光纤光栅水听传感系统

1光纤光栅水听传感系统一、项目简介水听器又称水下传声器，是把水下声信号转换为电信号的换能器。传统水听器主要有三个缺点：“左右舷模糊”；重量过大，维护困难；压电水听器得到的声场信息不完整。因此传统水听器越来越不能满足现代发展的需求。相比于传统水听器，光纤水听器具有灵敏度高、响应带宽、不受电磁干扰等特点,广泛应用于军事和石油勘探、环境检测等领域，具有很大的发展潜力。本项目正是针对于我国海军探潜的发展需要，研制基于光纤光栅的灵敏度高、宽频率响应好、动态范围宽、抗电磁干扰、耐腐蚀、易于复用、水下“永久”、实时在线检测的光纤水听仪器。此新型高性能传感仪器成功解决了国内物联网传感器的诸多不足，具有高灵敏度、智能化、低成本的特点。二、技术与产品21产品概述本项目小组成功研制出一套光纤水听传感仪器。该仪器应用光纤光栅传感技术，依托物联网进行数据处理及信息分析，可用于海洋监测及地质检测等领域。该传感仪器具有以下特点：1）对微弱高频超声波响应具有灵敏度高、动态范围宽、速度快、抗电磁干扰、体积小、方向可识别性等优点，能实现永久、实时在线检测；2）可以进行多点复用、多通道同步检测；3）利用线性滤波法及光电转换解调技术可实现高频超声波信息采集。产品初步集成图如下（图1）：图1产品集成图

3本项目小组将上述系统集成为一套传感仪器，该传感仪器主要分为三部分：1）光纤光栅传感器（感知层）超声波激发器与PZT换能器用于发射高频高能量的超声波。光源、隔离器、环形器和光纤光栅构成传感器的主体。光纤光栅传感器通过检测光纤内传输光的强度、波长、相位、偏振态等参数感知待测物体传输超声波的强度、频率、方向等信息，提供待测物的体积、内部结构、位置等信息。2）数据采集部分（网络层）数据采集主要由光电探测器、数据采集卡和PC解调软件组成。光电探测器内集成了光信号采集、光电信号转换、滤波和信号放大四个个功能，通过数据采集卡将光电探测器采集到的信号转换成电脑可识别的数据并输入电脑。这样可以通过计算机实现实时监测。3）数据处理部分（应用层）数据处理部分主要由数据处理系统和信息处理系统构成。数据处理系统负责记录并存储数据，信息处理系统负责将数据转换成直观的信息（如距离、方位等）。23产品功能本项目所研制的新型光纤超声波水听系统具有抗电磁干扰，灵敏度高，响应快，可复用和宽频带等特点。可以实现在线、实时和多通道的探测，在国防军工、地质勘探等方面均有很大的应用前景。24项目所采取的主要技术1）高性能光纤光栅成熟刻写技术制作高性能的光纤光栅超声波传感器需要优良的光纤光栅，即在缩短光栅的同时要保证光栅的传输和反射率。则光栅写制技术需要提高光纤内周期性折射率调制度，飞秒激光高的峰值功率能够满足高性能短栅刻写的需求，因此利用飞秒激光刻写光纤光栅是光纤光栅微型化的有效技术方法。本项目已在商用通信单模光纤上成功写制出了长度<5mm的高反射率相移光栅和具有不同倾斜角度的倾斜光栅，获得一系列窄线宽光谱，实验谱图如图2所示。