龙俊求 1江浪 1肖春 1郭汝乾 1[ ... ]饶云江 1,3,**
作者单位
摘要
1 之江实验室光纤传感研究中心,浙江 杭州 310027
2 浙江大学海洋学院,浙江 舟山 316021
3 电子科技大学信息与通信工程学院,四川 成都 611731
报道了一种高性能大孔径分布式光纤水听拖曳阵列,其总长度为150 m,声学传感段长度为100 m,具有192个传感单元,采用单根光纤离散增敏制备而成,无需其他分离器件。传感基元通过驻波桶标定,在20~1000 Hz,平均声压灵敏度达到-127.44 dB(re rad/μPa)。阵列同时装配了自研的姿态感知模块,可实现拖曳过程的实时姿态获取。针对所研制的大规模分布式光纤水听拖曳阵列,开展了湖试综合测试,6 kn拖速下阵列声学段的倾角仅为7.8°,将192个传感单元数据波束合成后得到了16.87 dB的空间增益,传感器表现出了优异的综合性能。该高性能大规模分布式光纤水听拖曳阵列为光纤水听器发展提供了一条全新的技术路线,有力推动了基于DAS的“第三代声呐技术”的发展。
光纤光学 光纤水听器 光纤水听拖曳阵列 分布式光纤声波传感 声压灵敏度 姿态感知 目标轨迹跟踪 
光学学报
2024, 44(1): 0106019
作者单位
摘要
国防科技大学气象海洋学院深海科学技术研究所,湖南 长沙 410073
相位生成载波(PGC)调制解调是干涉型光纤水听器常用的解调方法。首先,分析并建立了PGC解调系统的噪声传递模型,研究了光源强度噪声对PGC解调输出噪声的影响机理,分析了调制深度和工作点两个参数对PGC解调噪声稳定性的影响。然后,提出了一种基于3×3耦合器的多相PGC解调方案,即在传统PGC解调架构中引入3×3耦合器进行多相检测,利用3×3耦合器的相移特性对三路干涉信号进行融合处理。在不同的调制深度条件下,该方案可以降低水听器工作点变化所引起的光源强度噪声传递系数波动范围。实验结果显示,在常用的调制深度范围(1.7~3.4)内,工作点变化导致的噪声传递系数波动峰谷值小于0.5 dB,噪声稳定性相比传统PGC解调系统显著提升。
干涉型光纤水听器 相位生成载波解调 噪声稳定性 3×3解调 
光学学报
2024, 44(2): 0207001
王照勇 1,2,*刘依凡 1,2陈义赐 1,2吴金懿 1,2[ ... ]蔡海文 1
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室,上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心,北京 100049
分布式光纤水听器将光纤作为水下声波换能器阵列,是近年来发展的新型水听器技术,具有阵列灵活重构、易于大规模组网、湿端全自动制备等独特优势,得到了国内外相关领域的重点关注。介绍了分布式光纤水听器的基本传感原理与典型的信号解调方法,梳理了声压灵敏度、系统等效噪声、响应方向性、动态范围等分布式光纤水听器的重要性能指标与研究进展,并介绍了近年来分布式光纤水听器技术的应用概况。最后,对存在的问题与未来发展趋势进行了总结和展望。
分布式光纤水听器 分布式光纤声波传感 光纤传感 瑞利散射 水下目标探测 
光学学报
2024, 44(1): 0106004
作者单位
摘要
中国计量大学 计量测试工程学院, 浙江 杭州 310018
为满足低频压电水听器工作需求, 针对带前置放大器压电水听器自噪声优化问题, 理论推导二端口网络等效噪声模型, 利用LTSPIC建立SPICE模型对关键器件进行噪声仿真, 并基于结型场效应管设计制作低噪声放大电路。对设计的放大器及带前放水听器自噪声测试表明,放大器等效输入噪声为8.48 nV/Hz@1 kHz, 1/f噪声拐点约为350 Hz, 优于现有集成运放式放大器; 带前放水听器噪声谱级为33.577 dB@1 kHz, 其噪声谱级低于零级海况噪声谱。
水听器 前置放大器 结型场效应管 噪声模型 hydrophone pre-amplifier junction field effect transistor noise model 
压电与声光
2023, 45(2): 264
Author Affiliations
Abstract
1 University of Zurich, Institute of Pharmacology and Toxicology and Institute for Biomedical Engineering, Faculty of Medicine, Zurich, Switzerland
2 ETH Zurich, Institute for Biomedical Engineering, Department of Information Technology and Electrical Engineering, Zurich, Switzerland
3 Russian Academy of Sciences, Institute of Applied Physics, Nizhny Novgorod, Russia
A wideband sensitive needle ultrasound sensor based on a polarized PVDF-TrFE copolymer piezoelectric film has been developed, which is capable of providing a noise equivalent pressure of 14 Pa and a uniform frequency response ranging from 1 to 25 MHz. Its high sensitivity (1.6 μV / Pa) and compact size were achieved by capitalizing on the large electromechanical coupling coefficient of PVDF-TrFE and minimizing parasitic capacitance in a two-stage amplifier structure. The detection sensitivity of the newly designed sensor outperformed commercially available hydrophones with an equivalent sensing element area by a factor of 9. The sensor has been successfully integrated into a light scanning optoacoustic microscopy (OAM) system with a limited working space. Submicrometer resolution images were subsequently attained from living mice without employing signal averaging. The miniature sensor design can readily be integrated into various OAM systems and further facilitate multimodal imaging system implementations.
