[实用新型]一种光纤矢量声磁复合传感器

权利要求书

1.一种光纤矢量声磁复合传感器，其特征在于光纤矢量声磁复合传感器由球形安装外壳(5-1)、三维光纤矢量水听器(5-2)和三维光纤矢量磁场传感器(5-3)组成；三维光纤矢量水听器(5-2)和三维光纤矢量磁场传感器(5-3)两者一体封装于球形安装外壳(5-1)内；

三维光纤矢量磁场传感器(5-3)由1个金属立方块(5-3-1)、6根圆柱体支柱(5-3-2)、6个磁致伸缩圆筒(5-3-3)、6个圆筒固定螺丝(5-3-4)、6个磁场迈克尔逊干涉仪(5-3-5)组成；6根圆柱体支柱(5-3-2)通过螺纹固定在金属立方块(5-3-1)的6个面上，6个磁致伸缩圆筒(5-3-3)分别同轴套在6根圆柱体支柱(5-3-2)外侧，并分别通过圆筒固定螺丝(5-3-4)固定在6根圆柱体支柱(5-3-2)上；6个磁致伸缩圆筒(5-3-3)分别套在6根圆柱体支柱(5-3-2)后构成了三维光纤矢量磁场传感器(5-3)在笛卡尔坐标系的x+轴、x-轴、y+轴、y-轴、z+轴、z-轴,6个磁场迈克尔逊干涉仪(5-3-5)分别安装在三维光纤矢量磁场传感器(5-3)的x+轴、x-轴、y+轴、y-轴、z+轴、z-轴上；

金属立方块(5-3-1)由无磁钢材料制成，为立方体形状，边长为d1；金属立方块(5-3-1)的6个面的中心各挖有第一内螺孔(5-3-1-1)；

圆柱体支柱(5-3-2)由无磁钢材料制成，6根圆柱体支柱(5-3-2)固定在金属立方块(5-3-1)的6个面上；6根圆柱体支柱(5-3-2)完全相同，均由2段直径不同的圆柱即粗圆柱(5-3-2-1)和细圆柱(5-3-2-2)组成，圆柱体支柱(5-3-2)总长度为L1；粗圆柱(5-3-2-1)的一端固定在金属立方块(5-3-1)的一个面上，圆柱体支柱(5-3-2)的中轴线与金属立方块(5-3-1)的这个面垂直；粗圆柱(5-3-2-1)长度为L2，直径＝d1；细圆柱(5-3-2-2)与粗圆柱(5-3-2-1)同轴相连，长度为L3，直径为d3,d3d1；细圆柱(5-3-2-2)的远离粗圆柱(5-3-2-1)的端面开有第二内螺孔(5-3-2-3)，6根圆柱体支柱(5-3-2)的细圆柱(5-3-2-2)外侧同轴套有磁致伸缩圆筒(5-3-3)；

磁致伸缩圆筒(5-3-3)是由磁致伸缩材料制成的无盖圆筒，长度＝L3，外径＝d1，内径＝d3；

圆筒固定螺丝(5-3-4)由圆柱体(5-3-4-1)、第二外螺丝(5-3-4-2)组成；圆柱体(5-3-4-1)高度为L4；圆柱体(5-3-4-1)一端连接第二外螺丝(5-3-4-2)，另一端开有一个第三内螺孔(5-3-4-3)；待磁致伸缩圆筒(5-3-3)套至圆柱体支柱(5-3-2)后，圆筒固定螺丝(5-3-4)的第二外螺丝(5-3-4-2)插到圆柱体支柱(5-3-2)的第二内螺孔(5-3-2-3)中，使得磁致伸缩圆筒(5-3-3)固定在圆柱体支柱(5-3-2)上，且圆筒固定螺丝(5-3-4)在轴向限制磁致伸缩圆筒(5-3-3)的形变；第三内螺孔(5-3-4-3)用于将声磁传感单元与球形安装外壳(5-1)固定；

