CN205537938U

CN205537938U - 光纤水听器

Info

Publication number: CN205537938U
Application number: CN201620271076.2U
Authority: CN
Inventors: 吉雁鸿; 黄强; 王子晗; 靳杰; 邝国涛
Original assignee: Sheng Qiang Science And Technology Ltd Of Shenzhen
Current assignee: Sheng Qiang Science And Technology Ltd Of Shenzhen
Priority date: 2016-04-02
Filing date: 2016-04-02
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2026-04-02

Abstract

本实用新型公开了一种光纤水听器。所述光纤水听器包括：激光器、对所述激光器发出的激光进行耦合的光纤耦合器、根据所述光纤耦合器耦合得到的光信号接收声波调制的样品臂、根据所述光纤耦合器耦合得到的光信号提供参考相位的参考臂、以及对所述光纤耦合器中形成的干涉信号进行光电转换的探测器，其中，所述样品臂与参考臂共路于同一密封腔体中。本实用新型的光纤水听器能够避免受外界温度等因素的影响，进而提高测量灵敏度。

Description

光纤水听器

技术领域

本实用新型涉及水下探测领域，特别涉及一种光纤水听器。

背景技术

声波作为一种机械波，可以在水中进行远程能量传递，而其他类型的能量场在水中衰减和快，因此，声波是海洋等水资源深层信息收集、传递和处理的最重要形式。

水听器是水中侦听声波信息的仪器，具有广泛的用途，例如用于海洋石油和天然气的勘探、地震预测、水声物理研究、海洋气候以及渔业等众多方面。

市场上较常用的水听器包括：压电式水听器和光纤水听器。近年来，随着水听器应用的深入，由于压电式水听器出现了许多不足之处，例如对电磁场的敏感性、电缆负载等等，光纤水听器的优势逐渐凸显出来。例如，光纤水听器具有抗电磁干扰、电绝缘、稳定可靠性高等众多优点。

其中，基于光纤干涉仪原理的光纤水听器，由于参考臂和样品臂处于同一环境中，受到外界环境的干扰较小，具有较高的灵敏度，越来越受到人们的重视。

然而，也正是由于参考臂和样品臂的存在，使得光纤水听器必须保证进入两臂的光强相等，而且仍然不可避免的会受到温度的影响，导致灵敏度可提高的范围有限。

实用新型内容

基于此，本实用新型的目的在于提供一种能够提高灵敏度的光纤水听器。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种光纤水听器，包括：激光器、对所述激光器发出的激光进行耦合的光纤耦合器、根据所述光纤耦合器耦合得到的光信号接收声波调制的样品臂、根据所述光纤耦合器耦合得到的光信号提供参考相位的参考臂、以及对所述光纤耦合器中形成的干涉信号进行光电转换的探测器，其中，所述样品臂与参考臂共路于同一密封腔体中。

优选地，所述密封腔体中设有传输单元和与所述传输单元紧密贴合的反射膜，所述光纤耦合器耦合得到的光信号传输至所述传输单元后分光，一部分光信号通过传输单元直接原路返回至所述光纤耦合器形成参考光，另一部分光信号继续传输经所述反射膜反射后原路返回至所述光纤耦合器形成信号光，以通过所述参考光和信号光于所述光纤耦合器中发生干涉形成所述干涉信号。

优选地，所述反射膜的材质为聚二甲基硅氧烷，厚度为1mm。

优选地，所述传输单元靠近所述光纤耦合器的一端设有密封件，靠近所述反射膜的一端设有窗片，所述密封件与窗片之间以水进行填充，以通过填充的水进行大气压平衡。

优选地，用于传输光信号的光纤的光纤头与所述窗片之间的距离为0.5mm。

优选地，所述光纤头为直径2.5mm的陶瓷光纤头。

优选地，所述密封腔体的材质为不锈钢。

优选地，所述光纤耦合器的分光比为1:1。

优选地，所述激光器发出的激光的中心波长为1310nm。

由以上本实用新型所提供的技术方案可见，与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

通过在光纤水听器中设置激光器、光纤耦合器、样品臂、参考臂和探测器，并使得样品臂和参考臂共路于同一密封腔体中。也就是说，参考臂和样品臂不再是两个不同的光路，二者共享光纤耦合器耦合得到的同一光信号，以此避免调节进入两臂的光强，同时也避免了二者分路时所受到的温度等因素的影响，从而有利于提高光纤水听器的灵敏度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型各实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本实用新型各实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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为一实施例的光纤水听器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的普通技术人员更好地理解本实用新型中的技术方案，并使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的各实施例中的技术方案予以进一步地详尽说明。

本实用新型的权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述特定的顺序或者先后次序的。应该理解为，这样使用的部件在适当情况下可以相互交换，由此在具体实施方式中将不再进行类似地描述，而仅以图示标号加以区别。

请参阅图1，在一实施例中，一种光纤水听器100包括：激光器10、光纤耦合器20、共路于同一密封腔体30中的样品臂301和参考臂302、以及探测器40。

其中，激光器10作为光源，用于发出具有一定波长的激光。较优地，激光的中心波长为1310nm。

光纤耦合器20用于对激光器10发出的激光进行耦合，此外，样品臂301返回的信号光以及参考臂302返回的参考光将于光纤耦合器20中发生干涉形成干涉信号。

本实施例中，由于样品臂301和参考臂302共路于同一密封腔体30中，因此，光纤耦合器20的分光比为1:1。也就是说，激光经过光纤耦合器20仅耦合得到一束光信号，以在样品臂301和参考臂302之间进行共享，避免了现有技术中光信号在进入样品臂301和参考臂302之前需要先进行光强调节，以此降低了光纤水听器100的复杂度，降低了光纤水听器100的制造成本。

