专利名称：高精度激光干涉式水听器的制作方法
技术领域：
本发明属于水听器技术领域，具体地说，是涉及一种基于激光干涉原理的高精度 水听器。
背景技术：
水听器是用于把水下的声音信号转换为电信号的换能装置。水听器可以检测潜 艇、鱼类等目标所辐射的噪声，也可以直接检测声源，比如装载在鱼体上的小型声源、声信 标、爆炸声等，并实施定向跟踪。目前的水听器一般由接收换能器、接收机和终端装置等主要部分组成。其中，接收 换能器用于采集水下声信号，并将声信号变换为电信号传输至接收机进行放大处理，而后 传送至终端装置，通过终端装置显示、存储被测信号，以提供给监测人员进行分析。传统的水听器采用压电陶瓷作为传感器件，利用材料的逆压电效应来实现从声信 号到电信号的转换。即当压电陶瓷材料受到外力作用而产生机械变形时，材料表面会产生 电荷，电场发生变化，通过电路进行处理得到测量信号。但是这种方式受材料性能的限制， 形变量与产生的电场存在明显的非线性，信号处理较为复杂；且材料受温度等因素影响大， 精度较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于激光干涉原理的水听器，以提高水下声信号的检 测精度。为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现一种高精度激光干涉式水听器，包括基于迈克尔逊干涉原理的光路系统、控制系 统以及为所述光路系统和控制系统提供工作电源的供电系统；在所述光路系统中包括激光 器、半透射半反射的分光镜、平面反射镜和振动片；其中，所述平面反射镜和激光器分设在 分光镜的上下两侧，且平面反射镜水平设置，其顶面设置有压电陶瓷，压电陶瓷在发生机械 形变时带动平面反射镜运动；所述振动片竖直设置，且在其朝向分光镜的内表面上镀有一 层反射膜，振动片的外表面贴附有压电复合材料；在所述控制系统中包含有用于接收通过 所述分光镜反射和透射出的两束光线的光电二极管以及用于接收所述压电复合材料输出 电荷的电荷放大电路，通过所述光电二极管和电荷放大电路输出的电信号传送至控制器； 控制器用于计算被测声信号的振幅，并通过压电陶瓷驱动电路连接所述的压电陶瓷。所述水听器的工作过程具体包括以下步骤a、在水听器系统初始化时，首先通过对光路系统进行预调节，使所述光电二极管 刚好检测到干涉图样的中心亮斑；b、水听器系统进入正常工作状态后，所述控制器根据电荷放大电路输出的电流信 号的变化趋势判断振动片的振动方向，并同时对所述光电二极管的导通次数进行计数，且记正向振动的计数值为k+，负向振动的计数值为k_，代入公式
权利要求
1.一种高精度激光干涉式水听器，其特征在于包括基于迈克尔逊干涉原理的光路系 统、控制系统以及为所述光路系统和控制系统提供工作电源的供电系统；在所述光路系统 中包括激光器、半透射半反射的分光镜、平面反射镜和振动片；其中，所述平面反射镜和激 光器分设在分光镜的上下两侧，且平面反射镜水平设置，其顶面设置有压电陶瓷，压电陶瓷 在发生机械形变时带动平面反射镜运动；所述振动片竖直设置，且在其朝向分光镜的内表 面上镀有一层反射膜，振动片的外表面贴附有压电复合材料；在所述控制系统中包含有用 于接收通过所述分光镜反射和透射出的两束光线的光电二极管以及用于接收所述压电复 合材料输出电荷的电荷放大电路，通过所述光电二极管和电荷放大电路输出的电信号传送 至控制器；控制器用于计算被测声信号的振幅，并通过压电陶瓷驱动电路连接所述的压电 陶瓷。
