CN111337117A - 一种光纤激光水听器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种光纤激光水听器，包括设有相移光纤光栅的光纤，还包括：透声保护套筒；锁紧端头，连接于透声保护套筒的两端，锁紧端头远离透声保护套筒的一端具有至少两个夹爪；保护端头，套设于锁紧端头上，光纤穿设于透声保护套筒内且两端穿过锁紧端头从保护端头中穿出，保护端头套设于锁紧端头上时使得夹爪收拢，以夹住光纤；设置夹爪，使得保护端头套设在锁紧端头上时，夹爪收拢将光纤夹住，作用在光纤上的预紧力能够长时间保持，增加了水听器灵敏度的保持时间，采用机械夹紧的方式来保持预紧力，预紧力施加方便、可量化，且避免了光纤固定过程中的用胶，有利于预紧力保持及环境的保护，简化封装结构与流程，提高了封装效率与封装质量。

Description

一种光纤激光水听器

技术领域

本发明涉及光纤激光水听器技术领域，尤其涉及一种光纤激光水听器。

背景技术

无人潜航器(Unmanned underwater vehicle，简称：UUV)是没有人驾驶、靠遥控或自动控制在水下航行的器具，主要指那些代替潜水员或载人小型潜艇进行深海探测、救生、排除水雷等高危险性水下作业的智能化系统。

鉴于UUV的成本优势，目前由UUV搭载拖曳声呐进行探测任务已成为国内外的发展趋势。拖曳线列阵声呐简称“拖曳阵声呐”，它是将水听器以线列阵形状进行布置，由拖曳电缆拖在载具后面进行水中目标探测的声呐，其优点在于：基阵尺寸大、工作频率低、利于线谱检测；基阵入水较深，通过控制拖缆长度可调节基阵入水深度，以工作于有利水层；基阵远离平台，受平台噪声干扰小，作用距离远。但是由于UUV自身容积有限，传统的压电声呐不能满足应用需求，光纤激光水听器因其小体积和高灵敏性，符合未来的应用趋势，得到了广泛的关注。

光纤激光水听器是一种建立在光纤传感技术、光电子技术基础上的水下声信号传感器，具有灵敏度高、响应频带宽、抗电磁干扰、可实现水下“湿端”无源探测等优点，是水声探测技术发展的重要方向，在军事和民用领域有着重要的应用。

分布反馈式(DFB)光纤激光水听器是通过在有源光纤上刻写π相移光栅进而形成的，每个光纤激光水听器都具有特定的输出中心波长，输出中心波长会因光纤激光水听器受到的外界作用而发生变化，例如温度、应力、压力等。当声压作用在光纤激光水听器上时会引起光纤径向及轴向应力，从而导致输出中心波长的变化，通过检测中心波长的变化可以还原水声信号，这是光纤激光水听器的工作原理。

目前，光纤激光水听器的基本增敏思路是通过设计固定“有源”光纤光栅的结构，使“有源”光纤光栅在声压作用下产生尽可能多的变形量，从而产生较大的波长漂移来提高光纤激光水听器的灵敏度，因此，光纤激光水听器探头通常采用端面拉伸式进行增敏，但是，端面拉伸式进行增敏的技术方案通常需要将光纤粘接在两端的膜片上，以形成端面拉伸式增敏结构，相应的，封装结构的预紧力及封装部分的抗拉力也由膜片的粘接部分来保证，这种方式会由于粘接胶的特性导致预紧力和和抗拉力衰退，进而导致光纤激光水听器的灵敏度发生变化，而且，封装结构零部件较多，导致封装工艺复杂，其中包含用胶过程，导致工艺一致性不好。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提出了预紧力保持较好，灵敏度长期可靠，且封装便捷的光纤激光水听器。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种光纤激光水听器，包括设有相移光纤光栅的光纤，还包括：

透声保护套筒；

锁紧端头，连接于所述透声保护套筒的两端，所述锁紧端头远离所述透声保护套筒的一端具有至少两个夹爪；

保护端头，套设于所述锁紧端头上，所述光纤穿设于所述透声保护套筒内且两端穿过锁紧端头从所述保护端头中穿出，所述保护端头套设于所述锁紧端头上时使得所述夹爪收拢，以夹住所述光纤。

在本发明公开的一些实施例中，所述夹爪包括设于所述夹爪外端的夹持部，所述夹持部插入所述保护端头中，所述夹爪收拢时，所述夹持部夹住光纤。

在本发明公开的一些实施例中，所述夹持部的外周具有外锥面，所述外锥面的大径端朝向所述透声保护套筒，所述保护端头内设有与外锥面配合的内锥面，所述内锥面的大径端朝向所述透声保护套筒，所述内锥面夹持所述外锥面使得夹爪收拢。

