[發明專利]端面接收軸型光纖平面水聽器

在審

• 申請號: 201910231714.6
• 申請日: 2019-03-26
• 公開（公告）號: CN110146153A
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 劉瑞;葛輝良;陳志明;金夢群;汪樟海;高曉文;謝勇
• 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;G01H3/00
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 陳繼亮

本發明公開了一種端面接收軸型光纖平面水聽器，包括接收平板、彈性軸、光纖線圈與基板，接收平板固定在彈性軸前端面且與其軸線垂直以接收聲信號，光纖線圈繞制在彈性軸表面，彈性軸后端面固定在基板的盲孔內；基板前表面與接收平板前表面平齊且兩者之間通過柔性密封材料密封，基板與彈性軸之間形成密閉空腔以避免彈性軸的柱面受到聲場影響。本發明的有益效果為：光纖平面水聽器的聲接收平板與主要聲傳播方向垂直，聲接收效率高。光纖平面水聽器光纖線圈直接繞制在彈性軸上，靈敏度易于提高，工藝成熟。光纖平面水聽器組裝后接收聲表面上所有結構平齊，降低了平面水聽器流噪聲，有效提高了光纖平面水聽器在水下航行體表面應用時的系統性能。

技術領域

本發明涉及光纖平面水聽器，主要是一種端面接收軸型光纖平面水聽器。

背景技術

光纖平面水聽器是安裝在水下航行體表面將水中聲壓信號轉化為可探測光信號調制的一種光纖傳感器，因其具有靈敏度高、不易受電磁環境干擾、易于復用等優點，近年來受到軍民領域的廣泛重視。

將水聽器置于水聲場中時，接收聲信號導致彈性體形變帶動光纖線圈的形變，并導致光纖纖芯的長度與折射率變化(彈光效應)，從而導致光纖中傳輸光的相位變化，通過光干涉將該相位變化檢測出來即可提取作用其上聲壓信號。

聲場引起光纖形變后，根據彈光效應，單模光纖徑向折射率改變與各向異性應變的關系式為式(1)：

式(1)中Δn為單模光纖徑向折射率改變，n為光纖折射率，P₁₁與P₁₂為光纖纖芯的彈光系數，ε_z為光纖纖芯軸向應變，ε_r為光纖纖芯徑向應變。

光相位改變與折射率、長度改變的關系式推導為式(2)：

式(2)中ΔΦ為光相位改變，β₀為真空中光傳播常數，L為光纖總長，ΔL為光纖長度改變。

將式(1)代入式(2)可得光相位改變與纖芯應變的關系式為式(3)：

由式(3)可知，仿真計算光纖水聽器在受到聲場作用時光纖軸向、徑向應變，代入光纖長度等參數，即可計算水聽器靈敏度。

現有的光纖平面水聽器方案主要有柱面接收軸型與平面接收碟型兩種。

柱面接收軸型光纖平面水聽器主要由彈性軸、光纖線圈與基板組成，光纖線圈繞制于彈性軸表面，彈性軸的軸線與基板表面平行，與聲傳播方向垂直。工作時，聲接收柱面與主要聲傳播方向不垂直，導致聲接收效率低，到達聲信號部分損失；組裝后聲接收表面上各結構不平齊導致流噪聲大，影響其在航行體表面的工作噪聲性能。

平面接收碟型光纖平面水聽器主要由碟形光纖線圈、彈性體、基板組成，碟形光纖線圈粘接在碟形彈性體上，碟形平面與聲傳播方向垂直，聲接收效率高，但碟形光纖線圈工藝復雜、靈敏度不易提高。

所以，需尋找一種新的工藝成熟、聲接收效率高、易于提高靈敏度且流噪聲小的光纖平面水聽器結構。

發明內容

針對已有柱面接收軸型光纖平面水聽器聲接收表面與主要聲傳播方向不垂直導致聲接收效率低、聲接收表面上結構不平齊導致流噪聲大，碟型光纖平面水聽器工藝復雜、靈敏度不易提高的問題，本發明的目的在于提供一種端面接收軸型光纖平面水聽器，以通過成熟工藝有效提高光纖平面水聽器靈敏度、降低流噪聲。