An Optical Fiber Hydrophone Using Equivalent Phase Shift Fiber Bragg Grating for Underwater Acoustic Measurement

一个光纤维水中听音器基于有温度赔偿包裹的相等的阶段移动纤维布拉格栅栏(EPS-FBG ) 提供敏感的改进在在水下在宽频率范围的声学的测量，从 2.5 kHz 到 12 kHz。声学的压力是进一个圆金属磁盘的有弹性的颤动的 transduced，导致从纤维布拉格栅栏(FBG ) 的回来的反映的轻波浪的紧张调整。实验证明包装 EPS-FBG 水中听音器有大约 500 Pa/$\sqrt 的一个最小的可检测的声学的压力 { Hz }$\sqrt { Hz } 在 5 kHz 并且与一个常规 apodized FBG 水中听音器相比完成声学的压力敏感的大约 18-dB 改进。

基于信道相位偏移因子的OFDM通信峰均比抑制技术

通信中的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术具有频带利用率高、抗多径衰落强等优点,但是OFDM通信存在高峰值平均功率比(Peak to Average Power Ratio,PAPR)的问题,如果不加抑制,在输出时会导致信号失真,降低通信效率。提出了一种通过给OFDM符号不同信道的导频和信号添加固定相位偏移因子来抑制发射信号PAPR的方法。首先介绍了信道相位偏移因子的添加方法和解调过程,其次仿真分析表明随机产生的相位偏移因子可以将任意传输信号的PAPR抑制在小于11 dB的水平。此技术不需要消耗额外带宽和计算资源,且对系统的误码率几乎没有影响。最后采样低成本的功放和声源作为发射换能器,用光纤水听器作为接收换能器进行实际通信试验,验证了该方法的有效性。

Fiber Bragg grating hydrophone with high sensitivity

A fiber Bragg grating （FBG） hydrophone with high sensitivity was demonstrated. This hydrophone used a rubber diaphragm and a copper hard core as the sensing element. To compensate the hydrostatic pressure, a capillary tube was fixed at the end of the hydrophone. Theoretical analysis of the acoustic pressure sensitivity was given in this letter. Experiments were carried out to test the frequency response of the hydrophone. The result shows that when the Young＇s modulus of the diaphragm is higher, a flatter frequency response will be obtained.

针对3×3耦合器幅相非对称的光纤水听器解调方法

基于3×3耦合器法的光纤水听器解调容易受耦合器分光比非理想对称特性影响,导致水听器解调结果及测量信号不准确。为解决实际中3×3耦合器普遍存在的幅度、相位非对称引入的解调偏差问题,提出基于微分交叉相乘的干涉信号幅度和相位修正解调方法。通过对三路非对称干涉信号进行两两最小二乘椭圆拟合,得到干涉信号的实际幅度和相位参数,经去直流、归一化消除幅度不对称,并将所得包含非对称相位信息的信号两两微分交叉相乘,经三角函数变换解算信号相位及其修正系数,从而实现对光纤水听器输出信号的准确解调。仿真对比了本文方法和仅考虑幅度非对称情况的解调结果,并分析比较了两种处理方法随声信号频率、幅值变化的解调误差,前者得到接近理想信号波形的解调结果和更小的解调误差。依托消声水池开展了光纤水听器解调实验,在5~30 kHz频率范围对解调方法进行了对比验证,证明了本文解调方法的有效性和稳定性。

一种自适应EPF算法及其在光纤水听器中的应用

基于椭圆拟合的相位生成载波(Phase Generated Carrier,PGC)解调方法是消除非线性因素对光纤水听器PGC解调结果影响的一种有效手段,椭圆曲线参数的最优估计问题是实现该方法的关键。扩展卡尔曼粒子滤波(Extended Kalman Particle Filter,EPF)是解决此类非线性估计问题的一种常用的最优估计算法。但传统的EPF算法在用于常参数过程方程的参数或状态估计问题时,过程噪声的方差通常设置为一个常量,这使得算法难以兼顾收敛速度和估计精度,一定程度上限制了算法的整体性能。为了解决这个问题,文章对现有的EPF进行了改进,提出了一种自适应扩展卡尔曼粒子滤波(Adaptive Extended Kalman Particle Filter,AEPF)算法。模拟仿真和实验结果表明,文中所提出的AEPF算法能根据基于椭圆拟合的PGC解调方法有效地解调出待测声信号,相比EKF算法和EPF算法,AEPF算法的收敛速度和估计精度都得到了提升。此外,文章所提出的AEPF算法也适用于其他具有常参数过程方程的参数或状态估计问题,具有一定的通用性。

