基于光纤布拉格光栅的光纤水听器探头结构设计

摘要

光纤布拉格光栅水听器是一种把水下声信号转换成光信号的换能器，是水声学中重要的传感器，在实际工程应用中，对水听器探头的声压灵敏度、抗加速度性能、耐静水压性能都有较高要求。 本论文首先研究了光纤布拉格光栅水听器的技术原理和水听器探头结构的国内外研究成果；其次研究了应力传感原理、温度传感机理和应力-温度交叉敏感特性，并对各种信号解调技术进行了分析与对比；在此基础上，完成了下列主要工作： （1）提出了使用对称双弹性膜片的总体结构方案。完成了基于套管的温度补偿结构的水听器探头结构方案设计。设计方案中采用弹性膜片封装的探头结构，在弹性力学的相关基础理论上，探索了该种探头结构形式的水听器的声压敏感度、加速度响应敏感度、温度灵敏度、动态频率等特性。 （2）完成了弹性膜片封装结构的光纤布拉格光栅水听器样品制造装配，初步探讨了该探头结构的工艺性技术。 （3）完成了水听器样件的测试实验。测试了水听器样件的声压相位灵敏度、抗加速度性能、温度补偿性能、耐压性能，测试实验检验了基于弹性膜片封装结构的水听器的声压敏感特性、加速度敏感特性及温度补偿特性和耐压特性。

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 光纤布拉格光栅水听器探头结构技术的发展现状

1.3 本文研究的主要内容

1.4 本章小结

第2章 光纤布拉格光栅水听器传感原理及解调技术

2.1 引言

2.2 光纤布拉格光栅水听器传感原理

2.3 光纤布拉格光栅的信号解调技术

2.3.1 可调窄带滤波器法

2.3.2 可调谐光源法

2.3.3 非平衡Mach-Zehnder干涉仪法

2.4 本章小结

第3章 光纤布拉格光栅水听器弹性膜片封装结构设计理论分析

3.1 光纤布拉格光栅水听器探头结构初步方案

3.2 水听器探头结构分析

3.2.1 压力敏感度分析

3.2.2 加速度响应敏感度分析

3.2.3 频率响应特性分析

3.2.4 温度敏感度分析

3.3 对称弹性膜片结构作用分析

3.4 温度补偿结构原理

3.5 光纤布拉格光栅水听器探头结构设计方案

3.6 本章小结

第4章 光纤布拉格光栅水听器探头实验研究

4.1 主要性能测试与评价参数

4.1.1 声压灵敏度测试与评价参数

4.1.2 抗加速度性能测试与评价参数

4.1.3 温度补偿性能测试与评价参数

4.1.4 耐压性能测试与评价参数

4.2 光纤布拉格光栅水听器探头样件装配简介

4.3 光纤布拉格光栅水听器探头性能实验

4.3.1 实验使用的光纤布拉格光栅水听器信号解调技术

4.3.2 光纤布拉格光栅水听器探头声压灵敏度实验

4.3.3 光纤布拉格光栅水听器探头抗加速度性能实验

4.3.4 光纤布拉格光栅水听器探头温度补偿性能实验

4.3.5 光纤布拉格光栅水听器探头耐压性能实验

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 下一步工作展望

参考文献

致谢