1 海军工程大学兵器工程学院，湖北 武汉 430033
2 中国人民解放军91388部队，广东 湛江 524002
3 中国人民解放军92578部队，北京 100161
为了探究膜片封装光纤激光水听器中光纤激光器产生弯曲振动的机理，首先基于梁的横向振动理论建立了光纤激光器弯曲振动模型，之后根据实际的封装结构进行了有限元仿真，分析了光纤激光器的固有频率与光纤激光水听器频响之间的定量关系，最后批量封装了光纤激光水听器，进行实验验证。仿真及实验结果表明：光纤激光器两端采用一体化硬固定方式易使光纤激光器发生弯曲振动；当光纤激光器的一阶固有频率落在工作频段内时，在谐振峰附近，光纤激光器的中心波长发生非均匀漂移，此时在远离谐振峰的频段内，水听器频响的平均值约为－135 dB，谐振峰值约为－125 dB。本研究为光纤激光水听器封装工艺的后续改进提供了参考。
光纤光学 膜片封装结构 弯曲振动 光纤激光水听器 预应力
1 海军工程大学 兵器工程学院， 武汉430033
2 海军工程大学 电子工程学院，武汉430033
3 武汉理工大学 信息工程学院， 武汉400
提出一种细尺寸、大孔径、高增益的弱反射光纤光栅水听器拖曳线列阵。根据匹配干涉方法选用反射率一致、中心波长相同以及3 dB带宽较宽的弱反射光纤光栅阵列；根据水声传感原理确定弱反射光纤光栅阵列的栅距以应用于5~10 Hz甚低频水声信号探测。采用光纤涂覆机对弱反射光纤光栅阵列二次涂覆，阵列中心波长整体一致漂移，栅距基本不变。采用扎纱机和护套机在二次涂覆弱反射光纤光栅阵列外铺设凯夫拉纤维和聚氨酯保护套形成水听器拖曳线列阵。测试拖曳线列阵水听器单元的声压-相位灵敏度在1 rad/μPa条件下分别为-136.97 dB@ 5 Hz、-139.64 dB@7.5 Hz、-139.36 dB@10 Hz；分析流噪声引起的水听器自噪声功率谱，拖速为8 m/s、频段为1~100 Hz的谱值在45~95 dB （1 μPa2/Hz）范围内。实验和分析结果表明，所提出的弱反射光纤光栅水听器拖曳线列阵甚低频段灵敏度高、流噪声低，有望增强无人航行器的甚低频水声信号探测功能。
光纤布拉格光栅 弱反射 水听器 拖曳线列阵 Fiber Bragg grating Weak reflection Hydrophone Towed line array 
Author Affiliations
Abstract
1 National Engineering Laboratory for Fiber Optic Sensing Technology, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China
2 School of Information Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430065, China
3 Department of Mechanical and Electrical Engineering, College of Post and Telecommunication, Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430073, China
4 Department of Electrical and Computer Engineering, University of Toronto, Toronto, ON M5S 3G4, Canada
We propose a novel modified frequency-shifted interferometer, where a Mach–Zehnder interferometer is added in order to obtain wavelength information. We use the Hilbert transform to extract the wavelength information from the phase of the interference pattern and construct the relationship between phase and wavelength. The laser wavelength measurement experiment is used to verify the compound interferometer. Experimental results demonstrated that our method could obtain the wavelength from the phase, which is of great significance for demodulation of the fiber Bragg grating based on a frequency-shifted interferometer.
