[发明专利]一种组合式光纤矢量水听器

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种组合式光纤矢量水听器，具体地说，涉及一种用于拖曳阵列的组合式光纤矢量水听器。

背景技术

在水声探测中，拖曳线列阵声纳是当前最为有效的机动探测手段，其探测端远离舰船等拖曳平台，能够显著减小平台的噪声，提高信噪比，且拖曳阵声纳较舷侧阵的优势在于其不受舰船尺寸的限制，能做到较大的规模，可以利用在海洋中传播损失小但却是水面和水下目标辐射噪声中重要成分的低频信号进行检测。又有研究表明，矢量水听器成阵具有独特的抗混响能力，较高的空间滤波能力和阵列增益，可解决左右舷模糊问题，能有效地提高方位探测能力，极大地提高阵列的指向性和信噪比。但目前光纤矢量水听器成阵技术的研究较多集中在岸基阵上。而对于拖曳阵应用，缆的抖动和船舰变速等因素对光纤矢量水听器提出了降低拖曳阵轴向加速度灵敏度等特殊要求。因此，开展可用于拖曳阵的光纤矢量水听器研究具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种组合式光纤矢量水听器，旨在解决缆的抖动和船舰变速等因素对拖曳阵轴向矢量信息探测的影响。

所述组合式光纤矢量水听器包括二维同振式光纤矢量水听器，一维压差式光纤矢量水听器及固定支撑架，其中一维压差式光纤矢量水听器由两个低加速度灵敏度光纤水听器构成。以二维同振式光纤矢量水听器的两个方向分别作为组合式光纤矢量水听器的x轴和y轴，可获取目标x、y方向的矢量信息。以一维压差式光纤矢量水听器为z轴，并以z轴作为拖曳方向，两个低加速度灵敏度光纤水听器可直接获取目标的声压信息，同时通过两者声压求声压梯度又可获得目标z方向的矢量信息。所述组合式光纤矢量水听器可实现对目标声场信息的完全探测。

其技术方案具体如下：

一种组合式光纤矢量水听器，包括二维同振式光纤矢量水听器5、一维压差式光纤矢量水听器和固定支撑架，所述二维同振式光纤矢量水听器5包括：质量块13、刚性球壳12、四个弹性圆筒11、四个刚性支撑件10、四个尖端机米螺丝9、光纤干涉仪21；

质量块13与四个弹性圆筒11构成两组推挽结构，受声压影响，质量块13由于惯性作用对同一轴的两个弹性圆筒11分别进行拉伸和压缩，使弹性圆筒11及缠绕在壳上的光纤产生形变，即构成测量质点振动加速度的传感装置。

刚性支撑件10使之弹性圆筒11轴向截面受力均匀。

四个尖端机米螺丝9将刚性支撑件10固定在刚性球壳12上，使弹性圆筒11的方位保持精准固定。

刚性球壳12用于保护探头的内部结构保护并感受声波，刚性球壳12上开七个小孔，一个作为光纤接口，四个用来安装尖端机米螺丝9，两个用来安装固定螺钉7。

整个矢量球，即包括球壳和内部结构，其平均密度约等于水的密度。

所述一维压差式光纤矢量水听器由两个低加速度灵敏度光纤水听器6构成，即采用双干涉仪结构，两个光纤干涉仪分别传感两个点的声压信号，将两个光纤干涉仪解调的结果相减即为声压差，相加取平均即为矢量水听器中心点的声压。其中每个低加速度灵敏度光纤水听器6都包括内弹性圆筒15、外弹性圆筒16，光纤干涉仪21。

内弹性圆筒15和外弹性圆筒16之间留有空气腔作为增敏结构。在声压作用下，内弹性圆筒15和外弹性圆筒16产生相反形变，形成推挽结构。同时以外弹性圆筒16中间肋骨作为支撑，在轴向加速度作用下，肋骨两端光纤又形成推挽结构，可抵消加速度影响。

进一步，所述固定支撑架包括：四根支撑圆柱2，两块支撑圆环1，四根弹簧3，两块矢量球固定片4，两块标量筒固定片8，十个固定螺钉7；

支撑圆柱2上开两个小孔，用于勾挂弹簧3。

支撑圆环1中心有凹槽，凹槽中心开孔，其中凹槽外径稍大于低加速度灵敏度光纤水听器中间肋骨，凹槽中心孔外径小于低加速度灵敏度光纤水听器中间肋骨，使低加速度灵敏度光纤水听器中间肋骨刚好能放入凹槽。

标量筒固定片8把低加速度灵敏度光纤水听器6固定在支撑圆环1上。

矢量球固定片4开有四个小孔，用于勾挂弹簧3，并按开孔方位用固定螺钉7将其固定在刚性球壳12的上下两端，并用弹簧3将矢量球固定片4与四根支撑圆柱2的四根柱子相连接，确保刚性球壳12的方位。

进一步，所述光纤干涉仪21为Michelson光纤干涉仪，由光纤耦合器18、光纤19和法拉第旋光镜20组成。

本发明的有益效果：