分布反馈式光纤激光水听器探头封装及应用研究进展

分布反馈式光纤激光器水听器体积小、灵敏度高,便于复用成阵和布放回收,成为光纤水听器领域重要的一种技术路径。本文对分布反馈式光纤激光水听器国内外研究的探头封装结构及应用进行了综述,根据封装结构的特点,重点介绍了弯曲梁式、侧面压迫式、轴向拉压式三种主要的封装结构及其阵列应用。对国内外主要研究机构的研究指标进行分析,对比了分布反馈式光纤激光水听器不同封装结构的优缺点,并对分布反馈式光纤激光水听器阵列后续的技术发展进行了展望。     

封装对超细型DFB光纤激光水听器性能的影响(特邀)

对超细型DFB光纤激光水听器探头封装进行了研究。通过有限元方法建立了封装结构理论模型,探讨了影响超细型光纤激光水听器频率响应与灵敏度起伏之间的因素,在灵敏度、频响一致性等指标间找到了平衡点。最后,制作了光纤激光水听器,直径6 mm,长度55 mm,灵敏度-130 dB,100 Hz~2 kHz灵敏度响应起伏4 dB,通过测试验证了理论分析和仿真的符合性。     

光纤水听器技术的研究进展

光纤水听器(FOH)作为一种新型水声传感器,可应用于水下目标探测、石油天然气勘探、地震检测等军事和民用领域.随着海洋背景噪声的增大和水下目标降噪水平的提高,人们对FOH的性能要求也越来越高.因此,从FOH的主要发展方向、关键技术、新型FOH三个层面介绍了FOH技术,包括大规模FOH阵列、甚低频探测、深海远程传输、拖曳细...     

高灵敏度加速度抵消型分布反馈有源光纤光栅水听器研究

研究了高灵敏度抗加速度型分布反馈(DFB)有源光纤光栅水听器。采用λ/4相移型掺铒光纤光栅构成DFB激光器,输出窄线宽激光,利用弹性膜片增敏方法封装有源光纤布拉格光栅,构成了高灵敏度有源光纤光栅水听器,并以两边对称的弹性膜片构成封装结构来抵消轴向加速度干扰,提高水听器在运动情况下的检测能力,并通过对结构的优化大大提高了光纤光栅水听器的耐静水压能力。研究结果表明水听器在100～1000Hz频率范围内声-相位灵敏度达到-132.7±0.7dB(0dB=1rad/μPa),加速度灵敏度可做到-20dB(0dB=1rad/g)以下,耐静水压可达2MPa。     

分布反馈光纤激光水听器相位一致性的测试方法

在传统压电水听器相位一致性测试的基础上提出了分布反馈(DFB)光纤激光水听器相位一致性的测试方法,并搭建了测试系统.采用偏振无关的非平衡迈克尔逊干涉仪和归一化的相位载波(PGC)解调方案,解调出光纤激光水听器感受的水声信号,并与参考压电水听器作对比,使用高精度相位检测器将两信号转化为相位差信号:重复测量第二支光纤激光水...     

光纤激光水听器阵列实验研究

构建了基于分布反馈式(DFB)光纤激光器的光纤激光水听器阵列,4元DFB光纤激光器通过同一个980nm激光器同线泵浦,阵列发出的1550nm左右的复合激光通过解波分复用(BWDM)分离至独立的通道,实验结果表明,4元光纤激光水听器探测的水声信号能被无失真的解调,阵列各通道间串扰小于-60dB。     

数字化PGC解调光纤水听器的动态范围

阐述了基于数字化PGC解调的光纤水听器基本原理,对该系统最大可测信号及最小可测信号进行了理论分析,得出了系统动态范围的主要决定因素。搭建光纤水听器系统,测试了光纤水听器系统的自噪声谱级,建立标准得到系统的最大可测信号。当带宽为63～1600Hz时,测得系统的动态范围高达108～120dB。     

光纤水听器阵列的多路复用技术

光纤水听器作为目前水下声场探测灵敏度最高的器件,所具有的优异性能,使其成为未来新型声纳装置的最佳选择。采用多路复用技术的分布式阵列则是光纤水听器应用研究的发展方向。文章介绍了目前国外光纤水听器阵列多路复用技术的研究状况,而且对几种常用多路复用技术的工作原理分别作了分析。     

基于光纤碟型加速度传感单元的三维柱形矢量水听器

光纤矢量水听器(FOVH)以其低频灵敏度高,动态范围大,抗电磁干扰,易轻型化等诸多优势,成为新型矢量水听器的一个发展热点。针对线阵列应用,开展了光纤干涉碟型矢量水听器的仿真分析和研制工作。有限元分析采用光纤等效层方法(FLEM)和光纤细化结构方法(FLDM)分别对系统的性能进行预报,研制出了光纤碟型矢量水听器样品,并进行了全面的测试。实验结果表明,所研制的矢量水听器样品在100~1000 Hz的工作频带内,矢量通道的等效声压相移灵敏度为-182 d B@100 Hz~-158.5 d B@1000 Hz(ref.1 rad/μPa),串扰小于-30 d B,有良好的矢量性。     

Sagnac光纤水听器锯齿波相位偏置技术

提出了Sagnac光纤水听器锯齿波主动相位偏置方案,分析了锯齿波2π复位误差对系统性能的影响。采用频率为94.05kHz,复位电压为10.84V的锯齿波对信号进行调制,将系统偏置在π/2附近。为抑制2π复位误差的影响,采用与锯齿波同步的脉冲信号控制模/数(A/D)转换器定时采样,采样结果就是所需的声音信号。实验表明,该系统在10kHz频率响应处信号幅度平均值为0.067rad,方差为3.08×10-5rad,信号幅度相对变化仅为0.046%,系统相位偏置十分稳定。     

基于光纤Bragg光栅的光纤水听器

简单介绍了基于光纤Bragg光栅的光纤水听器的原理以及几种新型的结构和解调方法.与传统的光纤水听器相比,基于光纤Bragg光栅的水听器的实现更加简单方便,在民用和军事方面都有广泛的应用前景.     

