專利名稱：激光干涉式水聽器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于水聽器技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種基于激光干涉原理的水 聽器。
背景技術(shù)：
水聽器是用于把水下的聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號的換能裝置。水聽器可以檢測潛 艇、魚類等目標所輻射的噪聲，也可以直接檢測聲源，比如裝載在魚體上的小型聲源、聲信 標、爆炸聲等，并實施定向跟蹤。目前的水聽器一般由接收換能器、接收機和終端裝置等主要部分組成。其中，接收 換能器用于采集水下聲信號，并將聲信號變換為電信號傳輸至接收機進行放大處理，而后 傳送至終端裝置，通過終端裝置顯示、存儲被測信號，以提供給監(jiān)測人員進行分析。傳統(tǒng)的水聽器采用壓電陶瓷作為傳感器件，利用材料的逆壓電效應來實現(xiàn)從聲信 號到電信號的轉(zhuǎn)換。即當壓電陶瓷材料受到外力作用而產(chǎn)生機械變形時，材料表面會產(chǎn)生 電荷，電場發(fā)生變化，通過電路進行處理得到測量信號。但是這種方式受材料性能的限制， 形變量與產(chǎn)生的電場存在明顯的非線性，信號處理較為復雜；且材料受溫度等因素影響大， 精度較低。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種基于激光干涉原理的水聽器，以提高水下聲信號 的檢測精度。為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)一種激光干涉式水聽器，包括基于邁克爾遜干涉原理的光路系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及 為所述光路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)提供工作電源的供電系統(tǒng)；在所述光路系統(tǒng)中包括激光器、半 透射半反射的分光鏡、平面反射鏡和振動片；其中，所述平面反射鏡和激光器分設(shè)在分光鏡 的上下兩側(cè)，所述振動片豎直設(shè)置，且在其朝向分光鏡的內(nèi)表面上鍍有一層反射膜，振動片 的外表面貼附有壓電復合材料；在所述控制系統(tǒng)中包含有用于接收通過所述分光鏡反射和 透射出的兩束光線的光電二極管以及用于接收所述壓電復合材料輸出電流的電荷放大電 路，通過所述光電二極管和電荷放大電路輸出的電信號傳送至控制器，通過控制器計算被 測聲信號的振幅。為了便于干涉圖樣的采集，在所述激光器與分光鏡之間設(shè)置有一擴束器，通過所 述擴束器對激光器發(fā)出的光束的直徑進行擴大。優(yōu)選的，所述激光器優(yōu)選采用激光二極管、以降低系統(tǒng)成本。進一步的，在所述控制器中包括A/D轉(zhuǎn)換器和CPU，所述電荷放大電路輸出的電流 信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器變換為數(shù)字信號后傳輸至所述的CPU ；所述光電二極管連接所述的CPU 或者通過A/D轉(zhuǎn)換器連接所述的CPU。又進一步的，在所述水聽器中還設(shè)置有通信系統(tǒng)，連接所述的控制器，將控制器計算生成的被測聲信號的振幅傳送給終端裝置進行顯示和存儲。再進一步的，所述光路系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和通信系統(tǒng)設(shè)置于一殼體中，所 述殼體的左端或者右端開口，所述振動片安裝于所述開口處，進而與所述殼體形成一個密 閉的腔室，且所述振動片的內(nèi)表面朝向腔室內(nèi)。更進一步的，所述殼體呈橫向放置的圓筒狀；所述振動片為圓形的不銹鋼板；所 述反射膜優(yōu)選鍍膜在振動片內(nèi)表面的中心位置。優(yōu)選的，貼附在所述振動片外表面的壓電復合材料呈條形，且平行排列設(shè)置有多 條；或者可以將其設(shè)計成環(huán)形，且圓心與振動片的圓心重合。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點和積極效果是本實用新型的水聽器利用邁 克爾遜干涉原理，仿照邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計方式進行水聽器中光路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè) 計，通過振動片感應被檢測聲源的振動，進而使作為測量臂的光束長度發(fā)生變化，由此來改 變通過分光鏡反射和透射出的兩束光線所形成的干涉條紋，進而通過檢測干涉條紋的變化 間接地計算出被檢測聲源的振幅。由此設(shè)計的水聽器具有精度高、續(xù)航時間長、造價低等顯 著優(yōu)點，可以廣泛應用于石油勘探、海洋調(diào)查等領(lǐng)域。結(jié)合附圖閱讀本實用新型實施方式的詳細描述后，本實用新型的其他特點和優(yōu)點 將變得更加清楚。

圖1是現(xiàn)有邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是中心為亮斑的干涉條紋圖樣；圖3是中心為暗斑的干涉條紋圖樣；圖4是本實用新型所提出的激光干涉式水聽器的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖4中光路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的組建結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細地說明。本實用新型的水聽器基于邁克爾遜干涉原理設(shè)計而成，下面首先對邁克爾遜干涉 原理進行簡要介紹。圖1為邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)示意圖，包括兩塊平面反射鏡M1和M2、半反射半透 射的分光鏡G1以及光束接收屏E。其中，分光鏡G1傾斜設(shè)置，且與水平方向所成的銳角為 45° ；定義分光鏡G1上鍍有反射膜的一面為反射面，與反射面相對的一面為透射面，則將分 光鏡G1的透射面朝向光源S和平面反射鏡M2,反射面朝向平面反射鏡M1和屏E ；兩塊平面 反射鏡Mp M2相鄰，且一塊水平設(shè)置，另一塊垂直設(shè)置。