CN110879098B - 一种拖曳用光纤水听器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拖曳用光纤水听器，包括敏感臂、光纤、光纤耦合器及外壳体，所述敏感臂包括内骨架、外骨架，所述内骨架、外骨架为两个可套接的薄壁空心圆柱体，所述内骨架、外骨架的左右端面齐平，二者可拆卸固定连接后中间形成空气腔密封结构，所述外骨架与所述外壳体可拆卸固定连接，所述外壳体、外骨架、内骨架的直径依次递减，所述内骨架、外骨架缠绕有单层或多层光纤，绕制于所述内骨架、外骨架的所述光纤尾纤通过熔化拉伸工艺制作成光纤耦合器，所述光纤耦合器固定于所述内骨架内。上述方案提供的光纤水听器装配简单、尺寸小，具有声压灵敏度高、加速度灵敏度低、低损耗等优点，适用于细缆的拖曳线列阵。

Description

一种拖曳用光纤水听器

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，特别涉及一种拖曳用光纤水听器。

背景技术

光纤水听器作为一种被动声呐，被广泛应用于水声探测技术领域，具有灵敏度高、响应频带宽、抗电磁干扰及易于大规模组阵等优点，适合远距离大范围的水下监测，光纤水听器由于其自身特点，较多的应用在岸基阵和拖曳线列阵。光纤水听器可分为干涉型、强度型、光栅型等，而光栅型水听器所成拖曳线列阵受限于激光器泵浦能量，因此不适用于大规模线列阵。而干涉型光纤水听器采用脉冲激光、多路复用技术等可使激光器泵浦能量充分利用，可实现大规模线列阵。

拖曳线列阵是将水听器成缆封装后形成线列阵，通过拖曳缆搭载于不同的载体进行水中声信号的快速探测，常见的机动性载体有水下潜航器、水面滑翔机等。为了减小拖曳阻力对载体功耗的影响和拖曳缆对载体机动性能的影响，需要使用外径小、质量轻的拖曳缆。这一需求推进了光纤水听器微型化、小型化的进程，如公开号为CN107702786A，名称为“一种用于阵列的干涉式光纤水听器探头”的中国专利文献，其通过罗马柱形式的安放轴安装光学器件，器件内部还包括支撑骨架、弹性载纤筒、增敏涂层、隔音保护套筒等结构，零部件较多且连接方式采用螺钉、法兰等连接方式连接，使器件结构复杂，不易于维护和快速装配结成大规模阵列。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明公开了一种拖曳用光纤水听器，包括敏感臂、光纤、光纤耦合器及外壳体，所述敏感臂包括内骨架、外骨架，所述内骨架、外骨架为两个可套接的薄壁空心圆柱体，所述内骨架、外骨架的左右端面齐平，二者可拆卸固定连接后中间形成空气腔密封结构，提高声压灵敏度，所述外骨架与所述外壳体可拆卸固定连接，所述外壳体、外骨架、内骨架的直径依次递减，所述内骨架、外骨架上缠绕有单层或多层光纤，形成双层或多层光纤环结构，所述光纤耦合器固定于所述内骨架内，充分利用所述内骨架的内部空间，保证光纤水听器的体积更小，提高机动灵活性，绕制于所述内骨架、外骨架的所述光纤的尾纤通过熔化拉伸工艺制作成光纤耦合器，所述光纤耦合器固定于所述内骨架内，所述光纤耦合器通过光纤与外部连接，所述熔化拉伸工艺为现有技术。该结构紧凑、可拆卸性良好，组合容易。

优选的，所述外壳体设有多组环向分布的用于透声的腰型通槽，使外骨架上缠绕的光纤环暴露在水中，内骨架与内骨架的光纤环形成推挽式结构，提高光纤水听器的声压灵敏度，所述内外骨架纵向分为两段，形成双臂对称补偿结构，以降低加速度灵敏度。

优选的，外壳体的两端可拆卸固定连接有左端盖和右端盖，所述左端盖、右端盖的外径与所述外壳体的左右端面适应，所述左端盖、右端盖上分别设有通槽、通孔，保证声压灵敏度。

优选的，所述内骨架的两端分别设有出纤凸台和入纤凸台，所述外骨架和所述内骨架上分别设有过线凸台，所述出纤凸台、入纤凸台和过线凸台上均设有过线斜槽，以便于多层光纤的绕制，避免出现搭线的情况，使光纤紧密贴合。

