Sagnac光纤水听器增敏技术研究

发布时间：2017-06-13 21:11

  本文关键词：Sagnac光纤水听器增敏技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：二十一世纪以来,基础学科和工程技术都取得了飞跃性的发展,光纤激光水听器也凭借其自身的优势逐渐以新的姿态出现在人们的眼前。光纤激光水听器系统由信号采集和解调两部分组成,信号采集部分主要由水声敏感基元完成,信号解调部分由非平衡干涉仪完成,光纤水听器的优点有高灵敏度、较小的体积、可以实现阵列复用,使用光纤激光器对水下声信号检测就是所说的光纤激光水听器检测技术。这种技术为大规模水声传感阵列提供了有效的技术手段,对构造超细、大规模光纤水听器阵列尤为重要。本文从理论出发讨论了光纤水听器敏感单元的传感原理,分析了海洋声场特性和声波传播特性,并结合海洋浅水声传播特性,分析Sagnac光线水听器在测量具有远场特性的海洋中的点声源的远场特性时,点声源的振动参数和光纤中光波相位之间的关系。结果表明,在时间上,Sagnac光纤水听器的灵敏度发生规律性的变化,在一定条件下这种规律是可需找的,系统的延时光纤和相位灵敏度呈正比关系,同时Sagnac光纤水听器灵敏度与缠绕探头的传感光纤成正比,在浅海声场环境下,如果我们结合实际使用中的精度需求,和光纤水听器的灵敏度的大小有关的只有声源的频率,所以,在考虑到海洋声场复杂性情况下,为了保证Sagnac光纤传感器系统的精度,根据具体情况,我们应该增加光纤的长度,选用适合具体环境的光纤种类和长度。为保证系统的信噪比,选用低相干光源,以消除光纤的偏振衰落对信号的影响。论文从光纤传感器封装结构方面入手,讨论了光纤水听器梭形封装结构的应力应变特性,运用ANSYS软件,对使用该封装结构的光纤传感器探头传感特性进行研究,仿真模拟具有不同属性的材料的封装结构所获得的灵敏度,并做了比较。结果表明不同的材料对光纤传感器灵敏度的影响很大,根据选用的参数得到该种增敏封装结构对光纤传感器的灵敏度的改善效果明显,与裸光纤的声压灵敏度相比,采用这种结构能提高光纤水听器探头的灵敏度约200倍。本文对sagnac光纤水听器的灵敏度的讨论对它的实用有很大的促进作用,在未来的发展中,光纤水听器必定将以它独有的特性获得广泛的应用。
【关键词】：光纤激光水听器 水声场传播特性 梭形封装结构 压力灵敏度
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB565.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-12
• 1.1 研究背景和研究现状9-11
• 1.2 提高光纤水听器灵敏度的方法11
• 1.3 本论文的主要工作11-12
• 2 海洋水声环境12-22
• 2.1 水声场的基本理论和概念12-16
• 2.1.1 海洋中的声速12
• 2.1.2 声源12-13
• 2.1.3 点声源的波动方程与定解条件13-14
• 2.1.4 分层介质中一维波动方程的可解情况14-16
• 2.2 浅海典型声场分析16-18
• 2.3 深海典型声场分析18
• 2.4 影响海洋中声波传播的因素18-20
• 2.4.1 海洋中的混响与噪声18-19
• 2.4.2 海洋声场的反射、辐射、散射19
• 2.4.3 声伏19-20
• 2.5 水声探测系统简介20-22
• 3 Sagnac光纤水听器灵敏度理论分析22-34
• 3.1 光纤水听器简介22-26
• 3.2 Sagnac光纤水听器灵敏度分析26-30
• 3.3 应变所引起微小长度变化对相位的影响30-34
• 4 封装结构的增敏分析34-44
• 4.1 概述34-35
• 4.2 DFB光纤激光器传感及封装机理35-36
• 4.3 梭形增敏探头的声压传感特性分析36-40
• 4.4 封装结构具体参数分析40-44
• 5 主要结论和需要进一步解决的问题44-45
• 5.1 主要结论44
• 5.2 进一步解决需要的问题44-45
• 致谢45-46
• 参考文献46-49
• 攻读学位期间的研究成果49

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