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光纤水听器与压电水听器的区别

[ 作者:杭州迈煌科技有限公司2021-01-29点击:872]
  声波(声音信号)是人类已知的唯一能在海水中远距离传输的能量形式。水听器(Hydrophone)是利用在海洋中传播的声波作为信息载体对水下目标进行声学特性的探测以及实现水下导航、测量和通信的一类传感器,是海底监测及资源勘测的先进手段。由于水下军事防务上的要求和人类开发利用海洋资源的迫切需要,水听器技术得到空前的发展。传统的水听器包括电动式、电容式、压电式、驻极体式等等。
20世纪70年代以来,伴随着光导纤维及光纤通信技术的发展,光纤水听器逐渐成为新一代的水声探测传感器,是水声探测系统中的重要部件,它是先进光纤光电子技术与水声工程技术结合的新产物。与传统水听器相比,其最大优点是对电磁干扰的天然免疫能力。此外,光纤水听器还具有噪声水平低、动态范围大、水下无电、稳定性和可靠性高、易于组成大规模阵列等优点。现有的光纤水听器包括光强度型、干涉型、偏振型、光栅型等。其中,光纤激光水听器(FLH)就是一种光栅型水听器,原理是其采用单频、窄线宽和低噪声的分布反馈光纤激光器(DFB-FL,又称有源光纤光栅)作为传感元件,通过采用高分辨率的干涉解调技术,可以达到极高的探测灵敏度和极大的动态范围(相对于无源光纤光栅水听器)。
  压电式水听器和干涉式光纤水听器是目前应用最广泛的水声探测器件。与干涉式光纤水听器相比,压电式水听器技术更加成熟,结构和制作工艺更简单,大规模生产时一致性可以得到相对较好的控制。但是防漏电、耐高温、长距离传输、动态范围大则是光纤水听器最大的优势。尤其在海洋环境监测、管道泄漏检测、先进水声装备以及一些特殊领域(例如高温高压的深井油气勘探领域)有着比压电水听器更为广阔的应用前景。
与干涉式光纤水听器相比,光纤激光水听器的最大优势在于易复用,即“串联即成阵”。同时,受弯曲半径影响,干涉式光纤水听器的体积较大,水听器直径通常大于1cm。而由于光纤激光型水听器结构简单,传感单元仅为一根光纤的尺寸,光纤激光水听器外径可细至4~6mm。当然,受光纤激光器本身弦振动及系统1/f噪声影响,加速度响应较大、低频段噪声相对较高是目前光纤激光型水听器存在的主要问题之一,有待进一步摸索和改进。
2009年,半导体研究所联合中国科学院声学研究所在浙江千岛湖进行了8元阵光纤激光水听器阵与16元压电水听器阵的对比湖试。湖试包括静态测试与拖曳测试。在静态测试中,光纤激光水听器阵列与压电水听器阵列(道间距均为1m)并排布放,水下声源距离阵列3km,测试结果如图18所示。

图18光纤水听器和压电水听器的功率谱密度对比图,对于同一信号的测试结果,光纤水听器获得更优的功率谱密度,更平坦的噪声频响,更高的信噪比。
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