在本发明公开的一些实施例中，所述外锥面与锁紧端头轴线的夹角为a度，所述内锥面与保护端头轴线的夹角为b度，a＜b。

在本发明公开的一些实施例中，所述夹爪还包括中间部，所述中间部设于所述夹持部内侧并与所述夹持部连接，所述中间部与所述保护端头连接。

在本发明公开的一些实施例中，所述夹爪还包括设于所述中间部内侧的连接部，所述连接部与所述锁紧端头连接透声保护套筒的一端形成凹槽。

在本发明公开的一些实施例中，还包括松套管，所述光纤两端设于所述松套管内，所述松套管由保护端头外部延伸至锁紧端头内。

在本发明公开的一些实施例中，所述锁紧端头内设有第一通孔，用于光纤穿过，所述第一通孔包括设于夹爪中心的第一夹持孔，所述第一夹持孔的内径大于所述松套管的外径。

在本发明公开的一些实施例中，还包括凯夫拉层和聚乙烯保护套，所述凯夫拉层和聚乙烯保护套依次套设于所述松套管外，所述凯夫拉层由保护端头外部延伸至保护端头内部，夹在所述锁紧端头与保护端头之间。

在本发明公开的一些实施例中，所述保护端头上设有外部竖纹，用于封装过程中对保护端头施力。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、通过在透声保护套的两端设置锁紧端头，锁紧端头远离透声保护套筒的一端设有至少两个夹爪，在锁紧端头远离透声保护套筒的一端套设保护端头，使得保护端头套设在锁紧端头上时，夹爪收拢将光纤夹住，采用此方式，使得作用在光纤上的预紧力能够长时间保持，从而增加了水听器灵敏度的保持时间，结构简单，简化了封装结构与封装流程，节省了原材料，提高了封装效率与质量，且封装一致性好，采用机械夹紧的方式来保持预紧力，可通过精密的力矩扳手实现光纤预紧力的施加，使得施加的预紧力可量化，能够提高预紧力施加的精度，且避免了光纤固定过程中的用胶，有利于避免胶老化及环境的保护。

2、设置夹爪包括夹持部，夹持部外周具有外锥面，保护端头内具有内锥面，外锥面与锁紧端头轴线的夹角小于内锥面与保护端头轴线的夹角，使得保护端头套设于锁紧端头上时，夹爪插入保护端头中，内锥面夹持外锥面使夹爪收拢夹住光纤，向光纤施加一个预紧力，可通过调节夹持部插入保护端头的长度调节夹爪的收拢程度，进而调节施加在光纤上的预紧力。

3、设置夹爪包括中间部和连接部，能够使得夹爪长度较长，能够更大范围的调节夹爪的收拢程度，增大预紧力的调整范围，设置连接部与连接透声保护套筒的一端形成凹槽，给夹爪进一步插入保护端头留有空间，防止锁紧端头连接透声保护套筒的一端限制夹爪插入保护端头，能够实现预紧力的调整，同时能在不影响插入长度的同时，便于加工。

4、在光纤外设置松套管、凯夫拉层及聚乙烯保护套，设置光纤两端设于松套管内，能够对光纤进行保护，设置第一通孔包括设于夹爪中心的第一夹持孔，第一夹持孔的内径大于松套管的外径，便于松套管穿过，设置凯夫拉层夹在锁紧端头与夹爪之间，能够有效保证当光纤激光水听器用于拖曳阵缆中时，水听器探头端部具有一定的抗拉力，

5、在保护端头上设有外部竖纹，便于封装过程中对保护端头施力，使得更易调整保护端头施加在光纤上的预紧力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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为本发明所述光纤激光水听器的一个实施例的结构示意图；

图2为本发明所述锁紧端头的一个实施例的结构示意图；

图3为本发明所述锁紧端头的另一个实施例的结构示意图；

图4为本发明所述锁紧端头的另一个实施例的剖面图；

图5为本发明所述保护端头的一个实施例的结构示意图；

图6为本发明所述保护端头的另一个实施例的剖面图；

图7为本发明所述透声保护套筒的一个实施例的结构示意图；

图8为本发明所述光纤激光水听器的一个实施例的局部结构示意图。

以上图中，1、光纤；2、透声保护套筒；21、透声窗；3、锁紧端头；31、夹爪；311、夹持部；312、中间部；313、连接部；32、第一通孔；321、第一夹持孔；4、保护端头；41、第二通孔；5、松套管；6、凯夫拉层；7、聚乙烯保护套。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参考图1-2，一种光纤激光水听器，包括光纤1、透声保护套筒2、锁紧端头3、保护端头4。

