光纖矢量水聽器工作原理淺析

光纖矢量水聽器工作原理

光纖矢量水聽器是一種新型的水聲測量設(shè)備，其工作原理是通過高靈敏度的光學(xué)相干檢測，將水聲振動轉(zhuǎn)換成光信號，再通過光纖傳至信號處理系統(tǒng)提取聲信號信息。

與傳統(tǒng)水聽器相比，光纖矢量水聽器可以更精準(zhǔn)地測量水下聲壓，以及聲場動能密度與聲能流密度（聲場坡印廷矢量），從而提供更豐富的數(shù)據(jù)支撐。

干涉型光纖水聽器是基于高性能的邁克耳孫干涉儀結(jié)構(gòu)，由激光器發(fā)出的光經(jīng)光隔離器后，通過3dB光纖耦合器被分為兩束，分別進(jìn)入干涉儀兩臂，經(jīng)光纖后端的反射鏡反射后返回光纖耦合器進(jìn)行干涉，干涉光信號經(jīng)光電探測器轉(zhuǎn)換為電信號，再進(jìn)行信號處理就可以得到聲波信息。水聲信號作用于彈性體上，引起彈性體的微應(yīng)變，而繞在彈性體上的光纖隨之發(fā)生應(yīng)變，光纖的應(yīng)變隨即改變（調(diào)制）光纖中傳播的光波的相位。通過解調(diào)出光波相位的變化從而就能獲得水聲信號的大小。

對于光波相位的解調(diào)都是經(jīng)過激光干涉來實(shí)現(xiàn)的，因此，光纖繞制在水聽器彈性體上成為光纖水聽器敏感圈后，還要將該敏感圈接入光纖Michelson干涉儀中，該光纖水聽器的光路原理圖如圖1所示。

圖 干涉型光纖水聽器原理圖

光纖矢量水聽器的各種類型

光纖矢量水聽器的類型有多種，其中最常見的是干涉型光纖矢量水聽器。它利用干涉儀的原理，將水聲振動轉(zhuǎn)換為干涉儀中的相位差變化，再通過檢測干涉儀的輸出光信號來獲取水聲信息。干涉型光纖矢量水聽器具有靈敏度高、信號經(jīng)光纖傳輸損耗小、免電磁干擾、無串?dāng)_等優(yōu)點(diǎn)，能夠在惡劣的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定工作。

另一種常見的光纖矢量水聽器是微光學(xué)結(jié)構(gòu)光纖水聽器。這種水聽器技術(shù)是將傳感器直接刻在光纖上，具有體積小、易于波分復(fù)用、制作工藝相對簡單、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。它適用于大型岸基海域防衛(wèi)警戒系統(tǒng)、艦載聲納陣、海洋噪聲監(jiān)測陣等應(yīng)用場合，尤其是水聽器拖曳陣應(yīng)用場合。

此外，還有分布式光纖矢量水聽器。這種水聽器利用分布式光纖傳感技術(shù)（DAS）探測水下聲波信號的光纖水聽器陣列。多個(gè)光纖水聽器組成陣列，對水下聲波進(jìn)行空間分離拾取，可以應(yīng)用于水聲警戒聲吶、水雷聲引信、魚類探測、多基地聲吶、水下導(dǎo)航等領(lǐng)域。

以上是光纖矢量水聽器的幾種類型，它們各有特點(diǎn)，適用于不同的應(yīng)用場景。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)具體需求選擇合適的光纖矢量水聽器類型。