光纖水聽器是一種建立在光纖、光電子技術基礎上的水下聲信號傳感器。它通過高靈敏度的光學相干檢測,將水聲振動轉換成光信號,通過光纖傳至信號處理系統(tǒng)提取聲信號信息。它具有靈敏度高,頻響特性好等特點。由于采用光纖作信息載體,適宜遠距離大范圍監(jiān)測。光纖水聽器主要用于海洋聲學環(huán)境中的聲傳播、噪聲、混響、海底聲學特性、管道泄漏監(jiān)測、目標聲學特性等的探測,是現(xiàn)代海軍反潛作戰(zhàn)、水下兵器試驗、海洋石油勘探和海洋地質調查的探測手段。
一、技術原理:干涉儀光纖水聽器是利用光纖技術探測水下聲波的器件,不同于壓電陶瓷水聽器,光纖水聽器以光纖和光電子技術為基礎,在傳感器結構、陣列結構、性能方面有較大不同。按原理可分為干涉型、強度型、光柵型等。其中干涉型光纖水聽器技術較為成熟,其基本原理:由激光器發(fā)出的激光經光纖耦合器分為兩路,一路構成光纖干涉儀的傳感臂,接受聲波的調制,另一路則構成參考臂,不接受聲波的調制,或者接受聲波調制與傳感臂的調制相反,接受聲波調制的光信號經后端反射膜反射后返回光纖耦合器,發(fā)生干涉,干涉的光信號經光電探測器轉換為電信號,由信號處理就可以獲取聲波的信息。
二、技術特點:
(1)低噪聲特性。光纖水聽器采用光學原理構成,靈敏度高,由于其自噪聲低的特性決定了其可檢測的zui小信號比傳統(tǒng)壓電水聽器要高2-3個數量級,這使弱信號探測成為可能。
(2)抗電磁干擾與信號串擾能力強。全光光纖水聽器信號傳感與傳輸均以光為載體,幾百兆赫以下的電磁干擾影響非常小,各通道信號串擾也十分小。
(3)動態(tài)范圍大。壓電水聽器的動態(tài)范圍一般在80-90dB,而光纖水聽器的動態(tài)范圍可以到120-140dB。
(4)信號傳感與傳輸一體化,提升系統(tǒng)可靠性。激光由光源發(fā)出,經光纖傳輸至光纖水聽器,并在拾取聲信號后再經光纖傳回到岸上或船上的信號處理設備,水下無電子設備。另外,光纖對水密性要求低,耐高溫、抗腐蝕,這些都將大大提升系統(tǒng)的可靠性。
(5)適于遠距離傳輸與組陣。光纖傳輸損耗小,適于遠距離傳輸.光纖水聽器采用頻分、波分及時分等技術進行多路復用,適于水下陣列的大規(guī)模組陣。
(6)工程應用條件低。采用全光光纖水聽器的聲納系統(tǒng),探測纜及傳輸纜皆為光纜,重量輕體積小,系統(tǒng)容易收放,使過去無法實現(xiàn)的方案成為可能,特別對拖曳陣列,由于工程應用條件的降低而使許多問題簡單化。
三、技術運用:干涉型光纖水聽器技術廣泛運用于水下安防、周界安防、石油勘探和智慧管線等場合。其中智慧管線的項目中我們有成熟運用的是光纖水聽器管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng),在長輸管道中每隔 500m~1km 左右布置一個光纖水聽器,通過光纜將水聽器串接并傳輸信號,當兩聲波傳感器之間發(fā)生因泄露引起聲波或振動時相鄰水聽器探測到該信號并對其進行識別與定位。該系統(tǒng)可在管道發(fā)生泄漏時,根據水流對管道壁的沖刷引起泄漏點發(fā)出振動和聲波來監(jiān)測滲漏和爆管預警,全天候監(jiān)視管道運行,確保安全。設備由光纖水聽器傳感設備、水聲偵聽監(jiān)測主機、傳感設備及綜合智能分析平臺等組成。