[發(fā)明專利]基于并帶光柵陣列的水聽器和制造方法及聲壓檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210150317.8
• 申請(qǐng)日: 2022-02-18
• 公開（公告）號(hào): CN114509152B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李政穎;王昌佳;王立新;桂鑫;王一鳴;高會(huì);王藝斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01H9/00
• 分類號(hào): G01H9/00;G02B6/02
• 代理公司: 武漢開元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 李滿

本發(fā)明公開了一種基于并帶光柵陣列的水聽器，它包括鋼絞線、彈性增敏層、并帶光柵陣列光纖，彈性增敏層包裹鋼絞線，鋼絞線和彈性增敏層共同組成水聽器的芯軸，并帶光柵陣列光纖等螺距的纏繞在彈性增敏層上，并帶光柵陣列光纖的每根光纖中相鄰兩個(gè)光柵形成一個(gè)水下聲壓信號(hào)測(cè)區(qū)。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)高靈敏度、耐水壓的分布式光纖水聽檢測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及分布式光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種基于并帶光柵陣列的水聽器和制造方法及聲壓檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

隨著潛艇、水下潛航器等水下目標(biāo)的工作深度和減震降噪技術(shù)不斷提高，對(duì)水聽器的耐水壓能力、靈敏度提出了更高的要求。因此亟需一種高靈敏度、耐水壓的新型水聲傳感監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。

傳統(tǒng)的壓電式水聽器由于不抗電磁干擾、靈敏度低、信噪比差等問題，使其在海洋應(yīng)用環(huán)境中受到限制。而光纖水聽器是通過水下聲壓信號(hào)對(duì)光纖中傳輸光的調(diào)制作用來進(jìn)行探測(cè)，相比于傳統(tǒng)的壓電類水聽器具有靈敏度高、信噪比強(qiáng)、抗電磁干擾、易于大規(guī)模組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在海洋監(jiān)測(cè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

基于光纖干涉儀的水聽器，20世紀(jì)70年代被美國海軍實(shí)驗(yàn)室首次提出后，就引起了各國科學(xué)界的廣泛研究，其聲壓靈敏度比壓電型提高了30dB，但是這類干涉式水聽器需要一些不能集成在光纖中的各種光學(xué)元件構(gòu)成干涉結(jié)構(gòu)，大規(guī)模成陣時(shí)需要大量的這種光學(xué)元件，并產(chǎn)生大量的光纖熔接點(diǎn)，無法進(jìn)行大規(guī)模復(fù)用。(參考文獻(xiàn)：Plotnikov M Y,Lavrov V S,Dmitraschenko P Y,et al.Thin cable fiber-optic hydrophone arrayfor passive acoustic surveillance applications[J].IEEE Sensors Journal,2019,19(9):3376-3382.)

基于分布式光纖的水聽器，與傳統(tǒng)的干涉型光纖水聽器相比，分布式光纖水聽器僅有一根光纖組成，通過后向瑞利散射信號(hào)來進(jìn)行聲壓信號(hào)感知，可以大規(guī)模組網(wǎng)復(fù)用，并且具備較高的可靠性。但是，散射光極其微弱并且隨機(jī)分布，造成檢測(cè)信噪比低、靈敏度差，需要通過增加光纖長度來提高靈敏度，難以保證水聽器陣列空間分辨率。(參考文獻(xiàn)：Lu B,Wu B,Gu J,et al.Distributed optical fiber hydrophone based on Φ-OTDR and itsfield test[J].Optics Express,2021,29(3):3147-3162.)

基于光柵陣列光纖的水聽器，該方法采用光柵反射信號(hào)來進(jìn)行聲壓信號(hào)感知，在保障有效的信噪比的同時(shí)可以進(jìn)行大規(guī)模組網(wǎng)復(fù)用，但是光柵在水下受到的壓力作用，使光柵中心波長發(fā)生漂移，無法正常的解調(diào)水下聲壓信號(hào)，因此無法在較深的水下環(huán)境使用。(參考文獻(xiàn)：耐用的光纖陣列CN 200380100913.0)。

綜上所述，現(xiàn)有的光纖水聽器結(jié)構(gòu)難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)高靈敏度、耐水壓的應(yīng)用需求。基于以上問題，需要一種具備高靈敏度、耐水壓的新型分布式光纖水聽檢測(cè)技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是要提供一種基于并帶光柵陣列的水聽器和制造方法及聲壓檢測(cè)方法。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)高靈敏度、耐水壓的分布式光纖水聽檢測(cè)。

為實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種基于并帶光柵陣列的水聽器，它包括鋼絞線、彈性增敏層、并帶光柵陣列光纖，彈性增敏層包裹鋼絞線，鋼絞線和彈性增敏層共同組成水聽器的芯軸，并帶光柵陣列光纖等螺距的纏繞在彈性增敏層上，并帶光柵陣列光纖的每根光纖中相鄰兩個(gè)光柵形成一個(gè)水下聲壓信號(hào)測(cè)區(qū)。

上述水聽器的制造方法，其特征在于，它包括如下步驟：

步驟一：將聚氨酯材料通過加熱擠塑，與鋼絞線固化形成軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)的實(shí)心彈性增敏芯軸；