CN107966204A - 一种适用于深海环境的光子晶体薄膜水听器装置 - Google Patents
一种适用于深海环境的光子晶体薄膜水听器装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107966204A CN107966204A CN201711176056.2A CN201711176056A CN107966204A CN 107966204 A CN107966204 A CN 107966204A CN 201711176056 A CN201711176056 A CN 201711176056A CN 107966204 A CN107966204 A CN 107966204A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- photon crystal
- optical fiber
- crystal structure
- hole
- hydrophone
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H3/00—Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
- G01H9/004—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means using fibre optic sensors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
一种适用于深海环境的光子晶体薄膜水听器装置，本发明涉及一种光子晶体薄膜水听器装置。本发明要解决现有水听器水深耐压不足的问题。一种适用于深海环境的光子晶体薄膜水听器装置由激光器、第一光纤、耦合器、探头、探测器及信号处理系统组成；所述的探头由光子晶体结构、结构部分、反射膜及第二光纤组成。光子晶体结构上设置多个第一通孔，结构部分上设置第二通孔。水听器探头的结构部分及光子晶体结构分布着通孔，通孔的存在提供了压力平衡的通道，使水听器对静水压不敏感。
Description
技术领域
本发明涉及一种光子晶体薄膜水听器装置。
背景技术
水听器是把水下声信号转换为光电信号的换能器。声波是人类迄今为止所知的唯一能在水下进行远距离传播的能量形式，因此，作为水下声信号探测的主要装备，水听器在水下资源勘探、目标探测等等方面承担着重要作用。
在进行水声信号探测时，由于水下特殊的工作环境，特别是应用于深水的情况，水听器往往需要承受上兆帕甚至几十兆帕的静水压。静水压的存在会对水听器的声压灵敏度等关键特性造成影响。
发明内容
本发明要解决现有水听器水深耐压不足的问题，而提供一种适用于深海环境的光子晶体薄膜水听器装置。
一种适用于深海环境的光子晶体薄膜水听器装置由激光器、第一光纤、耦合器、探头、探测器及信号处理系统组成；
所述的激光器通过第一光纤与耦合器相连接，耦合器通过第一光纤分别与探头、探测器相连接，探测器通过第一光纤与信号处理系统相连接；
所述的探头由光子晶体结构、结构部分、反射膜及第二光纤组成；
光子晶体结构上设置多个第一通孔，结构部分上设置第二通孔，第二光纤耦合于光子晶体结构上，结构部分耦合于光子晶体结构及第二光纤上；
所述的第二光纤端面镀有反射膜。
本发明的有益效果是：
光子晶体结构和光纤端面镀的反射膜构成FP腔。光子晶体结构的反射性能是通过在光子晶体结构上制作第一通孔来实现，第一通孔使得光子晶体薄膜上的折射率呈周期性变化，周期性变化的折射率形成光子带隙，位于光子带隙之外的光子会被反射。
激光器发出的激光通过第一光纤和耦合器入射到第二光纤端面上沉积的反射膜和光子晶体结构上，入射光分别在光纤端面反射膜和光子晶体结构上发生反射，两束反射光在光纤内部发生干涉。当水中有声波信号传播时，声波信号作用于光子晶体结构上，引起光子晶体结构的起伏变化，光子晶体结构的变形通过FP腔转换为反射激光强度的变化。光电探测器将光强信号转换为电信号输出，实现对声波强度的测量。从结构及工作原理上看，该光子晶体薄膜水听器兼具微机械水听器、光子晶体材料和光纤水听器的多重优点。
水中的静水压会随着深度增加而巨大变化，深度每增加10m，静水压增加一个大气压。在很大的背景压力下，水听器的灵敏度需要能够探测很小的压力变化。水听器探头的结构部分及光子晶体结构分布着通孔，通孔的存在提供了压力平衡的通道，使水听器对静水压不敏感。
很多材料的敏感特性会随着压力的变化而改变，最终影响水听器的灵敏度。因此，选择对静水压不敏感的弹性固体材料，如：硅，作为光子晶体结构的材料。
本发明用于一种适用于深海环境的光子晶体薄膜水听器装置。
附图说明
图1为本发明一种适用于深海环境的光子晶体薄膜水听器装置的结构示意图；
图2为探头的结构示意图；
图3为光子晶体结构的结构示意图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：结合图1至图3具体说明本实施方式，本实施方式一种适用于深海环境的光子晶体薄膜水听器装置由激光器1、第一光纤2、耦合器3、探头4、探测器5及信号处理系统6组成；
所述的激光器1通过第一光纤2与耦合器3相连接，耦合器3通过第一光纤2分别与探头4、探测器5相连接，探测器5通过第一光纤2与信号处理系统6相连接；
所述的探头4由光子晶体结构7、结构部分9、反射膜11及第二光纤12组成；
光子晶体结构7上设置多个第一通孔8，结构部分9上设置第二通孔10，第二光纤12耦合于光子晶体结构7上，结构部分9耦合于光子晶体结构7及第二光纤12上；
所述的第二光纤12端面镀有反射膜11。
本实施方式光子晶体结构7的反射性能是通过在光子晶体结构上制作第一通孔8来实现，第一通孔8使得光子晶体结构7上的折射率呈周期性变化，周期性变化的折射率形成光子带隙，位于光子带隙之外的光子会被反射。
