光纤水听器原理与应用

光纤水听器原理与应用 西华华范大光通信原理学 光华水器原理华展华听与状 08华11班华洲 ;西华华范大物理华子系 学与200809241108,摘要 光水听器由于其特有的抗磁干、体小等特点,在事、民用方面有着纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤广泛纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤用。本文介了光水听器的基本原理,并分度制型、强 干涉型和光型光水听器行了的介纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤 华华华,光华水器听,FMCW,光华激光器 1.光华水器华介听 声减很声波作华一华机械波～可以在海水中华行华程能量华华～而其他华型的能量华在水中衰快～因此～波是海洋深华信息 [1]收集、华华和华理的最重要形式。水华感器华水器～是在水中华华信的华器。作华反华的核心部件～在华事华声称听听声号它潜声 域中有着重要的华用～在工华生华和民用华域～也有着泛的用途广. 早期的水器主要有华华陶瓷制成的华华水器。但着华用的深入～基于华华陶瓷华感元件的水器出华了华多不足之华。听听随听 如华华磁华的敏感性～华华华华、华接华华的共振效华～同华利用华华陶瓷华行点华感的技华华度和成本也十分困华。正是由于华华华华式水听器存在华些华华～着光华和激光技华的华展～人华制出了一华基于光华光华子技华的新型水器随研听-光华水器。的究始于冷华听它研华期～由于反华的需要～美海华华始了光华水器的究。光华水器的究越越受到各的重华潜国听研听研来国.2.光华水器原理听 光华水器是华华的光、机、华一化华感器～华在已华华华出多华不同的光华水器～主要分华,强度华制型、干涉型和光华听体听 型三华。下面分华介华华的华华原理。它 2.1 强度华制型光华水器听 强度华制型光华水器～就是指外界信华光华中华华的光华行强度华制～华华我华就可以通华华华光强的华化解华出外界信听号来号。基于华原理～可以用不同的形式予以华华。主要包括三华,基于微华耗原理的光华水器～基于反射系华制的光华水个弯听数听 器～基于合效率华制的光华水器。耦听 2.1.1 基于微华耗原理的光华水器弯听 当弯条坏光华华生曲华～由于其全反射件被破～华芯中华播的某些模式的光华入包华～造成华芯中的光能华耗。华入光华声华华出光华 华1 基于螺旋华形器的微型光华水器弯听[6]华1是基于螺旋华形器的微型光华水器弯听。先用金华华以一定的螺距螺旋方式华华在光华上～然后光华再以螺旋属 方式华华在倒置的华外表面～相华华形外套相配合。水华力作用在倒置的华和外套上华～中华的光华华生曲华耗～华体并与当声体弯 华水华华。声 2.1.2 基于合效率华制的光华水器耦听 1 1 华洲 第1华 13年1月2日 华华水器是根相互平行、同华放置的光华彼此相隔一段距～其中一根光华是固定的～一根可以外界华引听将两离另随声 起的机械位移的作用而华生移华。使得根光华彼此相华两. [7] 华2 基于合效率华制的光华水器耦听 2.1.3 基于反射系华制的光华水器数听 华华水器是在华的作用下～光华端面华的光反射系的改华而华华华水信的华华。华听声数声号3中所华出的是Wurster等人研数听制的基于反射系华制的光华水器华华系华。 [8]华3 基于反射系华制的光华水器数听 可以得到端面折射系的改华量华数 2.2干涉型光华水器听 干涉型光华水器华名思华就是基于光华干涉华原理而制作而成的光华水器。听听光华水器所探华的信华水下目华华出或听号 反射的波～而水下华的华化引起水华的华化～光华水器通华感华水华的华化拾取水信。声声听来声号 [9]华4 干涉型光华水器听 华4(1)华Michelson型光华干涉华。由激光器华出的激光华3dB光华合器分华路～一路成光华干涉华的华感臂～接受耦两构声 波的华制～一路华成考臂～提供考相位～束波华臂末端的反射膜反射后返回光华合器～华生干涉～干涉的光另构参参两两耦 信华光华探华器华华华华信～华华信华理就可以拾取波的信息。号号号声 华4(2)是基于Mach-Zehender型光华干涉华。激光华3dB光华合器分华路～分华华华华感臂考臂～由一合器耦两与参另个耦 合束华生干涉～华光华探华器华华后拾取信。华华华的特点是敏度华高～且激光光源和光探华器不在同一华～避免了返声号构灵并 回光华光源的影。响 华4(3)是基于Sagnac干涉华的光华水器。激光器华出的光华合器分华束～光华华中的信臂受外界华的华华华华性听耦两当号称 [11]被破～束光在合器重新合路华华生干涉～解华华信可恢华出信。束光在光华华华器华的干涉信华坏两耦号即声号两号 [12]华4(4)是基于法布里-珀华干涉原理的光华水器听。的华感部分是由一华固定的高反华和一华可移华的高反华华成～者它两 相互平行～且华华高返华的反射系一般都大于两数90%。 2.3光华型光华水器听 在新型光华水器中～以光华听FBG或光华光华激光器作华华感元件水器的制也已华始。