[發(fā)明專利]基于光電振蕩器的水聲探測(cè)裝置

有效

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

本發(fā)明提供了一種基于光電振蕩器的水聲探測(cè)裝置。該裝置包括：激光光源電路、光電振蕩環(huán)路和頻率解調(diào)電路。該裝置通過將相移光纖光柵或光纖光柵F?P腔干涉儀嵌入到微波光子濾波器中，利用彈性柱體使外界聲波變化轉(zhuǎn)化為光纖光柵應(yīng)力或壓力變化，進(jìn)而引起的波長(zhǎng)變化轉(zhuǎn)為微波光子濾波器中心頻率的變化，從而使光電振蕩器輸出微波信號(hào)的頻率發(fā)生變化。通過數(shù)字信號(hào)解調(diào)技術(shù)分析頻率變化完成水下聲場(chǎng)探測(cè)。相比常規(guī)光纖水聽器裝置，本發(fā)明裝置具有更高的精度、解調(diào)速度、信噪比以及大動(dòng)態(tài)范圍。所涉及的技術(shù)內(nèi)容主要包括微波光子濾波器制作技術(shù)、多頻光電振蕩技術(shù)、標(biāo)量聲壓和三維聲場(chǎng)測(cè)量技術(shù)、信號(hào)解調(diào)技術(shù)、封裝技術(shù)和陣列復(fù)用技術(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖水聲探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于光電振蕩器的水聲探測(cè)裝置。

背景技術(shù)

目前，光纖光柵水聽器技術(shù)主要分為普通光纖布拉格光柵(FBG)型、光纖光柵法布里珀羅(FBG-FP)腔型、光纖激光型。基于普通FBG的光纖水聽器技術(shù)是較早被研究的一種光纖水聲探測(cè)技術(shù)，主要分為強(qiáng)度調(diào)制型和干涉型兩類。強(qiáng)度調(diào)制型FBG水聽器技術(shù)利用優(yōu)良的可調(diào)諧激光器或者高精度的波長(zhǎng)掃描裝置把反射光中心波長(zhǎng)的變化轉(zhuǎn)化為光強(qiáng)變化。干涉型FBG水聽器技術(shù)利用非平衡干涉儀通過相位檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度傳感，但解調(diào)干涉儀的臂長(zhǎng)差受FBG反射光相干長(zhǎng)度的限制，實(shí)際系統(tǒng)需要對(duì)探測(cè)精度和靈敏度折中選擇。由于裸光柵的聲壓相位靈敏度只有6pm/MPa，信號(hào)的探測(cè)和解調(diào)難度較大，所以限制該種光纖光柵水聽器發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)主要是FBG的增敏技術(shù)和高精度的信號(hào)解調(diào)技術(shù)。基于FBG水聽器技術(shù)雖然可以極大地降低陣列的空間體積，但受FBG帶寬和波長(zhǎng)分辨率的限制，即使采用增敏封裝，其聲壓相位靈敏度與相位噪聲仍然難以與采用相干檢測(cè)的干涉型光纖水聽器技術(shù)相比，因此系統(tǒng)性能遠(yuǎn)低于干涉型光纖水聽器技術(shù)。且隨著傳感系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)損耗會(huì)不斷增加，傳感系統(tǒng)反射的光強(qiáng)不斷減弱，造成系統(tǒng)信噪比下降。

基于FBG-FP腔傳感技術(shù)早期較多的采用寬譜光源的低相干檢測(cè)方法，這種方法探測(cè)精度較低，難以滿足高性能光纖水聽器的苛刻指標(biāo)。因此，基于FBG-FP腔的光纖水聽器技術(shù)必須采用高精度的高相干檢測(cè)方法，通過更精細(xì)的相位檢測(cè)來獲得與水聲信號(hào)有關(guān)的FBG-FP腔長(zhǎng)變化。美國(guó)的TB-33拖曳系統(tǒng)和挪威的大規(guī)模地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用的都是這種方案。基于FBG-FP腔的光纖水聽器技術(shù)雖然在探頭靈敏度、結(jié)構(gòu)小型化設(shè)計(jì)和大規(guī)模組陣方面更具優(yōu)勢(shì)，但需要復(fù)雜的干涉解調(diào)設(shè)備，為了達(dá)到更高精度，波長(zhǎng)與相位的響應(yīng)越大，干涉臂長(zhǎng)差越大，但是較大的臂長(zhǎng)差也耦合進(jìn)了更多的環(huán)境噪聲，使得傳感信號(hào)的精度降低，需要超高精度的溫度控制裝置來控制干涉儀周圍的的溫度場(chǎng)分布，會(huì)大大增加系統(tǒng)的造價(jià)。同時(shí)這種水聽器技術(shù)容易受到外界環(huán)境擾動(dòng)，需要引入抗偏振衰弱技術(shù)來抑制偏振導(dǎo)致的信號(hào)衰弱。

光纖激光水聽器技術(shù)由于具有復(fù)用能力強(qiáng)且光纖光柵激光器的長(zhǎng)度一般為厘米量級(jí)，特別適合于構(gòu)造超細(xì)水聽器陣列，同時(shí)它可以滿足對(duì)光纖水聽器陣列的平臺(tái)重量和功率限制等要求，其在水下探測(cè)領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用前景。但是盡管光纖激光水聽器技術(shù)在構(gòu)造波分復(fù)用陣列方面具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，但由于增益有源光纖和泵浦光的引入使得結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，增加了制造難度。大量光纖激光器作為傳感元件放在濕端，使得系統(tǒng)性能保障難度極大。另外，泵浦吸收問題導(dǎo)致單根光纖能夠承載的傳感基元數(shù)嚴(yán)重受限，而激光諧振腔相干坍塌問題即作為傳感器的光纖激光器容易受到背向反射激光干擾而缺乏穩(wěn)定性，使得大規(guī)模陣列中各個(gè)基元的性能都會(huì)受到干擾。目前，現(xiàn)有的光纖光柵水聽器技術(shù)中的單基元的高性能指標(biāo)和陣列實(shí)現(xiàn)大復(fù)用數(shù)目還不能同時(shí)滿足，制約了光纖激光水聽器技術(shù)地發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種基于光電振蕩器的水聲探測(cè)裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。

一種基于光電振蕩器的水聲探測(cè)裝置，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；