本实施方式可将多个单模光纤耦合进水听器探头内部，每一根光纤端面镀有反射膜，将其中的一根光纤连接到反射膜11。剩余光纤分别耦合到不同直径的光子晶体结构7上，因为不同直径的光子晶体结构7具有不同的声顺，所以能够扩大该水听器的探测范围。
本实施方式的有益效果是：
光子晶体结构7和光纤端面镀的反射膜11构成FP腔。光子晶体结构7的反射性能是通过在光子晶体结构7上制作第一通孔8来实现，第一通孔8使得光子晶体薄膜上的折射率呈周期性变化，周期性变化的折射率形成光子带隙，位于光子带隙之外的光子会被反射。
激光器1发出的激光通过第一光纤2和耦合器3入射到第二光纤12端面上沉积的反射膜11和光子晶体结构7上，入射光分别在光纤端面反射膜11和光子晶体结构7上发生反射，两束反射光在光纤内部发生干涉。当水中有声波信号传播时，声波信号作用于光子晶体结构上，引起光子晶体结构的起伏变化，光子晶体结构的变形通过FP腔转换为反射激光强度的变化。光电探测器将光强信号转换为电信号输出，实现对声波强度的测量。从结构及工作原理上看，该光子晶体薄膜水听器兼具微机械水听器、光子晶体材料和光纤水听器的多重优点。
水中的静水压会随着深度增加而巨大变化，深度每增加10m，静水压增加一个大气压。在很大的背景压力下，水听器的灵敏度需要能够探测很小的压力变化。水听器探头的结构部分9及光子晶体结构7分布着通孔，通孔的存在提供了压力平衡的通道，使水听器对静水压不敏感。
很多材料的敏感特性会随着压力的变化而改变，最终影响水听器的灵敏度。因此，选择对静水压不敏感的弹性固体材料，如：硅，作为光子晶体结构的材料。
具体实施方式二：，本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的光子晶体结构7的材质为二氧化硅、氮化硅或陶瓷。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：所述的第一通孔8为圆形、正方形或三角形。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的反射膜11包括铬附着层、金反射层和氟化镁保护层。其它与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述的多个第一通孔8的布局为正方形。其它与具体实施方式一至四相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
一种适用于深海环境的光子晶体薄膜水听器装置由激光器1、第一光纤2、耦合器3、探头4、探测器5及信号处理系统6组成；
所述的激光器1通过第一光纤2与耦合器3相连接，耦合器3通过第一光纤2分别与探头4、探测器5相连接，探测器5通过第一光纤2与信号处理系统6相连接；
所述的探头4由光子晶体结构7、结构部分9、反射膜11及第二光纤12组成；
光子晶体结构7上设置多个第一通孔8，结构部分9上设置第二通孔10，第二光纤12耦合于光子晶体结构7上，结构部分9耦合于光子晶体结构7及第二光纤12上；
所述的第二光纤12端面镀有反射膜11；
所述的光子晶体结构7的材质为二氧化硅；
所述的第一通孔8为圆形；
所述的反射膜11包括铬附着层、金反射层和氟化镁保护层；
所述的多个第一通孔8的布局为正方形。
该水听器探头的结构部分留有通孔，该通孔提供了压力平衡的通道，使该水听器能够耐静水压，在深海环境不影响其工作性能。
将水听器放入深海中，所述的水听器能够探测深海环境中的声波信号。声波信号作用于光子晶体结构，引起光子晶体结构的起伏变化，光子晶体结构的起伏变化通过FP腔转换为激光强度的变化，光电探测器将光信号转换为电信号输出。
Claims (5)
1.一种适用于深海环境的光子晶体薄膜水听器装置，其特征在于一种适用于深海环境的光子晶体薄膜水听器装置由激光器(1)、第一光纤(2)、耦合器(3)、探头(4)、探测器(5)及信号处理系统(6)组成；
所述的激光器(1)通过第一光纤(2)与耦合器(3)相连接，耦合器(3)通过第一光纤(2)分别与探头(4)、探测器(5)相连接，探测器(5)通过第一光纤(2)与信号处理系统(6)相连接；
所述的探头(4)由光子晶体结构(7)、结构部分(9)、反射膜(11)及第二光纤(12)组成；
光子晶体结构(7)上设置多个第一通孔(8)，结构部分(9)上设置第二通孔(10)，第二光纤(12)耦合于光子晶体结构(7)上，结构部分(9)耦合于光子晶体结构(7)及第二光纤(12)上；
所述的第二光纤(12)端面镀有反射膜(11)。
2.根据权利要求1所述的一种适用于深海环境的光子晶体薄膜水听器装置，其特征在于所述的光子晶体结构(7)的材质为二氧化硅、氮化硅或陶瓷。
3.根据权利要求1所述的一种适用于深海环境的光子晶体薄膜水听器装置，其特征在于所述的第一通孔(8)为圆形、正方形或三角形。
4.根据权利要求1所述的一种适用于深海环境的光子晶体薄膜水听器装置，其特征在于所述的反射膜(11)包括铬附着层、金反射层和氟化镁保护层。
5.根据权利要求1所述的一种适用于深海环境的光子晶体薄膜水听器装置，其特征在于所述的多个第一通孔(8)的布局为正方形。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711176056.2A CN107966204A (zh) | 2017-11-22 | 2017-11-22 | 一种适用于深海环境的光子晶体薄膜水听器装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711176056.2A CN107966204A (zh) | 2017-11-22 | 2017-11-22 | 一种适用于深海环境的光子晶体薄膜水听器装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107966204A true CN107966204A (zh) | 2018-04-27 |
