应用于拖曳线列阵的分布反馈式光纤激光水听器

为了进一步拓宽端面拉伸增敏的分布反馈式(DFB)光纤激光水听器的工作频带,研制了一种外径为13mm的聚氨酯端面拉伸式增敏结构的DFB光纤激光水听器,建立了其声压灵敏度与聚氨酯材料参数的理论模型,仿真分析了水听器的动态特性与聚氨酯材料参数的关系,并制备了参数经过优化后的双组分聚氨酯材料,制作了水听器原型样品并进行了水声实验研究。实验测得,研制的聚氨酯端面拉伸式增敏结构的DFB光纤激光水听器在10~20000Hz的宽频带内获得了(-137.60±2)dB的声压灵敏度,表明聚氨酯端面增敏式封装有效地拓宽了水听器的工作频带,很好地满足拖曳线列阵的工程化应用要求。     

DFB光纤激光水听器预应力理论与实验研究

为了研究预应力对分布反馈式(DFB)光纤激光水听器水声探测性能的影响,建立了双膜片结构DFB光纤激光水听器声压灵敏度与预应力关系的理论模型,运用有限元软件ANSYS仿真分析了水听器动态性能与预应力的关系,加工制作了不同预应力作用下的DFB光纤激光水听器原型样品,并在消声水池对其进行了实验研究。实验结果表明,随着预应力的增加,DFB光纤激光水听器的频率响应趋向平坦,当预应力引起的水听器出光波长变化量增大到400 pm时,水听器在2.5~10 k Hz频率范围内的声压灵敏度为136.8 d B±0.3 d B,而预应力继续增大时,水听器的频率响应曲线变化非常小,这与理论分析和仿真结果都吻合较好。     

分布反馈式光纤激光加速度传感器结构设计

设计了一种竖直式封装结构的分布反馈式(DFB)光纤激光加速度传感器,建立了加速度灵敏度与质量块尺寸参数的理论模型。基于有限元软件,对该加速度传感器的频率响应性能进行了仿真分析,加工制作了传感器原型样品并进行了实验研究。实验结果表明,研制的DFB光纤激光加速度传感器在10~4000Hz频率范围内的平均加速度灵敏度为-119.1dB,且谐振峰值出现在5000Hz附近,与理论和仿真分析结果吻合较好。光纤激光加速度传感器的工作频带在高频方向得到了有效扩宽,能更好地满足DFB光纤激光加速度传感器在高频领域的工程化应用需求。     

应用于舷侧阵的分布反馈式光纤激光水听器研究

为减小分布反馈式(DFB)光纤激光器在水声探测时的扰动,设计了一种双膜片式封装结构的光纤激光水听器。该结构通过膜片增大声压作用面积,并转化为激光器的轴向应变以实现增敏。利用有限元软件ANSYS对该结构进行了仿真分析,加工制作了双膜片式结构封装的DFB光纤激光水听器原型样品,并对其进行了水声实验研究。实验测得,研制的双膜片端面增敏结构的DFB光纤激光水听器在2.5~10kHz的平均声压灵敏度为-136.9dB,波动幅度不高于±0.5dB,水听器的工作频带向高频得到了有效拓宽,使其能很好地满足舷侧阵的工程化应用要求。     

封装对超细型DFB光纤激光水听器性能的影响(特邀)

对超细型DFB光纤激光水听器探头封装进行了研究。通过有限元方法建立了封装结构理论模型,探讨了影响超细型光纤激光水听器频率响应与灵敏度起伏之间的因素,在灵敏度、频响一致性等指标间找到了平衡点。最后,制作了光纤激光水听器,直径6 mm,长度55 mm,灵敏度-130 dB,100 Hz~2 kHz灵敏度响应起伏4 dB,通过测试验证了理论分析和仿真的符合性。     

高灵敏度加速度抵消型分布反馈有源光纤光栅水听器研究

研究了高灵敏度抗加速度型分布反馈(DFB)有源光纤光栅水听器。采用λ/4相移型掺铒光纤光栅构成DFB激光器,输出窄线宽激光,利用弹性膜片增敏方法封装有源光纤布拉格光栅,构成了高灵敏度有源光纤光栅水听器,并以两边对称的弹性膜片构成封装结构来抵消轴向加速度干扰,提高水听器在运动情况下的检测能力,并通过对结构的优化大大提高了光纤光栅水听器的耐静水压能力。研究结果表明水听器在100～1000Hz频率范围内声-相位灵敏度达到-132.7±0.7dB(0dB=1rad/μPa),加速度灵敏度可做到-20dB(0dB=1rad/g)以下,耐静水压可达2MPa。     