光纤1上设有相移光纤光栅，参考图7，光纤1设于透声保护套筒内的中心位置且从透声保护套筒两端穿出，透声保护套筒内部的光纤1为裸光纤，相移光纤光栅设于透声保护套筒2内的裸光纤上，透声保护套筒2侧壁上设有若干个透声窗21，透声窗21沿透声保护套筒2的轴向设置，便于声压作用于相移光纤光栅。

锁紧端头3连接于透声保护套筒2的两端，其中，锁紧端头3具有两个，分别连接于透声保护套筒2的一端。

锁紧端头3与透声保护套筒2可以通过螺纹连接，连接结构简单，易于封装，可以是透声保护套筒2的两端设置外螺纹，锁紧端头3连接透声保护套筒2的一端设置内螺纹，或者锁紧端头3连接透声保护套筒2的一端设置外螺纹，透声保护套筒2的两端设置内螺纹，或者其它的连接方式。

锁紧端头3远离透声保护套筒的一端具有至少两个夹爪31，锁紧端头3内设有第一通孔32，用于光纤1穿过，光纤1穿设于透声保护套筒2内且两端从锁紧端头31中穿出，第一通孔32设于锁紧端头的中心位置，使得第一通孔32与透声保护套筒2同轴，第一通孔32包括设于夹爪中心的第一夹持孔321，第一夹持孔321的直径大于光纤1外径，便于封装前使光纤1穿过，避免损坏光纤1，第一夹持孔321的外端部具有圆角结构，以实现对光纤1的保护。

保护端头4套设于锁紧端头3上，光纤1穿设于透声保护套筒内且两端穿过锁紧端头从保护端头中穿出，保护端头4套设于锁紧端头3上时使得夹爪31收拢，以夹住光纤1。

夹爪31包括夹持部311、中间部312和连接部313。

夹持部311设于夹爪31外端，夹持部311插设于保护端头4中，夹爪31收拢时，夹持部311夹住光纤1，夹持部311的外周具有外锥面，外锥面的大径端朝向透声保护套筒2。

保护端头4中心位置设有第二通孔41，用于光纤1穿过，第二通孔41上设有与外锥面配合的内锥面，内锥面的大径端朝向透声保护套筒2，保护端头套设于锁紧端头上时，内锥面夹持外锥面使得夹爪31收拢，外锥面与锁紧端头轴线的夹角为a度，内锥面与保护端头轴线的夹角为b度，a＜b，设置外锥面与内锥面有一定的角度差，使得保护端头套设于锁紧端头上时，夹持部311插入保护端头4中，内锥面夹持外锥面使夹爪31收拢，夹爪收拢夹住光纤1，向光纤1施加一个预紧力，可通过调整夹持部311插入保护端头4中的长度来调整施加在光纤1上的预紧力。第二通孔41的端部具有圆角结构，以实现对光纤1的保护。

通过在透声保护套的两端设置锁紧端头，锁紧端头远离透声保护套筒的一端设有至少两个夹爪，在锁紧端头远离透声保护套筒的一端套设保护端头，使得保护端头套设在锁紧端头上时，夹爪收拢将光纤夹住，采用此方式，使得作用在光纤上的预紧力能够长时间保持，从而增加了水听器灵敏度的保持时间，结构简单，简化了封装结构与封装流程，节省了原材料，提高了封装效率与质量，且封装一致性好，采用机械的夹紧的方式来保持预紧力，可通过精密的力矩扳手实现光纤1预紧力的施加，使得施加的预紧力可量化，能够提高预紧力施加的精度，且避免了光纤1固定过程中的用胶，有利于环境的保护。

中间部312设于夹持部311内侧并与夹持部连接，中间部与保护端头连接，中间部上设有外螺纹，保护端头4上设有内螺纹，内螺纹设于内锥面靠近透声保护套筒的一侧，设置中间部与保护端头采用内外螺纹连接，可通过旋转保护端头使的夹持部插入保护端头的长度变化，进而调节预紧力的大小，结构简单易行。

连接部313设于中间部内侧，连接部313与连接透声保护套筒的一端连接形成凹槽，设置凹槽结构，给夹爪进一步插入保护端头留有空间，防止锁紧端头连接透声保护套筒的一端限制夹爪插入保护端头，能够更大范围的调整施加在光纤上的预紧力，同时能够减小夹爪上外螺纹的长度，在不影响插入长度的同时，便于加工。

设置夹爪还包括中间部和连接部，能够使得夹爪长度较长，能够更大范围的调节夹爪的收拢程度，增大预紧力的调整范围。

保护端头4具有外部竖纹，用于封装过程中对保护端头施力，使得更易调整保护端头施加在光纤1上的预紧力。

参考图8，光纤1上从内到外顺次设有松套管5、凯夫拉层6及聚乙烯保护套7。

光纤1的两端设于松套管5内，能够对光纤1进行保护，松套管5由保护端头4外部延伸至锁紧端头内部，位于第一通孔中，使得夹爪夹持在包有松套管5的光纤1上，第一通孔32包括设于夹爪中心的第一夹持孔321，第一夹持孔的内径大于松套管5的外径，便于封装前松套管通过，松套管的外径大于夹爪之间空隙的尺寸，避免松套管进入空隙，影响光纤预紧力的施加。

