[发明专利]一种基于光频域反射技术的光纤水听器

说明书

本发明涉及光纤传感技术领域，特别是一种基于光频域反射技术的光纤水听器，包括线性扫频激光器、干涉仪、信号传感探测装置、光电探测器和信号处理单元；线性扫频激光器输出端与干涉仪内部光纤耦合器的输入端相连接，光纤耦合器输出端将扫频激光分成两路，一路为信号光，另一路为参考光，参考光经光纤传输至法拉第旋转镜并被其反射回光纤耦合器；信号光经光纤进入信号传感探测装置，接受调制并返回瑞利信号至光纤耦合器；在光纤耦合器内部发生干涉，干涉仪输出端与光电探测器输入端连接，光电探测器输出端与信号处理单元输入端相连接进行信号处理，本发明不仅具备传统水听器的优点，还有效解决了水听器测量精度和测量范围相制约的问题。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，特别涉及一种基于光频域反射技术的光纤水听器。

背景技术

随着各种先进技术在潜艇制造工艺中的应用,现代潜艇在水下运行时噪音不断降低,这给反潜作战带来巨大的挑战，目前大量装备的传统压电型水听器灵敏度已不能满足水声探测的实战需要,而且由于压电材料物理本质的原因,性能也难有较大的改进,而光纤传感器技术的发展,为研制高性能的水听器提供了技术可能性，通过光纤传感与传输组合,可构成水下目标搜索、预警、探测和识别的阵列系统，光纤水听器由于采用光纤作为信息载体,适宜远距离、大范围监测,是现代海军反潜作战及水下兵器试验的先进检测手段，同时光纤水听器在海洋声学环境中的声传播、噪声、混响、海底声学特性、目标声学特性等的监测，在海洋资源勘探、海底观测网、海洋国土安全等领域具有广泛应用前景。

目前在大多数光纤水听器中的光纤传感器都是“点式传感”，测量范围均局限在一些离散的区域，一般都要增加很多传感单元来拓展它的测量范围。成本、复杂性及其脆弱性均限制了这种传感技术的广泛应用，从而诞生了能够覆盖整个光纤长度的可连续传感的“分布式传感技术”，绝大多数分布式传感器都是基于光时域反射技术(OTDR)，该技术的基本原理就是探测、分析反射回来的短脉冲光，但其通常无法解决动态距离和空间精度之间的矛盾，因此，有必要对现有技术改进以解决上述技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于光频域反射技术的光纤水听器，具体而言通过以下技术方案实现：

本发明包括线性扫频激光器、干涉仪、信号传感探测装置、光电探测器和信号处理单元；所述线性扫频激光器输出端与干涉仪内部光纤耦合器的输入端相连接，光纤耦合器的输出端将扫频激光分成两路，一路为信号光，另一路为参考光，参考光经光纤传输至法拉第旋转镜并被其反射回光纤耦合器；信号光经光纤进入信号传感探测装置，接受调制并返回瑞利信号至光纤耦合器；信号在干涉仪内部发生干涉，干涉仪输出端与光电探测器输入端连接，光电探测器输出端与信号处理单元输入端相连接进行信号处理。

具体的，所述信号传感探测装置包括铠装光纤和水听器探头。铠装光纤起到保护作用，信号通过水听器探头接受调制，水听器探头分布式排列连接。

具体的，在铠装光纤外部为聚脲或者聚氨酯复合材料中的一种。

具体的，水听器探头采用芯轴型弹性结构进行增敏处理，水听器探头内部传感光纤缠绕在声压弹性体上，在水听器探头的外层封装采用声传感器封装。

具体的，参考臂光纤长度根据线性激光器扫频频率和水听器探头之间的间隔确定。

具体的，法拉第旋转镜插入损耗不高于0.3dB，直径为2.5mm，长度为10mm。

具体的，所述线性扫频激光器为线性可调谐激光器。

具体的，所述光纤耦合器为2*2光纤耦合器，插入损耗不高于0.2dB，分光比为1:1。

具体的，所述干涉仪选用迈克尔逊干涉仪。

具体的，所述光电探测器为高光电转换效率和高抗噪的型号，且其采用铝制外壳进行封装，光电探测器带宽不低于300MHz，增益为700A/W，等效噪声压不高于100pw/Hz1/2。