[发明专利]一种基于光纤光栅F‑P干涉仪的水听器阵列结构

说明书

技术领域

本发明涉及水声传感器基阵领域，具体涉及海底固定布放声基阵领域，尤其涉及一种基于光纤光栅F-P干涉仪的水听器阵列结构。

背景技术

海底固定布放线列阵声纳是一种重要的水下信息化装备技术，基阵可布放于重要海域、航道、港口等，实现对舰船目标尤其是潜艇、UUV等水下航行器的警戒。由于我国海岸线长、港口众多，要形成以海底固定布放线列阵声纳为主的水声探测网，要求海底固定布放线列阵声纳具有低成本、高可靠性的特点。

现有光纤水听器阵列多采用干涉型水听器为阵元，每个水听器由光纤耦合器、法拉第旋转镜等分立光学器件组成，通过时分、波分等复用技术实现多个光纤水听器共用同一根传输光纤。为了实现复用技术，阵列包含光学元件数量多，结构复杂，成本高，研制周期长。

本发明提出的基于光纤光栅F-P(Fabry-Perot)干涉仪的水听器阵列结构，以连续的增敏结构代替单个水听器，通过增敏结构上开槽对传感光纤进行保护和备份，增敏结构间传感光纤通过光纤光栅相连形成水听器阵列。阵列利用光纤光栅的反射特性和波长选择性，采用时分复用、波分复用技术，单根光纤可复用多个传感阵元。与现有方案相比，阵列探测灵敏度高、光路简单，且阵列制作成本低、可靠性高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种基于光纤光栅F-P干涉仪的水听器阵列结构，采用基于光纤光栅F-P干涉仪的光路，以光缆形式的结构体作为增敏结构，用连续的增敏结构绕制更长的传感光纤提高阵列的灵敏度。增敏结构上加工多道螺旋凹槽，凹槽内同时预埋多根传感光纤，在保护光纤的同时进行光路备份，提高阵列可靠性。各增敏结构的传感光纤通过光纤光栅连接，用光纤光栅代替阵列内各分立光器件，减少了阵列内熔接点，简化阵列光路结构。各增敏结构通过压接形成水听器阵列，实现阵列探测灵敏度高、可靠性好，且阵列结构简单、成本低。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。这种基于光纤光栅F-P干涉仪的水听器阵列结构，包括水听器单元、连接单元、支撑承力单元、密封单元，采用基于光纤光栅F-P干涉仪的光路结构，水听器单元通过连接单元进行连接，形成水听器阵列，阵元数量根据实际需要进行设计，支撑承力单元用于增强阵列的抗侧压和抗拉能力，密封单元用于阵列与外部环境间的密封，并实现透声性。

所述的水听器单元用于声信号接收和增敏，采用光缆形式的结构体，结构体外层为弹性敏感材料，内层为承力结构。在增敏结构体表面沿圆周方向刻蚀多道同向螺旋凹槽，将多根传感光纤同时绕制在螺旋槽内；绕制完成后，间隔一定的距离将光纤与增敏结构粘接为一体。

所述的连接单元用于水听器单元结构及光路上的连接，在增敏结构体上压接不锈钢圆环的方式将两水听器单元连接成一个整体，同时压接圆环外固定盘纤装置，盘纤装置内放置反射光纤光栅，将各水听器单元中的传感光纤相连。

所述的支撑承力单元用于支撑和承力，包括支撑骨架和承力绳，支撑骨架采用聚氨酯类弹性材料，对水听器单元起柔性支撑作用，使水听器单元位于阵列中间位置，承力绳为高强度kevlar绳或钢丝绳，将各支撑骨架和连接单元串联，防止骨架旋转并增强阵列抗拉能力。

所述的密封单元包括PU护套和填充胶，外PU护套保证阵列的密封性，PU护套两端与结构件压接密封，内部充填凝胶实现透声性。

本发明的有益效果为：

1)阵列探测灵敏度高：通过减少绕制光纤节距或增大绕线直径，可增加传感光纤长度，提高阵列的探测灵敏度。

2)阵列可靠性高：增敏结构采用光缆形式结构体，将光纤埋在结构体内，有利于光纤保护。增敏结构上可同时开多道螺旋槽，可同时备份多条光路。

3)阵列成本低：阵列内部无分立光学器件，降低了阵列的复杂性，可大幅度降低阵列的成本。

4)阵列外部密封、内部加强的结构，可适用于不同的应用环境。

附图说明

图1阵列结构示意图；

图2水听器单元结构示意图；

图3一个实施例的增敏结构剖面示意图；

图4连接单元结构示意图；

图5压接装置结构示意图；

图6支撑承力单元结构示意图；

图7 PU护套压接密封示意图。