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)與領海權益保護日益受到國家的重視，水聲技術是當前研究和探索海洋的主要手段。水聽器作為水聲探測的核心部件，其性能的好壞決定了整個系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。光纖矢量水聽器具有性能可靠且易于復用等優(yōu)點，但也存在裸光纖靈敏度不足且光纖本身較為脆弱等缺點，如何有效的改善這些缺點同時提高探測靈敏度和工作頻帶寬度是當下的研究熱點。
　　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，并結合薄

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

3、了抗隨機相位衰落和消偏振衰落的方案。依據弱反射FBG-FP傳感原理推導了系統(tǒng)干涉條紋的可見度函數，仿真分析了光譜、光程失配對光路相干性的影響。為實現高靈敏度的矢量聲波探測系統(tǒng)奠定了基礎。
　　2.建立了薄壁圓柱的同振型光纖矢量聲波敏感結構理論模型。仿真分析了芯軸材料、結構參數對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，設計、制作了多個聲敏感探頭，并分別進行了加速度靈敏度和頻率特性測試實驗。實驗結果表明：通過增加

4、慣性元件質量、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.開展了數字化 PGC解調方案與信號處理算法研究，仿真驗證了全數字化信號處理算法的可行性。提出了波分復用結合低反射率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探測原理，并實驗驗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)，并設計了矢量水聽器測試系統(tǒng)。開展了水聽器指向性