CN202041279U - 一种推挽式光纤水听器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光纤传感领域的一种应用于探测海洋噪声的干涉型、推挽式光纤水听器。所要解决的技术问题是提供一种推挽式光纤水听器，能够满足光纤水听器阵列复用技术研发要求，利用光纤水听器技术替代压电陶瓷水听器，在我国领海海域更加灵敏地探测水面上下有关移动体等行踪。其特征在于：该光纤水听器主要由内腔中容纳各种光器件的基体(3)、顶盖(4)以及绕制定长光纤的内弹性体(2)和外弹性体(1)组成；所述基体(3)内腔用顶盖(4)封闭；所述光纤水听器的内腔空隙用胶粘剂充满进行封装；本实用新型结构合理，制作而成的水听器单元，其声压灵敏度、加速度相移灵敏度、耐温、耐压、耐腐以及形体尺寸等技术指标均能符合设计要求。

Description

一种推挽式光纤水听器

技术领域

本实用新型涉及光纤传感领域的一种应用于探测海洋噪声的干涉型、推挽式光纤水听器。 

技术背景

光纤传感技术是伴随光导纤维和光纤通信技术的发展而形成的一门崭新技术。光纤水听器的传感灵敏度要比传统的压电水听器高许多倍，而且它可以在高电压、大噪声、高温、强腐蚀性等很多特殊环境下正常工作，还能够与光纤遥感、遥测技术配合，形成光纤遥感系统和光纤遥测系统，所以光纤传感技术能广泛应用于航天航海、核工业、桥梁隧道、建筑、石油开采、电力传输、医疗、科研等众多领域。 

干涉型光纤水听器可以非常灵敏地侦察舰船行踪、监视水下潜艇。其工作原理为，通过水下的声波对光纤的应力作用改变光纤纤芯的折射率或长度，从而引起在光纤中传播光束的光程改变，导致相位发生变化。采用干涉测量技术可检测出相位变化，并得到有关水声的信息。和压电陶瓷或压电晶体型的传统水听器相比，光纤水听器具有很大的优越性。它利用光的相位干涉作为探测手段，探测灵敏度极高，响应频带也较宽；它以光纤作为信息传感与传输媒介；而以光为载体的信息，既不会被电磁干扰，也无发生泄漏的危险。 

光纤水听器的研究虽然取得了长足的进步，但距实现工程化、装备化还 有一定的差距。由于水下声场的复杂性，单元水听器很难获得目标的全部详细信息，因此光纤水听器主要是以阵列的形式应用，是否能以低成本实现分布式阵列，是光纤水听器最终能否得以应用的关键所在。各国对光纤水听器技术的研究重点集中到如何充分利用光纤传输损耗低、传输带宽大的特点，并结合集成光电子器件的最新进展，实现对光源、光纤以及光电探测器的多路复用。用较少的组件形成分布式光纤水听器阵列，这样既可降低系统的成本，又可降低维护上的复杂程度。而且通过对阵列信号的处理，可以极大地提高整个多路复用系统的探测性能，获取更多有关水下目标的信息。为了满足对光纤水听器阵列复用技术的研发要求，急需研制能满足阵列设计要求的干涉型光纤水听器。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种推挽式光纤水听器，其可克服现有技术的不足，能够满足光纤水听器阵列复用技术的研发要求，利用光纤水听器技术替代压电陶瓷水听器，在我国领海海域更加灵敏地探测水面上下有关移动体等行踪。 

为解决上述技术问题，本实用新型的技术解决方案是： 

一种推挽式光纤水听器，其特征在于：该光纤水听器主要由内腔中容纳各种光器件的基体3、顶盖4以及在外部绕制有定长光纤的内弹性体2和外弹性体1组成；所述基体3内腔用顶盖4封闭；所述光纤水听器的内腔空隙用胶粘剂充填封装； 

所述外弹性体1是一个由非金属材料制成的薄壁空心圆柱体； 

所述内弹性体2是一个由非金属材料制成的薄壁空心圆柱体，在外第一 圆柱面23的左端设有第一环行体22，在外第一圆柱面23的右端设有第二环行体25，在第二环行体25上设有缺口24； 

