CN216160830U

CN216160830U - 全光纤拖曳线列阵

Info

Publication number: CN216160830U
Application number: CN202121403343.4U
Authority: CN
Inventors: 张海生; 汪樟海; 边会淳; 李江涛; 王伟
Original assignee: 715th Research Institute of CSIC
Current assignee: 715th Research Institute of CSIC
Priority date: 2021-06-23
Filing date: 2021-06-23
Publication date: 2022-04-01
Anticipated expiration: 2031-06-23

Abstract

本实用新型公开了一种全光纤拖曳线列阵，包括光源模块，送光链路、光纤传感器模块、回光链路和探测器模块，其中光纤传感器模块由多个光纤传感器组组成，每个光纤传感器组包括一个光纤水听器、一个光纤深度传感器和三轴光纤陀螺。通过使用光纤深度传感器和光纤陀螺代替压电型深度传感器和磁航向传感器，克服了光纤拖曳线列阵内装压电型深度传感器和磁航向传感器需电缆连接的缺点，使得湿端阵内无电子元器件和导线，实现湿端全光纤化，显著提升光纤拖曳线列阵湿端可靠性。

Description

全光纤拖曳线列阵

技术领域

本实用新型涉及声纳领域，主要是一种全光纤拖曳线列阵。

背景技术

拖曳线列阵声纳具有基阵孔径较少受平台空间制约、工作频率低和远离拖曳平台噪声源等优点，广泛用于水面舰和潜艇等水下目标的探测和跟踪任务。

光纤拖曳线列阵的光源模块和探测器模块等电子器件位于水面舰或潜艇舱内，湿端采用光纤水听器传感声信号。拖曳线列阵通常内装深度传感器和航向传感器，用于获得阵深和阵形姿态。现有光纤拖曳线列阵通常采用压电型深度传感器和磁航向传感器，均需连接电缆线，导致光纤拖曳线列阵内依然存在电子元器件或导线，无法充分发挥光纤拖曳线列阵湿端可靠性高的优点。

实用新型内容

本实用新型针对光纤拖曳线列阵内装压电型深度传感器和磁航向传感器需电缆连接的缺点，提出了一种全光纤拖曳线列阵，使用光纤深度传感器和光纤陀螺代替压电型深度传感器和磁航向传感器，实现湿端全光纤化。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的。一种全光纤拖曳线列阵，包括光源模块、送光链路、光纤传感器模块、回光链路和探测器模块，其中，光源模块、送光链路、光纤传感器模块、回光链路和探测器模块依次串接形成回路；所述的送光链路主要包括第一光纤和第一波分复用器；光纤传感器模块由多个光纤传感器组构成，每个光纤传感器组包括一个光纤水听器、一个光纤深度传感器和三轴光纤陀螺；回光链路包括第二光纤和第二波分复用器；第一波分复用器的输出端分别与光纤水听器、光纤深度传感器和三轴光纤陀螺的输入端相连接，光纤水听器、光纤深度传感器和三轴光纤陀螺的输出端分别与第二波分复用器的输入端相连接。

所述的送光链路配置光放大器。

所述的光纤水听器采用迈克尔逊干涉型水听器或光纤光栅水听器。

所述的光纤深度传感器采用迈克尔逊干涉型深度传感器或光纤光栅型深度传感器。

所述的三轴光纤陀螺为敏感轴相互垂直的开环光纤陀螺，用于测量拖曳线列阵三个维度的角速度，从而解算阵形姿态。

所述的开环光纤陀螺采用3×3耦合器。

本实用新型的有益效果为：本实用新型提出的全光纤拖曳线列阵，克服了光纤拖曳线列阵内装压电型深度传感器和磁航向传感器需电缆连接的缺点，通过使用光纤深度传感器和光纤陀螺代替压电型深度传感器和磁航向传感器，使得湿端阵内无电子元器件和导线，实现湿端全光纤化，显著提升光纤拖曳线列阵湿端可靠性。

