[發明專利]一種光纖矢量聲磁復合傳感器

在審

• 申請號: 202010426924.3
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111426338A
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 曹亮;馮丹平;趙晨;楊明明;高守勇;張帥;萬俊;伍宏亮;劉健
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍91388部隊
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01D21/02
• 代理公司: 湖南企企衛知識產權代理有限公司 43257
• 代理人: 任合明

本發明公開了一種光纖矢量聲磁復合傳感器，目的是解決現有傳感器不能同點復合探測矢量聲場、磁場的問題。本發明由球形安裝外殼、三維光纖矢量水聽器和三維光纖矢量磁場傳感器組成。水聽器和傳感器一體封裝于球形安裝外殼內。傳感器由金屬立方塊、6根圓柱體支柱、6個磁致伸縮圓筒、6個圓筒固定螺絲、6個磁場邁克爾遜干涉儀組成；6個磁場邁克爾遜干涉儀的磁場傳感臂光纖和參考臂光纖分別纏繞在傳感器6個方向的軸上。水聽器由空心質量塊、6個彈性支柱和3個聲場邁克爾遜干涉儀組成，3個聲場邁克爾遜干涉儀的6根聲場傳感臂光纖分別纏繞在水聽器6個方向的軸上。采用本發明可同點復合探測三維矢量聲場和磁場，且有無源、非接觸式特點。

技術領域

本發明涉及一種光纖傳感器，特別涉及一種基于光纖的能對矢量聲場、磁場同點復合測量的傳感器。

背景技術

隨著水下目標隱身技術的發展，基于聲場、磁場等單一目標特性的探測手段面臨越來越嚴峻的挑戰，水下目標綜合物理場聯合探測技術應運而生。

光纖傳感器以其結構輕巧、成本低、易于大規模成陣、環境適應性強等優點成為行業關注的熱點。

目前采用光纖傳感技術進行聲磁探測主要以聲、磁分別測量為主。國防科技大學胡永明等報道了一種光纖矢量水聽器(胡永明等，“光纖矢量水聽器研究進展”，中國聲學學會2006年全國聲學學術會議，廈門，2006，pp.129-130)，該矢量水聽器采用三個光纖干涉儀作為光纖加速度計進行聲場矢量信息測量。哈爾濱工程大學呂文磊設計了一種壓差式光纖矢量水聽器(呂文磊.壓差式光纖矢量水聽器基元和測試技術[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2009)，該傳感器同樣只能對聲場矢量信息進行測量，不能同時測量磁場矢量信息。中國科學院半導體研究所馬瑞等人在《基于超磁致伸縮材料的光纖磁場傳感器》(馬瑞等，鄭州大學學報(工學版)，2019，40(6),pp.6-10)中設計了一種將光纖光柵法布里-珀羅腔和超磁致伸縮材料耦合作為傳感元件，并采用釹鐵硼永磁體提供偏置磁場的光纖磁場傳感器。該傳感器可以測量磁場信息，但無法測量聲場信息。陳耀飛等人在專利《一種基于側拋光纖表面等離子體共振的矢量磁場傳感器及其制備與檢測方法》(專利申請號：201811600803.5)中設計了一種基于側拋光纖表面等離子體共振的矢量磁場傳感器。該傳感器可以對磁場矢量信息進行測量，但無法同時測量聲場矢量信息。

目前尚沒有基于光纖傳感技術的能同時對矢量聲場、磁場進行同點復合測量的傳感器的公開報導。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：

提供一種光纖矢量聲磁復合傳感器，解決現有光纖傳感器不能同點復合探測矢量聲場、磁場的問題。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

本發明光纖矢量聲磁復合傳感器由球形安裝外殼、三維光纖矢量水聽器和三維光纖矢量磁場傳感器組成。三維光纖矢量水聽器和三維光纖矢量磁場傳感器兩者一體封裝于球形安裝外殼內。

三維光纖矢量磁場傳感器由1個金屬立方塊、6根圓柱體支柱、6個磁致伸縮圓筒、6個圓筒固定螺絲、6個磁場邁克爾遜干涉儀組成。6根圓柱體支柱通過螺紋固定在金屬立方塊的6個面上，6個磁致伸縮圓筒分別同軸套在6根圓柱體支柱外側，并分別通過圓筒固定螺絲固定在6根圓柱體支柱上(磁致伸縮圓筒在磁場作用下形變，圓筒固定螺絲在軸向限制磁致伸縮圓筒的形變，使磁致伸縮圓筒只能在徑向發生形變)。6個磁致伸縮圓筒分別套在6根圓柱體支柱后構成了三維光纖矢量磁場傳感器在笛卡爾坐標系的x+軸、x-軸、y+軸、y-軸、z+軸、z-軸,6個磁場邁克爾遜干涉儀分別安裝在三維光纖矢量磁場傳感器的x+軸、x-軸、y+軸、y-軸、z+軸、z-軸上。

金屬立方塊由無磁鋼材料制成，為立方體形狀，邊長為d1，5mm≤d1≤50mm。金屬立方塊的6個面的中心各挖有第一內螺孔，第一內螺孔直徑為d2，d2d1,深度為h1,h1d1/2。