CN113759353A - 一种密排中高频光纤水听器阵列及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种密排中高频光纤水听器阵列及其制作方法，涉及水声光纤传感技术领域。本发明采用一体化思路，将传感结构、密封结构、阵列骨架和光组件等功能集合起来，最大限度地缩短轴向尺寸，实现阵元密排，同时绕线直径和内部盘纤空间增大，可靠性提高；通过优化设计增敏结构的材料和尺寸参数，并通过增加传感光纤长度等方法拓宽工作频带和提高灵敏度，测试得到的10‑30kHz范围内灵敏度不小于‑145dB。
Description
技术领域
本发明涉及水声光纤传感技术的领域，具体涉及一种密排中高频光纤水听器阵列及其制作方法。
背景技术
光纤水听器拖曳线列阵技术经过近二十年的发展已趋于成熟，目前成阵技术、信号解调技术、流噪声抑制技术等关键技术已基本突破，阵列的可靠性和探测性能也大幅度提高。
合成孔径声纳技术是通过基阵作直线运动，逐次发射、接收和存储信号，然后把不同时间存储的回波信号作相位相干叠加，获得一个虚拟的大孔径基阵窄波束(高指向性或高分辨力和高空间增益)。传统的合成孔径声纳通常将声基阵安装在运动拖体上，这样既可以实现阵元密排和走线，也可以精确控制阵元的间距。若将合成孔径技术与拖曳线列阵技术融合，则必须解决阵列线缆排布、零浮力设计、高频信号接收等关键技术问题。
光纤水听器阵列具有湿端抗电磁干扰、易于复用的特点，因此应用于合成孔径声纳的光纤拖曳线列阵技术具有技术可实现性。
合成孔径声纳主要工作频带在几十千赫兹到几百千赫兹量级，因此通常阵元密排，采用拖曳线列阵技术方案后，虽然可采用稀疏布阵的方式，但仍然对水听器尺寸有较大的限制，另一方面，由于密排后线缆较为密集和径向尺寸的限制，因此走线空间有限，还存在电磁干扰等影响因素。以上两点使得传统的压电拖曳线列阵技术很难满足合成孔径声纳的实际使用需求，因此采用光纤水听器拖曳线列阵技术可以充分发挥其易复用、抗电磁干扰等优势；但由于阵元密排，而光纤水听器阵列器件和熔接点多，因此需重点解决增敏设计、器件放置、线缆走线、零浮力设计等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种密排中高频光纤水听器阵列及其制作方法，具有尺寸小、可靠性好、灵敏度高的优势。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：一种密排中高频光纤水听器阵列，包括若干水听器单元，水听器单元包括水听器骨架，所述水听器骨架的外周紧密粘接绕线外壳，且在绕线外壳和水听器骨架之间设置空气腔，水听器骨架的中部设有光组件放置腔用于置入光组件盒，光组件盒的两端均设有水听器转接头，光组件盒内置入光器件，光组件盒上部固定有盖板，盖板上开设若干缝隙用于引出光器件的尾纤，光器件所引出的尾纤与光组件盒内的尾纤熔接形成光路，并通过水听器转接头上的出纤孔向外引出；从各个水听器单元的出纤孔引出的光纤通过光缆依次连接从而形成水听器串，在所述水听器串外部套设聚氨酯护套，水听器串与聚氨酯护套之间的空隙内填充固定胶，形成水听器阵列。
作为进一步的技术方案，所述绕线外壳由若干传感光纤均匀密排绕制制成，在绕线外壳的外部套设有聚氨酯胶层进行密封保护。
作为进一步的技术方案，所述水听器骨架内开设若干走线孔，用以穿设光缆、电缆、承力绳等，走线孔共有六个沿光组件盒的上下两侧呈对称分布。
作为进一步的技术方案，所述光组件盒的侧壁上开设若干固定孔，固定孔用于光组件盒和水听器骨架之间的固定。
作为进一步的技术方案，所述光组件盒和水听器骨架之间的接缝处通过O型圈进行密封，光组件盒和水听器转接头之间的接缝处也通过O型圈进行密封。
作为进一步的技术方案，所述盖板与光组件盒之间通过705胶密封固定。
作为进一步的技术方案，所述光器件为波分复用器、耦合器、旋转镜中的一种或多种。
一种密排中高频光纤水听器阵列的制作方法，包括以下步骤：
1)将绕线外壳用环氧胶紧密粘接在水听器骨架的外周，常温下放置24小时固化；
2)将粘接好的绕线外壳固定在绕线机上，再将传感光纤均匀紧密绕制在绕线外壳表面，绕线时对张力进行在线控制并记录光纤长度；绕制完成后，先将所述传感光纤用点胶固定，再从绕线机上取下绕线外壳；
3)在所述传感光纤表面刷胶水，然后将绕线外壳固定在预热后的灌注模具中，放入烘箱，加温24小时固化；
4)将光器件点胶固定在光组件盒内，再将光器件的尾纤从盖板的缝隙处引出，盖板固定后从缝隙处倒入胶水进行固化，固化后将光器件所引出的尾纤与光组件盒内的尾纤熔接形成光路，并通过水听器转接头上的出纤孔向外引出；