所述基体3的主体部分设有一个用于容纳各种光器件的沉孔37，并由顶盖4封闭；在基体3的右侧面上，有一个与沉孔37相贯，用于穿越并胶结固定水听器尾缆的通孔38，； 

所述基体3的左侧从左到右依次设有小圆柱体32和大圆柱体31；大圆柱体31设有内沉孔34；小圆柱体32设有端孔33，端孔33与内沉孔34相贯通，并具有共同轴线；端孔33的内径与内弹性体2两端的环行体的外径相配；在小圆柱体32的左端设有第四环行体322，在小圆柱体32的右端设有第三环行体321，所述环行体的外径与外弹性体1的第一内孔11相配；在大圆柱体31的外圆上，间隔均布若干个与内沉孔34；相贯的第一通孔311及第二通孔314；在第三环行体321及大圆柱体31的径向，设有一个第一腰子形沉313，其与端孔33贯通，但与内沉孔34、第二通孔314及第一通孔311相互隔离；在大圆柱体31的端部，与沉孔313同一径向位置上，还轴向设有另一个第二腰子形沉孔35；其深度恰好能贯穿基体3前侧面上的沉孔37。 

所述缠绕好光纤的内弹性体2以其第一环行体22、第二环行体25的外圆胶结于基体3上的端孔33；所述缺口24与基体3上的第一腰子形沉孔313对齐，以便将缠绕于外第一圆柱面23上的光纤首尾引入基体3上的沉孔37之中。 

所述缠绕好光纤的外弹性体1，以其第一内孔11胶结于基体3上的第三环行体321、第四环行体322的外圆；外弹性体1上的光纤首尾穿越第二腰子形沉35后进入基体3的沉孔37之内。 

所述基体3的主体是由一个长度方向的上下两侧为第二圆柱面36的矩形体、矩形体左侧的大圆柱体31以及小圆柱体32叠加而成；所述矩形体的前侧面上带有一个圆头矩形沉孔37以及四个螺孔39，所述大圆柱体31以及小圆柱体32与第二圆柱面36具有公共轴线；所述顶盖4是一块长度方向两侧为第三圆柱面43、带有四个与螺孔39位置对应的锥端沉孔42的矩形薄板41；所述顶盖4由螺钉紧固于基体3之后，其两侧的第三圆柱面43与基体3两侧的第二圆柱面36的轴线合一，第三圆柱面43及第二圆柱面36相互吻合； 

所述大圆柱体31的外圆上与内沉孔34贯通的通孔，由两个第二通孔314及两个第一通孔311间隔均布组成； 

所述将端孔33与沉孔37贯通的光纤导引孔由第一腰子形沉孔313和第二腰子形沉孔35组成；所述第一腰子形沉孔313沿第三环行体321及大圆柱体31的径向开设，并与端孔33贯通，但与内沉孔34、第二通孔314及第一通孔311相互隔离；所述第二腰子形沉孔35开设在大圆柱体31的端部，与径向布置的第一腰子形沉孔313处于同一角度位置上，并与基体3前侧面上的矩形沉孔37贯通。 

所述内弹性体2外第一圆柱面23的两端部所设的第一环行体22和第二环行体25，其外端面分别与第二内孔21的端面平齐；当内弹性体2胶结于基体3上的端孔33时，缺口24与第一腰子形沉孔313对齐，第二环行体25的外端面与端孔33的底面331紧贴；当外弹性体1以其第一内孔11胶结于基体3上第三环行体321和第四环行体322的外圆时，外弹性体1的外端面与大圆柱体31的端面312紧贴。 