光纤水听器相位生成载波解调非线性因素的抑制方法

为了消除非线性因素对相位生成载波解调结果的干扰,降低相位生成载波解调过程中低通滤波器的频响特性对相位生成载波解调结果的影响,该文提出了一种基于扩展卡尔曼滤波椭圆参数估计的相位生成载波微分交叉相乘解调方法。该方法在综合考虑各种非线性因素对相位生成载波微分交叉相乘解调结果的影响的基础上,对传统的相位生成载波微分交叉相乘解调过程进行了改进。经过计算机仿真和实验验证,该文所提出的扩展卡尔曼滤波微分交叉相乘方法能够有效地抑制非线性因素对相位生成载波解调结果的干扰,相比传统的相位生成载波微分交叉相乘方法,其信噪比提高了35.0 dB,总谐波失真降低了30.7 dB,信噪谐波比提高了31.0 dB,且扩展卡尔曼滤波微分交叉相乘方法受解调过程中低通滤波器频响特性的影响较小。

新型测井光缆研制及应用

分布式光纤测井将井下光缆作为传感器,一次测量就可以获取整个光缆覆盖区域内的温度、声波等信号。作为分布式光纤测井传感器使用的光缆,除了要具有优秀的抗拉强度外,还必须具有耐高温、耐高压、抗腐蚀等特性。详细介绍了新型测井光缆的光纤选型原则和光单元封装流程。根据光纤声波传感与温度传感的不同特性,结合光纤本身的材料特性,选取G.652D型单模光纤作为声波传感光纤,选取OM1多模光纤作为温度传感光纤。同时,根据不同井下温度条件选用相应的光纤涂覆材料。分析了高温纤膏选型条件,选取了与光缆材料有较好相容性、可作为光纤缓冲材料、防水能力强、密封性好的光纤纤膏。通过将中心管式传感光缆作为基本组成单元,形成了完整的新型测井光缆产品序列。根据光纤测井不同的应用环境选择相应的传感光缆可以防止井下事故发生,提高作业效率。

光纤水听器探头技术研究

光纤水听器的探头技术是光纤水听器系统的基础。本文给出了国内外光纤水听器探头设计的一些典型方案,并对它们进行对比分析,就光纤水听器探头技术的几个重要参数指标进行了评价。

光纤传感技术的军事应用

光纤传感技术以其独特的优点和功能 ,引起了各国政府和军方的高度重视。本文综述了光纤传感技术在军事方面的一些典型应用及研究进展。

光纤水听器灵敏度测试研究

研制了一套简单可行的光纤水听器灵敏度校准装置,提出了一种简便的测量方法———比对法:将标准压电水听器探头和光纤水听器探头置于同一声场中,并将两探头的输出同时接到数字示波器上进行比对测量.研究表明,振动系统中的盛水容器具有一定的壁厚(>10mm或1/10桶的外径)时,可将振动系统的谐振峰移出工作频段范围(3～1000Hz)外.利用此装置结合比对法,校准系统简单,校准速度快,实验的误差小于0.5dB,能满足一般光纤水听器灵敏度的校准需求.

光纤水听器阵列的多路复用技术

光纤水听器作为目前水下声场探测灵敏度最高的器件，所具有的优异性能，使其成为未来新型声纳装置的最佳选择。采用多路复用技术的分布式阵列则是光纤水听器应用研究的发展方向。文章介绍了目前国外光纤水听器阵列多路复用技术的研究状况，而且对几种常用多路复用技术的工作原理分别作了分析。

光纤水听器阵列应用于海洋地震勘探的试验

为了检验光纤水听器阵列在海洋地震勘探中应用的性能,在南海,使用1024基元的光纤水听器阵列与进口的360道压电水听器海洋地震勘探仪,采用相同的作业方式在同一位置进行海洋地震勘探调查,对两个设备采集的海洋地震勘探资料进行对比。试验结果表明,光纤水听器阵列采集的数据主频范围达到10~120Hz,宽于压电水听器海洋地震勘探仪的主频范围10~80Hz;地震剖面分辨率优于压电水听器海洋地震勘探仪。光纤水听器阵列在经过适应性改进后完全能够满足海洋地震勘探的性能要求。

基于光纤水听器的声场水平相关性研究

中科院声学研究所声场声信息国家重点实验室与长沙国防科技大学合作研制出了一条32阵元的光纤水听器阵,并于2002年8月在渤海进行了一次海上实验。本文利用光纤水听器阵获得的气枪声信号进行了声场的水平相关性分析,并与理论结果进行了比较,实验和理论结果基本符合。

