基于FBG-FP腔的光纖矢量水聽器研究.pdf

1、海洋資源的開發(fā)與領(lǐng)海權(quán)益保護(hù)日益受到國家的重視，水聲技術(shù)是當(dāng)前研究和探索海洋的主要手段。水聽器作為水聲探測(cè)的核心部件，其性能的好壞決定了整個(gè)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。光纖矢量水聽器具有性能可靠且易于復(fù)用等優(yōu)點(diǎn)，但也存在裸光纖靈敏度不足且光纖本身較為脆弱等缺點(diǎn)，如何有效的改善這些缺點(diǎn)同時(shí)提高探測(cè)靈敏度和工作頻帶寬度是當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。
　　本文從光纖光柵法布里-珀羅（FBG-FP）腔的光譜特性出發(fā)，深入探討了光纖FBG-FP的傳感性能，并結(jié)合薄

2、壁空心剛性圓柱結(jié)構(gòu)理論，建立了光纖FBG-FP矢量聲波傳感理論模型，仿真與實(shí)驗(yàn)分析了傳感器的加速度靈敏度與諧振頻率受結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響。采用數(shù)字化相位生成載波（PGC）解調(diào)方法，搭建全光纖矢量水聽器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高靈敏度矢量聲波探測(cè)。本文的主要工作有：
　　1.開展了FBG-FP腔光譜特性研究。分析推導(dǎo)了光纖光柵（FBG）以及由其構(gòu)成的法布里-珀羅（F-P）腔的光傳輸特性和反射光譜特性，設(shè)計(jì)了基于非平衡邁克爾遜干涉儀的相干檢測(cè)光路并提出

3、了抗隨機(jī)相位衰落和消偏振衰落的方案。依據(jù)弱反射FBG-FP傳感原理推導(dǎo)了系統(tǒng)干涉條紋的可見度函數(shù)，仿真分析了光譜、光程失配對(duì)光路相干性的影響。為實(shí)現(xiàn)高靈敏度的矢量聲波探測(cè)系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。
　　2.建立了薄壁圓柱的同振型光纖矢量聲波敏感結(jié)構(gòu)理論模型。仿真分析了芯軸材料、結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)矢量聲波敏感探頭的加速度靈敏度和頻率特性的影響。通過優(yōu)化參數(shù)，設(shè)計(jì)、制作了多個(gè)聲敏感探頭，并分別進(jìn)行了加速度靈敏度和頻率特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：通過增加

4、慣性元件質(zhì)量、減小圓柱殼壁厚、增加柱體高度可有效提升探頭加速度靈敏度。
　　3.開展了數(shù)字化 PGC解調(diào)方案與信號(hào)處理算法研究，仿真驗(yàn)證了全數(shù)字化信號(hào)處理算法的可行性。提出了波分復(fù)用結(jié)合低反射率FBG-FP的全光纖矢量水聽器系統(tǒng)方案，分析了矢量聲波信號(hào)探測(cè)原理，并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了光纖矢量水聽器的指向性，其垂直方向上的加速度靈敏度差值為-25 dB。
　　4.搭建了全光纖矢量水聽器系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了矢量水聽器測(cè)試系統(tǒng)。開展了水聽器指向性