本發(fā)明涉及一種外差法光纖水聽器參考探頭封裝結(jié)構(gòu)，屬于光纖傳感領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

基于光纖傳感原理的光纖水聽器作為一種新型水聲探測(cè)器件，與傳統(tǒng)的壓電水聽器相比，具有靈敏度高、頻響特性好、頻帶寬、“濕端”全光、抗電磁干擾、傳輸距離遠(yuǎn)以及便于大規(guī)模復(fù)用等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代聲納的一個(gè)重要發(fā)展方向。從聲信號(hào)敏感原理上可將光纖水聽器分為強(qiáng)度型光纖水聽器、干涉型光纖水聽器、偏振態(tài)型光纖水聽器等三種類型，其中，干涉型光纖水聽器在技術(shù)上最為成熟，通過水下聲波對(duì)光纖的應(yīng)力作用改變光纖纖芯的折射率或長(zhǎng)度，從而引起在光纖中傳播光束的光程改變，導(dǎo)致相位發(fā)生變化，采用干涉測(cè)量技術(shù)檢測(cè)出相位變化，并得到有關(guān)水聲信息。目前干涉型光纖水聽器檢測(cè)方法主要包括有源零差法、主動(dòng)相位補(bǔ)償法、3×3耦合器多相檢測(cè)法、相位產(chǎn)生載波(PGC)方法和外差法等。其中在光纖水聽器大動(dòng)態(tài)范圍檢測(cè)方面，外差法相比其他方式具有很大優(yōu)勢(shì)，符合發(fā)展大動(dòng)態(tài)大容量的光纖水聽器陣列信號(hào)檢測(cè)技術(shù)的需求。

外差法檢測(cè)方案是將聲波信息載波到高頻信號(hào)的相位項(xiàng)上，在接收端令待測(cè)信號(hào)光波和不含聲信息的參考光波同時(shí)入射到探測(cè)器上，通過探測(cè)器的混頻作用，得到頻率為二者之差的中頻信號(hào)。該信號(hào)保持了調(diào)制信號(hào)的特征，通過檢測(cè)中頻信號(hào)能最終解調(diào)出需要的信息。在外差法檢測(cè)方案中參考光波的準(zhǔn)確獲取是保證信號(hào)解調(diào)準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因素之一，獲取參考光波的一種簡(jiǎn)便方法是將一個(gè)與光纖水聽器探頭中完全一樣的一個(gè)邁克爾遜參考探頭(視為參考探頭)裝入封裝結(jié)構(gòu)中，并接入光路調(diào)制系統(tǒng)，將邁克爾遜參考探頭中的光纖繞制在封裝結(jié)構(gòu)的一個(gè)金屬軸上，在封裝結(jié)構(gòu)中采用橡膠隔振片和泡沫材料作隔振隔音封裝，封裝后的參考探頭返回的光波即作為參考光波。

通過該方法雖然實(shí)現(xiàn)了參考光波的獲取，但是由于金屬軸熱脹冷縮效應(yīng)引起纏繞在其上的光纖長(zhǎng)度發(fā)生變化，這種變化直接轉(zhuǎn)化成一種外界擾動(dòng)致使參考探頭返回的參考光波相位信息不準(zhǔn)確，導(dǎo)致最終解調(diào)出來的信號(hào)靜態(tài)工作點(diǎn)漂移，特別是溫度變化劇烈時(shí)，由于金屬具有較高的熱傳導(dǎo)速率，金屬軸自身熱脹冷縮引起的參考光波相位信息變化越發(fā)劇烈，從而導(dǎo)致靜態(tài)工作點(diǎn)漂移劇烈，并且橡膠隔振片結(jié)構(gòu)并不能有效隔離外界低頻振動(dòng)，致使外界振動(dòng)對(duì)參考信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，現(xiàn)有參考探頭的這些缺陷給給后續(xù)信號(hào)處理，特別是系統(tǒng)噪聲的抑制造成很大困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：為克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種外差法光纖水聽器參考探頭封裝結(jié)構(gòu)，有效隔離低頻振動(dòng)和聲波對(duì)參考探頭的影響，以提高外差法光纖水聽器解調(diào)信號(hào)的準(zhǔn)確性和信噪比。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種外差法光纖水聽器參考探頭封裝結(jié)構(gòu)，包括密封盒蓋、內(nèi)襯海綿蓋、參考探頭安置盒蓋、參考探頭安置盒體、內(nèi)襯海綿體、密封盒和水密光法蘭；

