PDF《光纤水听器的原理与应用 ！》

式中 #( 为-(. 的谐振耦合波长, 也即中心反射波长, /00 为纤芯有效折射率, $ 为光栅栅距'

当传感光栅周围 的应力随水中声压变化时, 将导致 /00 或$的变化, 从而产生传感光栅相应的中心反射波长偏移, 偏移 量由

00 $ ( # /00 !$ 确定, 这样就实现了水声声压对反射信号光的波长 调制'

所以, 通过实时检测中心反射波长偏移情况, 再根据 % /00 、 !$ 与声压之间的线性关系, 即可获得 声压变化的信息'

图 ! 光纤光栅水听器原理示意图 ! 光纤水听器的特点及其应用 由光纤水听器构成的声纳系统是现代海军反潜 作战及水下兵器试验的先进探测手段, 光纤水听器 也可以应用于海洋石油、 天然气勘探, 还可以应用于 水声物理研究以及海洋渔业等领域, 高频光纤水听 器则可以用来测量水中超声场, 用于医学测量'

下面 就光纤水听器的一些主要特点及其应用作一简略介 绍'

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$ 光纤水听器的特点 (1)低噪声特性'

光纤水听器采用光学原理构 成, 灵敏度高, 由于其自噪声低的特性决定了其可检 测的最小信号比传统压电水听器要高 #― 个数量 级, 这使弱信号探测成为可能'

(#)动态范围大'

压电水听器的动态范围一般 在2$―3$4(, 而光纤水听器的动态范围可以到1#$―1%$4('

( )抗电磁干扰与信号串扰能力强'

全光光纤 水听器信号传感与传输均以光为载体, 几百兆赫以 下的电磁干扰影响非常小, 各通道信号串扰也十分 小'

(%)适于远距离传输与组阵'

光纤传输损耗小, 适于远距离传输'

光纤水听器采用频分、 波分及时分 等技术进行多路复用, 适于水下阵列的大规模组阵'

(5)信号传感与传输一体化, 提高系统可靠性'

激光由光源发出, 经光纤传输至光纤水听器, 并在拾 取声信号后再经光纤传回到岸上或船上的信号处理 ・ % &

% ・ 前沿进展 物理 设备, 水下无电子设备! 另外, 光纤对水密性要求低, 耐高温、 抗腐蚀, 这些都将大大提高系统的可靠性! ( )工程应用条件降低! 采用全光光纤水听器 的声纳系统, 探测缆及传输缆皆为光缆, 重量轻体积 小, 系统容易收放, 使过去无法实现的方案成为可 能, 特别对拖曳阵列, 由于工程应用条件的降低而使 许多问题简单化! !! # 军事上的应用 由于光纤水听器的上述优点和特点, 使得由光 纤水听器构成的声纳系统可以应用于岸基警戒系 统, 也可以应用于潜艇或水面舰艇的拖曳系统! !! !# 资源勘探 光纤水听器在石油、 天然气等资源勘探中的应 用前景不亚于军事应用! 用光纤水听器采集地震波 信号, 经过信号处理可以得到待测区域的资源分布 信息! 用于海洋勘探时, 光纤水听器可以布放在海 底;

用于陆地勘探时, 光纤水听器可以吊放到高温高 图#$ 研制的光纤水听器基元 图%$ 光纤水听器基元在频带 内灵敏度测试的结果 ( 平均值为0,最小值为0,最大值为,(%&

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/0,最小值、 最大值与平均值的差值分别为:, (! #/0, '

1 -/0) 图 $ 我国首次光纤水听器阵列海上实验现场 压的勘测井中, 光纤水听器还可以埋到沙漠中的沙 子底下! 例如美国利通公司生产的基于光纤水听器 的钻孔成像系统, 可以用于勘探地下石油或天然气 储备, 该系统可以用于陆地或海洋! !! $# 水声物理研究等其他应用 光纤水听器用于水声物理研究, 以研究海洋环 境中的声传播、 海洋噪声、 混响、 海底声学特性以及 目标声学特性等! 由光纤水听器也可以制作鱼探仪, 用于海洋捕捞等作业! 由光纤水听器构成的水下声 系统, 还可以通过记录海洋生物发出的声音, 以研究 海洋生物以及实现对海洋环境的监测等! #$ 国内研究进展 我国在 七五 计划期间开始了光纤水听器研 究, 并在 八五 、 九五 计划期间列入研究计划, 从 实验室原理性研究到现场水域试验, 也取得一定的 进展! 光纤水听器研究在 十五 计划期间继续在国 ・ % &