一种三维压差式光纤矢量水听器的制作方法

本实用新型属于水声探测技术领域，涉及一种三维压差式光纤矢量水听器。

背景技术：

光纤矢量传感器是基于光纤传感技术与矢量水听器技术相结合起来的一类新型传感器，它兼具光纤水听器和矢量水听器的优点。一方面，光纤传感器与对应的常规传感器相比，在灵敏度、动态范围、可靠性等方面具有明显的优势。另一方面，矢量水听器相较与标量水听器具备拾取声场矢量信息如振速、加速度等；单探头具有余弦指向性，能够区分左右舷；声压与振速联合处理拓展信号处理空间；有效抑制各项同性噪声。

目前，在光纤矢量水听器的各种类型中，主要有同振型光纤矢量水听器和压差式光纤矢量水听器。同振型矢量水听器采用严格的制作工艺，使阵元满足在传播介质中具有与传播介质中质点相同的振动形式，利用阵元内部的惯性元件来获取振速信息。压差式矢量水听器利用距离近的2个声压阵元的差分来获取振速信息。基于两类矢量水听器的工作原理差异，压差式较同振式具有安装布放简单，且对机械振动不敏感，更适用于如UUV、深水炸弹等水下机动载体。已有文献主要从传感原理和测试校准方面对低维(集中在一维、二维)压差式光纤矢量水听器进行分析与研究。如：(吕文磊.差式光纤矢量水听器基元和测试技术[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2009)、(熊水东,王付印等.驻波管测试下压差式光纤矢量水听器的改进[J].PIEZOELECTRICS&ACOUSTOOPTICS,2012，34(6):820-823)、(孔维新，鲁怀伟.驻波场条件下压差式矢量水听器相移灵敏度的研究[J].INFORMATION& COMMUNICATIONS,2017,5(173):37-40)。各大高校、研究院所研制的光纤矢量水听器主要集中在同振式上，而关于压差式光纤矢量水听器，尤其是三维压差式光纤矢量水听器鲜有报道。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，提供一种三维压差式光纤矢量水听器，利用压差式光纤矢量水听器技术代替同振式光纤矢量水听器和压电矢量水听器，它既可解决同振式矢量水听器对悬挂安装、机动载体引入的加速度干扰信号等问题，又其可克服压电矢量水听器灵敏度不高和现有压差式光纤矢量水听器技术的不足，能够满足水下机动载体对水声探测的要求。

其技术方案具体如下：

一种三维压差式光纤矢量水听器，包括底座1、支柱2、6个光纤水听器3、水听器安装板4、水听器固定件5、水听器Z轴固定件6和盖板7，

所述底座1包括底座本体11、预留光纤出入口12、底座盖板13，所述支柱2由3类支柱构成，1号支柱21贯穿水听器安装板4，2号支柱22与3号支柱23共同支撑水听器安装板4，所有支柱最终与底座1、盖板7连接形成支柱框架；

光纤水听器3与水听器固定件5及水听器安装板4固定安装。

进一步，所述支柱2总长L>d+2r，d为压差式轴向光纤水听器间距，r为光纤水听器半径。

进一步，所述1号支柱21、2号支柱22、3号支柱23各4支沿柱体边缘对称分布。

进一步，所述6个光纤水听器3中，其中4个光纤水听器3竖立正交等距分布XY平面，另外2个光纤水听器3在Z轴向与水听器Z轴固定件6固定，使得光纤水听器3横放与XY平面平行，同时满足各轴向光纤水听器3间距为d；水听器Z轴固定件6分别固定于底座1 与盖板7。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的三维压差式矢量水听器结构合理，制作工艺简单，可靠性高。本实用新型水听器很好的抵消了由于矢量水听器安装在运动载体上引起的加速度干扰信号，同一维压差式相比，提高了信噪比，空间增益大，后期声信号处理灵活。