优选的，所述光纤采用弯曲直径为8mm～10mm的弯曲不敏感光纤。

优选的，所述外骨架的两侧内沿设置胶槽，所述外壳体的两侧外沿均设有胶槽，以便于在光纤绕制完成后，胶接固定所述内骨架、外骨架和所述外壳体，形成装配密封，所述外壳体两侧分别与所述左、右端盖胶接固定。

优选的，所述左端盖螺纹连接有光纤保护套，所述光纤保护套为锥形塑料结构，用于限制光纤发生较小的弯曲，提高光纤水听器的使用寿命。

优选的，沿所述外壳体环向设有多个环形凹槽，便于光纤水听器与拖曳缆固定形成拖曳列阵。

优选的，所述内骨架与外骨架均采用铝合金、ABS塑料或PVC塑料等制成，与现有材质相比，减小了光纤水听器的质量。

本发明的有益效果是：

(1)本方案的拖曳用光纤水听器通过内骨架、外骨架的双层套筒结构实现了承载光纤及支撑的作用，外壳体设置腰型通槽增加声压灵敏度，光纤耦合器直接粘在内骨架内，本方案的拖曳用光纤水听器小巧灵敏、结构简单且易于加工装配，可以快速形成大规模拖曳线列阵，选用小弯曲半径光纤进行绕制，进一步减小光纤水听器尺寸，同时将光纤进行多层缠绕，提高声压灵敏度；

(2)本方案的拖曳用光纤水听器采用空气腔推挽式结构，在保证较高的声压灵敏度的同时有效降低了加速度灵敏度；

(3)进一步的，本方案的拖曳用光纤水听器的骨架采用铝合金、ABS塑料或PVC塑料制成，减小光纤水听器的质量；

(4)由于拖曳线列阵往往搭载于不同的载体，如水下潜航器、水面滑翔机等，本方案的光纤水听器减小拖曳阻力对载体功耗的影响，增加水声探测的有效时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的较佳实施例的结构示意图；

图2为本发明的较佳实施例的轴向剖视图；

图3为本发明的较佳实施例的内骨架的结构示意图；

图4为本发明的较佳实施例的外骨架的结构示意图；

图5为本发明的较佳实施例的外壳体的结构示意图；

图6为本发明的较佳实施例的左端盖的主视图；

图7为图7的径向剖视图；

图8为本发明的较佳实施例的右端盖的剖视图；

图9为图8的径向剖视图。

附图标记：

1-敏感臂、2-光纤、3-光纤耦合器、4-左端盖、5-右端盖、6-光纤保护套、7-外壳体、11-内骨架、12-外骨架、13-出纤凸台、14-入纤凸台、15-过线凸台、16-过线斜槽、17-空气腔、41-通槽、51-通孔、71-腰型通槽、72-环形凹槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

如图1-9所示为本发明的较佳实施例的结构示意图，本实施例的一种拖曳用光纤水听器，包括敏感臂1、光纤2、光纤耦合器3、左端盖4、右端盖5及外壳体7，敏感臂1包括内骨架11、外骨架12，外壳体7、外骨架12、内骨架11的直径依次递减，内骨架11、外骨架12为两个可套接的薄壁空心圆柱体，内骨架11、外骨架12的左右端面齐平，外骨架12的两侧内沿和外壳体7的两侧外沿均设有胶槽，以便于胶接固定。外骨架12和内骨架11固定连接后，中间形成空气腔密封结构，增加声压灵敏度，内骨架11、外骨架12上缠绕有单层或多层光纤，形成内外层光纤环结构，内骨架11与外骨架12均采用铝合金、ABS塑料或PVC塑料制成，相较于不锈钢材料，减轻质量。为方便绕制光纤2，内骨架11的两端分别设有出纤凸台13和入纤凸台14，外骨架12和内骨架11上还各设有过线凸台15，出纤凸台13、入纤凸台14和过线凸台15上均设有过线斜槽16。外骨架12与外壳体7可拆卸固定连接，外壳体7上设有多组环向分布的用于透声的腰型通槽71和环绕外壳体7的环形凹槽72，外壳体7的左右两端外沿设有胶槽，外壳体7的两端可拆卸固定连接左端盖4和右端盖5，通过胶槽胶接左端盖4和右端盖5，左端盖4、右端盖5的外径与外壳体7的左右端面适应。左端盖4、右端盖5上分别设有通槽41、通孔51，进一步的，左端盖4螺纹连接有光纤保护套6，光纤保护套6为锥形塑料结构。绕制于内骨架11、外骨架12的光纤2的尾纤通过熔化拉伸工艺制成光纤耦合器3，光纤耦合器3固定于内骨架11内。本实施例中，光纤2采用弯曲直径为8mm～10mm的弯曲不敏感光纤，本实施例选用的光纤2直径为0.25mm，光纤耦合器3直径为3mm，长度为20mm。