附图说明

图1是系统组成示意图。

图2是光纤水听器光路示意图。

图3是光纤深度传感器光路示意图。

图4是光纤陀螺光路示意图。

图5是探测器模块组成示意图。

图6是包含3个光纤传感器组的全光纤拖曳线列阵组成示意图。

具体实施方式

为了令本实用新型的目的、特征、优点更加明显易懂，下面结合附图中涉及的具体实施方式对本实用新型的实施例进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅为本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在未进行创造性劳动前提下获得的所有其它实施例，如只改变用途而不改变权利要求涉及基本原理的实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为系统组成示意图，全光纤拖曳线列阵包括光源模块11，送光链路12、光纤传感器模块13、回光链路14和探测器模块15，其中，光源模块11、送光链路12、光纤传感器模块13、回光链路14和探测器模块15依次串接形成回路。送光链路12包括第一光纤(11A、102A、103A、104A)、第一波分复用器(102、103、105)和光放大器104；光纤传感器模块13由光纤传感器组(106、107、108)等多个光纤传感器组构成；以光纤传感器组106为例，每个光纤传感器组包括一个光纤水听器106A、一个深度传感器106B和X轴光纤陀螺106C、Y轴光纤陀螺106D、Z轴光纤陀螺106E；回光链路14包括第二光纤(109F、110F、111F)和第二波分复用器(109、110、111)。第一波分复用器的输出端分别与光纤水听器、光纤深度传感器和三轴光纤陀螺的输入端相连接，光纤水听器、光纤深度传感器和三轴光纤陀螺的输出端分别与第二波分复用器的输入端相连接。

图2以光纤水听器106A为例说明光纤水听器光路示意图。光纤水听器106A包含耦合器201、敏感臂202、参考臂204、光纤反射镜203和205，其中参考臂204和光纤反射镜205置于消声装置206中。耦合器201共有4根尾纤，其中尾纤201A与送光链路中的第一波分复用器102的尾纤102A相连，尾纤201B与回光链路中的第二波分复用器111的尾纤111A相连，尾纤201C与敏感臂202相连，尾纤201D与参考臂204相连。

图3以光纤深度传感器106B为例说明光纤深度传感器光路示意图。光纤深度传感器106B包含耦合器301、敏感臂302、参考臂304、光纤反射镜303和305，其中参考臂304和光纤反射镜305置于刚性装置306中。耦合器301共有4根尾纤，其中尾纤301A与送光链路中的第一波分复用器102的尾纤102B相连，尾纤301B与回光链路中的第二波分复用器111的尾纤111B相连，尾纤301C与敏感臂302相连，尾纤301D与参考臂304相连。

图4以光纤陀螺106C为例说明光纤陀螺光路示意图。光纤陀螺106C包含3×3耦合器401和光纤环402，3×3耦合器401共有6根尾纤，其中尾纤401A与送光链路中的第一波分复用器102的尾纤102C相连，尾纤401C与回光链路中的第二波分复用器111的尾纤111C相连，尾纤401D和尾纤401F分别与光纤环402的两端连接，尾纤401B和401E闲置。

图5为探测器模块15组成示意图，探测器模块包括第三波分复用器51、探测器(521A、521B)等。波分复用器尾纤51A与回光链路中的第二光纤111F相连，尾纤511A与探测器521A相连，尾纤511B与探测器521B相连等。

本实用新型的原理过程如下：

在光纤拖曳线列阵中使用光纤深度传感器和光纤陀螺代替压电型深度传感器和磁航向传感器，其中光纤深度传感器用于测量水压，从而获得阵深；光纤陀螺用于测量线列阵三个维度的角速度，从而解算阵形姿态。

光源出光经送光链路中波分复用器到达各光纤传感器，声信号、水压信号和角速度信号对光相位进行调制，从而改变各光纤传感器输出干涉光光强。干涉光通过回光链路中的波分复用器传至探测器模块。探测器模块中的各探测器对相应的光纤传感器的输出光进行探测，从而结算声信号、水压信号或角速度信号。

