[發明專利]一種基于光纖光柵的干涉型三維矢量水聽器

在審

• 申請號: 201310711632.4
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103674219A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 張自麗;金夢群;葛輝良;吳國軍;陳小軍;劉瑞;倪程輝;葉全虎
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一五研究所
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 陳健

技術領域

本發明屬于光纖傳感器技術領域，具體涉及一種基于光纖光柵的矢量水聽器。

背景技術

矢量水聽器可用來測量聲壓梯度、質點振速、質點加速度等水中信號矢量場，相比聲壓水聽器可獲取更多的信息。矢量水聽器構成的陣列增益高，可有效減小低頻陣列的尺寸。矢量水聽器在海洋聲學測量、聲納浮標、水聲通信等領域應用廣泛。

光纖傳感技術與矢量水聽器技術相結合構成的光纖矢量水聽器，采用光纖作為敏感元件，集成構成光路的分光、反射等光分立器件，利用外界環境對光纖內傳輸光的調制效應探測水中信號。常用的方案是利用光纖耦合器、反射鏡、光纖等構成多個光纖干涉儀，采用光學干涉檢測技術實現對水中信號矢量場和聲壓的測量。該光纖矢量水聽器具有靈敏度易調節、不受電磁干擾、信號傳輸與傳感一體化、易于復用等優點，但由于內部包含較多光分立器件，在尺寸方面難以小型化，安裝工藝復雜。

發明內容

本發明的主要目的是克服現有技術不足，提供一種基于光纖光柵的干涉型三維矢量水聽器，能同時集成三維矢量場探測通道和聲壓探測通道，同時進一步減少光纖矢量水聽器中的分立光器件，以利于尺寸的小型化。

本發明為解決技術問題采取的技術方案：

一種基于光纖光柵的干涉型三維矢量水聽器，該三維矢量水聽器包括：封裝在密封外殼內的X、Y、Z三個方向的基于光纖光柵的一維加速度計，用來測量X、Y、Z三個方向的振動加速度；安裝在密封外殼外部的彈性殼體與粘接在彈性殼體上的光纖干涉儀構成聲壓測量通道，用來測量水中聲壓；密封外殼上的開孔用于引出內部基于光纖光柵的一維加速度計的尾纖；光源輸出脈沖光信號至環行器，經由光纖輸入至光纖耦合器，光信號經光纖耦合器分成兩部分，一部分經光纖輸入至粘接在彈性殼體上的光纖干涉儀，一部分經光纖輸入至基于光纖光柵的一維加速度計；時延補償干涉儀有兩臂，兩臂之間存在臂長差用來產生干涉信號，臂長差由傳感光纖的長度決定，兩根光柵反射的兩個光脈沖經時延補償干涉儀短臂的光信號與經由時延補償干涉儀長臂的光信號發生干涉，干涉信號的相位信息也由兩根光柵之間的傳感光纖決定。

作為優選，所述的三個基于光纖光柵的一維加速度計和聲壓測量通道的光纖干涉儀結構相同，所述的基于光纖光柵的一維加速度計包括兩根光柵及其之間的傳感光纖、圓形彈性片、質量塊、外殼組成，傳感光纖粘接在圓形彈性片上，圓形彈性片在外界振動作用下發生變形，帶動粘接在上面的傳感光纖發生形變，改變其中的傳輸光信號的相位，圓形彈性片中心位置安裝質量塊，質量塊用來增強圓形彈性片在外界振動作用下的變形，圓形彈性片邊沿與外殼緊密粘接，外殼用來對內部部件進行密封和保護。

作為優選，所述的三個基于光纖光柵的一維加速度計和聲壓測量通道的光纖干涉儀可通過采用時分復用技術復用至一根光纖，所有光纖干涉儀都采用同種工作波長的光柵，相鄰光柵對構成光纖干涉儀，光柵對和傳感光纖構成的光纖干涉儀形成聲壓探測通道，光柵對和傳感光纖、傳感光纖、傳感光纖構成3個正交方向的一維加速度計，各個光纖干涉儀信號在時間上進行區分。

作為優選，所述的三個基于光纖光柵的一維加速度計和聲壓測量通道的光纖干涉儀可通過采用波分復用技術復用至一根光纖，所有光纖干涉儀都采用不同工作波長的光柵，相同波長光柵對和之間的傳感光纖構成光纖干涉儀，光柵對和傳感光纖構成的光纖干涉儀形成聲壓探測通道，光柵對和傳感光纖、傳感光纖、傳感光纖構成3個正交方向的一維加速度計，光源輸出包含多波長的光脈沖信號，光柵返回的光信號經時延補償干涉儀后進入波分復用器進行解波分，對各個光纖干涉儀信號進行區分。

本發明能夠帶來以下有益效果：

1、本發明可實現水中三維矢量場探測和聲壓探測。

2、本發明不采用光分立器件，有利于尺寸的小型化。

3、本發明采用光纖光柵對和傳感光纖構成干涉儀，有利于三個矢量通道和聲壓探測通道的復用。

附圖說明

圖1是本發明的矢量水聽器結構示意圖；

圖2是基于光纖光柵的一維加速度計正視結構示意圖；

圖3是基于光纖光柵的一維加速度計側視結構示意圖；

圖4是時延補償干涉儀工作脈沖時序圖；

圖5是采用時分復用技術的矢量水聽器干涉儀結構示意圖；

圖6是采用波分復用技術的矢量水聽器干涉儀結構示意圖；