當光源S發(fā)出的光線射入到分光鏡G1上時，光經(jīng)過分光鏡G1后分為測量臂Sl和 參考臂S2兩路。其中，測量臂Sl為光線經(jīng)分光鏡G1透射到達平面反射鏡M1的光束，經(jīng)反 射后返回，再經(jīng)分光鏡G1的反射面反射后，形成光束Sl ‘到達屏E ；參考臂S2為光線經(jīng)分 光鏡G1反射后，射向平面反射鏡M2的光束，經(jīng)反射鏡M2反射后，再次射入分光鏡G1,再經(jīng)分 光鏡G1透射后，形成光束S2'到達屏Ε。兩束光Sl'、S2'在屏E處相遇，發(fā)生干涉，形成 圓環(huán)狀的干涉條紋，如圖2、圖3所示。[0026]如果移動平面反射鏡M1或者M2,兩束光Si、S2的光程差將發(fā)生變化，從而使干涉 條紋發(fā)生相應的變化，表現(xiàn)為從干涉圖樣的中心“冒出”(即中心亮斑的直徑逐漸變大)或 者向中心“縮進”(即中心亮斑的直徑逐漸變小)。圖3為圖2所示干涉圖樣經(jīng)過變化后， 中心亮斑變成中心暗斑的干涉圖樣。假設(shè)Ad為平面反射鏡M1移動的距離，“冒出”為正方 向，正向移動時最亮條紋計數(shù)為k+ ；“縮進”為負方向，負向移動時最亮條紋計數(shù)為k_，由邁 克爾遜干涉原理可知Δ
權(quán)利要求1.一種激光干涉式水聽器，其特征在于包括基于邁克爾遜干涉原理的光路系統(tǒng)、控 制系統(tǒng)以及為所述光路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)提供工作電源的供電系統(tǒng)；在所述光路系統(tǒng)中包括 激光器、半透射半反射的分光鏡、平面反射鏡和振動片；其中，所述平面反射鏡和激光器分 設(shè)在分光鏡的上下兩側(cè)，所述振動片豎直設(shè)置，且在其朝向分光鏡的內(nèi)表面上鍍有一層反 射膜，振動片的外表面貼附有壓電復合材料；在所述控制系統(tǒng)中包含有用于接收通過所述 分光鏡反射和透射出的兩束光線的光電二極管以及用于接收所述壓電復合材料輸出電流 的電荷放大電路，通過所述光電二極管和電荷放大電路輸出的電信號傳送至控制器，通過 控制器計算被測聲信號的振幅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光干涉式水聽器，其特征在于在所述激光器與分光鏡之 間設(shè)置有一擴束器，通過所述擴束器對激光器發(fā)出的光束的直徑進行擴大。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光干涉式水聽器，其特征在于所述激光器為激光二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的激光干涉式水聽器，其特征在于在所述控制 器中包括A/D轉(zhuǎn)換器和CPU，所述電荷放大電路輸出的電流信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器變換為數(shù)字信 號后傳輸至所述的CPU ；所述光電二極管連接所述的CPU或者通過A/D轉(zhuǎn)換器連接所述的 CPU。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的激光干涉式水聽器，其特征在于在所述水聽 器中還設(shè)置有通信系統(tǒng)，連接所述的控制器，將控制器計算生成的被測聲信號的振幅傳送 給終端裝置進行顯示和存儲。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光干涉式水聽器，其特征在于所述光路系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、 供電系統(tǒng)和通信系統(tǒng)設(shè)置于一殼體中，所述殼體的左端或者右端開口，所述振動片安裝于 所述開口處，進而與所述殼體形成一個密閉的腔室，且所述振動片的內(nèi)表面朝向腔室內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光干涉式水聽器，其特征在于所述殼體呈橫向放置的圓 筒狀；所述振動片為圓形的不銹鋼板。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光干涉式水聽器，其特征在于所述反射膜位于振動片內(nèi) 表面的中心位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光干涉式水聽器，其特征在于貼附在所述振動片外表面 的壓電復合材料呈條形，且平行排列設(shè)置有多條。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光干涉式水聽器，其特征在于貼附在所述振動片外表面 的壓電復合材料呈環(huán)形，且圓心與振動片的圓心重合。
專利摘要本實用新型公開了一種激光干涉式水聽器，包括基于邁克爾遜干涉原理的光路系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和供電系統(tǒng)；在所述光路系統(tǒng)中包括激光器、半透射半反射的分光鏡、平面反射鏡和振動片；其中，所述平面反射鏡和激光器分設(shè)在分光鏡的上下兩側(cè)，所述振動片豎直設(shè)置，且在其朝向分光鏡的內(nèi)表面上鍍有一層反射膜，振動片的外表面貼附有壓電復合材料；在所述控制系統(tǒng)中包含有用于接收通過所述分光鏡反射和透射出的兩束光線的光電二極管以及用于接收所述壓電復合材料輸出電流的電荷放大電路，通過所述光電二極管和電荷放大電路輸出的電信號傳送至控制器，通過控制器計算被測聲信號的振幅。本實用新型的水聽器精度高、造價低、續(xù)航時間長。
文檔編號G01H9/00GK201859009SQ201020613680
公開日2011年6月8日 申請日期2010年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者劉軍禮, 呂成興, 周忠海, 張濤, 張照文, 惠超, 李磊, 牟華, 程廣欣, 臧鶴超, 趙娜 申請人:山東省科學院海洋儀器儀表研究所