光纖光柵水聽器的研究.pdf

1、聲波是海洋遠(yuǎn)距離傳輸?shù)挠行лd體，光纖水聽器是一種把水下聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的換能器，是水聲學(xué)中最重要的測(cè)量?jī)x器，現(xiàn)已經(jīng)在海洋石油、海洋漁業(yè)、天然氣勘探、醫(yī)學(xué)測(cè)量等方面得到的廣泛的研究和應(yīng)用。為了解決傳統(tǒng)壓電結(jié)構(gòu)水聽器抗電磁干擾差等問(wèn)題，論文以光纖光柵為傳感元件設(shè)計(jì)了基于等強(qiáng)度懸臂梁結(jié)構(gòu)的光纖光柵水聽器，并對(duì)其特性進(jìn)行了分析和測(cè)試，主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)從光纖光柵加速度傳感理論出發(fā)，采用等強(qiáng)度懸臂梁設(shè)計(jì)了一種新型的光纖光柵水聽

2、器探頭結(jié)構(gòu)，并且針對(duì)其交叉敏感特性提出了雙光柵差動(dòng)結(jié)構(gòu)的溫度補(bǔ)償設(shè)計(jì)。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)確定探頭的尺寸。
　　(2)通過(guò)ANSYS對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析。分析結(jié)果表明:該結(jié)構(gòu)沿x、y、z軸三個(gè)方向的靈敏度分別為13.55pm/g、0.0296pm/g和0.00037pm/g，橫向靈敏度均達(dá)不到敏感靈敏度的1％，具有良好的橫向抗干擾能力;在敏感方向上一階模態(tài)起到主要作用，并且受其他模態(tài)影響很小，可以避免交叉耦合現(xiàn)象。
　　(3)對(duì)所設(shè)

3、計(jì)的FBG水聽器探頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行封裝，并對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試。靜力實(shí)驗(yàn)表明所設(shè)計(jì)的水聽器探頭的壓力靈敏度為1.1547nm/N，光纖光柵中心波長(zhǎng)與應(yīng)力之間存在良好的線性關(guān)系，并未出現(xiàn)啁啾現(xiàn)象;振動(dòng)測(cè)試表明該結(jié)構(gòu)具有較高的振動(dòng)靈敏度;溫度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了探頭的溫度補(bǔ)償特性。
　　(4)通過(guò)光纖光柵F-P振動(dòng)解調(diào)系統(tǒng)，將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，將測(cè)量得到的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為加速度信號(hào)，該方法的掃描速度是傳統(tǒng)光譜儀解調(diào)法的300倍。解調(diào)得到FBG水聽