空气背衬芯轴型光纤水听器声压相移灵敏度的优化设计

分别采用解析法和有限元法对空气背衬芯轴型光纤水听器的声压相移灵敏度进行了理论分析,并通过实验验证,得到了一组提高空气背衬芯轴型光纤水听器声压相移灵敏度的设计准则。     

干涉型光纤水听器灵敏度校准方法研究

研究了利用贝塞尔函数比值来估算得到干涉型光纤水听器光相移的方法,而得到光纤水听器的相移灵敏度。对理论模型进行了模拟,并对一推挽式干涉型零差光纤水听器进行了实际校准。     

同轴干涉型光纤水听器声压灵敏度特性分析

建立了等效模型对含弹性增敏层的同轴干涉型光纤水听器的声压灵敏度进行了理论研究，分析了探头的结构参数和材料特性对声压灵敏度的影响．分析表明，水听器的声压灵敏度随缠绕光纤长度和芯轴长度的增加而增加，随骨架厚度和增敏层的厚度比例的减小而增大，同时采用杨氏模量和泊松系数小的增敏材料能够提高灵敏度．得到了提高探头声压灵敏度的有效途径，并制作了一系列光纤水听器样品，对理论分析结果进行了实验验证，理论分析结果与实验结果基本吻合．     

干涉型光纤光栅水听器实验研究

介绍了干涉型光纤光栅水听器的传感原理,阐述了光纤光栅水听器的干涉仪解调实验系统构成方式。利用金属弹性片增敏结构构成的光纤光栅水听器试样,测得其增敏结果为9000倍,试样测试得到100～1000Hz内-172--164dB的相移灵敏度实验结果。     

基于光纤水听器的声场水平相关性研究

1.引言 光纤水听器具有不受电磁干扰、损耗小、质量轻、体积小、可以大规模成阵、灵敏度高等优点,这使得光纤水听器近几年在国内外得到了广泛重视和快速的发展[1].中科院声学研究所声场声信息国家重点实验室与长沙国防科技大学合作于2002年成功研制了一条32阵元光纤水听器阵.2002年8月,在渤海进行了一次海上实验,以检测光纤水听器的性能.本文利用光纤水听器阵获得的气枪声信号进行了声场的水平相关性分析,并与理论结果进行了比较.     

一种用于声学材料测量的PVDF薄膜水听器

本文介绍一种在水池中测量声学材料声性能用的大面积透声PVDF薄膜平板水听器,给出了具体的结构设计及样品水听器的接收灵敏度和典型频率下的指向性图,并应用此水听器进行了有限面积声学材料性能测试,得到了令人满意的结果.     

灌注成型的PVDF薄膜水听器

介绍一种灌注成型复合圆管PVDP压电薄膜水听器。分析计算了复合圆管的各层参数对水听器低频灵敏度的影响,说明了如何针对水听器的要求选择各层材料的参数。采用的灌注成型工艺和复合膜卷绕技术,可使水听器的性能得到改善,并简化了工艺,利于水听器的批量生产。测试数据表明,这种水听器灵敏度高,加静水压灵敏度起伏小,加速度响应很低、一致性好。水听器低频灵敏度的理论计算值与实际测量值符合较好。     

低频水声声压校准测试系统的设计

水声声压是声学测量中应用最广泛的参数，对声压的测量又是通过测量水听器的声压灵敏度来完成的。声学计量检定系统中对低频水声声压灵敏度的校准有多种方法，应用振动液柱法校准低频水听器的声压灵敏度是常用方法之一。伴随着新型器件、新材料和数据采集器的应用，笔者根据振动液柱法的数学模型，初步设计了一套测试系统。本文给出测试系统实现原理和系统框图，并对其不确定度进行了分析评定，同时给出测试系统能达到的技术指标。     

基于双压电晶片的矢量水听器加速度特性研究

利用解析法和有限元法分析了基于双压电晶片结构的矢量水听器的加速度响应特性,研究压电晶片和支撑金属片尺寸参数对水听器性能的影响。通过对试样水听器加速度灵敏度的理论计算和实测结果对比,验证了两种方法的适用性。     