大量究工作表明～采用听研研FBG研制的水器相华于干涉型水器～具有如下华点听听: FBG水器是波华华华型器件～波华在华华华程中是基本不华的～水器的可听听靠 性和华定性更容易得到保华～ FBG本身或光华光华激光器本身尺寸小～容易做成点式水器使用～很听来 2.3.1 光华型光华水器华制原理听 当声会会从外界华作用于光华光华华～使光华光华华生微小的形华。华华形华～引起光华光华的华格周期或折射率分布华生华化～而使其反射华或透射华的中心波华华生移华。因而华华光华光华透射或反射的光就携华了外界华力的华化信息～也就是被外界华力所华制。 [18]华5 光华光华水器原理听 当听数声光华光华用作水器华感华～华光华光华的反射函华～华光通华光华光华反射后的光强华。如果华作用在光华光华上～光华因华本身的华性而华生物理性的会从两个伸华或华华～而反射率也由于光华华光效华而华生华化。华物理效华使得光华光华反射布 拉格波华移华。由于华作声 (6) 华于波华解华系华华～其华出光强华是光华光华中心波华的来当数即当函。光华光华反射中心波华华生移华华～其华出光强也华华生相华的华化。由于水器华感光华光华反射中心波华的移华小～因此～我华华华波华解华系华的华出光强的华化光华光华反射中心波华的移华听很与 是呈华性华系的。 2.3.2 FBG光华型光华水器信解华方听号案 2 西华华范大光通信原理学 裸光华光华华华力的敏程度灵很低～在70MPa的高华下～裸光华光华的华力敏度系华华灵数0.007nm/MPa～因此华很直接通华华察FBG波华华化华华微来号灵很号弱的水下信～必华采用敏度高的解华方法。可以通华不同方法提取出华化微弱的光信～从而华华华水下FBG所华的微弱声华的华华。华些解华方法包括,光强华制法、FBG增敏法、光华光华华匹配法和光华光华激光器法 ](DFB或DBR型光华激光器)。 2.3.2.1. 光强华制法 华6 激光光强华制法FBG水器系华华听构 激光光强华制法的系华华如上华所构将示。FBG华于蒸华水中～水池四壁采用消材料声声～最大限度吸收多余波～减声少反射华华FBG的影。水响声将号声减池底部放置水华能器～音华信放大华出。由于波是华波～华华放置可以华一步小水池四壁反射的影。响LD激光光源入射光将注入到FBG内极并声～透射光华华光华二管华华放大后～由华华 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 华华行分析华得华信号。 光华Bragg光华的华华通常比华窄。在其华华范华～入射激光波华华到内将FBG中心波华华光华两斜率华大华～华光华的微小漂移就可以引起投射光强华大的华化。由于在附近光华波华的华化随与近似华华性～相华的也FBG所受华成正声比。通华华华FBG的透射光华～就可以华华华水下华的华声控。 2.3.2.2 FBG增敏法 华FBG华行声装将与增敏聚合物的封～华性聚合物材料FBG华密华合～可以增大FBG的敏度～使波华灵漂移更加明华。在厚壁华性金外套华属内将声将并声筒壁敏感聚合物固化～光华光华置于华筒华华上～固定于敏感聚合物中。华华只有华口方向的波华力声声体会属屏献才能华敏聚合物华性华生华向华力～其他方向的华力都被金套筒蔽掉。文表明～华华增敏方法可以使FBG探华的华力敏度灵比裸光华华增大 除了聚合物金华属装筒封法～华可以采用膜片法华FBG增敏。将FBG固定于金或属当声聚合物华性膜片上。水华能器华出信华～信在水中华播到膜声号声号片使膜片华生华明华的形华～膜片的形华华生华力使FBG华生华向形华后～华致FBG的反射波华华生华明华的改华。通华华华光华反射波华的华化～同华可以方便的华得相华的水信。声号 2.3.2.3 光华光华华匹配法 华7 光华光华华匹配法水器系华华听构 在光华光华华匹配法水器系华中～听FBG1和FBG2华匹配光华光华华。所华匹配光华光华华～就是指华光华光华的性能两个参数都接近。 2.3.2.4 栅栅栅栅栅栅栅光光激光器法 光华光华激光器法是指采用FBG构成DBR( distributed Bragg reflector)或DFB(distributed feedback)两华光华光华激光器～通华华华在华作用下。声 3 分布华感式光华水器听 目前大多光华华感都是数“点式华感”～华量范华均局限在一些离区很来它散的域～一般都要增加多华感华元华展的华量范华。成本、华华性及其脆弱性均限制了华华华感技华的泛华用～而能华广个覆盖整光华华度的可华华华感的“分布式华感技华”自然受到了更大的重华和华。青 4.1国内研究华展 3 华洲 第3华 13年1月2日 我的光华水器究已取得华大的华展～在国听研达国若干技华指华上已到目前华水平～但是主要华于理华和华华室的华次～华用化、工程化的水器华听学未华华道。代表性的工作有,浙江大1997年申华了国学研家自然科基金制了华赫-华德干涉华型的PGC华元光华水华感器～在声国灵家一华华量站取得了华好的华华华果～其敏度在630Hz华到了达-134dB。1998年上海交通大学研听声灵制的干涉型华元水器～其水敏度华-160dB～加速度敏度华灵-40dB。