安置盒体(5)中设置有光纤安装槽(52)，参考探头(4)的光纤部分环绕置于光纤安装槽(52)中，且处于无应力状态，参考探头安置盒盖(3)与参考探头安置盒体(5)密封连接形成参考探头安置盒，参考探头安置盒中充满粘度系数大于100cs的有机油；
密封盒(7)为中空结构，密封盒(7)的侧壁上设置水密光法兰(8)，内衬海绵体(6)置于密封盒(7)中，内衬海绵体(6)与密封盒(7)紧配合，内衬海绵体(6)为中空结构，参考探头安置盒置于内衬海绵体(6)中，参考探头安置盒与内衬海绵体(6)紧配合，参考探头一端与水密光法兰(8)连接用于光信号的输入、输出；内衬海绵盖(2)置于内衬海绵体(6)中，参考探头安置盒夹于内衬海绵体(6)与内衬海绵盖(2)中；密封盒盖(1)与密封盒(7)密封连接，密封盒(7)中充满粘度系数大于100cs的有机油，使内衬海绵盖(2)、内衬海绵体(6)中浸入有机油，封装结构阻隔5Hz以上的低频噪声。
2.如权利要求1所述的一种外差法光纤水听器参考探头封装结构，其特征在于，光纤安装槽(52)为环形槽，光纤(43)环绕直径大于光纤安装槽(52)内径，小于光纤安装槽(52)外径。
3.如权利要求1所述的一种外差法光纤水听器参考探头封装结构，其特征在于，有机油为二甲基硅油。
4.如权利要求1所述的一种外差法光纤水听器参考探头封装结构，其特征在于，当封装结构处于振动环境或所处环境温度变化时，外界光信号由水密光法兰(8)进入参考探头后，由水密光法兰(8)输出的干涉光信号的相位变化不高于10rad。
5.如权利要求1所述的一种外差法光纤水听器参考探头封装结构，其特征在于，参考探头安置盒(5)中设有耦合器安装槽(51)、旋转镜安装槽(53)，耦合器安装槽(51)、旋转镜安装槽(53)均设置在光纤安装槽(52)的切线方向。
6.如权利要求5所述的一种外差法光纤水听器参考探头封装结构，其特征在于，还包括耦合器(42)、法拉第旋转镜(44)，分别安放在耦合器安装槽(51)、法拉第旋转镜安装槽(53)中，并在安装槽内注入聚氨酯密封胶。
7.如权利要求1所述一种外差法光纤水听器参考探头封装结构，其特征在于，密封盒(7)中包括光纤法兰安装槽(73)，水密光法兰(8)安装在法兰安装槽(73)内并紧固。
8.如权利要求1所述一种外差法光纤水听器参考探头封装结构，其特征在于，内衬海绵(6)的中心部位设有参考探头安置盒(5)的安装槽(61)和过纤槽(62)，参考探头安置盒(5)放置在安装槽(61)中，光纤(43)放在过纤槽(62)中，内衬海绵(2)放置在安装槽(61)中。
9.如权利要求1所述一种外差法光纤水听器参考探头封装结构，其特征在于，参考探头安置盒(5)中心及四周分别设置第一密封胶槽(57)和第二密封胶槽(55)。
10.如权利要求9所述一种外差法光纤水听器参考探头封装结构，其特征在于，在第一密封胶槽(57)内注入槽深1/3的聚氨酯密封胶，在第二密封胶槽(55)内注满聚氨酯密封胶。
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