光纤水声传感技术

光纤水声传感器也称为光纤水听器。它具有灵敏度高,损耗小,频带宽等多种优点。光纤水听器的发展也异常迅速,多种新型的光纤水听器的研究也正走向成熟。本文对各种光纤水听器的结构和原理进行了详细的介绍,对其进行了讨论和比较,并预测了光纤水听器的发展前景。     

成组光纤水听器特性研究

成组光纤水听器具有能抑制流噪声、有指向性、灵敏度高等优点,可应用于全光拖曳阵.介绍了成组光纤水听器的概念,建立了其拾取水声信号的水声信号检测模型,理论分析了其灵敏度和指向性.完成了四子单元的芯轴型成组光纤水听器的光学设计和机械设计.在非消声水池中,采用脉冲法测定了其灵敏度和指向性.结果显示:此结构的成组光纤水听器灵敏度为-152dB(0dB=1rad/Pa),与理论值-151dB基本符合;当时,指向性函数主瓣宽度为28°,与理论值26°度基本吻合.     

矢量水听器低频绝对校准装置研究

提出了矢量水听器低频绝对校准装置。首先给出了矢量水听器绝对校准的原理,通过测量声源辐射面的加速度,利用驻波管中平面驻波声场中的声压、质点振速和质点加速度在垂直方向上的分布规律,得出了校准计算公式;之后对校准装置中平面驻波场在垂直方向上的分布规律进行了测量验证,并对测量用加速度计进行了校准;最后对待校矢量水听器的灵敏度和指向性进行了测试。结果表明:在10~315 Hz频带内,矢量水听器低频绝对校准装置在±1 d B误差允许范围内,可用于矢量水听器的绝对校准。     

DFB光纤激光器声致弯曲振动研究

对利用DFB（分布反馈式）光纤激光器进行水声探测时的弯曲振动问题进行了分析与实验研究。总结了采用非平衡干涉仪解调系统解调的DFB光纤激光水听器的声压灵敏度计算公式;基于梁的弯曲理论,通过数值方法计算了两端固定的DFB光纤激光器在50Hz～2000Hz频率范围内的声压灵敏度,绘制了该频率范围内的频响曲线：采用振动液枉法对一支DFB光纤激光器在该频率范围内进行了实验研究,实验数据具有良好的可重复性,实验结果与理论分析吻合。表明了细长型结构的DFB光纤激光器在水声场中很容易由于弯曲振动而引入较大的非声压振动的干扰信号,影响其水声探测性能,有必要在DFB光纤激光水听器探头的设计中考虑这一因素。     

Characterization of a polymer film optical fiber hydrophone for use in the range 1 to 20 MHz: a comparison with PVDF needle and membrane hydrophones

A small aperture wideband ultrasonic optical fiber hydrophone is described. The transduction mechanism is based on the detection of acoustically induced changes in the optical thickness of a 25-mum thick parylene polymer film acting as a low finesse Fabry Perot (FP) interferometer that is deposited directly onto the end of a single mode optical fiber. The acoustic performance compares favorably with that of PVDF needle and membrane hydrophones with a peak noise-equivalent-pressure (without signal averaging) of 10 kPa over a 25-MHz measurement bandwidth, a wideband response to 20 MHz, and a near omnidirectional performance at 10 MHz. The dynamic range was 60 dB with an upper limit of linear detection of 11 MPa and a temporal stability of <5% over a period of 20 h. The hydrophone can also measure temperature changes with a resolution of 0.065 degrees C, offering the prospect of making simultaneous acoustic pressure and temperature measurements. The transduction parameters of the FP sensing element were measured, yielding an ultrasonic acoustic phase sensitivity of 0.075 rad/MPa and a temperature phase sensitivity of 0.077 rad/ degrees C. The ability to achieve high acoustic sensitivity with small element sizes and to repeatably fabricate rugged sensor downleads using polymer deposition techniques suggests that this type of hydrophone can provide a practical alternative to piezoelectric hydrophone technology.     