modified frequency-shifted interferometry phase difference Hilbert transform Chinese Optics Letters
2020, 18(10): 101203
1 武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室, 湖北 武汉 430070
2 武汉理工大学信息工程学院, 湖北 武汉 430070
3 武汉理工大学机电工程学院, 湖北 武汉 430070
4 海军工程大学兵器工程学院, 湖北 武汉 430032
根据Fizeau干涉型光纤水听器的相位变化量公式,计算声压场条件下随声压变化的水听器总相位变化量。通过仿真,定量分析了水听器水平与垂直姿态及深度因素对各个频率下的声压灵敏度的影响。利用振动液柱法进行光纤水听器的实验环境测试。结果表明,姿态与深度因素均会对最终测量结果造成较大影响,在40~2000 Hz频带内,与水平姿态时相比,水听器在垂直姿态时将有0.9 dB~18.2 dB的灵敏度差异,深度读取误差造成的灵敏度误差在4 dB内。由于垂直姿态下水听器各部分所感受的声压场不同,因而测量结果与水平姿态结果存在差异,在声压场测试环境中,水平校准结果比垂直校准结果更精确,且测量深度越深,校准结果越稳定。
光纤光学 光纤传感器 水下声波 灵敏度分析 水听器 干涉仪 光学学报
2020, 40(15): 1506003
1 武汉理工大学 光纤传感技术国家工程实验室, 武汉 430070
2 武汉理工大学 机电工程学院, 武汉 430070
3 武汉理工大学 信息工程学院, 武汉 430070
针对相位调制型超弱光纤光栅水听器阵列解调过程中发生的相位翻转现象, 提出了一种基于独热码编码的有限状态机相位补偿方法, 用来在现场可编程逻辑门阵列中对翻转信号进行实时修 正.将解调信号相位及其补偿条件设计在独热码编码的有限状态机中, 通过状态机内部状态的即时转移, 实现高时钟速率下光纤干涉系统解调信号的相位补偿.对多种相位补偿方式在功能仿真和实验 测试中的功耗、占用资源及时序等进行对比分析, 结果表明基于独热码状态机的相位补偿方法, 不仅可以正确地解决相位翻转问题, 保证信号的完整性, 同时还可以增加信号解调动态范围, 使系统 的逻辑延迟降低6%, 在水声光纤传感解调系统的高吞吐率和高时钟频率应用环境下具有一定优势.
有限状态机 斐索干涉 补偿算法 现场可编程门阵列 光纤布拉格光栅 相位调制 Finite state machines Fizeau interference Compensation method Field programmable gate array Fiber Bragg gratings Phase modulation
1 武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室, 湖北 武汉 430070
2 武汉理工大学机电工程学院, 湖北 武汉 430070
针对目前光子晶体光纤传感器存在对模间干涉敏感、难以封装等问题,搭建了一种基于光载微波干涉的光子晶体光纤传感系统。系统干涉发生在光载波的微波包络之间,光不发生干涉,光波的偏振衰落、色散、模间干涉等对系统的信号质量影响很小,因此不需要对系统中光子晶体光纤进行特殊处理,且该系统对加工精度要求较低。分别对系统进行了应变与高温传感实验。应变实验结果表明:微波域干涉条纹可见度为20 dB,8 GHz处应变测量灵敏度为6.3 kHz/με,微应变测量分辨率可达1.59 με。温度实验结果表明:系统在室温到800 ℃温度范围内的温度测量灵敏度为76.04 kHz/℃,理论上温度测量分辨率可达0.13 ℃,通过多组长度探头的温度实验证明系统具有良好的温度灵敏度与稳定性。
光纤光学 光纤传感器 干涉测量法 微波光子学 光子晶体光纤 激光与光电子学进展
2020, 57(5): 050602
1 武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室, 湖北 武汉 430070
2 武汉理工大学信息工程学院, 湖北 武汉 430070
3 武汉理工大学机电学院, 湖北 武汉 430070
4 海军工程大学兵器工程系, 湖北 武汉 430033
研究了一种基于斐索干涉的超弱光纤光栅(uwFBG)水听器阵列系统。通过拉丝塔在线制备光纤光栅技术构建超弱光纤光栅水听器阵列,使用反正切算法解调信号,实现了2~2000 Hz宽频带内水声信号的振幅、频率和相位的同时测量。在频率为2 Hz时,系统水声信号的相位声压灵敏度可达-135.81 dB(re rad/μPa),灵敏度为2755.49(μPa/
Hz),信噪比为43.785 dB。传感器复用实验结果证实该系统可以同时解调不同位置的水声信息,系统的相位声压灵敏度随着传感器腔长的增加而增加,且具有很好的稳定性,表明系统在高灵敏度水声传感、甚低频声学探测、深海监测等方面具有广阔的应用前景。
光纤光学 光纤光栅 相位声压灵敏度 振动液柱法 水听器 甚低频 激光与光电子学进展
2019, 56(15): 150602
