基于光纤Bragg光栅的光纤水听器
从上式可以看出输出光强的交流部分与作用在 ,
上的声压成正比因此可以通过光电转换测量相 FBG ,
应的光电流实现对水声器所处声场声压的检测主 , 。要原理如图 所示1( b) 。
水听器系统3 FBG
裸光纤光栅对压力的灵敏程度很低在 的 , 70MPa 高压下裸光纤光栅的压力灵敏度系数仅为 , 0.007nm/
波长变化来检测微 因此很难直接通过观察 MPa, FBG
弱的水下信号必须采用灵敏度很高的解调方法以 , 。下介绍的几种 水听器系统实现方法通过不同方 FBG , 式提取出变化微弱的光信号从而实现对水下 所 , FBG 处的微弱声场的检测。
光强调制法3.1
激光光强调制法的系统结构如图 所示将 2 。FBG 悬于蒸馏水中水池四壁采用消声材料最大限度吸 , , 收多余声波减少反射声场对 的影响水池底部 , FBG 。放置水声换能器将音频信号放大输出由于声波是 , 。
纵波 这样放置可以进一步减小水池四壁反射的影 ,
响激光光源将入射光注入到 内透射光谱经 。LD FBG , 光电二极管转换并放大后由频谱分析仪进行分析获 ,
得声压信号。
图 光纤光栅对匹配法水听器系统结构4 激光光强调制法入射激光波长的选择图 激光光强调制法 水听器系统结构图 2 FBG 3
光纤 光栅的带宽通常比较窄在其带宽范Bragg 。 较明显的变化进而在频谱分析仪上反应出来这种 , 。围内将入射激光波长 调到 中心波长 两侧光谱 , FBG 光谱形状的要求比激光光 方法采用宽带光源对 FBG ,
斜率较大处如图 所示则光谱的微小漂移就可以 , 3 , 强调制法更低一些更便于实现, 。 引起投射光强的较大变化由于在 附近光谱随波长的 。光栅光纤激光器法3.4
变化近似为线性因此透射射光强随中心波长漂移 的 , 采用 构成 和 FBG DBR( distributed Bragg reflector) 变化也近似为线性相应的也与 所受声压成正 , FBG 两种光纤光栅激光器通过 DFB( distributed feedback) , 比通过检测 的透射光谱就可以实现对水下声 检测在声压作用下光纤光栅激光器输出的正交模式 。FBG , ,
构成的拍频以及边带的幅度和频率同样可以构成反 场的监控, 。
映水下声场的分布
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明由光纤光栅激光器制 。, 增敏法3.2 FBG
作的水听器在 时灵敏度可达到与 1kHz - 69dB re Pa/ 。对 进行声增敏聚合物的封装将弹性聚合物 FBG ,
前面三种方法相比光栅光纤激光器法的原理和结构 , 材料与 紧密结合可以增大 的灵敏度使波 FBG , FBG ,
更复杂解调难度也大一些, 。 长漂移更佳明显在厚壁刚性金属外套圆筒内壁将声 。
敏感聚合物固化将光纤光栅置于圆筒轴线上并固 , ,
定于声敏感聚合物中这样只有开口方向的声波压力 。
才能对声敏聚合物弹性体产生轴向应力其他方向的 ,
压力都被金属套筒屏蔽掉在金属套筒开口处放置网 。
结论4 状挡板声压可以通过网状小孔作用在声敏感聚合物 , 与传统的光纤水听器相比基于光纤 光栅 , Bragg 上同时又可以保护聚合物文献表明这种增敏方法 , 。, 的光纤水听器结构更简单封装后更加紧凑小巧解 , , 可以使 探头的压力灵敏度增大到FBG - 17.3nm/MPa, 调更方便无需机械调协部件并且响应速度快由于 , , 。
裸纤本身压力灵敏度系数的限制进一步改进基于 ,
的水听器的结构和解调方法以提高灵敏度将是 FBG ,
今后 水听器技术发展的主要方向FBG 。
约为裸纤 压力灵敏度的 倍因此可以方便FBG 2471 ,
的检测出 波长随声压的漂移FBG 。
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光通信技术年第 期2007 2 #" !
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