干涉型光纖光柵水聽器關鍵技術研究.pdf

1、以光纖光柵作為傳感元件的水聽器具有體積小、抗環(huán)境干擾能力強、便于光路復用等優(yōu)點。在光纖光柵水聽器的工程應用中，對其聲靈敏度、軸向抗加速度性能、耐靜水壓性能都有較高要求。本論文研究了能夠提高這些性能的無源光纖光柵水聽器和有源光纖光柵水聽器。
　　 論文首先介紹了國內(nèi)外光纖光柵水聽器的發(fā)展概況。在第二章中分析了光纖光柵的傳感原理。通過耦合模式理論和彈光效應理論分析了光纖光柵水聲傳感器的靈敏度。在第三章中對光纖光柵水聽器增敏機理、非平

2、衡干涉儀的信號接收和解調(diào)技術、耐靜水壓和抗加速度等關鍵技術進行了理論分析。
　　 采用側(cè)面壓迫式和端面拉伸式兩種增敏方法，研究、設計和制作的無源光纖光柵水聽器探頭在論文的第四章中做了介紹。采用環(huán)氧膠灌注和彈性膜片端面拉伸兩種方法分別對光纖光柵傳感器進行增敏。研究結(jié)果表明環(huán)氧灌注方案諧振頻率過低(300Hz)，頻帶內(nèi)靈敏度頻響起伏較大，且高頻靈敏度過低(小于-205dB，(0)dB=1rad/μPa)，制作工藝要求較高;彈性片端面

3、拉伸方案采用鈹銅材料的彈性膜片進行增敏，在100Hz～1000Hz頻率范圍內(nèi)靈敏度為-175±2dB。對端面拉伸式增敏水聽器樣品進行了封裝，并應用于水聲信號的檢測實驗。實驗表明，該水聽器在靈敏度及頻率響應指標上已經(jīng)基本滿足應用要求。
　　 本文第五章研究、設計和研制了有源光纖光柵水聽器，它具有高靈敏度和抗加速度特性。首先采用λ/4相移型摻鉺光纖光柵構成DFB激光器，輸出窄線寬激光。再利用彈性片增敏方法封裝該有源λ/4相移型光纖布

4、拉格光柵，構成了高靈敏度有源光纖光柵水聽器。然后以兩邊對稱的膜片構成封裝結(jié)構來抵消軸向加速度干擾，提高水聽器在運動情況下的檢測能力，并通過對結(jié)構的優(yōu)化大大提高了光纖光柵水聽器的耐靜水壓能力。研究結(jié)果表明水聽器在100Hz～1000Hz頻率范圍內(nèi)靈敏度為-133.3±0.7dB(0dB=1 rad/μPa)，加速度靈敏度可做到-20dB((0)dB=1rad/g)以下，耐靜水壓可達2MPa，相當于200m水深。實驗表明，該水聽器在靈敏度、