CN106646381A - 一种全光纤拖曳阵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全光纤拖曳阵，包括：拖曳端子、阵元、填充液、第三固定装置、水密防护层、光纤环以及光缆；其中，光通过所述光缆后到达耦合器分成第一束光和第二束光两束光，第一束光依次进入各阵元中的光纤水听器探头，第二束光依次进入各阵元中的光纤陀螺仪；待测目标发射声信号，各阵元中的光纤水听器探头根据声信号对与第一束光相对应光信号的作用探测到声信号到达光纤水听器探头的时刻，各阵元中的光纤陀螺仪根据与第二束光相对应光信号输出各阵元的位置信息，根据所述时刻、所述位置信息和声波在水中的传播速度得出待测目标的位置。本发明通过各阵元中的光纤陀螺仪能够输出光纤水听器探头的位置，从而提高了对待测目标位置的测量精度。

Description

一种全光纤拖曳阵

技术领域

本发明涉及光纤水听器领域，尤其涉及一种全光纤拖曳阵。

背景技术

迄今为止，声波仍然是在水中远距离传输信息的最有效载体。光纤水听器是基于光纤、光电子技术发展起来的一种新型水声信号传感器，它在军事和民用领域都有重要应用，已成为新一代水声探测装备发展的重要方向。在军事领域它是反潜声纳的核心部件；在民用领域，它可用作地震波探测、石油地震勘探、海洋渔群探测等。

现有技术中是将光纤水听器直接放入水中，使得光纤水听器的位置不能固定，使得测量待测目标的误差变大，并且，不能直接传输光纤水听器的位置，使得对光纤水听器在水中的位置测量误差较大，并且单个光纤水听器测量的结果也不是很精确。

发明内容

本发明解决的技术问题是：相比于现有技术，提供了一种全光纤拖曳阵，提高了对待测目标位置的测量精度。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种全光纤拖曳阵，包括：拖曳端子、阵元、填充液、第三固定装置、水密防护层、光纤环以及光缆；其中，所述拖曳端子与所述水密防护层相连接构成腔体；所述填充液填充于所述腔体；所述第三固定装置沿水密防护层轴向设置于所述腔体内；所述阵元包括第一固定装置、光纤水听器探头、光纤陀螺仪和第二固定装置，其中，所述第一固定装置与所述第三固定装置相连接；所述光纤水听器探头与所述第一固定装置相连接；所述光纤水听器探头与所述光纤陀螺仪相连接；所述光纤陀螺仪与所述第二固定装置相连接；所述第二固定装置与所述第三固定装置相连接；所述阵元的数量为若干个，若干个所述阵元沿水密防护层轴向设置于所述腔体内，相邻两个阵元中的两个光纤水听器探头通过第一光纤环相连接，相邻两个阵元中的两个光纤陀螺仪通过第二光纤环相连接；所述光缆从拖曳端子进入所述腔体内并通过耦合器与靠近拖曳端子的阵元中的光纤水听器探头与光纤陀螺仪分别相连接；光通过所述光缆后到达耦合器分成第一束光和第二束光两束光，第一束光依次进入各阵元中的光纤水听器探头，第二束光依次进入各阵元中的光纤陀螺仪，其中，除靠近拖曳端子的阵元外，进入其余各阵元中的光纤水听器探头的第一束光还需经过第一光纤环，进入其余各阵元中的光纤陀螺仪的第二束光还需经过第二光纤环；待测目标发射声信号，各阵元中的光纤水听器探头根据声信号对与第一束光相对应光信号的作用探测到声信号到达光纤水听器探头的时刻，各阵元中的光纤陀螺仪根据与第二束光相对应光信号输出各阵元的位置信息，根据所述时刻、所述位置信息和声波在水中的传播速度得出待测目标的位置。

上述全光纤拖曳阵中，根据所述时刻、所述位置信息和声波在水中的传播速度得出待测目标的位置为以下公式：

其中，t₁、t₂、t₃……t_N表示各阵元探测到声信号的时间，(x,y,z)为待测目标的位置，(x_n,y_n,z_n)为第n个阵元的位置，n具体为1、2、3、4……N，R₁、R₂、R₃、R₄……R_N为待测目标到各阵元的距离，v为声波在水中的传播速度。