5)将光组件盒置入水听器骨架内，光组件盒和水听器骨架、光组件盒和水听器转接头之间接缝处以O型圈密封，完成一个水听器单元的制作；
6)将若干水听器单元的出纤孔通过光缆依次连接从而形成水听器串，在所述水听器串外部套设聚氨酯护套，并在水听器串与聚氨酯护套之间的空隙内填充固定胶，形成水听器阵列。
作为进一步的技术方案，步骤3)中，在所述传感光纤表面刷301胶，向所述灌注模具中缓慢倒入聚氨酯胶。
作为进一步的技术方案，步骤4)中，盖板固定后从缝隙处倒入705胶进行固化。
本发明的有益效果为：
1、该水听器设计方案采用一体化思路，将传感结构、密封结构、阵列骨架和光组件等功能集合起来，最大限度地缩短轴向尺寸，实现阵元密排，同时绕线直径和内部盘纤空间增大，可靠性提高；
2、通过优化设计增敏结构的材料和尺寸参数，并通过增加传感光纤长度等方法拓宽工作频带和提高灵敏度，测试得到的10-30kHz范围内灵敏度频响曲线如附图5所示，灵敏度不小于-145dB。
附图说明
图1为水听器单元的结构剖面示意图。
图2为光组件盒的结构示意图。
图3为水听器单元的侧视图。
图4为水听器阵列的结构示意图。
图5为水听器灵敏度频响曲线图。
附图标记说明：绕线外壳101、水听器骨架102、光组件盒103、盖板104、水听器转接头105、光器件106、聚氨酯胶层107、空气腔108、光组件放置腔109、缝隙110、走线孔201、出纤孔202、固定孔203、水听器单元301、光缆302、聚氨酯护套303。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细的介绍：
实施例：如附图1～4所示，一种密排中高频光纤水听器阵列，包括若干水听器单元301，水听器单元301包括水听器骨架102，所述水听器骨架102的外周紧密粘接绕线外壳101，且在绕线外壳101和水听器骨架102之间设置空气腔108，水听器骨架102的中部设有光组件放置腔109用于置入光组件盒103，光组件盒103的两端均设有水听器转接头105，光组件盒103内置入光器件106，光组件盒103上部通过705胶密封固定有盖板104，盖板104上开设若干缝隙110用于引出光器件106的尾纤，光器件106所引出的尾纤与光组件盒103内的尾纤熔接形成光路，并通过水听器转接头105上的出纤孔202向外引出；从各个水听器单元301的出纤孔202引出的光纤通过光缆302依次连接从而形成水听器串，在所述水听器串外部套设聚氨酯护套303，水听器串与聚氨酯护套303之间的空隙内填充固定胶，形成水听器阵列。
优选的，如图1所示，所述绕线外壳101由若干传感光纤均匀密排绕制制成，在绕线外壳101的外部套设有聚氨酯胶层107进行密封保护。如图3所示，所述水听器骨架102内开设若干走线孔201，用以穿设光缆、电缆、承力绳等，走线孔201共有六个沿光组件盒103的上下两侧呈对称分布。所述光组件盒103的侧壁上开设若干固定孔203，固定孔203用于光组件盒103和水听器骨架102之间的固定。所述光组件盒103和水听器骨架102之间的接缝处通过O型圈进行密封，光组件盒103和水听器转接头105之间的接缝处也通过O型圈进行密封。所述光器件106为波分复用器、耦合器、旋转镜中的一种或多种。
一种密排中高频光纤水听器阵列的制作方法，包括以下步骤：
1)将绕线外壳101用环氧胶紧密粘接在水听器骨架102的外周，常温下放置24小时固化；
2)将粘接好的绕线外壳101固定在绕线机上，再将传感光纤均匀紧密绕制在绕线外壳101表面，绕线时对张力进行在线控制并记录光纤长度；绕制完成后，先将所述传感光纤用点胶固定，再从绕线机上取下绕线外壳101；
3)在所述传感光纤表面刷301胶，然后将绕线外壳101固定在预热后的灌注模具中，向所述灌注模具中缓慢倒入聚氨酯胶，放入烘箱，加温24小时固化；
4)将光器件106点胶固定在光组件盒103内，再将光器件106的尾纤从盖板104的缝隙110处引出，盖板104固定后从缝隙110处倒入705胶进行固化，固化后将光器件106所引出的尾纤与光组件盒103内的尾纤熔接形成光路，并通过水听器转接头105上的出纤孔202向外引出；
5)将光组件盒103置入水听器骨架102内，光组件盒103和水听器骨架102、光组件盒103和水听器转接头105之间接缝处以O型圈密封，完成一个水听器单元301的制作；
6)将若干水听器单元301的出纤孔202通过光缆302依次连接从而形成水听器串，在所述水听器串外部套设聚氨酯护套303，并在水听器串与聚氨酯护套303之间的空隙内填充固定胶，形成水听器阵列如附图4所示。