本实用新型可带来以下有益效果： 

本实用新型结构合理，制作而成的水听器单元，其声压灵敏度、加速度相移灵敏度、耐温、耐压、耐腐以及形体尺寸等技术指标均能符合设计要求。 

附图说明

图1为本实用新型的一个较佳实施例的装配构件示意图 

图2为本实用新型的一个较佳实施例的外弹性体的外形结构示意图 

图3为本实用新型的一个较佳实施例的内弹性体的外形结构示意图 

图4(a)为本实用新型的一个较佳实施例的基体局部剖视结构示意图 

图4(b)为本实用新型的一个较佳实施例的基体外形结构示意图 

图4(c)为本实用新型的一个较佳实施例的基体外形结构A向示意图 

图4(d)为本实用新型的一个较佳实施例的基体外形结构侧视示意图 

图5为本实用新型的一个较佳实施例的顶盖外形结构示意图 

图6为本实用新型的一个较佳实施例的装配体局部剖视结构示意图 

图7为本实用新型的一个较佳实施例的装配体外形图 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。 

按照图1所示，将四个零件：基体3、内弹性体2、外弹性体1以及顶盖4依次胶结、固定，可组装成一个推挽式光纤水听器的单元结构。 

结合参见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7： 

本实施例中，基体3的基本形体是由一个长度方向的上下两侧为第二圆柱面36的矩形体与大圆柱体31、小圆柱体32叠加而成。在矩形体的前侧面上有一个带有圆头的矩形沉孔37以及四个螺孔39；在矩形体的右侧面上，有一个与矩形沉孔37相贯通的用于穿越并胶结、固定水听器尾缆的通孔38；大 圆柱体31和小圆柱体32依次邻接于矩形体的左侧；大圆柱体31带有内沉孔34、第二通孔314、第一通孔311、第一腰子形沉孔313；小圆柱体32带有端孔33、第三环行体321和第四环行体322；在矩形体的左侧面上，还带有第二腰子形沉孔35，其径向角度位置与第一腰子形沉孔313相同；第二圆柱面36、大圆柱体31、小圆柱体32具有公共轴线。 

顶盖4是一块长度方向两侧为第三圆柱面43、带有四个锥端沉孔42的矩形薄板41；顶盖4由螺钉紧固于基体3之后，其两侧的第三圆柱面43与基体3两侧的第二圆柱面36的轴线合一，第三圆柱面43及第二圆柱面36相互吻合。 

内弹性体2是一个在外第一圆柱面23两端部，分别设有第一环行体22和第二环行体25、其外直径与基体3上的端孔33相配、由非金属材料制成的薄壁空心圆柱体。 

外弹性体1是一个其第一内孔11与基体3上第三环行体321和第四322的外直径相配、由非金属材料制成的薄壁空心圆柱体。 

所述小圆柱体32的端孔33及大圆柱体31的内沉孔34的轴线与圆柱体同一；所述小圆柱体32的两端，分别设有第三环行体321和第四环行体322，其外径与外弹性体1的第一内孔11相配；所述第三环行体321和第四环行体322的轴线也与圆柱体同一；所述大圆柱体31的外圆上，间隔均布第二通孔314及第一通孔311各两个；所述第二通孔314及第一通孔311均与内沉孔34恰好贯通。所述第一环行体321及大圆柱体31的径向，设有第一腰子形沉孔313，其与端孔33贯通，但不与内沉孔34、第二通孔314及第一通孔311相穿；所述大圆柱体31的端部，与径向布置的第一腰子形沉孔313的同一角 度位置上，设有另一轴向布置的第二腰子形沉孔35；所述第二腰子形沉孔35恰好与基体3前侧面上的矩形沉孔37贯穿。 

所述内弹性体2外第一圆柱面23的两端部设有的第一环行体22和第二环行体25，其外端面分别与第二内孔21的端面平齐；所述第二环行体25上设有一个缺口24，当内弹性体2胶结于基体3上的端孔33时，缺口24与第一腰子形沉孔313对齐，第一二环行体25的外端面与端孔33的底面331紧贴。 

所述外弹性体1以其第一内孔11胶结于基体3上第三环行体321和第四环行体322的外圆时，外弹性体1的外端面与大圆柱体31的端面312紧贴。 

所述缠绕好光纤的内弹性体2，以其第一环行体22、第二环行体25的外圆，胶结于基体3上的端孔33时，其两个光纤端头分别穿越第一腰子形沉孔313及第二腰子形沉孔35后进入基体3的矩形沉孔37之内；所述缠绕好光纤的外弹性体1，以其第一内孔11胶结于基体3第三环行体321、第四环行体322的外圆时，其两个光纤端头穿越第二腰子形沉孔35后进入基体3的矩形沉孔37之内。 

下面对各零部件分述如下： 

(1)外弹性体1，见图2。 

外弹性体1是一个由非金属材料制成的薄壁空心圆柱体。其第一内孔11与基体3上第三环行体321和第四环行体322的外直径相配。 

(2)内弹性体2，见图3。 

内弹性体2是一个由非金属材料制成的薄壁空心圆柱体。在外第一圆柱面23两端部，分别设有第一环行体22和第二环行体25；其外端面分别与第 二内孔21的端面平齐，外直径则与基体3上的端孔33相配。在第二环行体25上还设有缺口24，当内弹性体2胶结于基体上的端孔33时，缺口24必须与基体3上的第一腰子形沉孔313对齐，以便将缠绕于外第一圆柱面23上的光纤头尾引入基体3的矩形沉孔37。 

