激光干涉式水听器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种激光干涉式水听器，包括基于迈克尔逊干涉原理的光路系统、控制系统和供电系统；在所述光路系统中包括激光器、半透射半反射的分光镜、平面反射镜和振动片；其中，所述平面反射镜和激光器分设在分光镜的上下两侧，所述振动片竖直设置，且在其朝向分光镜的内表面上镀有一层反射膜，振动片的外表面贴附有压电复合材料；在所述控制系统中包含有用于接收通过所述分光镜反射和透射出的两束光线的光电二极管以及用于接收所述压电复合材料输出电流的电荷放大电路，通过所述光电二极管和电荷放大电路输出的电信号传送至控制器，通过控制器计算被测声信号的振幅。本实用新型专利技术的水听器精度高、造价低、续航时间长。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于水听器
，具体地说，是涉及一种基于激光干涉原理的水 听器。
技术介绍
水听器是用于把水下的声音信号转换为电信号的换能装置。水听器可以检测潜 艇、鱼类等目标所辐射的噪声，也可以直接检测声源，比如装载在鱼体上的小型声源、声信 标、爆炸声等，并实施定向跟踪。目前的水听器一般由接收换能器、接收机和终端装置等主要部分组成。其中，接收 换能器用于采集水下声信号，并将声信号变换为电信号传输至接收机进行放大处理，而后 传送至终端装置，通过终端装置显示、存储被测信号，以提供给监测人员进行分析。传统的水听器采用压电陶瓷作为传感器件，利用材料的逆压电效应来实现从声信 号到电信号的转换。即当压电陶瓷材料受到外力作用而产生机械变形时，材料表面会产生 电荷，电场发生变化，通过电路进行处理得到测量信号。但是这种方式受材料性能的限制， 形变量与产生的电场存在明显的非线性，信号处理较为复杂；且材料受温度等因素影响大， 精度较低。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种基于激光干涉原理的水听器，以提高水下声信号 的检测精度。为了解决上述技术问题，本技术采用以下技术方案予以实现一种激光干涉式水听器，包括基于迈克尔逊干涉原理的光路系统、控制系统以及 为所述光路系统和控制系统提供工作电源的供电系统；在所述光路系统中包括激光器、半 透射半反射的分光镜、平面反射镜和振动片；其中，所述平面反射镜和激光器分设在分光镜 的上下两侧，所述振动片竖直设置，且在其朝向分光镜的内表面上镀有一层反射膜，振动片 的外表面贴附有压电复合材料；在所述控制系统中包含有用于接收通过所述分光镜反射和 透射出的两束光线的光电二极管以及用于接收所述压电复合材料输出电流的电荷放大电 路，通过所述光电二极管和电荷放大电路输出的电信号传送至控制器，通过控制器计算被 测声信号的振幅。为了便于干涉图样的采集，在所述激光器与分光镜之间设置有一扩束器，通过所 述扩束器对激光器发出的光束的直径进行扩大。优选的，所述激光器优选采用激光二极管、以降低系统成本。进一步的，在所述控制器中包括A/D转换器和CPU，所述电荷放大电路输出的电流 信号经A/D转换器变换为数字信号后传输至所述的CPU ；所述光电二极管连接所述的CPU 或者通过A/D转换器连接所述的CPU。又进一步的，在所述水听器中还设置有通信系统，连接所述的控制器，将控制器计算生成的被测声信号的振幅传送给终端装置进行显示和存储。再进一步的，所述光路系统、控制系统、供电系统和通信系统设置于一壳体中，所 述壳体的左端或者右端开口，所述振动片安装于所述开口处，进而与所述壳体形成一个密 闭的腔室，且所述振动片的内表面朝向腔室内。更进一步的，所述壳体呈横向放置的圆筒状；所述振动片为圆形的不锈钢板；所 述反射膜优选镀膜在振动片内表面的中心位置。优选的，贴附在所述振动片外表面的压电复合材料呈条形，且平行排列设置有多 条；或者可以将其设计成环形，且圆心与振动片的圆心重合。与现有技术相比，本技术的优点和积极效果是本技术的水听器利用迈 克尔逊干涉原理，仿照迈克尔逊干涉仪的结构设计方式进行水听器中光路系统的结构设 计，通过振动片感应被检测声源的振动，进而使作为测量臂的光束长度发生变化，由此来改 变通过分光镜反射和透射出的两束光线所形成的干涉条纹，进而通过检测干涉条纹的变化 间接地计算出被检测声源的振幅。由此设计的水听器具有精度高、续航时间长、造价低等显 著优点，可以广泛应用于石油勘探、海洋调查等领域。结合附图阅读本技术实施方式的详细描述后，本技术的其他特点和优点 将变得更加清楚。