华有中国听船舶华公司华行的华位光华水器的“八五”防国研研研学国学研华华目究～中科院及信息华华部的一些究所和哈华华工程大、防科技大等华位也都正在华展相华究工作。4.2国研外究华展 正是由于光华水器在华事华域的泛华域美海华听广国1986,1990年华政年度用于反华光华技华的华潜达算8000万美元～其中大部分用在光华水器的究华华上。听研二十世华80年代末到90年代初～美国国防部把光华海底华华系华作华22华华华技华之一。1988年6月～美海华究华华国研潜室制定了艇用“光华水器系华华听准”。1990年6月美海华制了基于心华型的华国研两个克华华干涉华华的水器～一光华构听个体装船穿透器和光华子子系华～在668华攻华潜听艇上～水器的工作华华在64Hz,50kHz范华内。5 华华 光水听器由于其特有的抗磁干、体小等特点,在事、民用方面有着纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤 广泛用。本文介了光水听器的基本原理,并分纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤度制型、干型和强涉 光型光水听器行了的介。纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤度型光水听器的构和原理相,强 但是度制型光水听器容易受到外界的干,特是光源波的干。干强涉纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤 型光水听器是基于光干纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤原理的一水听器,有高的量精度。干型光水听器主要有四构:涉涉M-Z型、Michelson型、F-P型和Sagnac型。其中Michelson和M-Z型光华水器的使用华华泛。光华型光华水器是一华听广听来近年的研广它来究华点～由于其具有华定性高、华用性高等特点而受到泛的华注～是利用光华华外界干华所华致的反射中心波华的移华华行华感。但是光华型光华水器由于其敏度听灵灵号低～因此提高探华敏度成华了一华华华的技华～同华也需要采用更华华化的信华理和解华方法提出来号去微弱信。文中华介了四华解华 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,光强华制法、FBG增敏法、光光匹配法和光激光器法。纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤 在在的光水听器的用中,分布式光水听器也是近期的研究纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤 纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤点。文中介了比介了两分布式光水听器的技方案,分是OTDR和FMCW纤纤纤纤技。其中FMCW纤由于其高的定性和精度而受到注。与此同由于光激光器的展,其良好的色性和定性可以用于良的光纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤纤华光华水声研华感器的究 参献考文 [1] 沈洪,华华.光华水器华感技华听及华用[J],华感世界, 2007, 4 [2] M.L.Henning and C.Lamb ,At-Sea Deployment of a Multiplexed Fiber Optic Hydrophone Array, Proc.1998.OFS’88?84 [3] 华仁和,倪明. 光华水器的原理华用听与[J],物理,2004.v33(7):503-507[4] 倪行华,华勇,华华,梁华. 光华水华感技华声[J], 华量华华, 2006(12) [5] 王金玉,华玲,隋青美,常华. 光华水器听浅析[J], 自华华量与控制, 2007,26(1) [6] Zhou S,Sheng L,Huang S, et al. Fiber Optic Acoustic Sensor[J]. Acta of Acustics,1995,(20):469-472. [7] 华民,王华华,薛林,廖延彪.基于光强度华制技华的光华水器听[J],半华光华体(Semiconductor Optoelectronics)Vol.24 No.3,June2003:174-178 4 西华华范大光通信原理学 [8]Wurster,C.,J.Staudenraus,et.al.(1994).Fiber.optic.probe.hy-drophone,Cannes,Fr,IEEE,Piscataway,NJ,USA [9] 王巍鑫,干涉型光华水器华分华用系华听数研与字化方案的究华华[D], 哈华华工程大华学士华文 [10] 吴斌,蔡华生,何存富,杭 利华. 用于Sagnac干涉华的PGC解华华路制研, 北京工华大华学学,2008,10(34) 5 华洲 第5华 13年1月2日