专利名称：一种光纤光栅水听器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤传感器技术领域，尤其涉及一种光纤光栅水听器。
技术背景光纤传感器与对应的常规传感器相比，在灵敏度、动态范围、可靠性 等方面也具有明显的优势，在国防、军事应用领域显得尤为突出，被许多 国家列为重点发展的国防技术。光纤水听器是利用光纤的传光特性以及它与周围环境相互作用产生 的种种调制效应，探测液体中压力、声音等信号的仪器。它与传统的压电 类传感器相比，有以下主要优势频带宽、声压灵敏度高、不受电磁干扰、 重量轻、可设计成任意形状，以及兼具信息传感及光信息传输于一身等优 点。鉴于光纤水听器的如上技术优势，可满足各发达国家在石油、军事等 领域的要求，目前已经在此方面积极展开研究。在常见的强度调制型、数字式、光纤光栅式光纤水听器中，光纤光栅 式水听器是目前的主要研究方向。郑承栋等人报道了一种光纤光栅水听器，是采用在将光纤光栅封装在 一端开口的金属筒中的方法。金属筒中有灌封的聚合物材料，并且只承受
金属筒开口方向的压力。当有声压作用时，聚合物收縮，带动光纤光栅产 生应变，从而检测压强。这样制作的光纤压强传感器由于光纤光栅受压， 容易使光纤光栅产生啁啾和弯曲，不但限制了水听器的灵敏度，同时也影 响信号的检测。同时该光纤光栅水听器只靠聚合物本身抵抗静压，能够承 受的静压有限，不适于在较深的环境工作。因此，如何提高的水听器的压力测量灵敏度并且可以使水听器工作在 不同的深度是光纤光栅水听器大规模应用必需解决的重要技术之一。发明内容(一) 要解决的技术问题有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种光纤光栅水听器，以提高 光纤光栅水听器的高灵敏度，并使水听器可以在不同的静压环境下工作。(二) 技术方案为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的一种光纤光栅水听器，该光纤光栅水听器的主体为一具有轴向对称结 构的圆柱型支撑筒IO，该光纤光栅水听器包括分别安装在所述支撑筒10端部的第一端筒20和第二端筒30; 安装在所述第一端筒20内部的第一弹性体40; 安装在所述第二端筒30内部的第二弹性体50;安装于所述支撑筒10内部并贯穿所述第一弹性体40和第二弹性体50 的光纤光栅60，用于测量水声压。
所述支撑筒IO侧壁轴向中部开有轴对称分布的长孔11，用于使水听 器内部与外界连通。所述第一端筒20和第二端筒30为一端开口且一端有底的结构，在第 一端筒20的底部中央开有第一光纤孔21 ，在第二端筒30的底部中央开有 第二光纤孔31，用于引出光纤光栅60的尾纤。所述支撑筒10在其两端部采用螺纹12与第一端筒20和第二端筒30 的开口一端连接。所述支撑筒10与第一端筒20和第二端筒30连接的两处螺纹12，其 中一端为左旋螺纹，另一端为右旋螺纹。所述第一弹性体40和第二弹性体50在支撑筒10内部固化形成，与 光纤光栅60紧密粘接。(三)有益效果 从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果1、 体积小。通过管式聚合物弹性体封装的方法，可以使光纤光栅水 听器的体积很大程度上减小。在本技术方案中，支撑筒的外径可以小于 10mm。2、 声压灵敏度高。通过两个弹性体的同时形变来使光纤光栅60产生 应变，提高了水听器的灵敏度。3、 可以在不同的深度工作。可以通过旋动螺纹12调整光纤光栅60 中的初始应力，以此平衡由于静水压力在光纤光栅60中产生的应力，使 水听器工作在不同的深度。
图1为本发明提供的光纤光栅水听器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实 施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。如图1所示，图1为本发明提供的光纤光栅水听器的结构示意图。该光纤光栅水听器的主体为一具有轴向对称结构的圆柱型支撑筒10，该光纤光栅水听器包括分别安装在所述支撑筒10端部的第一端筒20和第二端 筒30;安装在所述第一端筒20内部的第一弹性体40;安装在所述第二端 筒30内部的第二弹性体50;安装于所述支撑筒10内部并贯穿所述第一弹 性体40和第二弹性体50的光纤光栅60，用于测量水声压。所述支撑筒IO侧壁轴向中部幵有轴对称分布的长孔11，用于使水听 器内部与外界连通，水就是从长孔11进入水听器内部并作用在弹性体上。所述第一端筒20和第二端筒30为一端开口且一端有底的结构，在第 一端筒20的底部中央开有第一光纤孔21 ，在第二端筒30的底部中央开有 第二光纤孔31，用于引出光纤光栅60的尾纤。所述第一弹性体40和第二弹性体50在支撑筒10内部固化形成，与 光纤光栅60紧密粘接。在粘接过程中，要保证水听器支撑筒IO、第一弹 性体40、第二弹性体50和光纤光栅60同轴，并且在光纤光栅60中有--定的初始拉应力。当该光纤光栅水听器置于水(或其他液体)中时，水(或其他液体)