上述全光纤拖曳阵中，所述耦合器为2*2型双入双出耦合器，分光比50:50。

上述全光纤拖曳阵中，所述第一固定装置为圆盘，所述光纤水听器探头与所述圆盘连接，其中，所述圆盘开设有若干个通孔。

上述全光纤拖曳阵中，所述第二固定装置包括圆环和连接部；其中，所述圆环与所述第三固定装置相连接；所述连接部与所述圆环相连接；所述光纤陀螺仪与所述连接部相连接。

上述全光纤拖曳阵中，所述第三固定装置包括尼龙绳和弹簧圈；其中，所述弹簧圈套设于所述尼龙绳。

上述全光纤拖曳阵中，所述第三固定装置至少为四个，若干个所述第三固定装置沿水密防护层横截面的周向均匀分布。

上述全光纤拖曳阵中，所述尼龙绳为凯夫拉尼龙绳。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明通过各阵元中的光纤陀螺仪能够输出光纤水听器探头的位置，从而提高了对待测目标位置的测量精度；

(2)本发明通过第一固定装置、第二固定装置和第三固定装置，使得光纤水听器探头和光纤陀螺仪在腔体内的位置确定，从而提高了对待测目标位置的测量精度；

(3)本发明通过将第一固定装置设置为圆盘，从而减小了由于全光纤拖曳阵运动使得填充液对光纤环的冲击；

(4)本发明的第二固定装置包括圆环，从而减轻了重量；

(5)本发明通过光缆、光纤水听器和光纤陀螺仪消除了对填充液的绝缘要求；

(6)本发明的第三固定装置包括尼龙绳和弹簧圈，在保证各阵元位置的固定情况下，又保护了各阵元。

附图说明

图1示出了本发明实施例提供的全光纤拖曳阵的结构示意图；

图2示出了本发明实施例提供的全光纤拖曳阵中，第二固定装置的结构示意图；

图3示出了本发明实施例提供的全光纤拖曳阵中，第三固定装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

图1示出了本发明实施例提供的全光纤拖曳阵的结构示意图。如图1所示，该全光纤拖曳阵包括拖曳端子1、阵元、填充液6、第三固定装置7、水密防护层8、光纤环9以及光缆10。其中，

拖曳端子1与水密防护层8相连接构成腔体。具体的，拖曳端子1与水密防护层8的左端密封连接，拖曳端子1与水密防护层8形成一个腔体12。

填充液6填充于腔体12。

第三固定装置7沿水密防护层8轴向设置于腔体12内。具体的，第三固定装置7沿水密防护层8轴向设置于腔体12内，并且第三固定装置7的长度与水密防护层8的轴向长度相近似，从而保证第三固定装置7能够从水密防护层8的左端一直延伸到水密防护层8的右端，从而为后续固定各阵元提供了有力支持。

阵元包括第一固定装置2、光纤水听器探头3、光纤陀螺仪4和第二固定装置5。需要理解的是，光纤水听器探头3的结构和光纤陀螺仪4的结构为公知的，本实施例不再详细描述。其中，

第一固定装置2与第三固定装置7相连接；光纤水听器探头3与第一固定装置2相连接；光纤水听器探头3与光纤陀螺仪4相连接；光纤陀螺仪4与第二固定装置5相连接；第二固定装置5与第三固定装置7相连接。具体的，光纤水听器探头3通过第一固定装置2固定于第三固定装置7，光纤陀螺仪4通过第二固定装置5固定于第三固定装置7，通过第一固定装置2、第二固定装置5和第三固定装置7有利的保护了光纤水听器探头3与光纤陀螺仪4。

阵元的数量为若干个，若干个阵元沿水密防护层8轴向设置于腔体12内，相邻两个阵元中的两个光纤水听器探头3通过第一光纤环91相连接，相邻两个阵元中的两个光纤陀螺仪4通过第二光纤环92相连接。具体的，各个阵元中的第一固定装置2与第二固定装置5均与第三固定装置7相连接，从而使得各个阵元沿着阵元沿水密防护层8轴向分布。

