一种基于活塞的耐静水压光纤水听器制造技术

本发明专利技术提供一种基于活塞的耐静水压光纤水听器，该光纤水听器，包括圆柱型刚性筒、波纹管、活塞腔、活塞系统、连通孔、膜片室、声敏膜片以及光纤光栅。刚性筒内沿轴线方向有多个均匀排列的活塞腔，波纹管设置于活塞腔体内一端，活塞系统通过活塞连杆与波纹管连接，实现耐静水压力补偿。活塞腔通过连通孔与膜片室连接，膜片室的外端是膜片；刚性筒的内部轴线处安装有光纤光栅，光纤光栅的一端与声敏膜片连接，另一端与刚性筒内的预收紧装置连接。本发明专利技术在较小的体积上实现了高灵敏度与静压平衡；利用波纹管结构可以对水听器起到缓冲保护作用。波纹管结构可以对水听器起到缓冲保护作用。波纹管结构可以对水听器起到缓冲保护作用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于活塞的耐静水压光纤水听器


[0001]本专利技术涉及一种光纤水听器，尤其涉及一种基于活塞的耐静水压光纤水听器，属于光纤传感器


技术介绍

[0002]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。目前光纤水听器主要有强度调制型、干涉型、光纤光栅型等，光纤光栅型水听器因为其灵敏度高、体积小、易于波分复用等优点，在随船水声测量，岛屿、港口的快速警戒等领域有着广泛的应用前景。
[0003]由于光纤光栅水听器是波长敏感型传感器，光纤光栅的波长随压强变化，而适应大深度工作环境的光纤光栅水听器目前研究较少。因此，如何在保证高压下测量灵敏度的同时提高耐静水压的能力，是光纤光栅水听器应用必需解决的关键问题。
[0004]常见的提高耐静水压能力的方式有增加水听器结构强度、水听器结构开孔、压力补偿等方式。
[0005]在增加水听器结构强度方面，李东明等人设计了一种弹性膜片增敏探头，该结构的耐静压性能取决于弹性膜片的刚度，通过优化结构来提高水听器的耐静水压能力。当水压足够大时，膜片会被压缩变形。这种方式的耐静压能力很大程度上取决于材料的性能，并会降低水听器的灵敏度(参考文献，李东明,陈军,葛辉良,张自丽.高灵敏度加速度抵消型分布反馈有源光纤光栅水听器研究[J].中国激光,2012,39(03):139
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145.)。
[0006]在水听器结构开孔方面，陆祈祯等人设计了一种刚性筒开孔的耐静压水听器探头，膜片两侧的腔室与外界连通，保证膜片两侧水压力平衡。受开孔影响，光纤光栅暴露于外界流体中易被破坏(参考文献，陆祈祯,黄俊斌,顾宏灿,汪云云.一种耐静压分布反馈式光纤激光水听器探头设计[J].应用光学,2020,41(02):428
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434.)。
[0007]在应用压力补偿结构方面，Kuttan Chandrika Unnikrishnan等人将压力补偿结构以滑块室的形式集成到水听器内部。这种水听器的耐静水压能力取决于滑块在滑块室内移动距离的长短，长时间作用下，滑块与滑块室频繁接触必然导致滑块磨损，减弱耐静压能力。另外由于缺少缓冲结构，强烈水流作用时水听器内的滑块因承受巨大冲击力而容易被损坏(参考文献，Chandrika Unnikrishnan Kuttan,Pallayil Venugopalan,Lim Kian Meng,Chew Chye Heng.Pressure compensated fiber laser hydrophone:modeling and experimentation.[J].The Journal of the Acoustical Society of America,2013,134(4).)。
[0008]Steven Goodman等人提出一种带气囊的平衡静水压型光纤光栅水听器结构。这种水听器结构复杂，可靠性低，气囊体积大，在复杂的水下环境中容易受到破坏，大大降低了水听器的可靠性，并且不利于水听器结构的小型化(参考文献，Steven Goodman,Alexei Tikhomirov,Scott Foster.Pressure compensated distributed feedback fibre laser hydrophone[P].International Conference on Optical Fibre Sensors,2008.)。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是为了弥补现有技术的不足，利用活塞和波纹管平衡静水压的气密性强、补偿压力强、耐腐蚀等优点，提出了一种体积小、耐静压能力强、具有缓冲功能的光纤光栅水听器。