本发明采用一体化思路，将传感结构、密封结构、阵列骨架和光组件等功能集合起来，最大限度地缩短轴向尺寸，实现阵元密排，同时绕线直径和内部盘纤空间增大，可靠性提高；通过优化设计增敏结构的材料和尺寸参数，并通过增加传感光纤长度等方法拓宽工作频带和提高灵敏度，测试得到的10-30kHz范围内灵敏度频响曲线如附图5所示，灵敏度不小于-145dB。
可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种密排中高频光纤水听器阵列，其特征在于：包括若干水听器单元(301)，水听器单元(301)包括水听器骨架(102)，所述水听器骨架(102)的外周紧密粘接绕线外壳(101)，且在绕线外壳(101)和水听器骨架(102)之间设置空气腔(108)，水听器骨架(102)的中部设有光组件放置腔(109)用于置入光组件盒(103)，光组件盒(103)的两端均设有水听器转接头(105)，光组件盒(103)内置入光器件(106)，光组件盒(103)上部固定有盖板(104)，盖板(104)上开设若干缝隙(110)用于引出光器件(106)的尾纤，光器件(106)所引出的尾纤与光组件盒(103)内的尾纤熔接形成光路，并通过水听器转接头(105)上的出纤孔(202)向外引出；从各个水听器单元(301)的出纤孔(202)引出的光纤通过光缆(302)依次连接从而形成水听器串，在所述水听器串外部套设聚氨酯护套(303)，水听器串与聚氨酯护套(303)之间的空隙内填充固定胶，形成水听器阵列。
2.根据权利要求1所述的密排中高频光纤水听器阵列，其特征在于：所述绕线外壳(101)由若干传感光纤均匀密排绕制制成，在绕线外壳(101)的外部套设有聚氨酯胶层(107)进行密封保护。
3.根据权利要求1所述的密排中高频光纤水听器阵列，其特征在于：所述水听器骨架(102)内开设若干走线孔(201)，走线孔(201)沿光组件盒(103)的上下两侧呈对称分布。
4.根据权利要求1所述的密排中高频光纤水听器阵列，其特征在于：所述光组件盒(103)的侧壁上开设若干固定孔(203)，固定孔(203)用于光组件盒(103)和水听器骨架(102)之间的固定。
5.根据权利要求1所述的密排中高频光纤水听器阵列，其特征在于：所述光组件盒(103)和水听器骨架(102)之间的接缝处通过O型圈进行密封，光组件盒(103)和水听器转接头(105)之间的接缝处也通过O型圈进行密封。
6.根据权利要求1所述的密排中高频光纤水听器阵列，其特征在于：所述盖板(104)与光组件盒(103)之间通过705胶密封固定。
7.根据权利要求1所述的密排中高频光纤水听器阵列，其特征在于：所述光器件(106)为波分复用器、耦合器、旋转镜中的一种或多种。
8.一种密排中高频光纤水听器阵列的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将绕线外壳(101)用环氧胶紧密粘接在水听器骨架(102)的外周，常温下放置24小时固化；
2)将粘接好的绕线外壳(101)固定在绕线机上，再将传感光纤均匀紧密绕制在绕线外壳(101)表面，绕线时对张力进行在线控制并记录光纤长度；绕制完成后，先将所述传感光纤用点胶固定，再从绕线机上取下绕线外壳(101)；
3)在所述传感光纤表面刷胶水，然后将绕线外壳(101)固定在预热后的灌注模具中，放入烘箱，加温24小时固化；
4)将光器件(106)点胶固定在光组件盒(103)内，再将光器件(106)的尾纤从盖板(104)的缝隙(110)处引出，盖板(104)固定后从缝隙(110)处倒入胶水进行固化，固化后将光器件(106)所引出的尾纤与光组件盒(103)内的尾纤熔接形成光路，并通过水听器转接头(105)上的出纤孔(202)向外引出；
5)将光组件盒(103)置入水听器骨架(102)内，光组件盒(103)和水听器骨架(102)、光组件盒(103)和水听器转接头(105)之间接缝处以O型圈密封，完成一个水听器单元(301)的制作；
6)将若干水听器单元(301)的出纤孔(202)通过光缆(302)依次连接从而形成水听器串，在所述水听器串外部套设聚氨酯护套(303)，并在水听器串与聚氨酯护套(303)之间的空隙内填充固定胶，形成水听器阵列。
9.根据权利要求8所述的密排中高频光纤水听器阵列的制作方法，其特征在于：步骤3)中，在所述传感光纤表面刷301胶，向所述灌注模具中缓慢倒入聚氨酯胶。
10.根据权利要求8所述的密排中高频光纤水听器阵列的制作方法，其特征在于：步骤4)中，盖板(104)固定后从缝隙(110)处倒入705胶进行固化。
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