嵌入式光纤激光水听器及其阵列结构和成缆工艺制造技术

本发明专利技术涉及光纤水听器技术领域，特别公开了一种嵌入式光纤激光水听器及其阵列结构和成缆工艺。该嵌入式光纤激光水听器，包括一端开口的圆柱形主体筒，其特征在于：所述主体筒的开口端安装有顶盖，且主体筒与顶盖的连接处安装有声敏膜片，主体筒的内部中心轴线处安装有光纤激光器，且光纤激光器的一端连接声敏膜片，另一端连接主体筒；主体筒和顶盖嵌入到被嵌入物中，被嵌入物包括主体内层和外包层。本发明专利技术在较小的结构层内实现光纤激光水听器的嵌入，实现基于薄层介质的声阵列，具有体积小、结构简单的优势；嵌入到载体表面薄层内，与被嵌入的载体较成熟的表层敷设工艺结合，从而成阵工艺简单，成本大幅降低。

【技术实现步骤摘要】
嵌入式光纤激光水听器及其阵列结构和成缆工艺（一）
本专利技术涉及光纤水听器
，特别涉及一种嵌入式光纤激光水听器及其阵列结构和成缆工艺。（二）
技术介绍
光纤水听器是利用光纤的传光特性以及周围环境声压作用产生的调制效应，探测水中声音的仪器。与传统的电磁类水听器相比，光纤水听器具有如下优势：声压灵敏度高、不受电磁干扰、体积小、防水耐腐蚀、兼具传感及传输于一身等优点。目前光纤水听器的主要技术方案包括强度调制型、干涉式、光纤光栅式等，光纤光栅式水听器，特别是基于光纤激光器的有源光纤光栅水听器由于具有灵敏度高、体积小、易于波分复用等优势，为制造高灵敏度、超细、轻便、快速布放水声传感器阵列提供了可能。由光纤水听器构成拖曳或海底固定布放阵列，在随船水声测量、海洋油气资源勘探、水下导航、海洋国防等领域具有良好的应用前景。目前，光纤水听器阵列多采用凯夫拉绳承重、透声橡胶护套保护、填充轻蜡油等流体的方案，结构复杂、体积较大、成阵成本高且对水听器保护不足，容易造成水听器失效，可靠性不高。张海兵等提出了一种光纤水听器阵段结构和光纤水听器阵列结构，采用水听器单元和支撑骨架结合的方案，并设置填充层，外接套管，实现了对光纤和水听器的保护；仍然存在结构复杂、体积较大、成阵成本高、工艺复杂、可靠性不高的问题。何哲玺等专利技术了一种新型光纤水听器探头封装结构及光纤水听器阵列，包括外壳、聚脲复合材料、铠装光缆、压板接头、过渡连接套、凯夫拉绳、声传感器等，提高了结构可靠性、水密性、深水耐压能力，易实现工程化与批量化装配；仍然存在结构复杂、体积较大、成阵成本高、工艺复杂、可靠性不高的问题。可见，现有技术的主要问题在于传统的成阵结构及其改进结构未脱离传感器、骨架结构、凯夫拉绳、护套结合的成阵方案，并采用了大量复杂的成阵结构，导致普遍存在整体结构复杂、体积较大、成阵成本高、工艺复杂、可靠性不高的问题。如果能够专利技术一种体积小、结构简单、成阵工艺简单、成本低廉且能够保证传感器的基本声学性能的成阵方案，将具有重要的应用价值。（三）
技术实现思路
本专利技术为了弥补现有技术的不足，提供了一种结构简单、成阵工艺简单、体积小、成本低的嵌入式光纤激光水听器及其阵列结构和成缆工艺。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种嵌入式光纤激光水听器，包括一端开口的圆柱形主体筒，其特征在于：所述主体筒的开口端安装有顶盖，且主体筒与顶盖的连接处安装有声敏膜片，主体筒的内部中心轴线处安装有光纤激光器，且光纤激光器的一端连接声敏膜片，另一端连接主体筒；主体筒和顶盖嵌入到被嵌入物中，被嵌入物包括主体内层和外包层。本专利技术中，声敏膜片安装在主体筒筒口上，并通过顶盖封闭，用于在升压作用下产生形变，光纤激光器安装在主体筒的中心轴线处，用于感测声压，主体筒和顶盖嵌入到被嵌入物中，外包层作为主要载体，内层则是被嵌入物的主体结构，实现水听器的嵌入式安装结构。本专利技术的更优技术方案为：所述顶盖为内部设置有台阶和允许光纤激光器穿过的通孔的金属圆柱体，以改善声学特性且允许光纤激光器穿过。所述顶盖的端部安装有支撑管，光纤激光器穿过支撑管并与支撑管粘结固定，以保护尾纤，较佳的，光纤激光器与支撑管通过硅胶等弹性胶粘结固定。所述光纤激光器为光纤布拉格光栅、有源光纤光栅或光纤珐珀腔，光纤激光器具有一定的预紧力，较佳的，为0.1-0.5N的预紧力。所述外包层为加热浇筑成型的聚合物材料，外包层上开设有位置对应顶盖的透声孔，透声孔为多孔结构，以保护内部结构，且改善声学特性。所述主体筒、顶盖的材料为钛合金或可伐合金等低膨胀系数合金材料，以降低加热浇筑成形过程中温度变化对水听器结构的影响。本专利技术还公开了上述嵌入式光纤激光水听器阵列结构，被嵌入物的外包层内嵌入有若干个光纤激光水听器，且上述光纤激光水听器的光纤激光器依次串联，串联的第一个光纤激光水听器与传输光缆串联，且传输光缆嵌入在外包层中，内层为被嵌入物的主体结构。优选的，串联的第一个光纤激光水听器与传输光缆之间串联有光纤波分复用器，以抑制长距离传输光缆中的光散射对水听器的影响；串联的若干个光纤激光水听器中，每个光纤激光水听器的激光波长不同，通过波分复用器进行组阵。顶盖内部填充轻蜡油流体，外包层外敷设有透声橡胶层，以进一步对内部结构进行保护，且保持声学性能。本专利技术还公开了上述嵌入式光纤激光水听器阵列结构的成缆工艺，具体步骤为：先制作被嵌入物的内层，然后在内层结构表面安装光纤激水听器的位置涂刷外包层材料的衬底层，之后依次安装需要嵌入的光纤激光水听器，并进行串联、安装传输光缆，最后包覆外包层。本专利技术在较小的结构层内实现光纤激光水听器的嵌入，实现基于薄层介质的声阵列，具有体积小、结构简单的优势；嵌入到载体表面薄层内，与被嵌入的载体较成熟的表层敷设工艺结合，从而成阵工艺简单，成本大幅降低；依托载体的保护层对水听器保护，提高了可靠性；采用多孔透声结构与膜片结构光纤激光水听器结合，保证了水听器嵌入载体之后的声学性能，同时能够对光纤进行保护，防止损坏。（四）附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。图1为本专利技术光纤激光水听器的结构示意图；图2为本专利技术光纤激光水听器阵列在平板结构中嵌入的三维结构示意图；图3为本专利技术透声孔的结构示意图；图4为本专利技术光纤激光水听器阵列在圆形截面缆结构中嵌入的主视结构示意图；图5为图4所述的截面示意图；图6为实施例3所述的光纤激光水听器的主视结构示意图；图7为图6所述的截面示意图。图中，010主体筒，020顶盖，021支撑管，030声敏膜片，040光纤激光器，050外包层，051透声孔，060内层，070传输光缆，071光纤波分复用器，080透声橡胶层。（五）具体实施方式为使本专利技术的目的、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，对本专利技术进一步详细说明。实施例1：图1为本专利技术提供的嵌入式光纤激光水听器的结构图，其中：主体筒010，顶盖020，支撑管021，声敏膜片030，光纤激光器040，外包层050，透声孔051，内层060。主体筒010，为一端开口的圆柱形刚性筒，由金属加工而成，在开口端开有台阶，在另一端有通孔，以便光纤穿过；顶盖020，为金属圆柱体，且内部具有台阶通，安装于主体筒010的开口端，且在端部开有通孔，以允许光纤激光器040穿过；顶盖020进一步在端部安装有支撑管021，以保护从中穿过的光纤激光器040的尾纤。声敏膜片030，较佳的，为圆形金属薄片或聚酰亚胺薄片，安装于主体筒010和顶盖020的连接处，通过挤压嵌入在连接处，且通过环氧胶粘接，用于在声压作用下产生形变；声敏膜片030中心开有微孔，允许光纤穿过；安装于主体筒010内部轴线处的光纤激光器040，为光纤布拉格光栅或有源光纤光栅，分别穿过主体筒010、声敏膜片030、顶盖020、支撑管021，一端与声敏膜片030通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种嵌入式光纤激光水听器，包括一端开口的圆柱形主体筒（010），其特征在于：所述主体筒（010）的开口端安装有顶盖（020），且主体筒（010）与顶盖（020）的连接处安装有声敏膜片（030），主体筒（010）的内部中心轴线处安装有光纤激光器（040），且光纤激光器（040）的一端连接声敏膜片（030），另一端连接主体筒（010）；主体筒（010）和顶盖（020）嵌入到被嵌入物中，被嵌入物包括主体内层（060）和外包层（050）。/n

