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分析光栅干涉型光纤光栅水听器关键技术生

收藏本文 2024-03-03 点赞:5717 浏览:16851 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:以光纤光栅作为传感元件的水听器具有体积小、抗环境干扰能力强、便于光路复用等优点。在光纤光栅水听器的工程运用中,对其声灵敏度、轴向抗加速度性能、耐静水压性能都有较高要求。本论文探讨了能够提升这些性能的无源光纤光栅水听器和有源光纤光栅水听器。论文首先介绍了国内外光纤光栅水听器的进展概况。在第二章中浅析了光纤光栅的传感原理。通过耦合方式论述和弹光效应论述浅析了光纤光栅水声传感器的灵敏度。在第三章中对光纤光栅水听器增敏机理、非平衡干涉仪的信号接收和解调技术、耐静水压和抗加速度等关键技术进行了论述浅析。采取侧面压迫式和端面拉伸式两种增敏策略,探讨、设计和制作的无源光纤光栅水听器探头在论文的第四章中做了介绍。采取环氧胶灌注和弹性膜片端面拉伸两种策略分别对光纤光栅传感器进行增敏。探讨结果表明环氧灌注案例谐振频率过低(300Hz),频带内灵敏度频响起伏较大,且高频灵敏度过低(小于-205dB,OdB=1rad/μPa),制作工艺要求较高;弹性片端面拉伸案例采取铍铜材料的弹性膜片进行增敏,在100Hz~1000Hz频率范围内灵敏度为-175±2dB。对端面拉伸式增敏水听器样品进行了封装,并运用于水声信号的检测实验。实验表明,该水听器在灵敏度及频率响应指标上已经基本满足运用要求。本论文第五章探讨、设计和研制了有源光纤光栅水听器,它具有高灵敏度和抗加速度特性。首先采取λ/4相移型掺铒光纤光栅构成DFB激光器,输出窄线宽激光。再利用弹性片增敏策略封装该有源λ/4相移型光纤布拉格光栅,构成了高灵敏度有源光纤光栅水听器。然后以两边对称的膜片构成封装结构来抵消轴向加速度干扰,提升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升了光纤光栅水听器的耐静水压能力。探讨结果表明水听器在100Hz~1000Hz频率范围内灵敏度为-133.3±0.7dB(OdB=lrad/μPa),加速度灵敏度可做到-20dB(0dB=1rad/g)以下,耐静水压可达2MPa,相当于200m水深。实验表明,该水听器在灵敏度、抗加速度以及耐静水压性能上取得了良好的结果,具备较好的工程运用前景。文章最后探讨了利用无源和有源光纤光栅水听器组成阵列以运用于拖曳声纳和固定式声纳。还探讨了系统降噪、掩埋声响应等技术,以设计、实验上验证光纤光栅水听器的工程实用性。关键词:无源光纤光栅论文有源光纤光栅论文水听器论文解调论文非平衡干涉仪论文灵敏度增敏论文分布反馈式激光器论文光纤光栅阵列复用论文

    致谢5-6

    摘要6-8

    Abstract8-10

    目录10-12

    第一章 绪论12-29

    1.1 选题背景及作用12-13

    1.2 光纤光栅水听器运用概述13-17

    1.2.1 概述13-14

    1.2.2 光纤光栅的水声探测运用14-17

    1.3 光纤光栅水听器技术进展概述17-26

    1.3.1 光纤光栅水听器技术特点17-18

    1.3.2 国外光纤光栅水听器探讨情况综述18-24

    1.3.3 国内光纤光栅水听器探讨情况24-26

    1.4 论文主要内容及探讨成果26-29

    1.4.1 论文主要内容26-27

    1.4.2 探讨成果27-29

    第二章 光纤光栅水听器传感原理29-47

    2.1 引言29-30

    2.2 光纤光栅特性探讨30-38

    2.2.1 均匀光纤Bragg光栅论述浅析30-36

    2.2.2 相移型光纤Bragg光栅论述浅析36-38

    2.3 光纤光栅水声传感系统基本原理38-45

    2.3.1 光纤光栅的轴向应变灵敏度38-43

    2.3.2 基于光纤光栅应变特性的水声传感原理43-44

    2.3.3 无源型及有源型光纤光栅水听器系统介绍44-45

    2.4 小结45-47

    第三章 光纤光栅水听器关键技术探讨及参数设计47-68

    3.1 引言47

    3.2 光纤光栅水听器增敏机理及参数设计47-57

    3.2.1 水介质中声压分布特性47-51

    3.2.2 水听器声压接收特性及声参数设计51-54

    3.2.3 光纤光栅水听器增敏策略浅析54-57

    3.3 光纤光栅水听器干涉解调技术57-64

    3.3.1 非平衡干涉仪解调技术58-59

    3.3.2干涉仪输出信号解调算法59-62

    3.3.3 PGC解调算法仿真62-64

    3.4 光纤光栅水听器耐静水压技术64-65

    3.5 光纤光栅水听器抗加速度技术65

    3.6 光纤光栅水听器阵列复用技术65-67

    3.7 小结67-68

    第四章 干涉型无源光纤光栅水听器探讨68-95

    4.1 引言68

    4.2 干涉型无源光纤光栅水听器传感系统设计68-72

    4.2.1 系统组成68-70

    4.2.2 参数设计70-72

    4.3 无源光纤光栅水听器增敏策略探讨72-88

    4.3.1 裸光栅声压相移灵敏度浅析计算73-76

    4.3.2 侧向压迫式无源光纤光栅水听器增敏策略76-82

    4.3.2.1 侧向压迫式增敏结构设计及封装76-78

    4.3.2.2 侧向压迫式增敏无源光纤光栅水听器测试78-82

    4.3.3 端面拉伸式无源光纤光栅水听器增敏策略82-88

    4.4 无源光纤光栅水听器的耐压机理探讨88-94

    4.5 小结94-95

    第五章 有源DFB型光纤光栅水听器探讨95-113

    5.1 引言95

    5.2 基于λ/4型相移光栅的DFB型有源光纤光栅水听器传感系统设计95-102

    5.2.1 系统组成95-97

    5.2.2 λ/4相移型有源光纤光栅DFB激光器97-101

    5.2.3 传感系统参数设计101-102

    5.3 有源光纤光栅水听器探头增敏102-107

    5.4 有源光纤光栅水听器耐压性能探讨107-109

    5.5 光纤光栅水听器的抗加速度性能探讨109-112

    5.6 小结112-113

    第六章 光纤光栅水听器工程运用性探讨113-125

    6.1 引言113

    6.2 光纤光栅水听器阵列复用技术113-117

    6.2.1 无源光纤光栅水听器阵列光路设计114-116

    6.2.2 有源光纤光栅水听器阵列光路设计116-117

    6.3 光纤光栅水听器干涉系统降噪探讨117-122

    6.3.1 干涉仪减振降噪设计117-120

    6.3.2 干涉仪减隔振实验验证120-122

    6.4 光纤光栅水听器掩埋实验探讨122-124

    6.5 本章小结124-125

    第七章 总结与展望125-128

    7.1 总结125-126

    7.2 革新点126-127

    7.3 展望127-128

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