光纖水聽器傳感技術(shù)及應(yīng)用new

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1、Technology&Application摘要：光纖水聽器是在傳統(tǒng)的水聽器的基礎(chǔ)上,從一個全新的光纖技術(shù)出發(fā)，實現(xiàn)傳統(tǒng)的水聲傳感和聲納數(shù)據(jù)傳輸一體化，從而改善聲納系統(tǒng)的可靠性，并且降低其制造、使用和維護(hù)的總成本的新型水聽器。文章簡要介紹了光纖水聽器的工作原理和結(jié)構(gòu)，包括干涉型光纖水聽器、強度型光纖水聽器、光纖光柵水聽器等三種。詳細(xì)地對它們在國內(nèi)外的發(fā)展以及應(yīng)用方面進(jìn)行了介紹。關(guān)鍵字：光纖水聽器；原理；應(yīng)用中圖分類號：O427TP212.14文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-883X(2007)04-0027-03

2、沈洪羅輝一、前言聲波作為一種機械波，可以在海水中進(jìn)行遠(yuǎn)程能量傳遞，而其他類型的能量場在水中衰減很快，因此，聲波是海洋深層信息收集、傳遞和處理的最重要形式。水聽器作為水下聲波的接收設(shè)備是水聲學(xué)最重要的聲學(xué)測量儀器。光纖水聽器是基于光纖、光電子技術(shù)的一種新型水聽器，具有靈敏度高、頻帶響應(yīng)寬、抗電磁[1]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。根據(jù)聲波調(diào)制方式的不同，光纖水聽器從原理上可分三大類型：調(diào)相性光纖水聽器(主要指干涉型光纖水聽器)、調(diào)幅型光纖水聽器、偏振型光纖水聽器。二、光纖水聽器原理及結(jié)構(gòu)

3、光纖水聽器是復(fù)雜的光、機、電一體化傳感器，其在各種聲納應(yīng)用中的潛能已被認(rèn)識到，而且它已達(dá)到可與壓電水聽器相媲美的地步，其最大特點是(a)Mach-Zehnder干涉型具有足夠高的聲壓靈敏度，通常比壓電陶瓷水聽器高3個數(shù)量級。現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出多種不同的光纖水[2]聽器，如強度調(diào)制型、偏振調(diào)制型和相位調(diào)制型等。它們的成功和發(fā)展都依賴于水聽器設(shè)計與光器件發(fā)展水平的相互結(jié)合，大多數(shù)高通道數(shù)光纖水聽器陣列的研發(fā)工作都是據(jù)此開展的，因為它們能夠提供(b)Fabry-Perot干涉型高聲學(xué)靈敏度和強復(fù)用能力的最佳組合，是目前當(dāng)圖1

4、干涉型水聽器結(jié)構(gòu)圖[3]前光纖水聽器研究的重要方向之一。1、調(diào)相型光纖水聽器[4]調(diào)相型光纖水聽器主要指干涉型光纖水聽器，它是基于光學(xué)干涉儀的原理構(gòu)造的。圖1是基于幾種典型光學(xué)干涉儀的光纖水聽器的原理示意圖.圖1(a)所示是基于Mach-Zehnder光纖干涉儀光纖水聽器的原理示意圖，激光經(jīng)3dB光纖耦合器分為兩路，分別經(jīng)過傳感臂與參考臂，由另一個耦合器合束發(fā)生干涉，經(jīng)光2007.4SensorWorld27www.sensorworld.com.cn電探測器轉(zhuǎn)換后拾取聲信號。圖1(b)所示是基于Fabry-Per

5、ot光纖干涉儀光纖三、光纖水聽器的應(yīng)用水聽器的原理示意圖。由兩個反射鏡或1、軍事上的應(yīng)用一個光纖布拉格光柵等形式構(gòu)成一個光纖水聽器技術(shù)的研究在80年代Fabry-Perot干涉儀，激光經(jīng)該干涉儀時初就引起各國的高度重視，其軍事應(yīng)形成多光束干涉，通過解調(diào)干涉的信號用主要為全光纖水聽器拖曳陣列、全得到聲信號。光纖海底聲監(jiān)視系統(tǒng)、全光纖輕型潛2、調(diào)幅型光纖水聽器艇和水面艦船、共形水聽器陣列、超[5]強度型光纖水聽器基于光纖中傳低頻光纖梯度水聽器、海洋環(huán)境噪聲(a)柱狀結(jié)構(gòu)[7]輸光強被聲波調(diào)制的原理，該型光纖水及安靜型和

6、潛艇噪聲測量等。聽器研究開發(fā)較早，主要調(diào)制形式有光根據(jù)光纖水聽器的特點，使得由纖微彎式等。微彎光纖水聽器是根據(jù)光光纖水聽器構(gòu)成的聲納系統(tǒng)可以應(yīng)用纖微彎損耗導(dǎo)致光功率變化的原理而于岸基警戒系統(tǒng)，也可以應(yīng)用于潛艇制成的光纖水聽器。其原理如圖2所示。或水面艦艇的拖曳系統(tǒng)。美國對光纖兩個活塞式構(gòu)件受聲壓調(diào)制，它們的頂水聽器的研究始于70年代末，到1992端是一帶凹凸條紋的圓盤，受活塞推動年，美國海軍研究實驗室(NRL)、海軍而壓迫光纖，光纖由于彎曲而損耗變水下裝備中心(NUWC)、Gould公司?；?，這樣輸出光纖的光強受到

7、調(diào)制，轉(zhuǎn)事系統(tǒng)分公司和Litton制導(dǎo)和控制公(b)雙螺旋結(jié)構(gòu)換為電信號即可得到聲場的聲壓信號。司聯(lián)合開發(fā)了全光纖水聽器拖曳陣列3、偏振型光纖水聽器(AOTA)、潛艇和水面艦船共形水聽器[6]光纖光柵水聽器是典型的偏振型陣列(LWPA)等各種不同反潛應(yīng)用類光纖水聽器，它是利用光纖光柵作為基型的海試系統(tǒng)，1996年，美國在海岸本傳感元件，以光柵的諧振耦合波長隨敷設(shè)了64單元的全光纖海岸聲陣列。外界參量變化而移動為基本原理來實目前他們正在開發(fā)大規(guī)模(幾百個單現(xiàn)的。目前，光纖光柵水聽器典型的一元)的全光纖水聽器陣列系統(tǒng)及

8、其相種是基于光纖布拉格(Bragg)光柵構(gòu)造，關(guān)技術(shù)。英國對水聽器的研究主要由如圖3所示。當(dāng)寬帶光源(BBS)的輸出Plessey國防研究分公司、海軍系統(tǒng)分(c)星狀結(jié)構(gòu)光波經(jīng)過一個光纖布拉格光柵(FBG)公司和馬可尼水下系統(tǒng)有限公司承圖2強度型光纖水聽器結(jié)構(gòu)簡圖時，根據(jù)模式耦合理論可知，波長滿足擔(dān)，開發(fā)了全光纖水聽器拖曳陣列、布拉格條件的光波將被反射回來，