凯夫拉层6由保护端头4外部延伸至保护端头4内部，并散开呈伞状结构，覆盖于夹爪的锥面上，由保护端头和夹爪夹持，外锥面与内锥面具有一定的角度差，可将凯夫拉层压紧，能够有效保证当光纤激光水听器用于拖曳阵缆中时，水听器探头端部具有一定的抗拉力。

聚乙烯保护套7由保护端头4外部延伸至保护端头4的内部，并止于夹爪外端部，第二通孔远离透声保护套筒一端的端部直径大于聚乙烯保护套的外径，使得聚乙烯保护套能够插入第二通孔中，便于保护光纤1。

本发明针对预紧力的保持进行了初步验证，使用本发明提出的光纤水听器，在封装过程中对光纤施加25g力，封装完成48小时后，光纤仍能够保持25g力，而通过胶粘的方式进行预紧力施加，在封装完成48小时后，只能保持13～18g力，相对于胶粘的方式，本发明提出的方式，使得作用在光纤上的预紧力更能长时间保持。

本发明提出的水听器的安装步骤可以有多种形式，只要能够将水听器安装完毕即可，其中一种装配步骤为：

将光纤设于透声保护套筒内，光纤的两端从保护套筒内穿出，此时相移光纤光栅位于透声保护套筒内；

将锁紧端头套设在光纤的两端，锁紧端头与透声保护套筒连接；

将松套管、凯夫拉和聚乙烯保护套顺序套在光纤上，松套管靠近透声保护套筒的一端位于锁紧端头内，凯夫拉靠近透声保护套筒的一端设于夹爪锥面上；

将保护端头套在聚乙烯保护套上，保护端头与锁紧端头连接，连接的同时夹爪将套有松套管的光纤夹紧，保护端头和夹爪将卡夫拉夹紧。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种光纤激光水听器，包括设有相移光纤光栅的光纤，其特征在于，还包括：

透声保护套筒；

锁紧端头，连接于所述透声保护套筒的两端，所述锁紧端头远离所述透声保护套筒的一端具有至少两个夹爪；

保护端头，套设于所述锁紧端头上，所述光纤穿设于所述透声保护套筒内且两端穿过锁紧端头从所述保护端头中穿出，所述保护端头套设于所述锁紧端头上时使得所述夹爪收拢，以夹住所述光纤。

2.根据权利要求1所述的一种光纤激光水听器，其特征在于，所述夹爪包括设于所述夹爪外端的夹持部，所述夹持部插入所述保护端头中，所述夹爪收拢时，所述夹持部夹住光纤。

3.根据权利要求2所述的一种光纤激光水听器，其特征在于，所述夹持部的外周具有外锥面，所述外锥面的大径端朝向所述透声保护套筒，所述保护端头内设有与外锥面配合的内锥面，所述内锥面的大径端朝向所述透声保护套筒，所述内锥面夹持所述外锥面使得夹爪收拢。

4.根据权利要求3所述的一种光纤激光水听器，其特征在于，所述外锥面与锁紧端头轴线的夹角为a度，所述内锥面与保护端头轴线的夹角为b度，a＜b。

5.根据权利要求2所述的一种光纤激光水听器，其特征在于，所述夹爪还包括中间部，所述中间部设于所述夹持部内侧并与所述夹持部连接，所述中间部与所述保护端头连接。

6.根据权利要求5所述的一种光纤激光水听器，其特征在于，所述夹爪还包括设于所述中间部内侧的连接部，所述连接部与所述锁紧端头连接透声保护套筒的一端形成凹槽。

7.根据权利要求1所述的一种光纤激光水听器，其特征在于，还包括松套管，所述光纤两端设于所述松套管内，所述松套管由保护端头外部延伸至锁紧端头内。

8.根据权利要求7所述的一种光纤激光水听器，其特征在于，所述锁紧端头内设有第一通孔，用于光纤穿过，所述第一通孔包括设于夹爪中心的第一夹持孔，所述第一夹持孔的内径大于所述松套管的外径。

9.根据权利要求7所述的一种光纤激光水听器，其特征在于，还包括凯夫拉层和聚乙烯保护套，所述凯夫拉层和聚乙烯保护套依次套设于所述松套管外，所述凯夫拉层由保护端头外部延伸至保护端头内部，夹在所述锁紧端头与保护端头之间。

10.根据权利要求1所述的一种光纤激光水听器，其特征在于，所述保护端头上设有外部竖纹，用于封装过程中对保护端头施力。

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