光纤光栅水听器

解放军装备学院

刘翔宇，王宏伟，姚恩泽，殷清华，李 茂

指导老师：唐晓刚

1 作品简介

文中设计了一款基于光纤光栅传感，并采用聚合物增敏的水听器。采用聚合物封装对光栅进行增敏和保护，并通过实验来探究这种结构的性能与优缺点。在使用聚合物封装的结构中，通过调整受压半径、加大预拉力等方式将压力灵敏度提高近80 db，使得传感器性能得到大幅度提升。

采用双光栅结构，有效避免了温度造成的交叉敏感现象。实物如图1所示。

图1 实物图

2 工作原理

在光纤光栅存在轴向应变时，其中心波长会产生较大的偏移，利用这一特性可完成多种类型的传感器系统设计，光纤光栅声压传感器就是其应用之一。光纤光栅外封装是对声波敏感的特殊结构体，当外界声压作用于结构体时该结构体会发生相应的形变，这一形变带动光栅产生应变，光栅波长变化与应变之间存在对应关系：通过波长解调系统解调出光纤光栅波长的变化量，即可得到光纤光栅上所发生的应变量，该应变量与增敏结构体的形变量相同，再根据增敏结构体对声波的响应特性即可得到外界声压的大小。

3 创新点

高灵敏度，双光栅结构。

4 市场前景

光纤光栅水听器具有高灵敏度、便于小型化、全光传输等特点，在水声传感中具有非常好的应用前景。

在突破了探头技术之后，光纤光栅水听器的成阵研究将是下一步的研究重点。光纤光栅水听器探头是光纤光栅水声传感系统的基本组成单元，当将其大规模复用之后，可以实现大孔径探测声纳系统。利用光纤光栅水听器光路复用技术，可以实现波分、时分混合复用阵列，可将该技术用于实现线列阵、面阵等声阵列，再配以光电信号预处理系统，就可以构成完整的全光纤声纳系统。