光缆10从拖曳端子1进入腔体12内并通过耦合器11与靠近拖曳端子1的阵元中的光纤水听器探头3与光纤陀螺仪4分别相连接。具体的，光缆10从拖曳端子1的进口进入到腔体12内，光缆10与耦合器11的输入端相连接，耦合器11一个输出端通过光纤与靠近拖曳端子1的阵元(图1中最左端的阵元)中的光纤水听器探头3相连接，另一输出端通过光纤与靠近拖曳端子1的阵元(图1中最左端的阵元)中的光纤陀螺仪4相连接。

光通过光缆10后到达耦合器11分成第一束光和第二束光两束光，第一束光依次进入各阵元中的光纤水听器探头3，第二束光依次进入各阵元中的光纤陀螺仪4，其中，除靠近拖曳端子1的阵元外，进入其余各阵元中的光纤水听器探头3的第一束光还需经过第一光纤环91，进入其余各阵元中的光纤陀螺仪4的第二束光还需经过第二光纤环92；待测目标发射声信号，各阵元中的光纤水听器探头3根据声信号对与第一束光相对应光信号的作用探测到声信号到达光纤水听器探头3的时刻，各阵元中的光纤陀螺仪4根据与第二束光相对应光信号输出各阵元的位置信息，根据声信号到达光纤水听器探头3的时刻、各阵元的位置信息和声波在水中的传播速度得出待测目标的位置。需要理解的是，第一光纤环91和第二光纤环92的作用都是公知的，本实施例不再详细描述，光纤水听器探头3根据声信号对与第一束光相对应光信号的作用探测到声信号到达光纤水听器探头3的时刻以及光纤陀螺仪4根据与第二束光相对应光信号输出各阵元的位置信息都为公知的技术，本实施例不再赘述。

具体的，根据声信号到达光纤水听器探头3的时刻、各阵元的位置信息和声波在水中的传播速度得出待测目标的位置为以下公式：

其中，t₁、t₂、t₃……t_N表示各阵元探测到声信号的时间，(x,y,z)为待测目标的位置，(x_n,y_n,z_n)为第n个阵元的位置，n具体为1、2、3、4……N，R₁、R₂、R₃、R₄……R_N为待测目标到各阵元的距离，v为声波在水中的传播速度。

本实施例通过各阵元中的光纤陀螺仪能够输出光纤水听器探头的位置，从而提高了对待测目标位置的测量精度；并且本实施例通过第一固定装置、第二固定装置和第三固定装置，使得光纤水听器探头和光纤陀螺仪在腔体内的位置确定，从而提高了对待测目标位置的测量精度；并且本实施例通过光缆、光纤水听器和光纤陀螺仪消除了对填充液的绝缘要求。

上述实施例中，耦合器11为2*2型双入双出耦合器，分光比50:50。具体的，光缆10中的光经过耦合器11后分成的两束光：第一束光和第二束光，其中，第一束光的光强等于第二束光的光强。

上述实施例中，第一固定装置2为圆盘，光纤水听器探头3与圆盘螺纹连接，其中，圆盘开设有若干个通孔。具体的，第一固定装置2设置成为圆盘，圆盘的直径与水密防护层8横截面的直径大约相等，第一固定装置2与第三固定装置7固定连接，其中，第一固定装置2的直径与第三固定装置7的轴向相垂直，通过螺钉和螺母将光纤水听器探头3与第一固定装置2连接起来，圆盘上开设有若干个通孔，填充液6通过通孔可以流通于腔体12内。本实施例通过将第一固定装置2设置为圆盘，可以减小由于全光纤拖曳阵运动使得填充液对第一光纤环91和第二光纤环92的冲击。可选的，第一固定装置2还可以设计为圆环，能够减轻重量。优选的，靠近拖曳端子1的阵元(图1中最左端的阵元)中的第一固定装置2设计为圆盘，其余阵元中的第一固定装置2设计为圆环，从而在减小由于全光纤拖曳阵运动使得填充液对第一光纤环91和第二光纤环92的冲击的情况下，又减轻了重量。