从长孔11进入并作用在第一弹性体40和第二弹性体50相对的端面上， 从而压动弹性体向端盖的方向产生位移。由于弹性体和光纤光栅60紧密 粘接，从而带动光纤光栅产生应变。对于光纤光栅，其反射波长的变化量 与所受应变成正比，故通过检测波长的变化量可以得到外界压强的大小。 所述支撑筒10在其两端部采用螺纹12与第一端筒20和第二端筒30 的开口一端连接。所述支撑筒10与第一端筒20和第二端筒30连接的两 处螺纹12，其中一端为左旋螺纹，另一端为右旋螺纹。当水听器工作在不 同的深度时，需要调整光纤光栅60中的应力，以平衡静压的影响，使水 听器具有一定的动态范围并且不至于被静水压破坏。比如水听器要由浅水改为深水工作时，由于深水处的静水压较大，就 需要预先减小光纤光栅60中的应力，这时只需调整螺纹12，使两端筒靠 拢。在调整过程中，两端筒相对于支撑筒IO的旋转方向和旋转角度相同， 由于他们分别是左旋和右旋螺纹，所以不会在光纤光栅60中产生扭转应 力。这样就达到了调整光纤光栅60中的预应力的目的。同时，可以通过调节支撑筒IO、第一端筒20和第二端通30的内径， 第一弹性体40和第二弹性体50的长度和材料参数等来调节光纤光栅水听 器的灵敏度。当然，亦可以将多个该种光纤光栅水听器引出的尾纤连接起来，进行 多个水听器的串联组网复用。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而
己，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1. 一种光纤光栅水听器，其特征在于，该光纤光栅水听器的主体为一具有轴向对称结构的圆柱型支撑筒(10)，该光纤光栅水听器包括分别安装在所述支撑筒(10)端部的第一端筒(20)和第二端筒(30)；安装在所述第一端筒(20)内部的第一弹性体(40)；安装在所述第二端筒(30)内部的第二弹性体(50)；安装于所述支撑筒(10)内部并贯穿所述第一弹性体(40)和第二弹性体(50)的光纤光栅(60)，用于测量水声压。
2、 根据权利要求1所述的光纤光栅水听器，其特征在于，所述支撑 筒(10)侧壁轴向中部开有轴对称分布的长孔(11)，用于使水听器内部 与外界连通。
3、 根据权利要求1所述的光纤光栅水听器，其特征在于，所述第一 端筒(20)和第二端筒(30)为一端开口且一端有底的结构，在第一端筒(20)的底部中央开有第一光纤孔(21)，在第二端筒(30)的底部中央 开有第二光纤孔(31)，用于引出光纤光栅(60)的尾纤。
4、 根据权利要求1所述的光纤光栅水听器，其特征在于，所述支撑 筒(10)在其两端部采用螺纹(12)与第一端筒(20)和第二端筒(30) 的开口一端连接。
5、 根据权利要求1或4所述的光纤光栅水听器，其特征在于，所述 支撑筒(10)与第一端筒(20)和第二端筒(30)连接的两处螺纹(12)， 其中一端为左旋螺纹，另一端为右旋螺纹。
6、根据权利要求1所述的光纤光栅水听器，其特征在于，所述第--弹性体(40)和第二弹性体(50)在支撑筒(10)内部固化形成，与光纤 光栅(60)紧密粘接。
全文摘要
本发明涉及光纤传感器技术领域，公开了一种光纤光栅水听器，该光纤光栅水听器的主体为一具有轴向对称结构的圆柱型支撑筒10，该光纤光栅水听器包括分别安装在所述支撑筒10端部的第一端筒20和第二端筒30；安装在所述第一端筒20内部的第一弹性体40；安装在所述第二端筒30内部的第二弹性体50；安装于所述支撑筒10内部并贯穿所述第一弹性体40和第二弹性体50的光纤光栅60，用于测量水声压。利用本发明，提高了光纤光栅水听器的高灵敏度，并使水听器可以在不同的静压环境下工作。
文档编号G01L11/00GK101210852SQ200610171660
公开日2008年7月2日 申请日期2006年12月31日 优先权日2006年12月31日
发明者刘丽辉, 刘育梁, 张文涛, 芳 李 申请人:中国科学院半导体研究所