磁场迈克尔逊干涉仪(5-3-5)由第一3dB光纤耦合器(5-3-5-1)、磁场传感臂光纤(5-3-5-2)、磁场参考臂光纤(5-3-5-3)组成；磁场传感臂光纤(5-3-5-2)与磁场参考臂光纤(5-3-5-3)均为抗弯曲单模光纤，初始长度均为L0，两者的一端均镀有光学反射薄膜(5-3-5-2-1)，另一端分别用光纤熔接机与第一3dB光纤耦合器(5-3-5-1)的第一端口(5-3-5-1-2)和第二端口(5-3-5-1-3)熔接；每根磁场传感臂光纤(5-3-5-2)缠绕于磁致伸缩圆筒(5-3-3)的外侧面，且磁场传感臂光纤(5-3-5-2)的两端用胶水固定在磁致伸缩圆筒(5-3-3)的外侧面；磁场参考臂光纤(5-3-5-3)缠绕于粗圆柱(5-3-2-1)的外侧面，且磁场参考臂光纤(5-3-5-3)的两端用胶水固定在粗圆柱(5-3-2-1)的外侧面；6个磁场迈克尔逊干涉仪(5-3-5)的磁场传感臂光纤(5-3-5-2)和磁场参考臂光纤(5-3-5-3)分别缠绕在三维光纤矢量磁场传感器(5-3)的x+轴、x-轴、y+轴、y-轴、z+轴、z-轴；

三维光纤矢量水听器(5-2)由空心质量块(5-2-1)、6个弹性支柱(5-2-2)和3个声场迈克尔逊干涉仪(5-2-3)组成；6个弹性支柱(5-2-2)用胶水粘接在空心质量块(5-2-1)的6个面上，弹性支柱(5-2-2)的轴线与空心质量块(5-2-1)相连的面垂直；

空心质量块(5-2-1)为无磁钢材料制备的正方体模具，边长为d6，空心质量块(5-2-1)的6个顶面中心均有1个正方形通孔(5-2-1-4)，正方形通孔(5-2-1-4)的边分别与空心质量块(5-2-1)的顶面的边平行，正方形通孔(5-2-1-4)边长为d7；空心质量块(5-2-1)的6个顶面均开有一个圆形凹槽(5-2-1-3)，圆形凹槽(5-2-1-3)外径为d9，正方形通孔(5-2-1-4)处于圆形凹槽(5-2-1-3)的中心；

空心质量块(5-2-1)由第一质量块(5-2-1-1)和第二质量块(5-2-1-2)组成，第一质量块(5-2-1-1)与第二质量块(5-2-1-2)关于xoz平面对称，金属立方块(5-3-1)置于空心质量块(5-2-1)的空心位置处；

第一质量块(5-2-1-1)与AA剖面有四个第一正方形相交面(5-2-1-1-1)，分别为EE1E3E2、FF2F3F1、GG1G3G2、HH2H3H1，四个第一正方形相交面(5-2-1-1-1)边长均为d8；E3F3G3H3四点围成一个第一正方形通孔(5-2-1-1-2)，第一正方形通孔(5-2-1-1-2)边长＝d7,深度为d12；四个第一正方形相交面(5-2-1-1-1)两两之间为第一长方形凹槽(5-2-1-1-3)，第一长方形凹槽(5-2-1-1-3)深度均为d10，长度＝d8，宽度＝d7；

第二质量块(5-2-1-2)与AA剖面也有四个第二正方形相交面(5-2-1-2-1)，分别为E’E1’E3’E2’、F’F2’F3’F1’、G’G1’G3’G2’、H’H2’H3’H1’，四个第二正方形相交面(5-2-1-2-1)边长均＝d8；E3’F3’G3’H3’四点围成一个第二正方形通孔(5-2-1-2-2)，第二正方形通孔(5-2-1-2-2)边长＝d7,深度＝d12；四个第二正方形相交面(5-2-1-2-1)两两之间为第二长方形凹槽(5-2-1-2-3)，第二长方形凹槽(5-2-1-2-3)深度均＝d10，长度＝d8，宽度＝d7；

