光纖矢量水聽(tīng)器工作原理淺析

光纖矢量水聽(tīng)器工作原理

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

與傳統(tǒng)水聽(tīng)器相比，光纖矢量水聽(tīng)器可以更精準(zhǔn)地測(cè)量水下聲壓，以及聲場(chǎng)動(dòng)能密度與聲能流密度（聲場(chǎng)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(tīng)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(guò)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(hào)經(jīng)光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再進(jìn)行信號(hào)處理就可以得到聲波信息。水聲信號(hào)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(guò)解調(diào)出光波相位的變化從而就能獲得水聲信號(hào)的大小。

對(duì)于光波相位的解調(diào)都是經(jīng)過(guò)激光干涉來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，光纖繞制在水聽(tīng)器彈性體上成為光纖水聽(tīng)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(tīng)器的光路原理圖如圖1所示。

圖 干涉型光纖水聽(tīng)器原理圖

光纖矢量水聽(tīng)器的各種類型

光纖矢量水聽(tīng)器的類型有多種，其中最常見(jiàn)的是干涉型光纖矢量水聽(tīng)器。它利用干涉儀的原理，將水聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換為干涉儀中的相位差變化，再通過(guò)檢測(cè)干涉儀的輸出光信號(hào)來(lái)獲取水聲信息。干涉型光纖矢量水聽(tīng)器具有靈敏度高、信號(hào)經(jīng)光纖傳輸損耗小、免電磁干擾、無(wú)串?dāng)_等優(yōu)點(diǎn)，能夠在惡劣的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。

另一種常見(jiàn)的光纖矢量水聽(tīng)器是微光學(xué)結(jié)構(gòu)光纖水聽(tīng)器。這種水聽(tīng)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(duì)簡(jiǎn)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(cè)陣等應(yīng)用場(chǎng)合，尤其是水聽(tīng)器拖曳陣應(yīng)用場(chǎng)合。

此外，還有分布式光纖矢量水聽(tīng)器。這種水聽(tīng)器利用分布式光纖傳感技術(shù)（DAS）探測(cè)水下聲波信號(hào)的光纖水聽(tīng)器陣列。多個(gè)光纖水聽(tīng)器組成陣列，對(duì)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(yú)類探測(cè)、多基地聲吶、水下導(dǎo)航等領(lǐng)域。

以上是光纖矢量水聽(tīng)器的幾種類型，它們各有特點(diǎn)，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)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(tīng)器類型。