[发明专利]一种局域共振型声子晶体滤波光纤水听器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体是一种通过声子晶体对声信号进行滤波的声子晶体滤波光纤水听器。

背景技术

光纤传感器与对应的常规传感器相比，在灵敏度、动态范围、可靠性等方面具有明显的优势。

光纤水听器是利用光纤的传光特性以及它与周围环境相互作用产生的种种调制反应，探测液体中压力、声音等信号的仪器。它与传统的压电类传感器相比，有以下主要优势：频带宽、声压灵敏度高、不受电磁干扰、重量轻、可设计成任意形状，以及兼具信息传感及光信息传输于一身等优点。

局域共振型声子晶体由刘正猷教授等人于2000年首次提出。他们将包覆了很软的硅橡胶材料的铅球按简单立方晶格结构排列在环氧树脂基体中，形成了一种三维三组元的声子晶体。理论和实验结果均发现，该声子晶体的带隙所对应的波长远大于晶格常数，突破了Bragg散射机理的限制。而且在散射体并非严格周期分布时，复合结构同样具有带隙，由此提出了弹性波带隙的局域共振机理。局域共振机理认为，在特定频率的弹性波激励下，各个散射体产生共振，并与弹性波长波行波相互作用，从而抑制其传播。由于局域共振带隙的产生取决于散射体自身共振特性与基体中长波行波的相互作用，因此，其带隙频率与单个散射体固有的振动特性密切相关。这为声子晶体的低频减振降噪应用开创了新的局面。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种能够提高光纤水听器的灵敏度，并通过声子晶体对声信号进行滤波的局域共振型声子晶体滤波光纤水听器。

本发明的目的是这样实现的：

局域共振型声子晶体滤波光纤水听器，包括光纤水听器测量装置、局域共振型声子晶体，其特征是：局域共振型声子晶体由周期性排列的基元组成，光纤水听器测量装置布放在局域共振型声子晶体中。

基元包括球型心体、包覆层和立方基体，由包覆层包覆的球型心体被封装在立方基体中心处。

光纤水听器测量装置为嵌入在局域共振型声子晶体中的光纤水听器水声测量基元，光纤水听器水声测量基元的主体为DFB光纤激光器，包覆层将DFB光纤激光器固定在光纤水听器水声测量基元的球型心体外壁，立方基体将球型心体、DFB光纤激光器及包覆层封装在立方基体的中心处。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过声子晶体的低频减振降噪的作用，使光纤水听器具有低频滤波的作用。

2、本发明中水听器主体部分为局域共振型声子晶体，很大程度上减小了水听器的体积。

3、本发明通过改变局域共振型声子晶体的结构或材料，可以改变其滤波的频率，使本发明提供的光纤水听器具有强大的分频复用的功能。

附图说明

图1光纤水听器水声测量基元内部结构示意图；

图2光纤水听器水声测量基元结构示意图；

图3局域共振型声子晶体基元内部结构示意图；

图4局域共振型声子晶体基元结构示意图；

图5一种局域共振型声子晶体滤波光纤水听器结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案更加清楚明白，以下结合具体情况并参照附图，对本发明进行详细的说明。

光纤水听器测量部分包括DFB光纤激光器；局域共振型声子晶体部分包括多个进行简单立方晶格结构排列的基元；基元部分包括球型心体、包覆层、立方基体。该光纤水听器的主体为多个基元进行简单立方晶格结构排列组成的局域共振型声子晶体，实现对声场的滤波；DFB光纤激光器布放到其中一个或几个基元中，用于测量水声信号。

如图1所示，图1为本发明光纤水听器水声测量基元内部结构示意图。该光纤水听器测量基元主体为一具有中心对称结构的立方基体3，并包括作为球型心体1；安装于所述球型心体1外壁的DFB光纤激光器4；通过包覆层2将DFB光纤激光器固定于球型心体1外壁；立方基体3将所述球型心体1、DFB光纤激光器4及包覆层2封装其中心处。球型心体1由质量均匀的铅球构成，其半径为5mm。DFB光纤激光器安装于球型心体1的外壁，并与其紧密接触。包覆层2由很软的硅橡胶材料构成。立方基体3的材料一般由环氧树脂构成。

如图2所示，图2为本发明光纤水听器水声测量基元结构示意图。图中的立方体基元6是上述的光纤水听器水声测量基元，用于对水声测量。尾纤5用于信号的传输。