【技术特征摘要】
1.一种嵌入式光纤激光水听器，包括一端开口的圆柱形主体筒（010），其特征在于：所述主体筒（010）的开口端安装有顶盖（020），且主体筒（010）与顶盖（020）的连接处安装有声敏膜片（030），主体筒（010）的内部中心轴线处安装有光纤激光器（040），且光纤激光器（040）的一端连接声敏膜片（030），另一端连接主体筒（010）；主体筒（010）和顶盖（020）嵌入到被嵌入物中，被嵌入物包括主体内层（060）和外包层（050）。


2.根据权利要求1所述的嵌入式光纤激光水听器，其特征在于：所述顶盖（020）为内部设置有台阶和允许光纤激光器（040）穿过的通孔的金属圆柱体。


3.根据权利要求1所述的嵌入式光纤激光水听器，其特征在于：所述顶盖（020）的端部安装有支撑管（021），光纤激光器（040）穿过支撑管（021）并与支撑管（021）粘结固定。


4.根据权利要求1所述的嵌入式光纤激光水听器，其特征在于：所述光纤激光器（040）为光纤布拉格光栅、有源光纤光栅或光纤珐珀腔，光纤激光器（040）具有0.1-0.5N的预紧力。


5.根据权利要求1所述的嵌入式光纤激光水听器，其特征在于：所述外包层（050）为加热浇筑成型的聚合物材料，外包层（050）上开设有位置对应顶盖（020）的透声孔（051），透声孔（051）...

【专利技术属性】
技术研发人员：张发祥，姜劭栋，李惠，张晓磊，赵庆超，马龙，王昌，倪家升，王英英，
申请(专利权)人：山东省科学院激光研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37