參考探頭安置盒體中設(shè)置有光纖安裝槽，參考探頭的光纖部分環(huán)繞置于光纖安裝槽中，且處于無應(yīng)力狀態(tài)，參考探頭安置盒蓋與參考探頭安置盒體密封連接形成參考探頭安置盒，參考探頭安置盒中充滿粘度系數(shù)大于100cs的有機(jī)油；

密封盒為中空結(jié)構(gòu)，密封盒的側(cè)壁上設(shè)置水密光法蘭，內(nèi)襯海綿體置于密封盒中，內(nèi)襯海綿體與密封盒緊配合，內(nèi)襯海綿體為中空結(jié)構(gòu)，參考探頭安置盒置于內(nèi)襯海綿體中，參考探頭安置盒與內(nèi)襯海綿體緊配合，參考探頭一端與水密光法蘭連接用于光信號(hào)的輸入、輸出；內(nèi)襯海綿蓋置于內(nèi)襯海綿體中，參考探頭安置盒夾于內(nèi)襯海綿體與內(nèi)襯海綿蓋中；密封盒蓋與密封盒密封連接，密封盒中充滿粘度系數(shù)大于100cs的有機(jī)油，使內(nèi)襯海綿蓋、內(nèi)襯海綿體中浸入有機(jī)油，封裝結(jié)構(gòu)阻隔5Hz以上的低頻噪聲。

光纖安裝槽為環(huán)形槽，光纖環(huán)繞直徑大于光纖安裝槽內(nèi)徑，小于光纖安裝槽外徑。

有機(jī)油為二甲基硅油。

當(dāng)封裝結(jié)構(gòu)處于振動(dòng)環(huán)境或所處環(huán)境溫度變化時(shí)，外界光信號(hào)由水密光法蘭進(jìn)入?yún)⒖继筋^后，由水密光法蘭輸出的干涉光信號(hào)的相位變化不高于10rad。

參考探頭安置盒中設(shè)有耦合器安裝槽、旋轉(zhuǎn)鏡安裝槽，耦合器安裝槽、旋轉(zhuǎn)鏡安裝槽均設(shè)置在光纖安裝槽的切線方向。

還包括耦合器、法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，分別安放在耦合器安裝槽、法拉第旋轉(zhuǎn)鏡安裝槽中，并在安裝槽內(nèi)注入聚氨酯密封膠。

密封盒中包括光纖法蘭安裝槽，水密光法蘭安裝在法蘭安裝槽內(nèi)并緊固。

內(nèi)襯海綿的中心部位設(shè)有參考探頭安置盒的安裝槽和過纖槽，參考探頭安置盒放置在安裝槽中，光纖放在過纖槽中，內(nèi)襯海綿放置在安裝槽中。

參考探頭安置盒中心及四周分別設(shè)置第一密封膠槽和第二密封膠槽。

在第一密封膠槽內(nèi)注入槽深1/3的聚氨酯密封膠，在第二密封膠槽內(nèi)注滿聚氨酯密封膠。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

(1)本發(fā)明消除傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中金屬軸熱脹冷縮對(duì)參考探頭的影響，同時(shí)采用固液隔振方式，有效隔離低頻振動(dòng)和聲波對(duì)參考探頭的影響，以參考探頭為基準(zhǔn)，提取出來解調(diào)信號(hào)，以提高外差法光纖水聽器解調(diào)信號(hào)的準(zhǔn)確性和信噪比，相對(duì)于傳統(tǒng)封裝將信噪比提高10dB。

(2)本發(fā)明參考探頭的光纖處于自由狀態(tài)，金屬載體熱脹冷縮不會(huì)對(duì)光纖長(zhǎng)度影響，降低溫度對(duì)參考探頭輸出相位漂移的影響。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明參考探頭安置盒與參考探頭裝配示意圖；

圖3為本發(fā)明內(nèi)襯海綿體與密封盒裝配示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。

如圖1所示，一種外差法光纖水聽器參考探頭封裝結(jié)構(gòu)，包括密封盒蓋1、內(nèi)襯海綿蓋2、參考探頭安置盒蓋3、參考探頭安置盒體5、內(nèi)襯海綿體6、密封盒7和水密光法蘭8；

