CN2729667Y - 干涉型光纤水听器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种应用于潜艇、声纳系统的干涉型光纤水听器。其包括声屏蔽套筒，声屏蔽套筒一端设置有水听器主体，另一端设置有光纤连接器，水听器主体包括参考臂、配重片、刚性基座和信号臂，参考臂和信号臂通过连接轴连接，连接轴通过刚性基座设置在声屏蔽套筒上，参考臂位于声屏蔽套筒内，信号臂位于声屏蔽套筒外，配重片设置在参考臂外端，声屏蔽套筒两侧内壁上开有耦合器槽，耦合器槽内设置有耦合器，耦合器上引出有两根光纤，一根直接绕于参考臂上，另一根通过连接轴上的小槽导出声屏蔽套筒绕于信号臂上，光纤连接器通过密封盖设置在声屏蔽套筒上。其解决了目前的光纤水听器无法同时保较高的声压灵敏度和较低的加速度灵敏度的技术问题。
Description
一、技术领域
本实用新型涉及一种传感器，尤其是一种应用于潜艇、水面的声纳系统、海洋声纳浮标和海岸拖曳声纳系统的干涉型光纤水听器。
二、背景技术
水听器主要用于供反潜和水下探声，是现代海军反潜战及水下兵器试验的先进检测手段，同时也用于海洋声学环境中声传播、噪声、混响、海底声学特性、目标声学特性等的监测。
传统的压电型水听器的灵敏度已经无法满足对采取“静音措施”的水下武器的探测要求。而光纤水听器具有灵敏度高、不需复杂阻抗匹配技术、不易受环境影响、防潮、抗干扰能力强的特点，已取代压电型水听器，广泛应用于声纳和反潜系统，成为世界各国国防研究的热点。由于光纤水听器的重要军事用途，在国内外都对水听器的滩探头结构列为严格保密范围，所以关于传感结构没有文献上可查，我国对光纤水听器的研究都还处在实验室和海试阶段，还未向工程化发展。
从声传感基本原理来分，光纤水听器可分为强度、偏振和干涉型三种类型。其中强度和偏振型由于不适合组成传感器阵列等原因，其相关研究很少，因此干涉型传感探头的设计方案成为主要研究方向。其主要有心轴型、平面型、椭球型、全向型和微弯型等，其最主要的研究方向为心轴型，其它类型是由于结构复杂，灵敏度低或者抗加速度响应性能低等原因，相关设计研究报道很少。
一个性能优良的光纤水听器应具备高的声压(相位)灵敏度、尽量低的加速度(相位)灵敏度，它关系到拖曳线阵声纳能否有效地抑制由拖缆抖动、涡流及变速拖曳力等引起的振动噪声干扰。在实际应用中加速度的作用主要表现在低频段(20-200Hz)，光纤水听器在这个频段对水声信号探测时，必须降低其对加速度的响应，因为在这同一频段内，外界惯性系产生的加速度运动造成水听器的输出和水声信号引起的输出互相迭加在一起，使信号的解调和分离非常困难，造成了光纤水听器的优势难以发挥，另外，又不能以牺牲水听器较高的声压灵敏度来获得较低的加速度灵敏度，因此在探头结构设计上采取一定措施来降低加速度的响应成为关键。传统的PVDF压电有机薄膜材料所制作的水听器(轴向)加速度灵敏度为-70~-80dB(0 dB ref 1V/g)，它具有很低的加速度灵敏度，但其声压接收灵敏度却很低，一般为-180dB以上。对于心轴型的光纤水听器，其声压接收灵敏度高，但由于未采取降低加速度响应措施，其加速度(轴向)灵敏度为-10~-15dB(0 dB ref 1V/g)。
三、实用新型内容
本实用新型解决了背景技术中的光纤水听器无法同时保证较高的声压灵敏度和较低的加速度灵敏度的技术问题。
本实用新型的技术解决方案是：本实用新型为一种光纤水听器，其特殊之处在于：所述声屏蔽套筒1一端设置有水听器主体8，另一端设置有光纤连接器12，水听器主体8包括参考臂3、配重片7、刚性基座4和信号臂5，参考臂3和信号臂5通过连接轴6连接，连接轴6通过刚性基座4设置在声屏蔽套筒1上，参考臂3位于声屏蔽套筒1内，信号臂5位于声屏蔽套筒1外，配重片7设置在参考臂3外端，声屏蔽套筒1两侧内壁上开有耦合器槽2，耦合器槽2内设置有耦合器9，耦合器9上引出有两根光纤10，一根直接绕于参考臂3上，另一根则通过连接轴6上的小槽导出声屏蔽套筒1绕于信号臂5上，光纤连接器12通过密封盖11设置在声屏蔽套筒1上。
上述参考臂3和信号臂5以刚性基座为中心对称设置在刚性基座两侧。
上述参考臂3和信号臂5为同样弹性材料构成的同厚度的弹性体。
上述信号臂5内设置有空气腔。
上述光纤连接器12为两个。
上述耦合器9通过刚性立柱设置在耦合器槽2内。
本实用新型具有以下优点：
1、水听器的灵敏度高。本实用新型信号臂的弹性体采用杨氏模量较小的材料，同时引入空气腔，采取封闭措施，其内腔是空气，空气腔的引入可以增大探头的灵敏度以及平衡静水压，提高水听器的灵敏度高。
