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二、光纖水聽器系統(tǒng)——馬赫-曾德爾干涉儀的應(yīng)用
水聲傳感器簡稱水聽器,是在水中偵聽聲波信號的儀器,作為反潛聲吶的核心部件,在軍事領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。
光纖水聽器根據(jù)工作原理,可分為強(qiáng)度型、干涉型和光纖光柵型。馬赫-曾德爾干涉型光纖水聽器技術(shù)最為成熟,且適于大規(guī)模組陣?;驹硎?,激光器發(fā)出的相干光經(jīng)光纖耦合器分為兩路,進(jìn)入馬赫-曾德爾干涉儀,一路構(gòu)成光纖干涉儀的傳感臂,受聲波調(diào)制產(chǎn)生應(yīng)力變化,與參考臂相比,產(chǎn)生相位差Δφ;另一路構(gòu)成光纖干涉儀的參考臂,不受聲波調(diào)制,或者接受與傳感臂聲波調(diào)制相反的調(diào)制。兩路光信號在第2個光纖耦合器處發(fā)生干涉,干涉光信號經(jīng)光探測器轉(zhuǎn)換為電信號,經(jīng)信號處理后就可以獲取聲波信息,相干檢測馬赫-曾德爾干涉型光纖水聽器系統(tǒng)如圖4.1.6所示。
圖4.1.6馬赫-曾德爾干涉型光纖水聽器系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)
光纖水聽器用小直徑大數(shù)值孔徑光纖,纏繞在用作傳感臂的充氣卷筒上,該卷筒在聲壓作用下,直徑發(fā)生形變,帶動光纖產(chǎn)生軸向應(yīng)變。光纖在聲波作用下,產(chǎn)生與其強(qiáng)弱對應(yīng)的應(yīng)力,傳感臂與參考臂相比,應(yīng)力產(chǎn)生相位差Δφ,兩路光在耦合器會合時發(fā)生干涉。這種利用干涉原理進(jìn)行的測量,靈敏度高。水聲傳感器是無源的,可以組成陣列,每個光纖傳感器可使用不同的波長。為方便,可使用ITU-T規(guī)范的WDM光柵波長信號。也可以使用遠(yuǎn)泵光纖放大器擴(kuò)展系統(tǒng)測量范圍。