驻波管测试下压差式光纤矢量水听器的改进

压差式矢量水听器基于声场有限差分原理进行声压梯度测量,而光纤声压传感器结构相对复杂,在工艺上难以保证传感器间的灵敏度一致性.研究了声压传感单元不一致对压差式光纤矢量水听器的影响,指出声压传感基元灵敏度不一致对实际应用中的行波场条件下的测量影响更严重,采用传统的驻波管校准后的压差式光纤矢量水听器在实际运用中就会造成声压的相位测量误差.提出了可通过一维方向上采用双干涉仪结构来克服此问题,并分析了该结构的压差式光纤矢量水听器的驻波管校准方法,依据该方法进行测试,可克服声压传感基元灵敏度不一致的影响,使其能在实际中得以应用.     

用于光纤水听器降噪的自适应滤波器

分析了自适应滤波器的原理和算法流程,在Labview软件中采用自适应滤波中的噪声抵消方法对实验中的光纤水听器阵列内的单元数据进行了处理,结果表明在静态目标检测中,可以在不降低信号强度的情况下,将整体噪声水平降低10dB,从而可以得到清晰的阵列波束图;在对拖曳噪声数据的处理中,噪声也得到了明显的抑制。因此,将自适应滤波器用于光纤水听器传感信号的后处理有一定的应用价值。     

远程光纤水听器系统中传输光纤引入噪声的抑制

远程传输光纤受环境的影响会在水听器系统中引入噪声,利用迈克耳孙光纤干涉仪模拟光纤水听器,搭建了远程光纤水听器系统,采用参考干涉仪法解调对传输光纤引入的噪声进行抑制。实验结果表明,与常用的相位产生载波技术(PGC)解调相比,参考干涉仪法解调在不影响传感水听器对声信号检测能力的情况下,对传输光纤引入的扰动噪声能进行良好的抑制,频率为500 Hz噪声的抑制量可达到约25 d B,同时该方法使传感水听器系统中100 Hz位置的本底噪声也降低了17 d B。     

基于光强度调制技术的光纤水听器

强度调制型光纤水听器以其结构简单、易于实现、成本低、信号处理方便等特点而成为近年来光纤水听器研究领域中的热点。全面而系统地论述和分析了基于强度调制原理的各种光纤水听器的结构、原理和性能特点,并提出了一种基于单模光纤耦合器技术的新颖的光纤水听器原理。     

光开关选通的光纤激光水听器时分复用阵列

为了降低传感器系统的成本及体积,利用光纤激光传感单元的特性,采用光开关选通的光纤激光水听器时分复用技术,构建了实用的基于光开关的4元光纤激光水听器时分阵列。进行了理论分析和实验验证,分析了使用光开关选通的光纤激光水听器时分复用阵列方案的选通脉宽和损耗,指出了各通道光脉冲对干涉信号的采样率的限制因素。结果表明,光开关选通的光纤激光水听器时分阵列可以很好地完成复用信号的采集和复用,实验中4元时分复用水听器相邻通道的串扰为-17dB。     

基于铒镱共掺分布布拉格反射式光纤激光器的有源光纤水听器声压灵敏度

对基于铒镱共掺分布布拉格反射式光纤激光器(DBR-FL)的有源光纤水听器进行了研究.制作了腔长为8 cm的铒镱共掺DBR-FL,在抽运功率为50 mW时,激光器的输出功率达到0.263 mW;采用带法拉第旋镜的迈克尔逊干涉仪和相佗载波(PGC)解调方案,解调出施加在铒镱共掺DBR-FL有源光纤水听器的声信号,并通过与标准压电水听器对比得到声压灵敏度;对单频信号进行多次测量,声压灵敏度的波动小于±0.6 dB;测量了80 Hz到2.5 kHz频率范围的响应曲线,除125 Hz,200 Hz和250 Hz三个频点外,声压灵敏度已达到或超过部分文献报道中干涉型光纤水听器的灵敏度;与基于DFB-FL的有源光纤水听器做了对比测试,结果表明频率响应不平坦是未对水听器进行封装和测试系统引起的.     

基于相位载波调制解调技术的全保偏光纤水听器

报道了基于相位载波调制解调技术的全保偏光纤水听器研究结果.采用全保偏光纤干涉仪结构消除了偏振不稳定性,运用相位载波调制解调信号处理技术消除相位随机漂移引起的干涉信号衰落的影响,实现了对声信号的稳定检测和光纤水听器探头的全光纤化.实验测得在20～1 600 Hz频段,光纤水听器的相位灵敏度约为-162.5 dB,灵敏度的起伏为±0.7 dB,500 Hz单频点的灵敏度变化小于0.1 dB.