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基于等效相移光栅的水声测量研究

黄晟晔  
【摘要】:本文研究了一种基于等效相移光纤布拉格光栅(Equivalent phase shift fiber Bragg grating, EPS-FBG)并带有温度补偿功能的水听器。这种水听器在20 Hz到12 kHz之间的频谱范围内有很高的水声探测灵敏度。其传感机制在于将水下声压信号转换成为圆形薄板的轴向弹性振动,通过弹光效应实现光纤光栅中心波长的瞬时改变,从而对经过光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating, FBG)的反射光信号实现幅度调制。为测试EPS-FBG水听器的性能,我们又研究了一套基于窄线宽可调激光器的EPS-FBG水听器解调测试系统。该系统可以在探测过程中动态的调节水听器工作点的位置,以克服外界因素带来的干扰。通过2.5 kHz至12kHz水声频率范围的实验测试,结果表明EPS-FBG水听器的灵敏度可达到3.64nm/MPa,最小可探测声压在5 kHz处约为500μPa/(?),其声压灵敏度与普通切趾FBG相比提高了大约18 dB。除此之外我们还根据光纤光栅水听器布拉格波长与水深——对应的原理,研究了一套基于Fabry-Perot可调谐滤波器的光纤光栅水听器水深测量系统。该方案在控制电路中采用了TI公司生产的TMS320F2812高速DSP芯片,使整个系统的扫描频率提升到50 Hz,同时增强了系统的信号处理能力和可扩展性。实验表明,该系统分辨率可达0.2 m,测量误差约为±0.5 m。


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