參考探頭安置盒體5中設(shè)置有光纖安裝槽52，參考探頭4的光纖部分環(huán)繞置于光纖安裝槽52中，并在光纖安裝槽52中注滿有機(jī)油，光纖安裝槽52為環(huán)形槽，光纖43環(huán)繞直徑大于光纖安裝槽52內(nèi)徑，小于光纖安裝槽52外徑，使其處于無應(yīng)力狀態(tài)，參考探頭安置盒蓋3與參考探頭安置盒體5密封連接形成參考探頭安置盒，參考探頭安置盒中充滿粘度系數(shù)大于100cs的有機(jī)油；

密封盒7為中空結(jié)構(gòu)，密封盒7的側(cè)壁上設(shè)置水密光法蘭8，內(nèi)襯海綿體6置于密封盒7中，內(nèi)襯海綿體6與密封盒7緊配合，內(nèi)襯海綿體6為中空結(jié)構(gòu)，參考探頭安置盒置于內(nèi)襯海綿體6中，參考探頭安置盒與內(nèi)襯海綿體6緊配合，參考探頭一端與水密光法蘭8連接用于光信號(hào)的輸入、輸出；內(nèi)襯海綿蓋2置于內(nèi)襯海綿體6中，參考探頭安置盒夾于內(nèi)襯海綿體6與內(nèi)襯海綿蓋2中；密封盒蓋1與密封盒7密封連接，密封盒7中充滿粘度系數(shù)大于100cs的有機(jī)油，使內(nèi)襯海綿蓋2、內(nèi)襯海綿體6中浸入有機(jī)油，封裝結(jié)構(gòu)阻隔5Hz以上的低頻噪聲，上述的有機(jī)油優(yōu)選二甲基硅油。

如圖2所示，參考探頭安置盒5中設(shè)有耦合器安裝槽51、旋轉(zhuǎn)鏡安裝槽53、第一密封膠槽57和第二密封膠槽55、螺紋孔56，耦合器安裝槽51、旋轉(zhuǎn)鏡安裝槽53均設(shè)置在光纖安裝槽52的切線方向，耦合器42、法拉第旋轉(zhuǎn)鏡44，分別安放在耦合器安裝槽51、法拉第旋轉(zhuǎn)鏡安裝槽53中，并在安裝槽內(nèi)注入聚氨酯密封膠。參考探頭安置盒5中心及四周分別設(shè)置第一密封膠槽57和第二密封膠槽55，在第一密封膠槽57內(nèi)注入槽深1/3的聚氨酯密封膠，在第二密封膠槽55內(nèi)注滿聚氨酯密封膠。

如圖3所示，密封盒7中包括螺紋孔71、密封膠槽72、光纖法蘭安裝槽73，水密光法蘭8安裝在法蘭安裝槽73內(nèi)并緊固。內(nèi)襯海綿6的中心部位設(shè)有參考探頭安置盒5的安裝槽61和過纖槽62，參考探頭安置盒5放置在安裝槽61中，光纖43放在過纖槽62中，內(nèi)襯海綿2放置在安裝槽61中，在密封盒7內(nèi)注滿硅油，保證內(nèi)襯海綿蓋2、內(nèi)襯海綿體6充分浸透，然后在密封膠槽72內(nèi)注滿聚氨酯灌封膠，將密封盒蓋1與密封盒7組裝并用螺釘緊固。

當(dāng)封裝結(jié)構(gòu)處于振動(dòng)環(huán)境或所處環(huán)境溫度變化時(shí)，外界光信號(hào)由水密光法蘭8進(jìn)入?yún)⒖继筋^后，由水密光法蘭8輸出的干涉光信號(hào)的相位變化不高于10rad。

本發(fā)明消除傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中金屬軸熱脹冷縮對(duì)參考探頭的影響，同時(shí)采用固液隔振方式，有效隔離低頻振動(dòng)和聲波對(duì)參考探頭的影響，以參考探頭為基準(zhǔn)，提取出來解調(diào)信號(hào)，以提高外差法光纖水聽器解調(diào)信號(hào)的準(zhǔn)確性和信噪比，相對(duì)于傳統(tǒng)封裝將信噪比提高10dB。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限與此，在任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明未公開內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。