附图说明

图1为本实用新型的三维压差式光纤矢量水听器结构示意图；

图2为具有光纤收纳仓功能的底座结构示意图；

图3为所示为支柱的结构示意图；

图4为为三维压差式光纤水听器核心光纤水听器结构示意图；

图5为所示为光纤水听器固定件结构示意图；

图6为所示为光纤水听器安装板；

图7为所示为Z轴光纤水听器固定件结构示意图；

图8为所示为上端盖板结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步详细地说明。

该光纤矢量水听器主要由6个光纤水听器空间正交分布于XYZ轴上，且同一个方向2个光纤水听器间距为d,满足同一轴形成一维压差式光纤矢量水听器，三轴正交各轴向光纤水听器间的中心重叠，形成三维压差式光纤矢量水听器。前、后的两个光纤水听器组成X路，左右的两个组成Y路，且X，Y路上光纤水听器竖立，上下的两个光纤水听器组成Z路， 其光纤水听器水平横放。该三维压差式光纤矢量水听器的结构由底座、底座盖板、支撑柱、光纤水听器、光纤水听器安装板、光纤水听器固定件、盖板等构成。底座与底座盖形成一密封的光纤收纳仓，收纳仓在底座上预留入纤口与出纤口。光纤水听器引出的光纤通过入纤口进入收纳仓，而外接传输光纤/光缆通过出纤口在收纳仓中与光纤水听器光纤连接。

参照图1-图8，一种三维压差式光纤矢量水听器，一种三维压差式光纤矢量水听器，包括底座1、支柱2、6个光纤水听器3、水听器安装板4、水听器固定件5、水听器Z轴固定件6和盖板7，

所述底座1包括底座本体11、预留光纤出入口12、底座盖板13，要求密封形成光纤收纳仓，具备光纤收纳和水下提供一定的浮力功能；所述支柱2由3类支柱构成，1号支柱21贯穿水听器安装板4，2号支柱22与3号支柱23共同支撑水听器安装板4，所有支柱最终与底座1、盖板7连接形成支柱框架。要求支柱总长L>d+2r，d为压差式轴向光纤水听器间距，r为光纤水听器半径。1号支柱21、2号支柱22、3号支柱23各4支沿柱体边缘对称分布；光纤水听器3是压差式水听器核心部件，其与水听器固定件5及水听器安装板4固定安装，具体要求4个光纤水听器3竖立正交等距分布XY平面，2个光纤水听器3在Z轴向与水听器Z轴固定件6固定，使得光纤水听器3横放与XY平面平行，同时满足各轴向光纤水听器3间距为d；水听器Z轴固定件6分别固定于底座1与盖板7。

光纤水听器声压灵敏度Me与该轴向上压差式结构声压灵敏度Mp满足：

Mp＝2sin(kdcosθ/2)Me (1)

其中k＝2π/λ为入射声波波矢，λ为在介质中的声波波长，d为光纤水听器间距，一般压差式水听器满足需满足kd＜＜1,θ为入射波与光纤水听器的夹角。

中心处声压P0可由光纤水听器声压Pi(i＝1，...，6)取平均获得，相比于低维压差式矢量水听器，其声压获取更精准真实。由(1)式可知压差式光纤矢量水听器的灵敏度与声压传感光纤水听器的灵敏度成正比，在目前光纤水听器灵敏度较高的情况下，压差式光纤矢量水听器也能获得较高的灵敏度。

在声压传感光纤水听器灵敏度确定的情况下，压差式光纤矢量水听器得到的声压梯度的大小与两个光纤水听器的间距成正比，因此针对不同的应用场合，可以优化矢量水听器的外形尺寸的大小获得更高的声压灵敏度。

本实用新型可以测得三维空间声信号，并通过X、Y、Z三路输出声信号，每路的两个光纤水听器作为敏感变换元件接收声信号，光纤水听器接收到的声信号通过光纤转变成光信号传输最终进入干端信号处理模块(所述的干端信号处理为现有光纤水听器中常用的光电转换、信号处理等构件，其包括光电转换器、前置放大器、滤波器、信号采集卡、电脑终端等，是本领域技术人员所熟知的光电元器件结构)。

该三维水听器整体结构紧凑，功能扩展性强。如可通过盖板悬挂形成矢量阵；也可通过对底座收纳仓固定于水下机动载体上或对收纳仓进行扩容把外置信号处理板、电子罗盘等外设放置其中形成水听器小系统。

所述的轴向压差式水听器，其光纤水听器是由高灵敏度、抗加速度光纤水听器构成。在挑选时应选取光纤水听器灵敏度差异小的光纤水听器，通常标准要求低于1dB适宜。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，本实用新型的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本实用新型的保护范围内。