压差式光纤矢量水听器声压相位灵敏度研究

该文介绍了压差式光纤矢量水听器及其基元的工作原理,并分析了光纤层等效处理对仿真结果的影响。基于有限元法对压差式光纤矢量水听器的基本性能进行了仿真分析,根据仿真模型所选定的参数研制压差式光纤矢量水听器样品,并对样品在频率为20～1 000 Hz时进行了测试。测试结果表明,声压相位灵敏度的仿真计算结果与实验测试结果基本一致,平均差值约为1.0 dB。研究结果表明,采用有限元法对压差式光纤矢量水听器的声压相位灵敏度进行仿真具有可行性。     

驻波管测试下压差式光纤矢量水听器的改进

压差式矢量水听器基于声场有限差分原理进行声压梯度测量,而光纤声压传感器结构相对复杂,在工艺上难以保证传感器间的灵敏度一致性.研究了声压传感单元不一致对压差式光纤矢量水听器的影响,指出声压传感基元灵敏度不一致对实际应用中的行波场条件下的测量影响更严重,采用传统的驻波管校准后的压差式光纤矢量水听器在实际运用中就会造成声压的相位测量误差.提出了可通过一维方向上采用双干涉仪结构来克服此问题,并分析了该结构的压差式光纤矢量水听器的驻波管校准方法,依据该方法进行测试,可克服声压传感基元灵敏度不一致的影响,使其能在实际中得以应用.     

薄壁圆柱壳体压差式光纤矢量水听器

分析了薄壁圆柱壳体压差式光纤矢量水听器的基本原理.用光纤迈克耳孙干涉法测量水声压差信号,用琼斯矩阵理论分析了干涉系统的偏振衰落原因并用法拉第镜实现偏振补偿.分析了压差判向的声学原理,仿真了余弦指向性曲线.用轴对称问题的准静态弹性力学原理分析了水听器背衬结构模型,得出声压差相移灵敏度的解析式.实验设计并实现了薄壁圆柱壳体压差式光纤矢量水听器样机,其测量的声压相移灵敏度与理论计算结果基本吻合,其指向性测量与计算机仿真分析基本一致.在低频段灵敏度上取得了突破,为低频水声环境应用压差式矢量水听器提供了依据,为小尺寸高灵敏度光纤矢量水听器的研制提供了参考.     

基于光纤碟型加速度传感单元的三维柱形矢量水听器

光纤矢量水听器(FOVH)以其低频灵敏度高,动态范围大,抗电磁干扰,易轻型化等诸多优势,成为新型矢量水听器的一个发展热点。针对线阵列应用,开展了光纤干涉碟型矢量水听器的仿真分析和研制工作。有限元分析采用光纤等效层方法(FLEM)和光纤细化结构方法(FLDM)分别对系统的性能进行预报,研制出了光纤碟型矢量水听器样品,并进行了全面的测试。实验结果表明,所研制的矢量水听器样品在100~1000 Hz的工作频带内,矢量通道的等效声压相移灵敏度为-182 d B@100 Hz~-158.5 d B@1000 Hz(ref.1 rad/μPa),串扰小于-30 d B,有良好的矢量性。     

基于铒镱共掺分布布拉格反射式光纤激光器的有源光纤水听器声压灵敏度

对基于铒镱共掺分布布拉格反射式光纤激光器(DBR-FL)的有源光纤水听器进行了研究.制作了腔长为8 cm的铒镱共掺DBR-FL,在抽运功率为50 mW时,激光器的输出功率达到0.263 mW;采用带法拉第旋镜的迈克尔逊干涉仪和相佗载波(PGC)解调方案,解调出施加在铒镱共掺DBR-FL有源光纤水听器的声信号,并通过与标准压电水听器对比得到声压灵敏度;对单频信号进行多次测量,声压灵敏度的波动小于±0.6 dB;测量了80 Hz到2.5 kHz频率范围的响应曲线,除125 Hz,200 Hz和250 Hz三个频点外,声压灵敏度已达到或超过部分文献报道中干涉型光纤水听器的灵敏度;与基于DFB-FL的有源光纤水听器做了对比测试,结果表明频率响应不平坦是未对水听器进行封装和测试系统引起的.     

压差式光纤矢量水听器驻波场校准特性研究

利用压差式光纤矢量水听器获取复声阻抗下的声场信息,不仅需对实声阻抗下声信号的相位进行校准,还必须对虚阻抗下声信号的幅度作校准。驻波场下声阻抗为虚数,可实现声信号幅度的校准,由于2个传感基元灵敏度存在差异,声压梯度值与理论值存在幅度的差异,指向性特性为一大一小的"8"字型,凹点发生偏移。采用双光纤干涉仪结构的一维压差式光纤矢量水听器进行测试,证明了上述结论,采用灵敏度修正,可将两基元灵敏度非一致对指向性造成的影响消除,得到较理想的指向性曲线,实现对声信号幅度的校准。     

水池中低频矢量水听器灵敏度校准

在水池中,低频声源与矢量水听器吊放在水池中央,间距小于水池的混响距离,在100～1 000 Hz范围内测量矢量水听器声压和矢量通道接收信号的灵敏度.对测量得到的灵敏度进行球面修正,可得到矢量水听器声压通道和矢量通道的灵敏度.测量结果表明,这种校准方法能校准低频矢量水听器的灵敏度,结果与理论相符.     