基于FBG对的低加速度灵敏度拖曳声纳阵水听器

拖曳声纳阵列要求水听器在进行变速运动时不影响对水声压力信号的正常探测,这就要求水听器具有很高的抗加速度能力.为此介绍一种利用光纤光栅设计制造的对加速度不敏感而对水声压力信号具有高灵敏度的光纤水听器的实验研究结果.研制的光纤水听器声压灵敏度约为-140 dBrad/μPa,在25～6 300 Hz频率范围内具有平坦的声压...     

光纤激光水听器阵列实验研究

构建了基于分布反馈式(DFB)光纤激光器的光纤激光水听器阵列,4元DFB光纤激光器通过同一个980nm激光器同线泵浦,阵列发出的1550nm左右的复合激光通过解波分复用(BWDM)分离至独立的通道,实验结果表明,4元光纤激光水听器探测的水声信号能被无失真的解调,阵列各通道间串扰小于-60dB。     

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。     

膜片封装下光纤激光水听器的低频动态响应

为了探究膜片封装光纤激光水听器中光纤激光器产生弯曲振动的机理,首先基于梁的横向振动理论建立了光纤激光器弯曲振动模型,之后根据实际的封装结构进行了有限元仿真,分析了光纤激光器的固有频率与光纤激光水听器频响之间的定量关系,最后批量封装了光纤激光水听器,进行实验验证。仿真及实验结果表明:光纤激光器两端采用一体化硬固定方式易使光纤激光器发生弯曲振动;当光纤激光器的一阶固有频率落在工作频段内时,在谐振峰附近,光纤激光器的中心波长发生非均匀漂移,此时在远离谐振峰的频段内,水听器频响的平均值约为-135 d B,谐振峰值约为-125 d B。本研究为光纤激光水听器封装工艺的后续改进提供了参考。     

Sagnac干涉式光纤水听器传感特性理论研究

从理论上分析了Sagnac光纤水听器传感特性与信号频率、探头传感光纤长度、延时光纤长度之间的关系.分析结果表明,Sagnac光纤水听器对于相同的信号频率,其声压相位灵敏度变化周期仅与探头在Sagnac环中位置有关,延时光纤长度增加,声压相位灵敏度周期随之变短.水听器声压相位灵敏度的幅值仅与传感光纤长度有关,传感光纤长度增加,水听器声压相位灵敏度随之提高.仿真计算验证了理论分析结果,对Sagnac光纤水听器的设计和应用有一定的指导意义.     

光开关选通的光纤激光水听器时分复用阵列

为了降低传感器系统的成本及体积,利用光纤激光传感单元的特性,采用光开关选通的光纤激光水听器时分复用技术,构建了实用的基于光开关的4元光纤激光水听器时分阵列。进行了理论分析和实验验证,分析了使用光开关选通的光纤激光水听器时分复用阵列方案的选通脉宽和损耗,指出了各通道光脉冲对干涉信号的采样率的限制因素。结果表明,光开关选通的光纤激光水听器时分阵列可以很好地完成复用信号的采集和复用,实验中4元时分复用水听器相邻通道的串扰为-17dB。     

细长型光纤激光矢量水听器设计与仿真分析

针对细长型矢量水听器阵列的需求,提出了一种基于曲折梁的细长型光纤激光矢量水听器高灵敏度换能结构.根据弹性力学与振动理论,给出了该结构的灵敏度和谐振频率,并与现有的一些结构进行了对比,归纳出影响灵敏度与谐振频率的关键因素,探讨了在不降低谐振频率的前提下提高灵敏度的方法.建立了该曲折梁结构的三维ANSYS有限元仿真模型,由...     