2、加速度灵敏度响应低。本实用新型以刚性基座为中心，传感臂和信号臂左右对称分布，使其二者在同样的加速度作用下受力是相同的，即在轴向受到相同的加速度作用引起的相位差相同，另外，在声屏蔽套筒腔内采取调整配重片的措施来保证二者受到加速度的作用时，引起的相位大小相同，方向一致。这样二者可以相互抵消，因此参考臂和信号臂总的相位差不会随加速度的不同而变化，提高了对水声信号的探测的信噪比，加速度灵敏度响应低。
3、探头结构和制作工艺简单。本实用新型采用组件式设计，在对两臂的光纤绕制时是分开进行，然后组装到刚性基座上。这样做，易于使两臂绕制工艺要求一致，同时避免光纤发生折断。两臂组装好后，再组装两个刚性立柱放置耦合器，然后再套上声屏蔽套筒，安装刚性后盖和光纤连接头。制作工艺简单。
四、附图说明
附图为本实用新型的结构示意图。
五、具体实施方式
参见附图，本实用新型包括声屏蔽套筒1，声屏蔽套筒1一端设置有水听器主体8，另一端设置有光纤连接器12，水听器主体8包括参考臂3、配重片7、刚性基座4和信号臂5，参考臂和信号臂依靠轴的嵌套配合对称地连接于连接轴的两端，连接轴6通过刚性基座4设置在声屏蔽套筒1上，参考臂3位于声屏蔽套筒1内，信号臂5位于声屏蔽套筒1外，配重片置于参考臂的外端，用螺钉予以固定，声屏蔽套筒1两侧内壁上开有耦合器槽2，耦合器槽2内设置有耦合器9，耦合器9可通过刚性立柱设置在耦合器槽2内，耦合器9上引出有两根光纤10，一根直接绕于参考臂3上，另一根则通过连接轴6上的小槽导出声屏蔽套筒1绕于信号臂5上，光纤连接器12通过密封盖1 1设置在声屏蔽套筒1上，光纤连接器12可为两个。
本实用新型探头的刚性基座4中心是受力点，使左右对称，采用心轴式和内腔设计，这样就通过调整在声屏蔽套筒1腔内的配重片7来降低水听器的加速度灵敏度，以刚性基座4为中心左右对称，参考臂3和信号臂5采用同样的弹性材料，同厚度的弹性体，这样使二者在加速度的作用下，两臂光纤的相位变化大小相等、方向一致，互相抵消，总相位差不随加速度作用发生变化。其中，绕制在参考臂3上的光纤处于声屏蔽套筒1腔内，不会受到水声信号的调制而导致传输光的相位变化。声屏蔽套筒1腔内预留有空间，作用是放置多余的光纤和配重片7，这样便于调整配重片7以达到降低加速度引起相位噪声的目的，使两臂在加速度的作用下产生的相位变化抵消。信号臂5的内腔是空气，空气腔的引入是增大探头的灵敏度以及平衡静水压，以达到提高水听器的声压接受灵敏度的目的，同时光纤的绕制为多层。
本实用新型通过暴露在水中的信号臂5来对水下声场信息进行探测。单纵模激光通过其中一个光纤连接器输入到水听器，通过耦合器按50∶50的分光比，分别进入参考臂3和信号臂5，参考臂3的光纤在声屏蔽套筒1的屏蔽作用下不受水下声场形成的声压作用的影响，而信号臂5的光纤在水下声场所形成的声压作用下使光纤发生微形变，其导致在光纤中传输的激光的相位发生变化，该相位变化反映的是水下声波信息，然后参考臂3和信号臂5的两束光在另一个耦合器汇合进行干涉，发生干涉后的载有水声信息的激光通过另一个光纤连接器输出，从水听器输出的激光通过光电探测器转换成电信号，该信号经过后期的信号处理电路处理后就得到水声信号。
Claims (6)
1、一种干涉型光纤水听器，包括声屏蔽套筒(1)，其特征在于：所述声屏蔽套筒(1)一端设置有水听器主体(8)，另一端设置有光纤连接器(12)，所述水听器主体(8)包括参考臂(3)、配重片(7)、刚性基座(4)和信号臂(5)，所述参考臂(3)和信号臂(5)通过连接轴(6)连接，所述连接轴(6)通过刚性基座(4)设置在声屏蔽套筒(1)上，所述参考臂(3)位于声屏蔽套筒(1)内，所述信号臂(5)位于声屏蔽套筒(1)外，所述配重片(7)设置在参考臂(3)外端，所述声屏蔽套筒(1)两侧内壁上开有耦合器槽(2)，所述耦合器槽(2)内设置有耦合器(9)，所述耦合器(9)上引出有两根光纤(10)，一根直接绕于参考臂(3)上，另一根通过连接轴(6)上的小槽导出声屏蔽套筒(1)绕于信号臂(5)上，所述光纤连接器(12)通过密封盖(11)设置在声屏蔽套筒(1)上。
2、根据权利要求1所述的干涉型光纤水听器，其特征在于：所述参考臂(3)和信号臂(5)以刚性基座(4)为中心对称设置在刚性基座(4)两侧。
3、根据权利要求1或2所述的干涉型光纤水听器，其特征在于：所述参考臂(3)和信号臂(5)为同样弹性材料构成的同厚度的弹性体。
4、根据权利要求3所述的干涉型光纤水听器，其特征在于：所述信号臂(5)内设置有空气腔。
5、根据权利要求4所述的干涉型光纤水听器，其特征在于：所述光纤连接器(12)为两个。
6、根据权利要求5所述的干涉型光纤水听器，其特征在于：所述耦合器(9)通过刚性立柱设置在耦合器槽(2)内。
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