[發(fā)明專利]一種大動態(tài)范圍、高靈敏度的光纖激光水聽器系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910395123.2
• 申請日: 2019-05-13
• 公開（公告）號: CN110146155A
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭百超;張宇飛;李振;張海巖;趙晨;趙俊鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 胡健男

一種大動態(tài)范圍、高靈敏度的光纖激光水聽器系統(tǒng)，包括泵浦源、波分復(fù)用器、光纖激光水聽器探頭、隔離器、邁克爾遜干涉儀、光電探測器及信號解調(diào)模塊；泵浦源輸出的光通過波分復(fù)用器后輸入到光纖激光水聽器探頭中，光纖激光水聽器探頭受到激勵后輸出的光經(jīng)過邁克爾遜干涉儀后發(fā)生干涉，得到攜帶有外界聲信號的載波信號，通過運用聲光調(diào)制器移頻代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PZT(壓電陶瓷)來提高載波信號頻率，大大增加了光纖激光水聽器系統(tǒng)的動態(tài)范圍，從而滿足測量大幅度信號的需求；同時增加邁克爾遜干涉儀的臂長差，可以大大增加光纖激光水聽器系統(tǒng)的靈敏度，從而滿足弱信號檢測的需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感器領(lǐng)域，涉及一種大動態(tài)范圍、高靈敏度光纖激光水聽器系統(tǒng)。

背景技術(shù)

與傳統(tǒng)壓電式水聽器系統(tǒng)相比，光纖激光水聽器系統(tǒng)具有靈敏度高、頻帶響應(yīng)寬、抗電磁干擾、耐惡劣環(huán)境、結(jié)構(gòu)輕巧、易于遙測和構(gòu)成大規(guī)模陣列等特點。但目前的光纖激光水聽器系統(tǒng)采用PZT(壓電陶瓷)來生成載波信號，PZT只能生成幾十kHz的信號，并且信號頻率不穩(wěn)定，因此攜帶聲信息的載波信號頻率較低，受載波頻率的限制，光纖激光水聽器系統(tǒng)的動態(tài)范圍上限受限。當(dāng)測量大幅度的信號時，由于其動態(tài)范圍上限受限，導(dǎo)致測量到的聲信號失真，無法對目標進行準確的檢測與定位。

目前從技術(shù)發(fā)展形勢的變化來看，潛艇的噪聲越來越小，機動靈活性越來越高，為了適應(yīng)新時期反潛技術(shù)的發(fā)展需要，水下反潛實時密切監(jiān)視、快速反應(yīng)是未來發(fā)展的必然趨勢，因此亟需高靈敏度的光纖激光水聽器系統(tǒng)。但目前的光纖激光水聽器系統(tǒng)由于受干涉儀臂長差的限制，導(dǎo)致其靈敏度不能滿足測量安靜型潛艇的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種大動態(tài)范圍、高靈敏度的光纖激光水聽器系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過采用聲光調(diào)制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PZT(壓電陶瓷)提高載波頻率，提高光纖激光水聽器系統(tǒng)的動態(tài)范圍上限；同時增加光纖環(huán)的長度來增加邁克爾遜干涉儀臂長差，提高光纖激光水聽器系統(tǒng)靈敏度，從而使該系統(tǒng)既能夠測量弱信號，又能滿足測量大幅度信號的需求。

本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：一種大動態(tài)范圍、高靈敏度的光纖激光水聽器系統(tǒng)，包括泵浦源、波分復(fù)用器、光纖激光水聽器探頭、隔離器、邁克爾遜干涉儀、聲光調(diào)制器驅(qū)動、光電探測器及信號解調(diào)模塊；

泵浦源輸出連續(xù)光送至波分復(fù)用器的公共端，波分復(fù)用器對連續(xù)光透傳，從透射端進入光纖激光水聽器探頭中，光纖激光水聽器探頭受連續(xù)光激勵后產(chǎn)生反射光信號，當(dāng)有外界聲信號時，外界聲信號對光纖激光水聽器探頭反射的連續(xù)光能夠進行波長調(diào)制，使得光纖激光水聽器探頭輸出的反射光信號攜帶有外界聲信號，并再次通過波分復(fù)用器后從其反射端進入隔離器中，經(jīng)過隔離器隔離后輸出的光信號輸入到邁克爾遜干涉儀中發(fā)生干涉，得到攜帶外界聲信號的載波信號送至光電探測器，光電探測器將攜帶外界聲信號的載波信號進行光電轉(zhuǎn)換，得到相應(yīng)的電信號進入信號解調(diào)模塊；聲光調(diào)制器驅(qū)動產(chǎn)生的同步電參考信號也進入到信號解調(diào)模塊，信號解調(diào)模塊根據(jù)從光電探測器輸出的電信號與聲光調(diào)制器驅(qū)動輸出的同步電參考信號解調(diào)出外界水聲信號；

邁克爾遜干涉儀包括耦合器、光纖環(huán)、第一法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡、第二法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡、聲光調(diào)制器；

進入邁克爾遜干涉儀的光信號經(jīng)過耦合器后分成兩路，一路光經(jīng)過光纖環(huán)后通過第一法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡進行反射，反射后的光信號再次經(jīng)過光纖環(huán)后輸入到耦合器，另一路光經(jīng)過聲光調(diào)制器移頻后通過第二法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡進行反射，反射后的光信號再次經(jīng)過聲光調(diào)制器后輸入到耦合器；在耦合器處，兩束光信號發(fā)生干涉，產(chǎn)生攜帶外界聲信號的載波信號；

邁克爾遜干涉儀的外部設(shè)有隔振封裝，用于抑制光纖環(huán)隨外界振動導(dǎo)致的載波信號不穩(wěn)定現(xiàn)象；

光纖激光水聽器探頭外部設(shè)有增敏封裝，用于拾取水聲信號；

光纖激光水聽器系統(tǒng)的動態(tài)范圍為D，其中