芯轴型光纤水听器灵敏度的优化设计

声压相移灵敏度是光纤水听器的重要指标之一,提高灵敏度是光纤水听器设计的基本原则.应用正交设计方法对光纤水听器声压灵敏度指标进行优化设计,提出了一种带空气腔芯轴型光纤水听器的三维声压相移灵敏度理论模型,对其灵敏度特性进行了研究.根据提出的结构,制作了探头.通过试验测试,理论模型符合实际测试结果,并且通过极差分析方法得到各种因素对于光纤水听器灵敏度的影响程度,进而得到了优化设计方案.     

高灵敏度扇面纤毛式MEMS矢量水听器

目前微机电系统（MEMS）矢量水听器的研究出现瓶颈。大量实验表明,水听器的灵敏度与探测带宽存在着相互制约关系。为保证水听器具有20~500 Hz的针对远距离船舶辐射噪声的可探测带宽,急需提高MEMS矢量水听器在低频探测的灵敏度。该文在普通纤毛式MEMS矢量水听器的基础上,提出在柱形纤毛上集成十字扇面,通过增大声压接收面积,来提高低频探测的灵敏度。通过ANSYS Workbanch多参优化确定十字扇面的尺寸,通过ANSYS15.0对优化后的尺寸进行验证。利用微机械加工法集成扇面与柱形纤毛,利用水听器校准系统来测试扇面纤毛式矢量水听器的灵敏度,结果表明,灵敏度满足每频程6 dB的增长趋势,在500 Hz时灵敏度达到-183.6 dB（0 dB=1 V/μPa）,比普通结构提高了近5 dB。     

基于加速度传感的三维光纤矢量水听器实验研究

研制了全光湿端的基于加速度传感的三维光纤矢量水听器，介绍了它的基本结构，测试了加速度灵敏度响应，在水声一级计量站标定了指向性和声压灵敏度，进行了海上试验。实验结果表明，该光纤矢量水听器具有很高的灵敏度、较好的空间指向性和良好的低频响应，并有了初步的海上实用性能。     

基于 Parylene 膜的法 珀干涉型光纤超声水听器

针对高强度聚焦超声(HIFU)声场测量,提出并研究了一种基于Parylene膜的法-珀干涉型光纤水听器。采用真空气相沉积法在光纤的端面蒸镀Parylene膜构成光纤水听器的法-珀腔,分析了光纤水听器的传感原理和解调原理,建立了HIFU声场检测的实验系统。实验结果表明,基于Parylene膜的法-珀干涉型光纤水听器能准确传感超声信号,其输出与换能器驱动电压的非线性度小于0.01,且与聚偏氟乙烯(PVDF)针式水听器的测量结果基本一致。     

Fiber-optic ellipsoidal flextensional hydrophones

Calculations of circumferential strain, polar and equatorial displacement, lowest natural frequency, buckling pressure, and optical pressure sensitivity for an oblate-spheroidal-shell fiber optic hydrophone are presented using the theory for thin shells. Sample designs based on these calculations are compared to other fiber-optic hydrophone designs of similar dimensions and materials. A prolate-spheroidal-shell hydrophone design is also presented     

带温度补偿的新型光纤布拉格光栅水听器

本文研究了一种新的带有温度补偿功能的光纤布拉格光栅水听器封装.这种水听器的传感机制在于将水下声压信号转换为圆形薄板的轴向弹性振动,通过弹光效应实现光纤光栅中心波长的瞬时改变,从而对经过光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating,FBG)的反射光信号实现幅度调制.对2.5～12 kHz水声频率范围进行了实验测...     

高性能三维全保偏光纤矢量水听器研制

研制了高性能的三维光纤矢量听水器,采用全保偏光纤结构消除偏振不稳定性影响、光频调制相位载波（PGc）技术消除随机相位漂移,实现了探测单元的全光化。优化结构设计,采用薄壁空心刚性圆柱结构作为弹性柱体,大大拓展了光纤矢量水听器的工作频带,同时保证了水听器探测灵敏度。经权威机构检测,该光纤矢量水听器的工作频带为20～2000...     

压电三迭片式高阶声压梯度水听器研究

该文从数学上计算了不同阶声压梯度组合对空间声场的估计误差,分析了差分通道幅度和相位不一致性对有限差分近似误差的影响,研究了水听器自噪声及模数转换量化误差对高阶水听器工作频率下限的制约关系,提出了一种由4片压电三迭片构成的高阶声压梯度水听器,尺寸为?100 mm×50 mm,能够测量声场一阶声压梯度和二阶混合声压梯度。利用有限元法计算获得平面波自由声场中水听器各通道的输出电压。计算结果表明,二阶混合声压梯度通道的输出电压响应每倍频程升高12 dB,指向性与纵向四极子声源指向性一致。