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干涉型光纤水听器和光纤光栅型水听器的区别

时间:2021-02-02      阅读:1046

        近年来,随着光纤传感技术的发展,基于光纤传感原理的光纤水听器渐渐引起各国JUN事研究领域的关注。与传统的压电水听器相比,光纤水听器作为一种新型水声探测器件,其灵敏度更高、甚低频响应好、响应频带宽、动态范围大,同时还能够实现上百公里的远距离信号传输。这些技术优点使得光纤水听器在低噪声、低频水声信号检测中具有*的技术优势,使之在军事反潜上更有机会成为安静型舰艇的“克星”,同时也广泛用在石油、天然气勘探、环境检测、管道泄漏等民用领域,具有很大的发展潜力。

那么到底是什么原因使得光纤水听器具有这么突出的技术优点呢?这首先需要从光纤水听器的技术原理说起。光纤水听器的技术原理

光纤水听器是利用水声信号对光纤作用,引起光纤中传播光的强度、偏振、相位等变化从而感知水声信号的传感器。经过几十年的研究发展,光纤水听器的主流技术方案有两类:干涉型光纤水听器和光纤光栅型水听器,那他们之间的区别是什么呢?

1、干涉型光纤水听器

干涉型光纤水听器灵敏度高的主要奥秘,在于传感光纤的长度变化对水声声压的微小波动异常敏感。他通常采用气背心轴结构,将传感光纤缠绕到一个随声压波动膨胀收缩的柔顺心轴上,心轴与传感光纤在声波的作用下产生伸缩变化,光纤长度随即发生变化,从而检测到水声声压的微小波动。

根据声波的拾取方式,干涉型光纤水听器可分为标量干涉型光纤水听器和矢量干涉型光纤水听器。两者的主要区别在于,单*个标量干涉型水听器只能感受声波有无,无法判断声波的方向,其指向性图为圆形;而单*个矢量干涉型水听器不仅能感受声波的有无,还能判断声波的方向,其典型的指向性图为“8”字形。

干涉型光纤水听器既可以单独使用,也可以链接成一条阵列使用,光纤水听器阵列可以探测到更远、更为复杂的水声信号。

2、光纤光栅水听器

与干涉型光纤水听器相比,光纤光栅型水听器虽然灵敏度稍低,但能够实现光纤水听器的小型化和微型化发展,因此光纤光栅型水听器在一些复杂环境下具有特殊的应用空间。

光纤光栅水听器是以光纤光栅作为敏感元件,当声波作用在光纤光栅水听器上时,光纤光栅的谐振耦合波长随声波变化而移动,通过检测谐振耦合波长的变化即可获得相应的声学信息。

光纤布拉格光栅(Bragg)是目前光纤光栅水听器的一种典型构造。宽带光源输出的光进入光纤布拉格光栅(FBG)后,水声声压对反射信号光的波长进行调制,检测中心反射波长的偏移即可获得声压信息。

光纤光栅水听器不仅具有干涉型光纤水听器的高灵敏度、不受电磁干扰、可远距离传输等优点,还具有探头微型化、便于波分复用等优点。另外,还可以利用在一根光纤上刻写多个不同波长光栅的方法实现水下多点信号的同步检测,这使得细线拖曳阵组阵更加方便,在水下无人航行器军事领域,这些优点将使得光纤光栅水听器技术大有可为。

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