实施例：

以图6所示的包含3个光纤传感器组的全光纤拖曳线列阵为例，说明本实用新型提出的全光纤拖曳线列阵方案。

光源模块11发出的宽谱光包含15个波长分量，分别为λ_1A、λ_1B、λ_1C、λ_1D、λ_1E、λ_2A、λ_2B、λ_2C、λ_2D、λ_2E、λ_3A、λ_3B、λ_3C、λ_3D、λ_3E，宽谱光经尾纤11A进入送光链路12，宽谱光经第一波分复用器102的分光作用，波长λ_1A、λ_1B、λ_1C、λ_1D、λ_1E的光波分别经尾纤102A、102B、102C、102D、102E进入光纤水听器106A、光纤深度传感器106B、X轴光纤陀螺106C、Y轴光纤陀螺106D和Z轴光纤陀螺106E，而波长为λ_2A、λ_2B、λ_2C、λ_2D、λ_2E、λ_3A、λ_3B、λ_3C、λ_3D、λ_3E的光波经光纤102A传至第一波分复用器103。经过第一波分复用器103的分光作用，波长为λ_2A、λ_2B、λ_2C、λ_2D、λ_2E的光波分别经尾纤103A、103B、103C、103D、103E进入光纤水听器107A、光纤深度传感器107B、X轴光纤陀螺107C、Y轴光纤陀螺107D和Z轴光纤陀螺107E，而波长为λ_3A、λ_3B、λ_3C、λ_3D、λ_3E的光波经光放大器104放大后，传至第一波分复用器105。经过第一波分复用器105的分光作用，波长为λ_3A、λ_3B、λ_3C、λ_3D、λ_3E的光波分别经尾纤105A、105B、105C、105D、105E进入光纤水听器108A、光纤深度传感器108B、X轴光纤陀螺108C、Y轴光纤陀螺108D和Z轴光纤陀螺108E。

光纤传感器组108中的光纤水听器108A、光纤深度传感器108B、X轴光纤陀螺108C、Y轴光纤陀螺108D和Z轴光纤陀螺108E的干涉光经尾纤109A、109B、109C、109D、109E和第二波分复用器109进入回光链路14。光纤传感器组107的光纤水听器107A、光纤深度传感器107B、X轴光纤陀螺107C、Y轴光纤陀螺107D和Z轴光纤陀螺107E干涉光经尾纤110A、110B、110C、110D、110E和第二波分复用器110进入回光链路14。光纤传感器组108和光纤传感器组107的干涉光在第二波分复用器110处合并后经光纤110F传至第二波分复用器111。光纤传感器组106的光纤水听器106A、光纤深度传感器106B、X轴光纤陀螺106C、Y轴光纤陀螺106D和Z轴光纤陀螺106E干涉光经尾纤111A、111B、111C、111D、111E和第二波分复用器111进入回光链路14，与光纤传感器组107和108的干涉信号合并后进入探测器模块15。

探测器模块15中的第三波分复用器51将干涉光分为15路，分别通过尾纤511A、511B等进入探测器521A、521B等。通过对光强信号进行解算，获得各光纤水听器、光纤深度传感器和光纤陀螺的光相位差，从而结算得到声信号、水压信号和拖曳线列阵运动角速度，进一步可以获得阵深和阵形姿态。

上述具体实施方式用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种全光纤拖曳线列阵，其特征在于：包括光源模块(11)、送光链路(12)、光纤传感器模块(13)、回光链路(14)和探测器模块(15)，其中，光源模块(11)、送光链路(12)、光纤传感器模块(13)、回光链路(14)和探测器模块(15)依次串接形成回路；所述的送光链路(12)主要包括第一光纤和第一波分复用器；光纤传感器模块(13)由多个光纤传感器组构成，每个光纤传感器组包括一个光纤水听器、一个光纤深度传感器和三轴光纤陀螺；回光链路(14)包括第二光纤和第二波分复用器；第一波分复用器的输出端分别与光纤水听器、光纤深度传感器和三轴光纤陀螺的输入端相连接，光纤水听器、光纤深度传感器和三轴光纤陀螺的输出端分别与第二波分复用器的输入端相连接。

2.根据权利要求1所述的全光纤拖曳线列阵，其特征在于：所述的送光链路(12)配置光放大器(104)。

3.根据权利要求1所述的全光纤拖曳线列阵，其特征在于：所述的光纤水听器采用迈克尔逊干涉型水听器或光纤光栅水听器。

4.根据权利要求1所述的全光纤拖曳线列阵，其特征在于：所述的光纤深度传感器采用迈克尔逊干涉型深度传感器或光纤光栅型深度传感器。

5.根据权利要求1所述的全光纤拖曳线列阵，其特征在于：所述的三轴光纤陀螺为敏感轴相互垂直的开环光纤陀螺，用于测量拖曳线列阵三个维度的角速度，从而解算阵形姿态。

6.根据权利要求5所述的全光纤拖曳线列阵，其特征在于：所述的开环光纤陀螺采用3×3耦合器。