附图说明图1是现有迈克尔逊干涉仪的结构示意图；图2是中心为亮斑的干涉条纹图样；图3是中心为暗斑的干涉条纹图样；图4是本技术所提出的激光干涉式水听器的整体结构示意图；图5是图4中光路系统和控制系统的组建结构示意图。具体实施方式以下结合附图对本技术的具体实施方式作进一步详细地说明。本技术的水听器基于迈克尔逊干涉原理设计而成，下面首先对迈克尔逊干涉 原理进行简要介绍。图1为迈克尔逊干涉仪的结构示意图，包括两块平面反射镜M1和M2、半反射半透 射的分光镜G1以及光束接收屏E。其中，分光镜G1倾斜设置，且与水平方向所成的锐角为 45° ；定义分光镜G1上镀有反射膜的一面为反射面，与反射面相对的一面为透射面，则将分 光镜G1的透射面朝向光源S和平面反射镜M2,反射面朝向平面反射镜M1和屏E ；两块平面 反射镜Mp M2相邻，且一块水平设置，另一块垂直设置。当光源S发出的光线射入到分光镜G1上时，光经过分光镜G1后分为测量臂Sl和 参考臂S2两路。其中，测量臂Sl为光线经分光镜G1透射到达平面反射镜M1的光束，经反 射后返回，再经分光镜G1的反射面反射后，形成光束Sl ‘到达屏E ；参考臂S2为光线经分 光镜G1反射后，射向平面反射镜M2的光束，经反射镜M2反射后，再次射入分光镜G1,再经分 光镜G1透射后，形成光束S2'到达屏Ε。两束光Sl'、S2'在屏E处相遇，发生干涉，形成 圆环状的干涉条纹，如图2、图3所示。如果移动平面反射镜M1或者M2,两束光Si、S2的光程差将发生变化，从而使干涉 条纹发生相应的变化，表现为从干涉图样的中心“冒出”(即中心亮斑的直径逐渐变大)或 者向中心“缩进”(即中心亮斑的直径逐渐变小)。图3为图2所示干涉图样经过变化后， 中心亮斑变成中心暗斑的干涉图样。假设Ad为平面反射镜M1移动的距离，“冒出”为正方 向，正向移动时最亮条纹计数为k+ ；“缩进”为负方向，负向移动时最亮条纹计数为k_，由迈 克尔逊干涉原理可知Δ权利要求1.一种激光干涉式水听器，其特征在于包括基于迈克尔逊干涉原理的光路系统、控 制系统以及为所述光路系统和控制系统提供工作电源的供电系统；在所述光路系统中包括 激光器、半透射半反射的分光镜、平面反射镜和振动片；其中，所述平面反射镜和激光器分 设在分光镜的上下两侧，所述振动片竖直设置，且在其朝向分光镜的内表面上镀有一层反 射膜，振动片的外表面贴附有压电复合材料；在所述控制系统中包含有用于接收通过所述 分光镜反射和透射出的两束光线的光电二极管以及用于接收所述压电复合材料输出电流 的电荷放大电路，通过所述光电二极管和电荷放大电路输出的电信号传送至控制器，通过 控制器计算被测声信号的振幅。2.根据权利要求1所述的激光干涉式水听器，其特征在于在所述激光器与分光镜之 间设置有一扩束器，通过所述扩束器对激光器发出的光束的直径进行扩大。3.根据权利要求2所述的激光干涉式水听器，其特征在于所述激光器为激光二极管。4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光干涉式水听器，其特征在于在所述控制 器中包括A/D转换器和CPU，所述电荷放大电路输出的电流信号经A/D转换器变换为数字信 号后传输至所述的CPU ；所述光电二极管连接所述的CPU或者通过A/D转换器连接所述的 CPU。5.根据权利要求1至3中任一项所述的激光干涉式水听器，其特征在于在所述水听 器中还设置有通信系统，连接所述的控制器，将控制器计算生成的被测声信号的振幅传送 给终端装置进行显示和存储。6.根据权利要求5所述的激光干涉式水听器，其特征在于所述光路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光干涉式水听器，其特征在于：包括基于迈克尔逊干涉原理的光路系统、控制系统以及为所述光路系统和控制系统提供工作电源的供电系统；在所述光路系统中包括激光器、半透射半反射的分光镜、平面反射镜和振动片；其中，所述平面反射镜和激光器分设在分光镜的上下两侧，所述振动片竖直设置，且在其朝向分光镜的内表面上镀有一层反射膜，振动片的外表面贴附有压电复合材料；在所述控制系统中包含有用于接收通过所述分光镜反射和透射出的两束光线的光电二极管以及用于接收所述压电复合材料输出电流的电荷放大电路，通过所述光电二极管和电荷放大电路输出的电信号传送至控制器，通过控制器计算被测声信号的振幅。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李磊，惠超，臧鹤超，张照文，牟华，周忠海，张涛，吕成兴，刘军礼，程广欣，赵娜，
申请(专利权)人：山东省科学院海洋仪器仪表研究所，
类型：实用新型
国别省市：95