基于声光效应的海水声速测量 
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Seawater Sound Velocity Measurement Based on Acousto-Optic Effect
图 & 表
图 1. 海水声速测量原理图
Fig. 1. Schematic of seawater sound velocity measurement
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图 2. 脉冲声光效应原理。(a)无声光效应时的光强探测图;(b)声光效应发生时的光强探测图
Fig. 2. Principle of pulse acousto-optic effect. (a) Light intensity detection diagram without acousto-optic effect; (b) light intensity detection diagram with acousto-optic effect
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图 3. 光强变化图
Fig. 3. Diagram of light intensity variation
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图 4. 声光效应引起的光强突变
Fig. 4. Abrupt light intensity caused by acousto-optic effect
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图 5. 纯水与海水中声速测量原理图
Fig. 5. Schematic of sound velocity measurement in pure water and seawater
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图 6. 光源光谱图
Fig. 6. Spectrum of light source
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图 7. 1 MHz信号的频谱
Fig. 7. Frequency spectrum of 1 MHz signal
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图 8. 1 MHz信号的长时间测量结果
Fig. 8. Long-time measurement results of 1 MHz signal
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图 9. 1 MHz信号的Allan方差图
Fig. 9. Allan variance of 1 MHz signal
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图 10. 拍频的相位
Fig. 10. Phase of beat frequency
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图 11. 声光效应引起的参考光(A)与测量光(B)的光强突变
Fig. 11. Abruption of reference light (A) and measured light (B) caused by acousto-optic effect
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图 12. 纯水实验结果
Fig. 12. Experimental results of pure water
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图 13. 纯水中不同时刻下的VMini与 Ve的差值
Fig. 13. Difference between VMini and Ve at different time in pure water
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图 14. 海水实验结果
Fig. 14. Experimental results of seawater
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图 15. 海水中不同时刻下的VMini与Ve的差值
Fig. 15. Difference of VMini and Ve at different time in seawater
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表 1不确定度分析
Table1. Uncertainty analysis
| Uncertainty source | Uncertainty | Uncertainty value |
|---|
| Associated with repeat frequency /(m·s-1) | 9.37×10-12v | 1.4×10-8 | | Repeat frequency /Hz | 0.000937 | | | Associated with air refractive index /(m·s-1) | 4.3×10-8v | 6.4×10-5 | | Environmental temperature /mK | 11.7 | | | Environmental air pressure /Pa | 11.2 | | | Environmental humidity /% | 2.3 | | | Ciddor formula | 2×10-8 | | | Associated with flight time /(m·s-1) | 3.3×10-5v | 4.9×10-2 | | Flight time /ns | 8.6 | | | Associated with phase difference measurement /(m·s-1) | 2.2×10-2 | 2.2×10-2 | | Inter-mode beat frequency phase /(°) | 0.0134° | | | Combined uncertainty /(m·s-1) | [(2.2×10-2)2+(3.3×10-5v)2]1/2 | 5.4×10-2 |
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薛彬, 王志洋, 张凯, 郑字佳, 吴翰钟, 翟京生. 基于声光效应的海水声速测量[J]. 中国激光, 2019, 46(4): 0404008. Bin Xue, Zhiyang Wang, Kai Zhang, Zijia Zheng, Hanzhong Wu, Jingsheng Zhai. Seawater Sound Velocity Measurement Based on Acousto-Optic Effect[J]. Chinese Journal of Lasers, 2019, 46(4): 0404008.
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