[發明專利]一種基于光頻域反射技術的光纖水聽器

在審

• 申請號: 202110773307.5
• 申請日: 2021-07-08
• 公開（公告）號: CN113503955A
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 路書祥
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 河南大象律師事務所 41129
• 代理人: 袁曼曼

本發明涉及光纖傳感技術領域，特別是一種基于光頻域反射技術的光纖水聽器，包括線性掃頻激光器、干涉儀、信號傳感探測裝置、光電探測器和信號處理單元；線性掃頻激光器輸出端與干涉儀內部光纖耦合器的輸入端相連接，光纖耦合器輸出端將掃頻激光分成兩路，一路為信號光，另一路為參考光，參考光經光纖傳輸至法拉第旋轉鏡并被其反射回光纖耦合器；信號光經光纖進入信號傳感探測裝置，接受調制并返回瑞利信號至光纖耦合器；在光纖耦合器內部發生干涉，干涉儀輸出端與光電探測器輸入端連接，光電探測器輸出端與信號處理單元輸入端相連接進行信號處理，本發明不僅具備傳統水聽器的優點，還有效解決了水聽器測量精度和測量范圍相制約的問題。

技術領域

本發明涉及光纖傳感技術領域，特別涉及一種基于光頻域反射技術的光纖水聽器。

背景技術

隨著各種先進技術在潛艇制造工藝中的應用,現代潛艇在水下運行時噪音不斷降低,這給反潛作戰帶來巨大的挑戰，目前大量裝備的傳統壓電型水聽器靈敏度已不能滿足水聲探測的實戰需要,而且由于壓電材料物理本質的原因,性能也難有較大的改進,而光纖傳感器技術的發展,為研制高性能的水聽器提供了技術可能性，通過光纖傳感與傳輸組合,可構成水下目標搜索、預警、探測和識別的陣列系統，光纖水聽器由于采用光纖作為信息載體,適宜遠距離、大范圍監測,是現代海軍反潛作戰及水下兵器試驗的先進檢測手段，同時光纖水聽器在海洋聲學環境中的聲傳播、噪聲、混響、海底聲學特性、目標聲學特性等的監測，在海洋資源勘探、海底觀測網、海洋國土安全等領域具有廣泛應用前景。

目前在大多數光纖水聽器中的光纖傳感器都是“點式傳感”，測量范圍均局限在一些離散的區域，一般都要增加很多傳感單元來拓展它的測量范圍。成本、復雜性及其脆弱性均限制了這種傳感技術的廣泛應用，從而誕生了能夠覆蓋整個光纖長度的可連續傳感的“分布式傳感技術”，絕大多數分布式傳感器都是基于光時域反射技術(OTDR)，該技術的基本原理就是探測、分析反射回來的短脈沖光，但其通常無法解決動態距離和空間精度之間的矛盾，因此，有必要對現有技術改進以解決上述技術問題。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于光頻域反射技術的光纖水聽器，具體而言通過以下技術方案實現：

本發明包括線性掃頻激光器、干涉儀、信號傳感探測裝置、光電探測器和信號處理單元；所述線性掃頻激光器輸出端與干涉儀內部光纖耦合器的輸入端相連接，光纖耦合器的輸出端將掃頻激光分成兩路，一路為信號光，另一路為參考光，參考光經光纖傳輸至法拉第旋轉鏡并被其反射回光纖耦合器；信號光經光纖進入信號傳感探測裝置，接受調制并返回瑞利信號至光纖耦合器；信號在干涉儀內部發生干涉，干涉儀輸出端與光電探測器輸入端連接，光電探測器輸出端與信號處理單元輸入端相連接進行信號處理。

具體的，所述信號傳感探測裝置包括鎧裝光纖和水聽器探頭。鎧裝光纖起到保護作用，信號通過水聽器探頭接受調制，水聽器探頭分布式排列連接。

具體的，在鎧裝光纖外部為聚脲或者聚氨酯復合材料中的一種。

具體的，水聽器探頭采用芯軸型彈性結構進行增敏處理，水聽器探頭內部傳感光纖纏繞在聲壓彈性體上，在水聽器探頭的外層封裝采用聲傳感器封裝。

具體的，參考臂光纖長度根據線性激光器掃頻頻率和水聽器探頭之間的間隔確定。

具體的，法拉第旋轉鏡插入損耗不高于0.3dB，直徑為2.5mm，長度為10mm。

具體的，所述線性掃頻激光器為線性可調諧激光器。

具體的，所述光纖耦合器為2*2光纖耦合器，插入損耗不高于0.2dB，分光比為1:1。

具體的，所述干涉儀選用邁克爾遜干涉儀。

具體的，所述光電探測器為高光電轉換效率和高抗噪的型號，且其采用鋁制外殼進行封裝，光電探測器帶寬不低于300MHz，增益為700A/W，等效噪聲壓不高于100pw/Hz1/2。