一种采用钹形膜片和抗拉涂层的光纤光栅水听器

1.本发明属于光纤水听器技术领域，尤其涉及一种采用钹形膜片和抗拉涂层的光纤光栅水听器。


背景技术：

2.声波是当前人类已知的唯一能够在海水中进行远距离传输的能量形式。水听器是一类用来对水下声波进行探测以实现导航、测量和通信的传感器。传统的水听器根据探测水声信号原理的不同，可以分为电动式、电容式、压电式等。
3.近年来，随着光纤光源、光纤光谱仪和光纤光栅加工技术的迅猛发展，具有高性能、小型化、高稳定性的光纤光栅水听器逐渐称为新一代水声探测传感器。以光纤光栅作为传感源的光纤光栅水听器在国防、军事、探测等应用领域得到国内外科研机构、学者的广泛关注，相关技术得到了空前的发展。光纤光栅水听器相较于其他类型水听器，具有低噪声、高灵敏度、大动态范围、可靠性极佳等优势，以封装后的光纤作为连接件，十分适合组成大规模的水听器阵列，光纤水听器已经被许多国家作为重点研发投入的国防技术设备。
4.光纤光栅传感器是利用光纤的光波导特性和光栅反射特定波长且具有感知环境中特定参数的调制效应来实现传感功能的，光纤光栅水听器利用光纤光栅的传感器特性来获取水下的压力和声音信号。相较于传统的压电式水听器，光纤式水听器主要具有以下优势：宽频带、高灵敏度、无电磁干扰、小质量、小体积和结构简单，结合光纤光源和光纤光谱仪，可集成化和产品化，具有极大的应用前景。
5.目前，提升光纤光栅水听器压力灵敏度、采用滤波结构约束光纤光栅水听器工作频率范围、改善结构以适应特定的应用场合是现阶段光纤光栅水听器的发展方向。如何解决加速度响应大、低频段噪声高是目前光纤水听器存在的重要技术问题，还有待进一步摸索和提升。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是：通过引入钹形膜片和膜片与主体结构固接的方式来增加光纤光栅水听器工作时的可靠性和稳定性，增加抗拉涂层结构，增加光纤光栅水听器对声压的敏感程度。
7.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
8.支撑圆筒(9)外侧套有透声橡胶套(3)，支撑圆筒(9)两侧分别固接左外壳(1)和右外壳(5)，支撑圆筒(9)内部对称固定安装左钹形膜片(201)和右钹形膜片(401)，膜片上安装有左铜片(202)和右铜片(402)用于固定光纤光栅(7)，光纤上的栅区两侧分别涂有左抗拉涂层(8)和右抗拉涂层(6)，光纤光栅(7)穿过水听器中轴线上的孔；光纤光栅(7)与水听器接触位置的缝隙中均填充密封材料；左外壳(1)与支撑圆筒(9)和左钹形膜片(201)形成密闭空腔；右外壳(5)与支撑圆筒(9)和右钹形膜片(401)形成密闭空腔；左钹形膜片(201)、右钹形膜片(401)、支撑圆筒(9)与透声橡胶套(3)形成油腔，内部注满油；支撑圆筒(9)中部
上下两侧有孔，用于传递水中的声压。
9.本发明的优点是：利用膜片将声压造成的油腔体积变化转化为光纤光栅的长度变化，结构简单；利用抗拉涂层，使光纤光栅上的变形集中在栅区，达到增敏的目的；采用钹形膜片与支撑圆筒固定的结构，使水听器更加稳定可靠。
附图说明
10.图1是本发明的结构示意图；
11.图2是本发明的中轴线侧剖视图。
具体实施方式
12.参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种采用钹形膜片和抗拉涂层的光纤光栅水听器，支撑圆筒9外侧套有透声橡胶套3，支撑圆筒9两侧分别固接左外壳1和右外壳5，支撑圆筒9内部对称固定安装左钹形膜片201和右钹形膜片401，膜片上安装有左铜片202和右铜片402用于固定光纤光栅7，光纤上的栅区两侧分别涂有左抗拉涂层8和右抗拉涂层6，光纤光栅7穿过水听器中轴线上的孔；光纤光栅7与水听器接触位置的缝隙中均填充密封材料；左外壳1与支撑圆筒9和左钹形膜片201形成密闭空腔；右外壳5与支撑圆筒9和右钹形膜片401形成密闭空腔；左钹形膜片201、右钹形膜片401、支撑圆筒9与透声橡胶套3形成油腔，内部注满油；支撑圆筒9中部上下两侧有孔，用于传递水中的声压。
13.本发明中的光纤光栅水听器工作原理如下：当水听器在水下接受到水声声压，声压会透过透声橡胶套3作用于油腔中的油液中，油液被挤压并且将压力传递给固定在支撑圆筒7上的左钹形膜片201和右钹形膜片401上，左钹形膜片201和右钹形膜片401发生轴向的变形，并将变形传递给固定在左铜片202和右铜片402之间的光纤光栅7上，当光纤光栅7产生轴向变形时，大部分轴向变形会因为抗拉涂层的存在集中在栅区，增加光纤水听器对水声声压的敏感度，其反射光的波长会发生变化，通过测量光纤光栅7中反射的波长，即可获取相应的水声信息。


技术特征：
1.一种采用钹形膜片和抗拉涂层的光纤光栅水听器，其包括：左外壳(1)、左钹形膜片(201)、左铜片(202)、透声橡胶套(3)、右钹形膜片(401)、右铜片(402)、右外壳(5)、右抗拉涂层(6)、光纤光栅(7)、左抗拉涂层(8)、支撑圆筒(9)，其特征在于：支撑圆筒(9)外侧套有透声橡胶套(3)，支撑圆筒(9)两侧分别固接左外壳(1)和右外壳(5)，支撑圆筒(9)内部对称固定安装左钹形膜片(201)和右钹形膜片(401)，膜片上安装有左铜片(202)和右铜片(402)用于固定光纤光栅(7)，光纤上的栅区两侧分别涂有左抗拉涂层(8)和右抗拉涂层(6)，光纤光栅(7)穿过水听器中轴线上的孔；光纤光栅(7)与水听器接触位置的缝隙中均填充密封材料；左外壳(1)与支撑圆筒(9)和左钹形膜片(201)形成密闭空腔；右外壳(5)与支撑圆筒(9)和右钹形膜片(401)形成密闭空腔；左钹形膜片(201)、右钹形膜片(401)、支撑圆筒(9)与透声橡胶套(3)形成油腔，内部注满油；支撑圆筒(9)中部上下两侧有孔，用于传递水中的声压。

技术总结
本发明涉及一种采用钹形膜片和抗拉涂层的光纤光栅水听器，属于光纤水听器技术领域。支撑圆筒外侧套有透声橡胶套，支撑圆筒两侧分别固接左外壳和右外壳，支撑圆筒内部对称固定安装左钹形膜片和右钹形膜片，膜片上安装有左铜片和右铜片用于固定光纤光栅，光纤上的栅区两侧分别涂有左抗拉涂层和右抗拉涂层，光纤光栅穿过水听器中轴线上的孔。优点是：利用膜片将声压造成的油腔体积变化转化为光纤光栅的长度变化，结构简单；利用抗拉涂层，使光纤光栅上的变形集中在栅区，达到增敏的目的；采用钹形膜片与支撑圆筒固定的结构，使水听器更加稳定可靠。定可靠。定可靠。


技术研发人员：徐敬 王仁明
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2022.02.28
技术公布日：2022/6/14