样品臂301用于根据光纤耦合器20耦合得到的光信号接收声波调制，并返回至光纤耦合器20形成信号光。

参考臂302用于根据光纤耦合器20耦合得到的光信号提供参考相位，并返回至光纤耦合器20形成参考光。

本实施例中，样品臂301和参考臂302共路于同一密封腔体30，避免了二者分路时所受到的温度等因素的影响，从而有利于提高光纤水听器的灵敏度。

具体地，如图1所示，密封腔体30中设有传输单元31和与传输单元31紧密贴合的反射膜32。

光纤耦合器20耦合得到的光信号传输至传输单元31后分光：一部分光信号通过传输单元31直接原路返回至光纤耦合器20形成参考光，该参考光所在光路即构成参考臂302；另一部分光信号继续传输经反射膜32反射后原路返回至光纤耦合器20形成信号光，该信号光所在光路即构成样品臂301。

进一步地，传输单元31靠近光纤耦合器20的一端设有密封件311，靠近反射膜32的一端设有窗片312。

因为光纤水听器100是需要放置于水中进行声波信息的侦听，为了与水中大气压保持平衡，密封件311与窗片312之间将以水进行填充，以通过填充的水进行大气压平衡，进而避免了光纤水听器100因为气压过大而受损。

此外，通过密封件311和窗片312使得传输单元31具有良好的密封作用，进而使得密封件311与窗片312之间填充的水不会进入光纤水听器100的其他位置，避免了对其他器件，尤其是防水效果不佳的器件造成损害。

较优地，密封腔体30的材质为不锈钢。密封件311的材质为密封胶。

如图1所示，用于传输光信号的光纤的光纤头与窗片312之间的距离为0.5mm。也就是说，光信号仅能够传输至距离窗片312 0.5mm之前，以防止声波振动造成窗片312向光纤头移动，造成窗片312与光纤头之间的距离过近导致光饱和，而无法区分参考光和信号光。优选地，光纤头为直径2.5mm的陶瓷光纤头。

反射膜32的材质为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。通过PDMS能够发生轻微地形变所产生的多普勒频移现象，形变后的PDMS与传输单元31共同构成样品臂301接受声波的调制，形变前的PDMS则作为参考臂302提供参考相位。换而言之，形变越厉害，所形成的干涉信号的振荡频率越大，进而反映出声波的强度越强。

进一步地，反射膜32具有一厚度，优选为1mm，以使得参考臂302中所产生的光干涉现象可以被削弱地忽略不计，而样品臂301中所产生的光干涉现象得以保留，从而参考臂302能够返回参考光，样品臂301中能够返回信号光。

探测器40用于对光纤耦合器20中形成的干涉信号进行光电转换，即将干涉信号转换为电信号，并将电信号传输至外部终端设备(例如计算机)进行信号处理，即可拾取声波信息。

探测器40可以是具有光电转换功能的器件或者电路，例如，探测器40为CCD(Charge Coupled Device，电子耦合器件)。

现结合图1，对一具体实施例的光纤水听器的工作原理加以详细地描述如下。

1)由激光器10发出1310nm激光，经过光纤耦合器20耦合成一束光信号；

2)该光信号经传输单元31的密封件311进入密封腔体30，并继续传输至窗片312分光，一部分光信号直接原路返回至光纤耦合器20形成参考光，另一部分光信号穿过反射膜32后原路返回至光纤耦合器20形成信号光，于光纤耦合器20中发生干涉形成干涉信号；

3)该干涉信号经探测器40转换为电信号，并传输至计算机进行信号处理，基于多普勒频移原理，通过电信号的振荡频率正比于声波的强度，从而实现声波信息的拾取。

上述内容，仅为本实用新型的较佳实施例，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种光纤水听器，其特征在于，包括：激光器、对所述激光器发出的激光进行耦合的光纤耦合器、根据所述光纤耦合器耦合得到的光信号接收声波调制的样品臂、根据所述光纤耦合器耦合得到的光信号提供参考相位的参考臂、以及对所述光纤耦合器中形成的干涉信号进行光电转换的探测器，其中，所述样品臂与参考臂共路于同一密封腔体中。

2.如权利要求1所述的光纤水听器，其特征在于，所述密封腔体中设有传输单元和与所述传输单元紧密贴合的反射膜，所述光纤耦合器耦合得到的光信号传输至所述传输单元后分光，一部分光信号通过传输单元直接原路返回至所述光纤耦合器形成参考光，另一部分光信号继续传输经所述反射膜反射后原路返回至所述光纤耦合器形成信号光，以通过所述参考光和信号光于所述光纤耦合器中发生干涉形成所述干涉信号。

3.如权利要求2所述的光纤水听器，其特征在于，所述反射膜的材质为聚二甲基硅氧烷，厚度为1mm。

4.如权利要求2所述的光纤水听器，其特征在于，所述传输单元靠近所述光纤耦合器的一端设有密封件，靠近所述反射膜的一端设有窗片，所述密封件与窗片之间以水进行填充，以通过填充的水进行大气压平衡。

5.如权利要求4所述的光纤水听器，其特征在于，用于传输光信号的光纤的光纤头与所述窗片之间的距离为0.5mm。

6.如权利要求5所述的光纤水听器，其特征在于，所述光纤头为直径2.5mm的陶瓷光纤头。

7.如权利要求1所述的光纤水听器，其特征在于，所述密封腔体的材质为不锈钢。

8.如权利要求1所述的光纤水听器，其特征在于，所述光纤耦合器的分光比为1:1。

9.如权利要求1所述的光纤水听器，其特征在于，所述激光器发出的激光的中心波长为1310nm。