[0010]本专利技术的目的是这样实现的：包括刚性筒、设置在刚性筒一端的端盖、设置在端盖中心位置的预收紧装置、设置在刚性筒另一端的声敏膜片、设置在刚性筒内且与声敏膜片连接的膜片室，在刚性筒内、沿刚性筒圆周方向还等间距设置有活塞腔，活塞腔的一端通过连通腔室与膜片室连通、另一端与对应的波纹管连通，波纹管的数量与活塞腔数量相等，波纹管的端部与端盖连接且在连接处设置有进水口；刚性筒内设置有光纤光栅，所述光纤光栅的第一尾纤与预收紧装置连接，所述光纤光栅的第二尾纤与声敏膜片相连接。
[0011]本专利技术还包括这样一些结构特征：
[0012]1.活塞腔包括活塞体、活塞环、活塞连杆、活塞连杆锁紧螺栓，活塞环是金属弹性环，活塞连杆锁紧螺栓一端位于活塞体内部、另一端与活塞连杆相连，锁紧螺栓与活塞连杆起到连接活塞与波纹管的作用。
[0013]2.声敏膜片为弹性圆形不锈钢薄片。
[0014]3.水通过所述进水孔进入所述波纹管，由于水压力的存在，波纹管拉伸变形，波纹管内的水推动与之相连的所述活塞系统移动，活塞系统压缩所述活塞腔内的气体，被压缩的气体通过所述连通孔进入膜片室，同时所述声敏膜片一侧也受到水压力的作用，此时膜片两侧压力平衡；当有声压信号作用于所述声敏膜片上时，声敏膜片变形，引起所述光纤光栅轴向变形，根据所述光纤光栅变形量得到声信号信息。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术实施例提供的光纤光栅水听器摒弃了气囊与滑块结构。当水压力变化时，活塞左右两侧压力不平衡，水压力推动活塞向前运动直到活塞两侧压力平衡，由此实现压力补偿，在此过程中，波纹管由于具有可伸缩性，当其内部充满水时，出现拉伸变形。此外，波纹管结构具有缓冲作用，当突然有强烈的水流冲击到水听器上时，由于波纹管结构的存在，可以有效避免水流冲击对水听器结构的破坏。采用波纹管装置，有效保证了活塞装置与水的分离，避免活塞腔内壁因为与水的长时间接触被腐蚀，导致活塞腔失去气密性。此外，活塞腔的具体个数可以根据具体使用环境下所需补偿的耐静水压力大小进行调整，在活塞体与和弹性活塞环结合以及多个活塞腔结构共同作用下，可以实现大静压补偿。
附图说明
[0016]图1为水听器结构正面示意图；
[0017]图中，010光纤光栅，020声敏膜片，030刚性筒，040膜片室，050连通腔室，060活塞系统，070活塞腔，071波纹管，080端盖，081进水孔，090预收紧装置。
[0018]图2为水听器结构的左视图；
[0019]图3为活塞装置结构示意图；
[0020]图中，070活塞腔，072第一0型密封圈，073第二0型密封圈，074第一0型密封圈槽，075第二0型密封圈槽，076活塞体，077活塞连杆锁紧螺栓，078活塞连杆。
具体实施方式
[0021]下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。
[0022]结合图1至图3，本专利技术提供了一种光纤光栅水听器，主要包括四个部分：支撑保护单元、声信号探测单元、压力补偿单元和缓冲单元。支撑保护单元包括耐腐蚀的金属刚性筒和预收紧装置，预收紧装置位于刚性筒的一端的正中心处。缓冲单元由波纹管和端盖组成，波纹管使用橡胶材质制成，端盖设计在波纹管前端面，其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于活塞的耐静水压光纤水听器，其特征在于：包括刚性筒、设置在刚性筒一端的端盖、设置在端盖中心位置的预收紧装置、设置在刚性筒另一端的声敏膜片、设置在刚性筒内且与声敏膜片连接的膜片室，在刚性筒内、沿刚性筒圆周方向还等间距设置有活塞腔，活塞腔的一端通过连通腔室与膜片室连通、另一端与对应的波纹管连通，波纹管的数量与活塞腔数量相等，波纹管的端部与端盖连接且在连接处设置有进水口；刚性筒内设置有光纤光栅，所述光纤光栅的第一尾纤与预收紧装置连接，所述光纤光栅的第二尾纤与声敏膜片相连接。2.根据权利要求1所述的一种基于活塞的耐静水压光纤水听器，其特征在于：活塞腔包括活塞体、活塞环、活塞连杆、活塞连杆锁紧螺栓，活塞环是金属弹性环，活塞连杆锁紧螺栓一端位于活塞体内部、另一端与活塞连杆相连，锁紧螺栓与活塞连杆起到连接活塞与波纹管的作用。3.根据权利要求1或2所述的一种基于活塞的耐静水压光纤水听器，其特征在于：声敏膜片为弹性圆形不锈钢薄片。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：田野，曹建，段超，仇成军，马占宇，谭滔，刘祥和，赵晓臣，张建中，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：