上述实施例中，如图2所示，第二固定装置5包括圆环51和连接部52。其中，

圆环51与第三固定装置7相连接。具体的，圆环51设置有第三连接部53，第三连接部53开设有方形通孔，将第三固定装置7穿过第三连接部53的方形通孔，然后将其固定，固定的方式有多种，例如，用扎线将第三固定装置7和第三连接部53捆绑在一起，需要说明的是，固定的方式都是本实施例保护的范围。

连接部52与圆环51相连接。具体的，连接部52的数量可以为多个，图2中示出的连接部52的数量为四个，各连接部52的延长线相交于圆环51的圆心，连接部52可以与圆环51焊接。

光纤陀螺仪4与连接部52相连接。具体的，连接部52上开设有孔，光纤陀螺仪4开设有与连接部52上的孔相对应的孔，螺杆穿过两个孔与螺母相连接。

本实施例的第二固定装置5由圆环和连接部组成，相比于圆盘的整体结构减轻了该全光纤拖曳阵的重量，从而使得该全光纤拖曳阵便于携带。

上述实施例中，如图3所示，第三固定装置7包括尼龙绳71和弹簧圈72。具体实施时，尼龙绳71可选择为凯夫拉尼龙绳，从而可以增加尼龙绳的强度和韧性。其中，

弹簧圈72套设于尼龙绳71，具体实施时，弹簧圈72的长度与尼龙绳71的长度大致相等，弹簧圈72套设在尼龙绳71的外表面。尼龙绳71和弹簧圈72的相互配合使得第三固定装置7即具有刚性又具有弹性，尼龙绳71能够防止该全光纤拖曳阵运动过程中第一固定装置2和第二固定装置5沿水密防护层8进行轴向运动，从而对光纤环91和光纤环92形成了保护作用，弹簧圈72能够也能够防止该全光纤拖曳阵运动过程中第一固定装置2和第二固定装置5沿水密防护层8进行轴向运动而对光纤环91和光纤环92形成了保护作用，同时对于各阵元姿态的保持具有一定的支撑作用。

上述实施例中，第三固定装置7至少为四个，若干个第三固定装置7沿水密防护层8横截面的周向均匀分布。具体的，各第三固定装置7沿水密防护层8横截面的周向均匀分布，例如，如果第三固定装置7的数量为四个，则每隔90°设置一个第三固定装置7，从而第三固定装置7在间隔相等的四个位置将第一固定装置2固定起来，相应的，也在间隔相等的四个位置将第二固定装置5固定起来。从而通过若干个第三固定装置7将第一固定装置2和第二固定装置5固定起来，防止了第一固定装置2和第二固定装置5的扭曲，从而使得各阵元中的光纤水听器3的位置比较固定，从而使得各阵元中的光纤陀螺仪4输出光纤水听器3的位置比较精确。

本发明通过各阵元中的光纤陀螺仪能够输出光纤水听器探头的位置，从而提高了对待测目标位置的测量精度；并且本发明通过第一固定装置、第二固定装置和第三固定装置，使得光纤水听器探头和光纤陀螺仪在腔体内的位置确定，从而提高了对待测目标位置的测量精度；并且本发明通过将第一固定装置设置为圆盘，从而减小了由于全光纤拖曳阵运动使得填充液对光纤环的冲击；并且本发明的第二固定装置包括圆环，从而减轻了重量；并且本发明通过光缆消除了对填充液的绝缘要求；并且本发明的第三固定装置包括尼龙绳和弹簧圈，在保证各阵元位置的固定情况下，又保护了各阵元。

以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种全光纤拖曳阵，其特征在于包括：拖曳端子(1)、阵元、填充液(6)、第三固定装置(7)、水密防护层(8)、光纤环(9)以及光缆(10)；其中，

所述拖曳端子(1)与所述水密防护层(8)相连接构成腔体(12)；

所述填充液(6)填充于所述腔体(12)；

所述第三固定装置(7)沿水密防护层(8)轴向设置于所述腔体(12)内；

所述阵元包括第一固定装置(2)、光纤水听器探头(3)、光纤陀螺仪(4)和第二固定装置(5)，其中，

所述第一固定装置(2)与所述第三固定装置(7)相连接；

所述光纤水听器探头(3)与所述第一固定装置(2)相连接；

所述光纤水听器探头(3)与所述光纤陀螺仪(4)相连接；

所述光纤陀螺仪(4)与所述第二固定装置(5)相连接；

所述第二固定装置(5)与所述第三固定装置(7)相连接；

所述阵元的数量为若干个，若干个所述阵元沿水密防护层(8)轴向设置于所述腔体(12)内，相邻两个阵元中的两个光纤水听器探头(3)通过第一光纤环(91)相连接，相邻两个阵元中的两个光纤陀螺仪(4)通过第二光纤环(92)相连接；