三维光纤矢量磁场传感器(5-3)的y+轴方向上的圆柱体支柱(5-3-2)从第一质量块(5-2-1-1)的AA向剖面处放进第一正方形通孔(5-2-1-1-2)内，x+轴、z+轴、x-轴、z-轴方向的4根圆柱体支柱(5-3-2)放入第一长方形凹槽(5-2-1-1-3)中；y-轴方向的圆柱体支柱(5-3-2)从第二质量块(5-2-1-2)的AA向剖面处沿第二正方形通孔(5-2-1-2-2)穿出；第二质量块(5-2-1-2)的四个第二正方形相交面(5-2-1-2-1)与第一质量块(5-2-1-1)的四个正方形相交面(5-2-1-1-1)通过胶水粘接成空心质量块(5-2-1)；

弹性支柱(5-2-2)由弹性圆筒(5-2-2-1)和金属圆板(5-2-2-2)组成；弹性圆筒(5-2-2-1)由弹性体材料制成，长度为L5，弹性圆筒(5-2-2-1)靠近一端的筒壁上开有一个光纤通孔(5-2-2-1-1)；弹性圆筒(5-2-2-1)一端用胶水粘接金属圆板(5-2-2-2)；金属圆板(5-2-2-2)厚度为h5，金属圆板(5-2-2-2)中心开有金属圆板通孔(5-2-2-3)；

第一3dB光纤耦合器(5-3-5-1)的第一输入端口光纤(5-3-5-1-1)和第一输出端口光纤(5-3-5-1-4)从光纤通孔(5-2-2-1-1)穿出，将弹性支柱(5-2-2)从远离金属圆板(5-2-2-2)的一端同轴套于圆柱体支柱(5-3-2)的外侧，金属圆板通孔(5-2-2-3)通过胶水粘接在圆筒固定螺丝(5-3-4)上；

声场迈克尔逊干涉仪(5-2-3)由第二3dB光纤耦合器(5-2-3-1)、2根声场传感臂光纤(5-2-3-2)组成；2根声场传感臂光纤(5-2-3-2)均为抗弯曲单模光纤，初始长度均为L6，其一端各镀有光学反射薄膜(5-3-5-2-1)，另一端分别用光纤熔接机与第二3dB光纤耦合器(5-2-3-1)的第三端口(5-2-3-1-2)和第四端口(5-2-3-1-3)熔接；

3个声场迈克尔逊干涉仪的6根声场传感臂光纤(5-2-3-2)分别缠绕于x+轴、x-轴、y+轴、y-轴、z+轴、z-轴方向共6根弹性支柱(5-2-2)外侧面；

球形安装外壳(5-1)为无磁钢材料，内直径为d11，d11满足容纳一体封装后的三维光纤矢量水听器(5-2)和三维光纤矢量磁场传感器(5-3)，容纳壳体厚度为h6，h6满足使光纤矢量声磁复合传感器在工作介质中为零浮力；球形安装外壳(5-1)的中心点为笛卡尔坐标系的原点，球形安装外壳(5-1)与笛卡尔坐标系三根坐标轴的6个交点处各开有第四内螺孔(5-1-1)；在球形安装外壳(5-1)的z+点附近处开有一个壳体通孔(5-1-2)，壳体通孔(5-1-2)用于磁场迈克尔逊干涉仪的6个第一3dB光纤耦合器(5-3-5-1)的第一输入端口光纤(5-3-5-1-1)和第一输出端口光纤(5-3-5-1-4)和声场迈克尔逊干涉仪的3个第二3dB光纤耦合器(5-2-3-1)的第二输入端口光纤(5-2-3-1-1)和第二输出端口光纤(5-2-3-1-4)从壳体通孔(5-1-2)穿出球形安装外壳(5-1)；三维光纤矢量水听器(5-2)和三维光纤矢量磁场传感器(5-3)置于球形安装外壳(5-1)内，用螺丝连接第四内螺孔(5-1-1)和第三内螺孔(5-3-4-3)，将三维光纤矢量磁场传感器(5-3)与球形安装外壳(5-1)固定。