2.根据权利要求1所述的高精度激光干涉式水听器，其特征在于在水听器系统初 始化时，首先通过对光路系统进行预调节，使所述光电二极管刚好检测到干涉图样的中心 亮斑；水听器系统进入正常工作状态后，所述控制器根据电荷放大电路输出的电流信号的 变化趋势判断振动片的振动方向，并同时对所述光电二极管的导通次数进行计数，且记正向振动的计数值为I负向振动的计数值为k_，代入公式Δ 1= ( k+-k. ) *，计算出振幅Δ1，其中，λ为激光波长；若干涉图样停止变化后，所述光电二极管未检测到亮斑，则控制 器输出模拟电压信号U。mp至压电陶瓷驱动电路，进而控制所述压电陶瓷发生形变，以带动平 面反射镜运动直到所述光电二极管检测到中心亮斑；然后，控制器将模拟电压信号U。mpR入公式3 =*，计算出振动分量补偿值、进而最终计算出被测声信号的振幅AL=Δ1+δ ；其中，所述U为控制压电陶瓷形变幅度为*时控制器需要输出的模拟电压值。
3.根据权利要求1所述的高精度激光干涉式水听器，其特征在于在所述激光器与分 光镜之间设置有一扩束器，通过所述扩束器对激光器发出的光束的直径进行扩大。
4.根据权利要求3所述的高精度激光干涉式水听器，其特征在于所述激光器为激光 二极管；所述反射膜镀膜在振动片的中心位置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的高精度激光干涉式水听器，其特征在于在所 述控制器中包括A/D转换器、D/A转换器和CPU，所述电荷放大电路输出的电流信号经A/D 转换器变换为数字信号后传输至所述的CPU ；所述光电二极管连接所述的CPU或者通过A/D 转换器连接所述的CPU ；所述CPU通过D/A转换器输出模拟电压信号至压电陶瓷驱动电路。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的高精度激光干涉式水听器，其特征在于在所 述水听器中还设置有通信系统，连接所述的控制器，将控制器计算生成的被测声信号的振 幅上传至终端装置进行显示和存储。
7.根据权利要求6所述的高精度激光干涉式水听器，其特征在于所述光路系统、控制 系统、供电系统和通信系统设置于一壳体中，所述壳体的左端或者右端开口，所述振动片安 装于所述开口处，进而与所述壳体形成一个密闭的腔室，且所述振动片的内表面朝向腔室 内。
8.根据权利要求7所述的高精度激光干涉式水听器，其特征在于所述壳体呈横向放置的圆筒状；所述振动片为圆形的不锈钢板。
9.根据权利要求8所述的高精度激光干涉式水听器，其特征在于贴附在所述振动片 外表面的压电复合材料呈条形，且平行排列设置有多条。
10.根据权利要求8所述的高精度激光干涉式水听器，其特征在于贴附在所述振动片 外表面的压电复合材料呈环形，且圆心与振动片的圆心重合。
全文摘要
本发明公开了一种高精度激光干涉式水听器，具有精度高、造价低、续航时间长等优点，包括基于迈克尔逊干涉原理的光路系统、控制系统以及供电系统；在所述光路系统中包括激光器、半透射半反射的分光镜、平面反射镜和振动片；其中，所述平面反射镜和激光器分设在分光镜的上下两侧，且平面反射镜水平设置，其顶面设置有压电陶瓷；所述振动片竖直设置，且在其朝向分光镜的内表面上镀有一层反射膜，振动片的外表面贴附有压电复合材料；在所述控制系统中包含有光电二极管和电荷放大电路，通过所述光电二极管和电荷放大电路输出的电信号传送至控制器；控制器用于计算被测声信号的振幅，并通过压电陶瓷驱动电路连接所述的压电陶瓷。
文档编号G01H9/00GK102103011SQ20101054947
公开日2011年6月22日 申请日期2010年11月9日 优先权日2010年11月9日
发明者刘军礼, 吕成兴, 周忠海, 张涛, 张照文, 惠超, 李磊, 牟华, 程广欣, 臧鹤超, 赵娜 申请人:山东省科学院海洋仪器仪表研究所