一种阵元模块及固定式串行结构岸基阵列的制作方法

本发明属于光纤传感，特别是涉及一种阵元模块及固定式串行结构岸基阵列。

背景技术：

1、光纤水听器是建立在光纤、光电子技术基础上的一种新型水声传感，其灵敏度高、响应频带宽、抗电磁干扰、耐恶劣环境、结构灵巧、易于遥测和构成大规模阵列等特点。

2、目前已有的固定式岸基阵列形态主要分为以下两种：一是整体采用透声外护套内部填充相关介质用于保护内部光学器件的成阵方式，二是采用基元单独浇注，采用耐压光缆连接光学器件的成阵方式。两种成阵方式均有弊端，第一种成阵方式存在成本高、模块化程度低以及维修性差的缺点，第二种的光学水听器声压灵敏度会受到浇注材料的影响，从而导致阵列整体声学性能受到影响。

技术实现思路

1、本发明解决现有技术的不足而提供一种模块化程度高的阵元模块，以及一种使阵列具备高度可维护性、降低维修成本、缩短维修周期的固定式串行结构岸基阵列，可用于组建离岸2000km(水深100m～4000m)光纤水听器岸基探测系统水下监听网。

2、为实现上述目的，本发明首先提出了一种阵元模块，包括堵头组件、透声护套、柔性绳、收纤盒、光学器件组、硅凝胶、器件骨架和副传输光缆；所述堵头组件设有两个，两堵头组件之间的间距与阵元模块的设计长度相匹配，两堵头组件之间之间固定有绷紧的柔性绳，柔性绳上根据设计点位固定有收纤盒和器件骨架，所述光学器件组安装在对应的器件骨架上；堵头组件两端均接入副传输光缆，一根副传输光缆与光学器件组中的延时环组件的com口通过光纤相互熔接，另一根副传输光缆与延时环组件ref口通过光纤相互熔接，收纤盒用于收纳熔接完成后的光纤；透声护套套装在两端的堵头组件外并且与两堵头组件扣压连接，透声护套与两堵头组件之间形成密闭腔体，所述密闭腔体内填充有硅凝胶。

3、采用上述结构，阵元模块采用模块化设计，内部包含了光纤水听器、延时环组件以及熔接点等光学器件，阵元模块采用透声护套内填充凝胶的方式实现对透声护套内光学器件的保护，并保证了光纤水听器的声压灵敏度，同时模块化的设计提高了生产效率，而且方便后续的组装和更换。

4、上述实施方式中，所述堵头组件上设置有与密闭腔体连通的充胶口，通过充胶嘴可方便对光学器件组与透声护套之间的间隙进行凝胶的填充，提高密封效果。

5、上述实施方式中，所述柔性绳为凯夫拉绳。

6、上述实施方式中，光学器件组包括光纤水听器和延时环组件，光纤水听器和延时环组件之间通过光纤相互熔接实现连接。

7、上述实施方式中，所述堵头组件包括与透声护套内径相匹配的堵芯和套装在透声护套外的、与堵芯相匹配的扣压环，透声护套的端部通过扣压环和堵芯的卡装配合将透声护套扣压密封连接。

8、上述实施方式中，所述阵元模块的堵头组件上设有第一绳夹，所述阵元模块的透声护套外、在光学器件组所在位置套装有多个第一支撑骨架，第一支撑骨架上设有第二绳夹，所述第一支撑骨架的外径与堵头组件的外径相匹配。

9、本发明还包括一种固定式串行结构岸基阵列，包括多个上述实施方式中的阵元模块，还包括短阵，短阵包括主水密接线盒、刚性承力绳、柔性承力绳、副传输光缆、副水密接线盒、第二支撑骨架和尾端阵元模块，

10、所述刚性承力绳和柔性承力绳平行布设，主水密接线盒、多个阵元模块、尾端阵元模块按照设计间隔依次布设在刚性承力绳和柔性承力绳之间，所述阵元模块通过堵头组件-上的第一绳夹固定在刚性承力绳和柔性承力绳上，第一支撑骨架-通过第二绳夹固定在刚性承力绳和柔性承力绳上；

11、相邻阵元模块通过副传输光缆相互熔接串联，相邻阵元模块副传输光缆的熔接处形成熔接段，相邻阵元模块之间布设有密封和保护熔接段的副水密接线盒，所述副水密接线盒通过第三绳夹-固定在刚性承力绳和柔性承力绳上；

12、串联后阵元模块的一端通过副传输光缆与主水密接线盒连接，另一端通过副传输光缆与尾端阵元模块连接，所述主水密接线盒通过第五绳夹-固定在刚性承力绳和柔性承力绳上，所述尾端阵元模块通过堵头组件-上的第一绳夹固定在刚性承力绳和柔性承力绳上。

13、采用上述结构，阵元模块连接时，只需要采用一根耐压的副传输光缆连接，相邻阵元模块副传输光缆之间的熔接点收纳于副水密接线盒之中，提高了组装的效率，并且熔接点通过通过副水密接线盒进行密封和保护，保证了连接的稳定性与密封性能；根据不同阵元模块的间距，主水密接线盒、副水密接线盒与基元之间按照一定间距在承力绳上安装不同数量的第一支撑骨架和第二支撑骨架，在提高阵列的抗侧压能力的同时，保证阵列最大外径一致，以便于阵列铠装。

14、上述实施方式中，所述副水密接线盒与阵元模块之间的间隙内布设有多个起支撑作用的第二支撑骨架，第二支撑骨架设置在刚性承力绳和柔性承力绳之间，并且与刚性承力绳和柔性承力绳固定。