photoacoustic microscopy hydrophone in vivo imaging multimodality miniature 
Advanced Photonics Nexus
2023, 2(5): 056006
作者单位
摘要
国防科技大学气象海洋学院,湖南 长沙 410073
光纤水听器作为一种新型水声传感器,对我国经略海洋战略有着重要意义。为了满足光纤水听器日益增长的实际应用需求,发展低成本、高集成度和高灵敏度的光纤传感技术尤为迫切。光纤光栅水听器因其易大规模成阵、高性价比和高可靠性成为下一代光纤水听器阵列的重要技术方案。本文从传感系统、探头结构和关键技术三个方面对光纤布拉格光栅水听器技术的进展进行了全面综述。此外还对目前光纤光栅水听器传感技术发展最为关键的干端信号解调问题进行了较为详细的论述。本文对于深入研究光纤光栅水听器系统的关键技术、提升其系统探测性能和推进其实际应用具有重要的指导意义。
光纤光学 光纤布拉格光栅 光纤传感 光纤水听器 瑞利散射 
激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106015
作者单位
摘要
1 国防科技大学气象海洋学院,湖南 长沙 410073
2 海洋探测技术湖南省重点实验室,湖南 长沙 410073
光功率冗余不足及相位噪声增加是制约光纤水听器传输距离及探测性能的关键因素。基于光纤水听器全光模拟传输系统,建立远程放大相位噪声模型,设计大有效面积低损耗光纤组合传输链路,在100 km传输4波分×8时分复用系统中,远程放大引入的相位噪声仅为-98.1 dB@1 kHz(1 kHz为频率),优于常规单模光纤4.3 dB,模型的有效性得到了验证。将模型应用于150 km传输系统,对远程增益单元位置进行优化,获得了-93.2 dB@1 kHz的远程放大噪声性能。所提噪声模型及优化方法可应用于不带电中继的光纤水听器系统设计及研制中,对增大全光传输距离及提升远程探测性能具有重要意义。
光纤水听器 远程泵浦光放大 相位噪声 大有效面积低损耗光纤 
光学学报
2023, 43(11): 1106001
作者单位
摘要
海军工程大学 兵器工程学院,湖北 武汉 430033
为提升光纤水听器拖曳线阵列的适装性,提出一种柔顺型光纤光栅水听器阵列。根据力学理论模型计算3种柔顺型光纤光栅水听器声压灵敏度,比较分析其影响因素,通过有限元仿真进行频响分析,研制了直径分别为10 mm、12 mm和16 mm的2元柔顺型光纤光栅水听器样阵,采用振动液柱法实验测试其灵敏度。实验结果表明:柔顺型光纤光栅水听器在200~800 Hz的频率范围内响应平坦,不同结构参数的水听器阵列平均声压灵敏度分别为−138.90 dB、−134.71 dB、−136.12 dB,验证了理论与仿真分析的正确性。按照本文的设计,通过进一步优化材料和结构参数,采用弱反射光纤光栅,可以构建数百阵元的一体化柔顺型水听器阵列。
光纤光栅水听器 声压灵敏度 有限元仿真 fiber grating hydrophone sound pressure sensitivity finite element simulation 
中国光学
2023, 16(2): 366
作者单位
摘要
国防科技大学气象海洋学院,湖南 长沙 410073
由于湿端极简化,光纤光栅水听器系统中普遍存在的偏振诱导信号衰落和随机相位衰落等关键问题仅能采用复合型调制解调手段解决;光纤光栅的双向反射特性会引起传感通道间信号串扰增加等新问题。报道了一种光纤光栅水听器阵列,水下仅采用80个光纤光栅构成64基元水听器阵列。采用相位生成载波与偏振切换调制解调方案,系统本底相位噪声达到-95 dB/Hz@1 kHz,等效噪声压为36 dB@1 kHz。系统采用低反射率光纤光栅,结合8空分×2波分×8时分复用结构设计,系统的时分、空分和波分通道串扰均稳定在-40 dB以下。该研究为光纤光栅水听器的工程实用化提供了重要的实践探索。
光纤光学 光纤水听器 光纤光栅 本底相位噪声 等效噪声压 通道串扰 
光学学报
2023, 43(5): 0506004
作者单位
摘要
1 海军工程大学兵器工程学院,湖北 武汉 430033
2 中国人民解放军91388部队,广东 湛江 524002
3 中国人民解放军92578部队,北京 100161
分布反馈式光纤激光器水听器体积小、灵敏度高,便于复用成阵和布放回收,成为光纤水听器领域重要的一种技术路径。本文对分布反馈式光纤激光水听器国内外研究的探头封装结构及应用进行了综述,根据封装结构的特点,重点介绍了弯曲梁式、侧面压迫式、轴向拉压式三种主要的封装结构及其阵列应用。对国内外主要研究机构的研究指标进行分析,对比了分布反馈式光纤激光水听器不同封装结构的优缺点,并对分布反馈式光纤激光水听器阵列后续的技术发展进行了展望。
光纤光学 探头封装 分布反馈式光纤 光纤激光水听器 
激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0100002

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