一种甚低频PVDF压电内贴复合圆管水听器的研究＊

一种新型PVDF压电内贴复合圆管水听器巳研制成功。它具有耐高静水压、灵敏度高及加速度响应低等优点,宜在水下拖曳线阵中使用。文中提出的理论公式与实验数据相符。     

分布反馈光纤激光水听器相位一致性的测试方法

在传统压电水听器相位一致性测试的基础上提出了分布反馈(DFB)光纤激光水听器相位一致性的测试方法,并搭建了测试系统.采用偏振无关的非平衡迈克尔逊干涉仪和归一化的相位载波(PGC)解调方案,解调出光纤激光水听器感受的水声信号,并与参考压电水听器作对比,使用高精度相位检测器将两信号转化为相位差信号:重复测量第二支光纤激光水...     

分布反馈式光纤激光水听器探头封装及应用研究进展

分布反馈式光纤激光器水听器体积小、灵敏度高，便于复用成阵和布放回收，成为光纤水听器领域重要的一种技术路径。本文对分布反馈式光纤激光水听器国内外研究的探头封装结构及应用进行了综述，根据封装结构的特点，重点介绍了弯曲梁式、侧面压迫式、轴向拉压式三种主要的封装结构及其阵列应用。对国内外主要研究机构的研究指标进行分析，对比了分布反馈式光纤激光水听器不同封装结构的优缺点，并对分布反馈式光纤激光水听器阵列后续的技术发展进行了展望。     

基于双悬臂梁结构的光纤加速度传感器

为消除悬臂梁结构加速度传感器由于光纤表面粘贴产生的啁啾现象,增强横向抗干扰能力,提高共振频率,提出了一种基于双悬臂梁结构的光纤加速度传感器。给出了理论分析结果,建立了有限元模型,得到了加速度灵敏度表达式,并且探讨了在共振频率不变的情况下提高加速度灵敏度的方法。实验结果表明,该传感器在6～50 Hz内频响平坦,加速度灵敏度为14pm/g,抗横向干扰能力达20dB,与理论计算较好地吻合。     

基于相位载波解调的声低通滤波光纤水听器抗混叠性能实验研究

报道了声低通滤波光纤水听器的抗混叠实验结果.声低通滤波光纤水听器足为解决高频混叠问题而提出的一种新型光纤水听器.理论分析和实验研究已经表明.该类光纤水听器的声压灵敏度频响具有较好的低通滤波特性,对高频声信号有很强的抑制作用.通过设计对比实验,研究了高频干扰对普通光纤水听器系统信号解调的影响,以及声低通滤波光纤水听器的抗混叠性能.结果表明,当强高频干扰使得普通光纤水听器系统无法进行正确的信号解调时,声低通滤波光纤水听器的信号解调系统仍然能够正常工作,解调得到的声信号与没有干扰时的结果一致性非常好,相关系数在0.99以上.     

三维压差式光纤矢量水听器设计与实验

阐述了压差式光纤矢量水听器的基本原理,分析了基元灵敏度及间距对其声压灵敏度的影响,进行了三维压差式光纤矢量水听器探头结构设计,研制了二维压差式光纤矢量水听器样品,并进行了性能指标测试。测试结果表明,在20~1 000Hz频段内,压差式光纤矢量水听器的声压灵敏度与理论计算结果基本吻合,在500Hz具有良好的指向性。     

双光栅π相位差温度不敏感加速度传感技术研究

提出了一种基于π相位温度不敏感的双光纤布拉格光栅加速度传感技术,并设计了双光栅加速度传感器,对该传感器的温度特性和加速度对中心波长的响应进行了研究。给出了该传感器的结构及封装方法。从理论上分析了基于π相位温度不敏感的双光纤布拉格光栅加速度传感原理,分析了温度和加速度对波长的响应关系,推导了该光栅加速度传感器的响应灵敏度的解析表达式。通过实验分析双光栅的加速度响应和平坦区。实验结果表明,在温度比较宽的范围内,可实现温度不敏感加速度的准确测量,加速度响应灵敏度为15.52 pm/(m.s-2),实验值与理论值的相对误差为3.06%,加速度与波长具有较好的线性关系,线性度为99.8%,在小于共振频率的低频段具有较好的平坦区。表明该双光纤布拉格光栅加速度传感器具有温度不敏感特性,能实现低频加速度的准确测量。