15、上述实施方式中，相邻短阵通过主水密接线盒相互连接形成n元阵，所述n元阵外包裹有对n元阵进行保护的铠装。

16、由于采用上述结构，本发明具有如下优点：

17、1)阵元模块具有高度的模块化设计，阵元模块即为一个最小子模块，阵元模块采用透声护套内填充凝胶与串行结构组合的阵列结构形式，不仅降低了阵列的生产成本，同时还保证了光纤水听器阵列优良的声压灵敏度性能；

18、2)相邻阵元模块之间设有间隙形成镂空式设计，通过第二支撑骨架支撑保证强度，铠装采用轻质高强度材料，大大地减轻了阵列的重量，为施工带来极大地便利；

19、3)阵元模块可批量同时生产，最终在刚性承力绳和柔性承力绳按一定的间距进行固定、连接，形成短阵，相邻短阵通过主水密接线盒相互连接形成n元阵，再在n元阵外再包裹铠装，从而对n元阵进行保护，由于阵元模块形成模块化，如果在施工或使用过程中损坏，则只需要更换损坏位置的阵元模块，大大提高了阵列的可维修性能，大大的降低了维修成本，缩短了维修周期。

技术特征：

1.一种阵元模块，其特征在于，包括堵头组件(3-1)、透声护套(3-2)、柔性绳(3-4)、收纤盒(3-6)、光学器件组、硅凝胶(3-5)、器件骨架(6-2)和副传输光缆(11)；所述堵头组件(3-1)设有两个，两堵头组件(3-1)之间的间距与阵元模块的设计长度相匹配，两堵头组件(3-1)之间之间固定有绷紧的柔性绳(3-4)，柔性绳(3-4)上根据设计点位固定有收纤盒(3-6)和器件骨架(6-2)，所述光学器件组安装在对应的器件骨架(6-2)上；堵头组件(3-1)两端均接入副传输光缆(11)，一根副传输光缆(11)与光学器件组中的延时环组件(3-8)的com口通过光纤相互熔接，另一根副传输光缆(11)与延时环组件(3-8)ref口通过光纤相互熔接，收纤盒(3-6)用于收纳熔接完成后的光纤；透声护套(3-2)套装在两端的堵头组件(3-1)外并且与两堵头组件(3-1)扣压连接，透声护套(3-2)与两堵头组件(3-1)之间形成密闭腔体，所述密闭腔体内填充有硅凝胶(3-5)。

2.根据权利要求1所述的阵元模块，其特征在于：所述堵头组件(3-1)上设置有与密闭腔体连通的充胶口。

3.根据权利要求1所述的阵元模块，其特征在于：所述柔性绳(3-4)为凯夫拉绳。

4.根据权利要求1所述的阵元模块，其特征在于：所述光学器件组包括光纤水听器(3-7)和延时环组件(3-8)，光纤水听器(3-7)和延时环组件(3-8)之间通过光纤相互熔接实现连接。

5.根据权利要求1所述的阵元模块，其特征在于：所述堵头组件(3-1)包括与透声护套(3-2)内径相匹配的堵芯和套装在透声护套(3-2)外的、与堵芯相匹配的扣压环，透声护套(3-2)的端部通过扣压环和堵芯配合将透声护套(3-2)扣压密封连接。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的阵元模块，其特征在于：所述阵元模块的堵头组件(3-1)上设有第一绳夹，所述阵元模块的透声护套(3-2)外、在光学器件组所在位置套装有多个第一支撑骨架(3-3)，第一支撑骨架(3-3)上设有第二绳夹，所述第一支撑骨架(3-3)的外径与堵头组件(3-1)的外径相匹配。

7.一种固定式串行结构岸基阵列，包括多个权利要求6所述的阵元模块其特征在于：还包括短阵，短阵包括主水密接线盒(1)、刚性承力绳(4)、柔性承力绳(12)、副传输光缆(11)、副水密接线盒(6)、第二支撑骨架(5)和尾端阵元模块，

8.根据权利要求7所述的固定式串行结构岸基阵列，其特征在于：所述副水密接线盒(6)与阵元模块之间的间隙内布设有多个起支撑作用的第二支撑骨架(5)，第二支撑骨架(5)设置在刚性承力绳(4)和柔性承力绳(12)之间，并且与刚性承力绳(4)和柔性承力绳(12)固定。

9.根据权利要求7所述的固定式串行结构岸基阵列，其特征在于：相邻短阵通过主水密接线盒相互连接形成n元阵，所述n元阵外包裹有对n元阵进行保护的铠装。

技术总结
一种阵元模块及固定式串行结构岸基阵列，包括多个阵元模块、主水密接线盒、副水密接线盒、基元间支撑骨架、接续骨架、主传输光缆、刚性承力绳和柔性承力绳，所述阵元模块包括副传输光缆、堵头组件、透声护套、光学器件、柔性绳、硅凝胶、收纤盒、器件骨架和第一支撑骨架，所述刚性承力绳和柔性承力绳平行布设，多个阵元模块按照设计间隔布设在刚性承力绳和柔性承力绳上，阵元模块之间通过副传输光缆在副水密接线盒内进行熔接形成光通路，主水密接线盒根据设计光路，设置在串联后的若干阵元模块头端。本申请模块化程度高、使阵列具备高度的可维护性、降低了维修成本，缩短维修周期。

技术研发人员：吴乔鸿,王少龙,杨文初,杨然哲,赵散梅,陶令,马耀远,赖娟,文智生,陈杰
受保护的技术使用者：湖南长城海盾光纤科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5