(3)基体3，见图4(a)、图4(b)。 

基体3的基本形体是由一个长度方向的上下两侧为第二圆柱面36的矩形体与大圆柱体31、小圆柱体32叠加而成。第二圆柱面36及大、小圆柱体31、32，具有共同轴线。 

在矩形体的前侧面上，有一个带有圆头的矩形沉孔37，另外还有4个与顶盖4上锥端沉孔42的位置相一致的螺孔39。 

在矩形体的右侧面上，有一个与矩形沉孔37相贯的通孔38，用于穿越并胶结固定水听器的尾缆。 

大、小圆柱体31、32，依次邻接于矩形体的左侧。端孔33及内沉孔34的轴线与其同一。在小圆柱体32的两端，分别设有第三环行体321和第四环行体322，其外径与外弹性体1的第一内孔11相配。在大圆柱体31的外圆上，间隔均布第二通孔314及第一通孔311各2个；它们均与内沉孔34恰好贯通。在第三环行体321及大圆柱体31的径向，设有一个第一腰子形沉孔313，其与端孔33是贯通的，但不能与内沉孔34、第二通孔314及第一通孔311相穿。 

在大圆柱体31的端部，与第一腰子形沉孔313的同一径向角度位置上，还轴向设有另一个第二腰子形沉孔35；其深度恰好能贯穿基体3前侧面上矩形沉孔37。 

当缠绕好光纤的内弹性体2，以其第一环行体22、第二环行体25的外圆， 胶结于基体3上的端孔33时，其光纤端头须分别穿越第一腰子形沉孔313及第二腰子形沉孔35，然后进入基体3的矩形沉孔37之内。当缠绕好光纤的外弹性体1，以其第一内孔11胶结于基体3第三环行体321、第四环行体322的外圆时，其光纤端头须穿越第二腰子形沉孔35，然后进入基体3的矩形沉孔37之内。 

(4)顶盖4，见图5。 

顶盖4是一块长度方向两侧为圆柱面43的矩形薄板41。在矩形薄板上，尚有4个呈对称布置的锥端沉孔42。 

当顶盖4由螺钉紧固于基体3后，其两侧的第三圆柱面43与基体3两侧的第二圆柱面36互相吻合成同一圆柱体。 

本实施例可通过选择各种适宜的材料及相关的机械加工手段，根据各加工件的工程图纸加工成相应零件后封装而成。 

首先，将在外第一圆柱面23上已绕制定长光纤的内弹性体2，以其第一环行体22和第二环行体25的外圆面胶入基体3的端孔33。胶结时须确保第二环行体25的端面紧贴端孔33的底面331；确保第二环行体25上的缺口24与基体3上的第一腰子形沉孔313对齐，同时将缠绕于外第一圆柱面23上的光纤头尾先后穿越第一腰子形沉孔313和第二腰子形沉孔35，引入基体3的矩形沉孔37之内；确保各胶合面胶结可靠，缺口24及邻接的第一腰子形沉孔313的底部以不流动的稠胶封实。 

然后，将在外圆上已绕制定长光纤的外弹性体1，以其第一内孔11与基体3上的第三环行体321和第四环行体322胶结；同时须将其光纤的两个端头穿越第二腰子形通孔35，进入基体3的矩形沉孔37之内。胶结时须确保外 弹性体1的外端面紧贴于大圆柱体31的端面312；确保各胶合面胶结可靠，第一腰子形沉孔313及第二腰子形通孔35内以不流动的稠胶完全封实。 

第三，在基体3的矩形沉孔37内，将各光器件按该光纤水听器的光路原理可靠连接、摆放整齐；再将光纤水听器的尾缆穿越通孔38，并以胶将尾缆与通孔38牢靠固定。 

最后，将某种胶粘剂灌入基体3的矩形沉孔37之内；再以4个螺钉将顶盖4紧固于基体3，使矩形沉孔37内的光器件完全密封。 

Claims (5)

1.一种推挽式光纤水听器，其特征在于：该光纤水听器主要由内腔中容纳各种光器件的基体(3)、顶盖(4)以及在外部绕制有定长光纤的内弹性体(2)和外弹性体(1)组成；所述基体(3)内腔用顶盖(4)封闭；所述光纤水听器的内腔空隙用胶粘剂充填封装；

所述外弹性体(1)是一个由非金属材料制成的薄壁空心圆柱体；

所述内弹性体(2)是一个由非金属材料制成的薄壁空心圆柱体，在其外第一圆柱面(23)的左端设有第一环行体(22)，在其外第一圆柱面(23)的右端设有第二环行体(25)，在第二环行体(25)上设有缺口(24)；