所述光缆(10)从拖曳端子(1)进入所述腔体(12)内并通过耦合器(11)与靠近拖曳端子(1)的阵元中的光纤水听器探头(3)与光纤陀螺仪(4)分别相连接；

光通过所述光缆(10)后到达耦合器(11)分成第一束光和第二束光两束光，第一束光依次进入各阵元中的光纤水听器探头(3)，第二束光依次进入各阵元中的光纤陀螺仪(4)，其中，除靠近拖曳端子(1)的阵元外，进入其余各阵元中的光纤水听器探头(3)的第一束光还需经过第一光纤环(91)，进入其余各阵元中的光纤陀螺仪(4)的第二束光还需经过第二光纤环(92)；待测目标发射声信号，各阵元中的光纤水听器探头(3)根据声信号对与第一束光相对应光信号的作用探测到声信号到达光纤水听器探头(3)的时刻，各阵元中的光纤陀螺仪(4)根据与第二束光相对应光信号输出各阵元的位置信息，根据所述时刻、所述位置信息和声波在水中的传播速度得出待测目标的位置。

2.根据权利要求1所述的全光纤拖曳阵，其特征在于：根据所述时刻、所述位置信息和声波在水中的传播速度得出待测目标的位置为以下公式：

$\left\{\begin{array}{c}\sqrt{{(x-x_1)}^2+{(y-y_1)}^2+{(z-z_1)}^2}=R_1\\ \sqrt{{(x-x_2)}^2+{(y-y_2)}^2+{(z-z_2)}^2}=R_2=R_1-v\·(t_1-t_2)\\ \sqrt{{(x-x_3)}^2+{(y-y_3)}^2+{(z-z_3)}^2}=R_3=R_1-v\·(t_1-t_3)\\ \sqrt{{(x-x_4)}^2+{(y-y_4)}^2+{(z-z_4)}^2}=R_4=R_1-v\·(t_1-t_4)\\ .\\ .\\ .\\ \sqrt{{(x-x_N)}^2+{(y-y_N)}^2+{(z-z_N)}^2}=R_N=R_1-v\·(t_1-t_N)\end{array}\right.$

其中，t₁、t₂、t₃……t_N表示各阵元探测到声信号的时间，(x,y,z)为待测目标的位置，(x_n,y_n,z_n)为第n个阵元的位置，n具体为1、2、3、4……N，R₁、R₂、R₃、R₄……R_N为待测目标到各阵元的距离，v为声波在水中的传播速度。

3.根据权利要求1所述的全光纤拖曳阵，其特征在于：所述耦合器(11)为2*2型双入双出耦合器，分光比50:50。

4.根据权利要求1所述的全光纤拖曳阵，其特征在于：所述第一固定装置(2)为圆盘，所述光纤水听器探头(3)与所述圆盘连接，其中，所述圆盘开设有若干个通孔。

5.根据权利要求1所述的全光纤拖曳阵，其特征在于：所述第二固定装置(5)包括圆环(51)和连接部(52)；其中，

所述圆环(51)与所述第三固定装置(7)相连接；

所述连接部(52)与所述圆环(51)相连接；

所述光纤陀螺仪(4)与所述连接部(52)相连接。

6.根据权利要求1所述的全光纤拖曳阵，其特征在于：所述第三固定装置(7)包括尼龙绳(71)和弹簧圈(72)；其中，

所述弹簧圈(72)套设于所述尼龙绳(71)。

7.根据权利要求6所述的全光纤拖曳阵，其特征在于：所述第三固定装置(7)至少为四个，若干个所述第三固定装置(7)沿水密防护层(8)横截面的周向均匀分布。

8.根据权利要求6所述的全光纤拖曳阵，其特征在于：所述尼龙绳(71)为凯夫拉尼龙绳。