采用本方案的拖曳用光纤水听器，光纤耦合器3固定胶接在内骨架11内中部，如图2所示，将光纤由内骨架11入纤凸台14上的过线斜槽引入，将光纤从入纤凸台14端向出纤凸台13端绕制于内骨架11的外表面，也可根据需求回绕到入纤凸台14端，来回往复缠绕直到设定光纤的匝数绕完为止，随后于出纤凸台13处引出尾纤，将另一根光纤2沿外骨架12的过线凸台15绕制多层，绕制完成后的尾纤，将尾纤通过熔化拉伸制成光纤耦合器3。光纤耦合器3的另一端通过光纤2连接外部，将绕制完成后的外骨架12套接于所述内骨架11外，定位后胶接固定，内骨架11和外骨架12之间填充空气形成空气腔。随后，将外壳体7套接于外骨架12外，胶接固定，同时外壳体7两端外沿设有胶槽，分别与左端盖4、右端盖5胶接固定，值得注意的是，左端盖4上设有螺纹孔，螺纹连接有光纤保护器，用于提高光纤水听器的使用寿命。

本方案的光纤水听器的敏感臂1采用内外套接的双层结构，使光纤水听器的体量小巧灵敏，结构简单，易于装配，可以快速形成大规模拖曳线阵列；同时通过空气腔等结构保证具有较好的声压灵敏度，并通过推挽式结构降低加速度灵敏度；内部将光纤2进行多次缠绕，从而提高其声压灵敏度；本方案创造性的采用铝合金、ABS或PVC作为光纤水听器的骨架，减轻了其质量，使光纤水听器形成大规模拖曳线阵列时，大大减小了载体的功耗，增加水下探测作业的有效时间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础；当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种拖曳用光纤水听器，包括敏感臂、光纤、光纤耦合器及外壳体，所述敏感臂包括内骨架、外骨架，其特征在于，所述内骨架、外骨架为两个可套接的薄壁空心圆柱体，所述内骨架、外骨架的左右端面齐平，二者可拆卸固定连接后中间形成空气腔密封结构，所述外壳体、外骨架、内骨架的直径依次递减，所述内骨架、外骨架缠绕有单层或多层光纤，所述外骨架与所述外壳体可拆卸固定连接，绕制于所述内骨架、外骨架的所述光纤尾纤通过熔化拉伸工艺制作成光纤耦合器，所述光纤耦合器固定于所述内骨架内，所述光纤耦合器通过光纤与外部连接；其中，所述外壳体的两端可拆卸固定连接有左端盖和右端盖，所述左端盖、右端盖的外径与所述外壳体的左右端面适应，所述左端盖、右端盖上分别设有通槽、通孔；所述内骨架的两端分别设有出纤凸台和入纤凸台，所述外骨架和所述内骨架上均设有过线凸台，所述出纤凸台、入纤凸台和过线凸台上均设有过线斜槽；所述外骨架的两侧内沿设置胶槽用于连接所述内骨架，所述外壳体的两侧外沿均设有胶槽，所述左、右端盖分别胶接固定于所述外壳体两侧。

2.如权利要求1所述的一种拖曳用光纤水听器，其特征在于，所述外壳体设有多组环向分布的腰型通槽。

3.如权利要求1所述的一种拖曳用光纤水听器，其特征在于，所述光纤采用弯曲直径为8mm～10mm的弯曲不敏感光纤。

4.如权利要求1所述的一种拖曳用光纤水听器，其特征在于，所述左端盖螺纹连接有光纤保护套，所述光纤保护套为锥形塑料结构。

5.如权利要求1中所述的一种拖曳用光纤水听器，其特征在于，沿所述外壳体环向设有多个环形凹槽。

6.如权利要求1中所述的一种拖曳用光纤水听器，其特征在于，所述内骨架、外骨架均采用铝合金、ABS塑料或PVC塑料制成。

Images