所述基体(3)的主体部分设有一个用于容纳各种光器件的沉孔(37)；在基体(3)的右侧面上，设有一个与沉孔(37)相贯、用于穿越并胶结固定水听器尾缆的通孔(38)；

所述基体(3)的左侧从左到右依次设有小圆柱体(32)和大圆柱体(31)；大圆柱体(31)设有内沉孔(34)；小圆柱体(32)设有端孔(33)，端孔(33)与内沉孔(34)相贯通；端孔(33)的内径与内弹性体(2)两端的环行体的外径相配；在小圆柱体(32)的左端设有第四环行体(322)，在小圆柱体(32)的右端设有第三环行体(321)，所述第四环行体(322)与第三环行体(321)的外径与外弹性体(1)的第一内孔(11)相配；在大圆柱体(31)的外圆上，间隔均布若干个与内沉孔(34)相贯的第一通孔(311)及第二通孔(314)；在第三环行体(321)及大圆柱体(31)的径向，设有一个光纤导引孔(313)，其与端孔(33)贯通，但与内沉孔(34)、第二通孔(314)及第一通孔(311)相互隔离；在大圆柱体(31)的端部，与第一腰子形沉孔(313)同一径向位 置上，还轴向设有另一个第二腰子形沉孔(35)；其深度恰好能贯穿基体(3)前侧面上的沉孔(37)；

所述缠绕好光纤的内弹性体(2)，以其第一环行体(22)及第二环行体(25)的外圆面胶结于基体(3)上的端孔(33)；所述缺口(24)与基体(3)上的第一腰子形沉孔(313)对齐，以便将缠绕于外第一圆柱面(23)上的光纤首尾引入基体(3)上的沉孔(37)之中；

所述缠绕好光纤的外弹性体(1)，以其第一内孔(11)胶结于基体(3)上的第三环行体(321)、第四环行体(322)的外圆；外弹性体(1)上的光纤首尾穿越光纤导引孔(35)后进入基体(3)的沉孔(37)之内。

2.按照权利要求1所述的一种推挽式光纤水听器，其特征在于：所述基体(3)的主体是由一个长度方向的上下两侧为第二圆柱面(36)、前侧面上带有一个圆头矩形沉孔(37)以及四个螺孔(39)的矩形体与矩形体左侧的大圆柱体(31)以及小圆柱体(32)叠加而成；所述大圆柱体(31)、小圆柱体(32)、第四环行体(322)与第三环行体(321)、端孔(33)与内沉孔(34)均与第二圆柱面(36)具有公共轴线；所述顶盖(4)是一块长度方向两侧为圆柱面(43)、带有四个与螺孔(39)位置对应的锥端沉孔(42)的矩形薄板(41)；所述顶盖(4)由螺钉紧固于基体(3)之后，其两侧的第三圆柱面(43)与基体(3)两侧的第二圆柱面(36)的轴线合一，第三圆柱面(43)及第二圆柱面(36)相互吻合。

3.按照权利要求1或2所述的一种推挽式光纤水听器，其特征在于：所述大圆柱体(31)的外圆上，与内沉孔(34)相贯的通孔，由径向间隔均布的第二通孔(314)及两个第一通孔(311)所组成。 

4.按照权利要求3所述的一种推挽式光纤水听器，其特征在于：所述光纤导引孔由第一腰子形沉孔(313)和第二腰子形沉孔(35)所组成；所述第一腰子形沉孔(313)沿第三环行体(321)及大圆柱体(31)的径向开设并与端孔(33)相贯通；所述第二腰子形沉孔(35)，由大圆柱体(31)的端部，顺大圆柱体(31)的轴向，与径向布置的第一腰子形沉孔(313)的同一角度位置进行开设，并与基体(3)前侧面上的沉孔(37)贯穿。

5.按照权利要求4所述的一种推挽式光纤水听器，其特征在于：所述内弹性体(2)的外第一圆柱面(23)的两端部设有的第一环行体(22)和第二环行体(25)，其外端面分别与第二内孔(21)的端面平齐；当内弹性体(2)胶结于基体(3)上的端孔(33)时，缺口(24)与第一腰子形沉孔(313)对齐，第二环行体(25)的外端面与端孔(33)的底面(331)紧贴；当外弹性体(1)以其第一内孔(11)胶结于基体(3)上第三环行体(321)和第四环行体(322)的外圆时，外弹性体(1)的外端面与大圆柱体(31)的端面(312)紧贴。 

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