Family
ID=61999720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711176056.2A Pending CN107966204A (zh) | 2017-11-22 | 2017-11-22 | 一种适用于深海环境的光子晶体薄膜水听器装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107966204A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110186548A (zh) * | 2019-05-13 | 2019-08-30 | 天津大学 | 基于光纤微结构膜片的光纤f-p声传感器及其制作方法 |
| CN110346030A (zh) * | 2019-07-24 | 2019-10-18 | 南昌航空大学 | 一种全光网络水听器 |
-
2017
- 2017-11-22 CN CN201711176056.2A patent/CN107966204A/zh active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110186548A (zh) * | 2019-05-13 | 2019-08-30 | 天津大学 | 基于光纤微结构膜片的光纤f-p声传感器及其制作方法 |
| CN110346030A (zh) * | 2019-07-24 | 2019-10-18 | 南昌航空大学 | 一种全光网络水听器 |
| CN110346030B (zh) * | 2019-07-24 | 2021-05-28 | 南昌航空大学 | 一种全光网络水听器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4235113A (en) | Optical fiber acoustical sensors | |
| US4443700A (en) | Optical sensing apparatus and method | |
| AU2010336498B2 (en) | Detecting broadside and directional acoustic signals with a fiber optical distributed acoustic sensing (DAS) assembly | |
| US4342907A (en) | Optical sensing apparatus and method | |
| CN102944613B (zh) | 一种光纤声发射检测与定位系统 | |
| US10634551B2 (en) | Reflectometric vibration measurement system and relative method for monitoring multiphase flows | |
| US20160223695A1 (en) | Producing a hydrocarbon fluid wherein using a fiber optical distributed acoustic sensing (das) assembly | |
| KR102292226B1 (ko) | 코히런트 otdr법을 이용한 광섬유 음향센서 시스템 및 모듈 장치 | |
| CN111103051A (zh) | 一种光纤干涉式水听器探测系统及方法 | |
| CN109506764B (zh) | 一种光纤mems麦克风阵列声波探测板及系统 | |
| CN105628169A (zh) | 基于分布式光纤声传感技术的光纤水听器系统 | |
| CN110186547A (zh) | 管道安全状况检测装置及方法 | |
| CN102410850A (zh) | 一种反射式光纤传感器装置 | |
| CN107966204A (zh) | 一种适用于深海环境的光子晶体薄膜水听器装置 | |
| CN105181108A (zh) | 一种光纤光栅地声传感探头及传感系统 | |
| CN107421628A (zh) | 一种抗偏振衰落干涉型光纤水听器系统 | |
| CN106769736A (zh) | 一种粉尘浓度测量系统 | |
| CN111829645A (zh) | 一种基于光纤传感器的声学/振动监测系统 | |
| CN205537938U (zh) | 光纤水听器 | |
| CN104792401A (zh) | 测高频换能器近场声压分布的光纤光栅水听器及制备方法 | |
| CN201828277U (zh) | 一种反射式光纤传感器装置 | |
| CN110057439A (zh) | 一种基于f-p干涉的低谐振偏心光纤声敏传感装置 | |
| CN109060105A (zh) | 一种费马螺线光纤环结构新型水听器探头 | |
| CN210741667U (zh) | 基于双路dfb光纤激光器的圆柱型悬臂梁振动传感器 | |
| CN108761432A (zh) | 一种新型光纤光栅马赫泽德干涉光路光纤水听传感器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180427 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |