申请/专利权人：北京航天控制仪器研究所

申请日：2017-08-31

公开（公告）日：2020-09-18

公开（公告）号：CN107702786B

主分类号：G01H9/00(20060101)

分类号：G01H9/00(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.09.18#授权;2018.03.16#实质审查的生效;2018.02.16#公开

摘要：一种用于阵列的干涉式光纤水听器探头，包括保护端头、端头、增敏涂层、弹性载纤筒、支撑骨架、光学器件安放轴、隔音保护套筒、螺钉、注胶槽。保护端头、端头、增敏涂层、弹性载纤筒、支撑骨架构成了探头的声波拾取部分，负责承载并保护敏感光纤，兼具优异的憎水性及透声性。光学器件安放轴、隔音保护套筒及注胶槽构成了探头光学器件的保护部分，具有很好的耐压性。探头选用弯曲直径小的弯曲不敏感光纤，选用超小尺寸的光学器件，同时采用罗马柱形式的光学器件安放结构，隔音保护套筒上设计固定法兰。本发明大大节省了光学器件的占用空间，实现了探头小型化，使光纤水听器组阵时体积更小，机动灵活性更高。

主权项：1.一种用于阵列的干涉式光纤水听器探头，其特征在于包括：保护端头、端头、支撑骨架、弹性载纤筒、增敏涂层、光学器件安放轴、隔音保护套筒；保护端头与端头连接；弹性载纤筒为圆筒状，从支撑骨架与端头连接的一端套住整个支撑骨架；端头与支撑骨架连接后，为弹性载纤筒提供挡板的作用，将弹性载纤筒稳定固定在支撑骨架上；弹性载纤筒的两端设计有挡纤凸起，敏感光纤在弹性载纤筒两端的挡纤凸起之间绕制，覆盖整个弹性载纤筒的表面；增敏涂层覆盖整个敏感光纤；在支撑骨架远离连接端头的一端设计有两个凹槽，作为敏感光纤的出纤端和进纤端；支撑骨架与光学器件安放轴连接；光学器件安放轴上设计有多个安装槽，用于放置光学器件，光学器件安放轴上设计有绕纤柱，多余光纤通过支撑骨架的凹槽后绕制在绕纤柱上，光学器件安放轴远离绕纤柱的一端设计有多个出纤孔，其中一个出纤孔用于光学器件与外部传输光纤的连接走纤，其余出纤孔与隔音保护套筒连接；保护端头与端头通过螺纹旋紧的方式固定连接；保护端头上开有过线槽；所述保护端头上开有过线槽用于阵缆内的凯夫拉绳和传输光纤通过，防止阵缆发生弯折时对光纤水听器造成损坏；所述光学器件安放轴采用罗马柱结构，光学器件安放轴上设计有3～5个安装槽，安装槽内装有迈克尔逊干涉仪的光学器件，所述迈克尔逊干涉仪的光学器件包括1只耦合器与2只法拉第旋转反射镜；所述耦合器选用的是尺寸为Φ2.2mm～Φ2.6mm×23mm～27mm的耦合器，所述的法拉第旋转反射镜选用的是尺寸为Φ2.4mm～Φ2.6mm×11mm～13mm的法拉第旋转反射镜；所述光纤选用弯曲直径为10mm～12mm对弯曲不敏感光纤；用双面胶先将光学器件固定在安装槽内，然后在光学器件的表面涂上双组分胶，将光学器件粘接在安装槽里；绕纤柱用于绕制多余的敏感光纤，绕纤柱上粘有双面胶，保证多余的光纤与绕纤柱紧密贴合，然后在多余的光纤表面涂上双组分胶，使多余的光纤固定在绕纤柱上；绕纤柱直径与弹性载纤筒直径相同；所述支撑骨架上凹槽的圆弧半径大于敏感光纤的最小弯曲半径，用于保证敏感光纤通过凹槽的弯曲半径大于敏感光纤的最小弯曲半径；所述隔音保护套筒采用不锈钢材料制成，所述隔音保护套筒外侧设计连接法兰，用于固定探头在阵缆内的位置。

全文数据：一种用于阵列的干涉式光纤水听器探头技术领域[0001]本发明属于传感器领域，涉及一种用于阵列的干涉式光纤水听器探头。背景技术[0002]光纤水听器是一种建立在光纤、光电子技术基础上的水下声信号传感器，作为一种新型的水声探测器件，与传统的压电水听器相比，它具有灵敏度高、响应频带宽、抗电磁干扰、可实现水下湿端无源探测和易于大规模组阵等优点，成为水声探测技术发展的重要方向，在军事和民用领域有着重要的应用。光纤水听器可分为干涉型、强度型、光栅型等，其中干涉型方案发展较为成熟。干涉型水听器基于迈克尔逊干涉仪原理:激光器输出的光经耦合器分为两路，一路构成传感臂，用来敏感声信号，另一路构成参考臂，提供解调需要的参考相位。两路光经过法拉第旋转反射镜反射后发生干涉，干涉的光信号经光电探测器转化为电信号，经过信号处理就可以拾取声波信息。[0003]目前从技术发展形势的变化来看，潜艇的噪声越来越小，机动灵活性越来越高，为了适应新时期反潜技术的发展需要，水下反潜实时密切监视、快速反应是未来发展的必然趋势。因此亟需体积小、细阵缆直径、机动灵活度高的光纤水听器阵列，因此拖曳细线阵成为未来光纤水听器发展的主要趋势。目前干涉式光纤水听器存在一些问题阻碍了其小型化的发展，例如:迈克尔逊干涉仪中使用的光纤最小弯曲直径为15圓，限制了探头的最小尺寸要大于15mm;光学器件相对较多，且单个器件体积偏大，导致器件仓的尺寸相对偏大，影响了探头整体的长度和粗细程度。因此导致干涉型水听器探头在组成拖曳阵列时，阵缆体积庞大、机动性和灵活性差。发明内容[0004]本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于阵列的干涉式光纤水听器探头，缩小了探头的尺寸，使光纤水听器组阵时体积更小，机动灵活性更高。[0005]本发明目的通过以下技术方案予以实现：[0006]一种用于阵列的干涉式光纤水听器探头，包括:保护端头、端头、支撑骨架、弹性载纤筒、增敏涂层、光学器件安放轴、隔音保护套筒；[0007]保护端头与端头连接;弹性载纤筒为圆筒状，从支撑骨架与端头连接的一端套住整个支撑骨架;端头与支撑骨架连接后，为弹性载纤筒提供挡板的作用，将弹性载纤筒稳定固定在支撑骨架上;弹性载纤筒的两端设计有挡纤凸起，敏感光纤在弹性载纤筒两端的挡纤凸起之间绕制，覆盖整个弹性载纤筒的表面;增敏涂层覆盖整个敏感光纤;在支撑骨架远离连接端头的一端设计有两个凹槽，作为敏感光纤的出纤端和进纤端;支撑骨架与光学器件安放轴连接;光学器件安放轴上设计有多个安装槽，用于放置光学器件，光学器件安放轴上设计有绕纤柱，多余光纤通过支撑骨架的凹槽后绕制在绕纤柱上，光学器件安放轴远离绕纤柱的一端设计有多个出纤孔，其中一个出纤孔用于光学器件与外部传输光纤的连接走纤，其余出纤孔与隔音保护套筒连接。[0008]上述用于阵列的干涉式光纤水听器探头，所述隔音保护套筒从光学器件安放轴的出纤孔端套住整个光学器件安放轴，用于保护固定于光学器件安放轴上的光学器件，同时隔绝水声，隔音保护套筒的一端与光学器件安放轴的出纤孔连接，并在该端设有注胶槽，隔音保护套筒远离注胶槽的一端的内径与支撑骨架的外径相同。[0009]上述用于阵列的干涉式光纤水听器探头，所述支撑骨架的两端各设有一个台阶，两个台阶与弹性载纤筒一起构成气背，用于声波拾取。[0010]上述用于阵列的干涉式光纤水听器探头，所述支撑骨架上凹槽的圆弧半径大于敏感光纤的最小弯曲半径，用于保证敏感光纤通过凹槽的弯曲半径大于敏感光纤的最小弯曲半径。[0011]上述用于阵列的干涉式光纤水听器探头，所述凹槽的底部与弹性载纤筒的外径平齐。[0012]上述用于阵列的干涉式光纤水听器探头，所述光学器件安放轴采用罗马柱结构，光学器件安放轴上设计有3〜5个安装槽，安装槽内装有迈克尔逊干涉仪的光学器件，所述迈克尔逊千涉仪的光学器件包括1只耦合器与2只法拉第旋转反射镜。[0013]上述用于阵列的干涉式光纤水听器探头，所述绕纤柱直径与弹性载纤筒直径相同，用于保证多余光纤通过支撑骨架的凹槽后能够平滑的绕制在绕纤柱上。[0014]上述用于阵列的干涉式光纤水听器探头，所述光纤选用弯曲直径为10mm〜12mm对弯曲不敏感光纤。[0015]上述用于阵列的干涉式光纤水听器探头，所述耦合器选用的是尺寸为（①2.2_〜¢2.6mmX23圓〜27mm的耦合器，所述的法拉第旋转反射镜选用的是尺寸为（①2.4_〜①2•6臟）X11mm〜13臟的法拉第旋转反射镜。[0016]上述用于阵列的干涉式光纤水听器探头，所述保护端头上开有过线槽用于阵缆内的凯夫拉绳和传输光纤通过，防止阵缆发生弯折时对光纤水听器造成损坏。[0017]上述用于阵列的干涉式光纤水听器探头，所述增敏涂层与注胶槽所注的胶均为聚氨酯胶。[0018]上述用于阵列的干涉式光纤水听器探头，所述隔音保护套筒外侧设计连接法兰，用于固定探头在阵缆内的位置。[0019]本发明与现有技术相比具有如下有益效果：[0020]1本发明通过采用弯曲直径小的光纤，使光纤水听器探头拾取声信号的部分更细，通过选取超小型光耦合器与法拉第旋转反射镜，同时采用罗马柱的安放结构，大大节省了光学器件的占用空间，充分达到了探头小型化的目的，保证了光纤水听器组阵时体积更小，机动灵活性更高，可以更好的应用在未来的实际工程中。[0021]2本发明支撑骨架上凹槽的圆弧半径大于敏感光纤的最小弯曲半径，确保敏感光纤通过凹槽不发生小半径弯折;光学器件安放轴的绕纤柱直径与弹性载纤筒直径相同，保证多余光纤能够平滑的绕制在绕纤柱上;上述设计均可减小光纤的传输损耗，提高探头的灵敏度。[0022]3本发明通过向注胶槽内注入聚氨酯胶，保证探头尾端的密闭性，确保了光学器件不受水的侵蚀。[0023]4本发明通过保护端头与隔音保护套筒上法兰的设计，使光纤水听器探头在缆内固定更牢靠，在阵缆出现弯折时不会损坏探头，提高了缆内光纤水听器探头的可靠性。附图说明[0024]图1为本发明结构剖面图；[0025]图2为本发明结构分解示意图；[0026]图3为本发明提供的支撑骨架与弹性载纤筒结构示意图。具体实施方式[0027]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。[0028]图1为本发明的结构剖视图，包括保护端头1、端头2、支撑骨架3、弹性载纤筒4、增敏涂层5、光学器件安放轴6、隔音保护套筒7、螺钉8。图2为本发明结构分解示意图，图3为本发明提供的支撑骨架与弹性载纤筒结构示意图。[0029]保护端头1和端头2均采用不锈钢材料，保护端头1与端头2通过螺纹旋紧的方式固定连接;保护端头1上开有过线槽11，用于阵缆内的凯夫拉绳和传输光纤通过，防止阵缆发生弯折时对光纤水听器造成损坏。支撑骨架3采用空心铝质材料;弹性载纤筒4为圆筒状，采用铝质材料。[0030]如图3所示在支撑骨架3的一端设计有两个凹槽33,作为敏感光纤的出纤端和进纤端，凹槽33的底部与弹性载纤筒4的外径平齐;凹槽的圆弧半径大于敏感光纤的最小弯曲半径，用于保证在弹性载纤筒4上绕制光纤的进纤与出纤的过程中，敏感光纤通过凹槽的弯曲半径大于敏感光纤的最小弯曲半径，确保光纤不发生小半径弯折，从而减小光纤弯曲损耗。[0031]弹性载纤筒4从支撑骨架3与端头2连接的一端套住整个支撑骨架3;端头2与支撑骨架3远离凹槽33的一端通过螺纹固定连接，为弹性载纤筒4提供挡板的作用，确保弹性载纤筒4能够稳定的固定在支撑骨架3上而不滑脱;支撑骨架3上设计有台阶A31、台阶B32,具体台阶结构见图2，台阶结构使弹性载纤筒4与支撑骨架3不是紧密贴合，两者之间由空气层隔开，构成气背式结构，气背式结构利于弹性载纤筒4的径向变形，从而增加光纤水听器探头的声压灵敏度;敏感光纤在弹性载纤筒4两端的挡纤凸起41之间绕制，覆盖整个弹性载纤筒4的表面，绕制时要确保光纤紧密贴合，同时不出现搭纤的现象。本实施例中光纤采用弯曲直径为l〇mm对弯曲不敏感光纤，确保声波拾取部分足够细。增敏涂层5采用聚氨酯胶，配制聚氨酯胶抽真空后缓慢注入与本发明局部结构匹配的模具，待聚氨酯胶硫化干结后，将模具取下，确保增敏涂层5覆盖整个敏感光纤，聚氨酯胶具有良好的憎水性与透声性，确保水听器声波拾取部分的可靠性。[0032]支撑骨架3内部设有内螺纹通孔，与光学器件安放轴6通过螺纹旋紧的方式固定连接。光学器件安放轴6为不锈钢材料，采用罗马柱的安放结构，设计4个安装槽，用于放置迈克尔逊干涉仪的光学器件，具体包括1只耦合器与2只法拉第旋转反射镜，本实施例中耦合器选用尺寸为①2.4*25mm的小型耦合器，法拉第旋转反射镜选用尺寸为①2.5*12mm的小型法拉第旋转反射镜，节省了光学器件的占有空间，使探头更加的小型化，用双面胶先将光学器件固定在安装槽内，然后在器件的表面涂上双组分胶，将其粘接在安装槽里;光学器件安放轴6上设计有绕纤柱62,如图2所示，处于支撑骨架3凹槽33与安装槽61之间，用于绕制多余的敏感光纤，绕纤柱62上粘有双面胶，先保证多余的光纤与绕纤柱62紧密贴合，然后在光纤的表面涂上双组分胶，使其彻底的固定在绕纤柱62上，避免光纤处于悬空状态;绕纤柱62直径与弹性载纤筒4直径相同，保证多余光纤通过支撑骨架3的凹槽33后能够平滑的绕制在绕纤柱62上，以减小光纤内的光传播损耗;光学器件安放轴上远尚绕纤柱62的一端设计有多个出纤孔63,将传输光纤护套套在耦合器进光一侧的裸纤上，本实施例中护套穿过出纤孔63约lcm，然后将双组分胶涂覆在光纤护套表面，厚度约1mm，出纤孔63内设有螺纹，其中一个出纤孔63用于迈克尔逊干涉仪的光学器件与外部传输光纤的连接走纤，其余出纤孔63与隔音保护套筒7通过螺钉连接;隔音保护套筒7采用不锈钢材料，隔音保护套筒7从光学器件安放轴6的出纤孔63端套住整个光学器件安放轴6，并用螺钉8紧固，其中螺钉8上涂覆配制好双组分胶，隔音保护套筒7用于保护固定于光学器件安放轴6上的光学器件，同时隔绝水声，防止声信号对光学器件产生影响，隔音保护套筒7外侧设计连接法兰71，用于固定探头在阵缆内的位置，在隔音保护套筒7末端设有注胶槽9,向注胶槽9内注入聚氨醋胶，保证探头尾端的密闭性，确保光学器件不受水的侵蚀。[0033]本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

权利要求：1.一种用于阵列的千涉式光纤水听器探头，其特征在于包括:保护端头、端头、支撑骨架、弹性载纤筒、增敏涂层、光学器件安放轴、隔音保护套筒;保护端头与端头连接;弹性载纤筒为圆筒状，从支撑骨架与端头连接的一端套住整个支撑骨架;端头与支撑骨架连接后，为弹性载纤筒提供挡板的作用，将弹性载纤筒稳定固定在支撑骨架上；弹性载纤筒的两端设计有挡纤凸起，敏感光纤在弹性载纤筒两端的挡纤凸起之间绕制，覆盖整个弹性载纤筒的表面;增敏涂层覆盖整个敏感光纤;在支撑骨架远离连接端头的一端设计有两个凹槽，作为敏感光纤的出纤端和进纤端;支撑骨架与光学器件安放轴连接;光学器件安放轴上设计有多个安装槽，用于放置光学器件，光学器件安放轴上设计有绕纤柱，多余光纤通过支撑骨架的凹槽后绕制在绕纤柱上，光学器件安放轴远离绕纤柱的一端设计有多个出纤孔，其中一个出纤孔用于光学器件与外部传输光纤的连接走纤，其余出纤孔与隔音保护套筒连接。2.根据权利要求1所述的一种用于阵列的干涉式光纤水听器探头，其特征在于:所述隔音保护套筒从光学器件安放轴的出纤孔端套住整个光学器件安放轴，用于保护固定于光学器件安放轴上的光学器件，同时隔绝水声，隔音保护套筒的一端与光学器件安放轴的出纤孔连接，并在该端设有注胶槽，隔音保护套筒远离注胶槽的一端的内径与支撑骨架的外径相同。3.根据权利要求1所述的一种用于阵列的干涉式光纤水听器探头，其特征在于:所述支撑骨架的两端各设有一个台阶，两个台阶与弹性载纤筒一起构成气背，用于声波拾取。4.根据权利要求1所述的一种用于阵列的干涉式光纤水听器探头，其特征在于:所述支撑骨架上凹槽的圆弧半径大于敏感光纤的最小弯曲半径，用于保证敏感光纤通过凹槽的弯曲半径大于敏感光纤的最小弯曲半径。5.根据权利要求1所述的一种用于阵列的干涉式光纤水听器探头，其特征在于:所述凹槽的底部与弹性载纤筒的外径平齐。6.根据权利要求1所述的一种用于阵列的干涉式光纤水听器探头，其特征在于:所述光学器件安放轴采用罗马柱结构，光学器件安放轴上设计有3〜5个安装槽，安装槽内装有迈克尔逊千涉仪的光学器件，所述迈克尔逊千涉仪的光学器件包括1只耦合器与2只法拉第旋转反射镜。7.根据权利要求1所述的一种用于阵列的千涉式光纤水听器探头，其特征在于:所述绕纤柱直径与弹性载纤筒直径相同，用于保证多余光纤通过支撑骨架的凹槽后能够平滑的绕制在绕纤柱上。8.根据权利要求1或4或7所述的一种用于阵列的干涉式光纤水听器探头，其特征在于：所述光纤选用弯曲直径为l〇mm〜1对弯曲不敏感光纤。9.根据权利要求1或6所述的一种用于阵列的干涉式光纤水听器探头，其特征在于:所述耦合器选用的是尺寸为（①2.2mm〜〇2_6nmX23mm〜27mm的耦合器，所述的法拉第旋转反射镜选用的是尺寸为〜①2.6mraX的法拉第旋转反射镜。10.根据权利要求1所述的一种用于阵列的干涉式光纤水听器探头，其特征在于:所述保护端头上开有过线槽用于阵缆内的凯夫拉绳和传输光纤通过，防止阵缆发生弯折时对光纤水听器造成损坏。11.根据权利要求1所述的一种用于阵列的干涉式光纤水听器探头，其特征在于:所述增敏涂层与注胶槽所注的胶均为聚氨酯胶。12.根据权利要求1所述的一种用于阵列的干涉式光纤水听器探头，其特征在于:所述隔音保护套筒外侧设计连接法兰，用于固定探头在阵缆内的位置。

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