[發(fā)明專利]基于光電振蕩器的水聲探測裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810853943.7
• 申請日: 2018-07-30
• 公開（公告）號: CN108731789B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尹彬;吳松華
• 申請（專利權(quán)）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 黃曉軍

1.一種基于光電振蕩器的水聲探測裝置，其特征在于，包括：激光光源電路、光電振蕩環(huán)路和頻率解調(diào)電路；

所述激光光源電路，用于產(chǎn)生連續(xù)單頻激光，輸出光載波給光電振蕩環(huán)路；

所述光電振蕩環(huán)路，用于通過傳感探頭將水聲壓強信號轉(zhuǎn)化為光纖光柵的壓力信號，所述光纖光柵的壓力與所述光纖光柵的諧振波長有關(guān)，利用激光源、第一偏振控制器、相位調(diào)制器、單模光纖、光環(huán)形器、傳感探頭和光電探測器構(gòu)成微波光子濾波器，其中，激光源與第一偏振控制器一端連接，第一偏振控制器另一端與相位調(diào)制器一端連接，相位調(diào)制器另一端通過單模光纖與光環(huán)形器1端口連接，光環(huán)形器2端口與傳感探頭一端連接，光環(huán)形器3端口與光電探測器一端連接；所述微波光子濾波器的中心頻率由激光器中心頻率和傳感探頭的光纖光柵的諧振波長共同決定，所述微波光子濾波器將所述光載波調(diào)制成雙邊帶調(diào)制信號，將所述雙邊帶調(diào)制信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺瑢⑺鲭娦盘杺鬏斀o所述頻率解調(diào)電路；

所述的頻率解調(diào)電路，用于采用數(shù)字信號頻率解調(diào)技術(shù)解調(diào)出所述電信號的頻率變化信息，獲取所述微波光子濾波器的中心頻率，根據(jù)所述微波光子濾波器的中心頻率獲取所述水聲壓強信號的強度；

當應用于三維矢量水聲場時，所述光電振蕩環(huán)路包括：相位調(diào)制器、單模光纖、第一偏振控制器、光環(huán)形器、1×3耦合器、傳感探頭、光電探測器、電放大器、功分器和控制環(huán)路；相位調(diào)制器一端與第一偏振控制器連接，另一端與光環(huán)形器1端口連接，光環(huán)形器2端口與1×3耦合器1端口連接，1×3耦合器另外3個端口分別與傳感探頭連接，光環(huán)形器3端口通過控制環(huán)路與光電探測器一端連接，光電探測器另一端與電放大器一端連接，電放大器另一端與功分器一端連接，功分器的另一端與相位調(diào)制器的射頻端連接；

當應用于標量水聲場時，所述光電振蕩環(huán)路包括：相位調(diào)制器、單模光纖、第一偏振控制器、光環(huán)形器、傳感探頭、光電探測器、電放大器、功分器和控制環(huán)路；相位調(diào)制器一端與第一偏振控制器連接，另一端通過單模光纖與光環(huán)形器1端口連接，光環(huán)形器2端口與傳感探頭一端連接，光環(huán)形器3端口通過控制環(huán)路與光電探測器一端連接，光電探測器另一端與電放大器一端連接，電放大器另一端與功分器一端連接，功分器的另一端與相位調(diào)制器的射頻端連接；

所述控制環(huán)路包括通過偏振分束器、第二偏振控制器、一段長光纖、第三偏振控制器、一段短光纖和偏振合束器在光域形成的雙環(huán)路；

所述偏振分束器根據(jù)偏振特性將所述光電振蕩環(huán)路中的信號分成兩部分，其中一部分信號經(jīng)過所述第二偏振控制器和所述一段長光纖，另一部分信號經(jīng)過所述第三偏振控制器和一段短光纖傳輸后，在所述偏振合束器處進行合并；

所述偏振合束器輸出的干涉后的載波f₀和其中一個邊帶f_±1的偏振態(tài)經(jīng)過光電探測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺撾娦盘柋浑姺糯笃鞣糯蠛螅晒Ψ制鞣殖蓛刹糠郑渲幸徊糠蛛娦盘柤虞d到相位調(diào)制器的射頻端，形成光電振蕩器的環(huán)路，另一部分電信號作為微波信號的輸出，傳輸?shù)筋l率解調(diào)電路。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光電振蕩器的水聲探測裝置，其特征在于，所述傳感探頭由保偏相移光纖光柵或保偏光纖光柵F-P干涉儀構(gòu)成，包括彈性波紋膜片，當應用于標量水聲場時，通過所述彈性波紋膜片將水聲壓強p轉(zhuǎn)化為傳感探頭上的側(cè)向壓力F；

當應用于三維矢量水聲場時，傳感探頭封裝采用三分量正交一體化的芯軸式推挽結(jié)構(gòu)，所用芯軸為薄壁空心剛性柱體，由3根彈性柱體支撐1個質(zhì)量塊，相對的兩柱體內(nèi)嵌入相移光纖光柵或光纖光柵F-P干涉儀，成為各分量兩臂，窄帶光纖光柵濾波器粘貼在薄壁空心剛性柱體內(nèi)側(cè)，在軸向加速度作用下，質(zhì)量塊對相對的彈性柱體分別施加拉伸和壓縮力，彈性柱體的軸向形變導致對粘貼在彈性柱體內(nèi)的窄帶光纖光柵濾波器產(chǎn)生應力效果，通過波長和頻率轉(zhuǎn)化，進而在頻譜上產(chǎn)生頻率差，通過檢測頻率差的變化從而測出加速度。