Fiber optic ultrasonic sensor using Raman-Nath light diffraction

A novel fiber optic ultrasonic sensor using the principle of Raman-Nath light diffraction has been developed. The sensor does not perturb the acoustic field and exhibits a wideband frequency response. In addition to the remote sensing of the field, it is suitable for measurements of both continuous and pulsed ultrasonic waves. The experimental results obtained with the sensor were compared to those measured using a calibrated PVDF needle hydrophone, showing excellent agreement. The sensor's frequency response in the range from 3 to 15 MHz, typical of that used in medical ultrasound imaging, was determined using the time delay spectrometry (TDS) technique. It appears that the fiber optic sensor provides a useful alternative to the widely used PVDF ultrasonic probes in specific applications where any perturbation between acoustic field and sensor is undesirable. Also, since the active element diameter of the sensor can be made comparable to the core diameter of an optical fiber, the fiber optic sensor minimizes the spatial averaging effects and offers significant improvement in comparison with the present state-of-the-art hydrophones which have a minimum diameter on the order of 300 μm     

A new multilayer planar PVDF standard hydrophone and itsapplications

A new type of PVDF hydrophone, the multilayer planar PVDF hydrophone, is described. The hydrophone disturbs measured acoustic fields very little and has a high sensitivity. The noise-equivalent pressure of the hydrophone is 45 dB re 1 μ Pa per Hz bandwidth. The working frequency range of the hydrophone is 20 kHz~4 MHz. In the range 100 kHz~1 MHz, the hydrophone has a flat frequency response with sensitivity -205 dB ±1.5 dB (0 dB=1 V/μPa). In this range, the hydrophone has been used for five years as a standard one. Two other applications (measurements of noise spectra and ultrasonic imaging) are also reported     

矢量水听器自动校准系统的研究及实现

研制的矢量水听器自动校准系统在水声计量领域具有重要的应用价值,能够实现低频范围内矢量水听器的自动校准。利用动态信号采集卡采集被测信号和标准水听器的输出信号,对驻波管内的声场分布进行了测量分析,对系统的测量不确定度进行了分析评定,对声压灵敏度进行了比对测试。该系统校准矢量水听器的扩展不确定度为1.6dB。     

拖曳线列阵中压电陶瓷水听器的设计

本文介绍了一种用于拖曳线列阵声呐的压电陶瓷型水听器，我们在提高水听器工作稳定性与可靠性，在确保水听器有较高接收灵敏度的前提下，尽可能降低水听器加速灵敏度。该水听器的低频接收灵敏度为－１９３．５ｄＢ，在２０～１０００Ｈｚ频段内灵敏度起伏为±０．４ｄＢ，加速度灵敏度约为－６５ｄＢ     

悬臂梁式光纤声传感器研究

光纤声传感器种类很多，但大多着眼于水声，作水听器用。现在本文提出一种可用于空气声检测的悬臂梁式光纤声传感器。本文给出了该种传感器的实验装置，谐振频率，灵敏度的计算，同时给出了它们的实验值。用这种传感器在实验室内可测到最低声正为１×１０－４Ｐａ（１００Ｈｚ时）     

中频同振柱型矢量水听器及其支撑结构设计

针对同振型矢量水听器后期悬挂金属弹簧或橡胶绳给使用者带来不便的问题,提出一种中频同振柱型矢量水听器及其支撑结构的设计方案。通过矢量水听器振动系统对其声学特性进行分析,通过ANSYS有限元软件,利用Mooney-Rivlin理论对圆环形橡胶弹簧在压缩情况下的水平剪切刚度进行仿真计算,分析了Rivlin参数对橡胶弹簧剪切刚度的影响,并研制出矢量水听器样机。在1000~4000 Hz频率范围内,对矢量水听器进行了测试,并给出了测试结果。在1 k Hz时,声压灵敏度为-195 d B,指向性凹点深度大于20 d B。测试结果表明,此种设计免除了反复悬挂金属弹簧或橡胶绳带来的负面效应。