抑制光纤检波器系统光强波动影响的解调方法

基于海上油藏勘探领域的光纤检波器光电复合空分阵列系统,通过两路PGC干涉检波信号相除以构造非线性函数,提出了一种采用查找表实现该非线性函数解调的新方法。相比传统的两路PGC干涉检波信号线性组合的反正切解调方法,构造非线性函数解调新方案不仅可以补偿生成载波时直接调制DFB光源带来的高频光强波动干扰,也可以抑制其他因素造成的光强随机波动给采用定常系统参数解调带来的影响。实验结果表明:内调制DFB激光器,采用非线性函数解调方案比线性组合方案在谐波抑制方面优势明显,两者HSR平均值相差达26.37 dB;当系统光强降低50%,非线性函数解调方案的结果 HSR平均值优于线性组合方案得到的结果,两者相差达17.53 dB。

基于参数估计的光纤水听器解调系统研究

研究并实现了可工程应用的光纤水听器解调系统,采用相除查找表的PGC解调方案和逐步参数估计的参数提取方法。从理论上详细阐述了参数提取方法原理,并从实验上分析了该方法的稳定性和有效性。实验测试表明1倍频/2倍频相位延迟的提取精度优于5%。光强、伴生调幅和角度修正因子的估算精度分别达到0.5%,2.5%和5%,能够满足实际工程应用要求。所研制的光纤水听器解调系统解调结果谐波分量较少,失真小。相比于标准压电水听器系统,具有很好的线性度。解调系统噪声本底达到-90 dB/Hz@100 Hz和-95 dB/Hz@1 kHz。10 h连续测试,SINAD方差小于1 dB,THD方差约为2 dB,表明系统具有较好的稳定性。上述技术指标,达到了目前工程应用要求。

关于光纤水听器灵敏度的讨论

本文先简略介绍了干涉型光纤水听器的基本原理与检测信号的基本方法,由此给出了光纤水听器相位归一化灵敏度、相位灵敏度、电压灵敏度的定义。在分析它们的物理意义以及相互之间关系的基础上,给出一组能反映它们对应关系的一组数据,以及一光纤水听器探头频率响应曲线。

干涉型光纤水听器闭环工作点控制的实现与信号的获取

本文简单介绍了干涉型光纤水听器的基本原理、信号检测的主要方法，详细讨论了闭环控制工作点方法的原理，并编制软件，在实际光纤水听器系统中应用得到稳定的水声信号，最后给出了用硬件电路实现工作点控制的原理框图。

芯轴型光纤水听器频率特性研究

提出了一种带空气腔芯轴型光纤水听器的结构模型,并对其频率特性作出研究.通过对带空气腔芯轴型光纤水听器的基本原理和结构进行分析,得出光纤与弹性筒作用的相互关系;通过建立动力学等效模型,得出带空气腔芯轴型光纤水听器频率特性的理论模型.通过对各个参量进行分析,指出芯轴型光纤水听器频率特性的主要制约因素与改善方法.根据提出的结构,在一定参量下的制作出探头,经过试验测试,其3dB带宽达到了30kHz左右,验证了提出的模型理论.

干涉型光纤水听器伪工作点控制检测方法

提出了一种用于干涉型光纤水听器信号检测的伪工作点控制方法.为了验证该方法的可行性,搭建了干涉型光纤水听器声压灵敏度测量系统,编写了实时信号采集和处理程序,对某一光纤水听器进行了测量.在频带20Hz^2.5kHz上,该光纤水听器的声压灵敏度为-156.5dB(0dB=1rad/μPa),频响波动<±0.8dB,与采用PGC调制解调方法测量的结果基本一致.由于传感部分不含有源器件,该方法实现了无源检测.另外,它还具有解调算法简单、检测频带宽等优点.

基于3×3耦合器光纤水听器的数字化解调方案

3×3耦合器方案是光纤水听器的实现形式之一。模拟电路实现的3×3耦合器解调方案往往会由于模拟器件的原因带来难以克服的不便以及性能缺陷。本文论述了3×3耦合器方式的光纤水听器解调方案,讨论了该方案由原理到实现过程中需考虑的具体问题,建立了基于NI公司动态数据采集平台的数字化解调系统,对系统性能进行了综合分析,并与模拟解调结果进行了对比。结果表明,数字系统可以解决模拟系统的若干问题,用数字方法实现解调功能可显著提高系统的性能。