四阶声低通滤波光纤水听器的声压灵敏度频响特性

报道了一种含侧腔的机械抗混叠声低通滤波光纤水听器.基于电-声类比理论建立了该光纤水听器的低频集中参量模型,画出了声学等效电路图,利用电路分析方法给出了声压传递函数表达式,并对其声学特性进行了理论分析.研究表明,该光纤水听器具有三个共振频率,由于侧腔的引入使得传递函数出现了一个零点,从而加快了第二个共振频率之后的衰减速度,可以获得更好的高频整体衰减特性.在充水驻波罐中对自行设计并制作的含侧腔的声低通滤波光纤水听器进行了测试.在50—7000hz频段上,该光纤水听器的声压灵敏度频响曲线与理论结果具有大致相同的变化形式,低频响应非常符合,声压灵敏度约为-140db(0db=1rad/μpa),受低频模型精度的限制,高频响应差异较大.这为解决光纤水听器的高频混叠问题提供了一条简单可行的技术途径.

报道了一种新颖的具有抗混叠功能的无源零差迈克耳孙型光纤水听器。它由一个普通的芯轴型光纤水听器和一个圆柱型亥姆霍兹共振器构成。在驻波罐中对其声压相位灵敏度频响进行了测量,结果表明该光纤水听器具有较好的声低通滤波特性,能有效地抑制声信号中的高频成分,从而实现抗混叠滤波。该光纤水听器的低频声压相位灵敏度主要由传感光纤长度和弹性增敏层的物理特性决定,约为-159db(0db=1rad/μpa)。在1150hz附近出现了一个共振峰,这主要由圆柱型亥姆霍兹共振器的声学特性决定。1150~2280hz频段内的灵敏度衰减率约为50db/倍频程,1500hz以后的灵敏度衰减量大于10db。这对于提高我国未来声纳系统的抗干扰能力具有十分重要的意义。

光纤水听器探头是光纤水听器系统的基础。分析了直杆式光纤水听器探头的静力灵敏度,基于薄板小挠度弯曲理论导出了其静力灵敏度计算的解析公式,讨论了光纤水听器探头灵敏度的影响因素,并且利用ansys进行了模拟分析,数值解与解析解比较吻合。

从布拉格光栅方程出发,理论上分析了在温度、应变双参量同时测量时,考虑温度-应变交叉灵敏度、二阶应变灵敏度和二阶温度灵敏度情况下,温度和应变测量的误差的一般数学公式.结合实验数据进行了温度和应变的误差计算,得出3个二阶灵敏度在不同的温度变化、应变范围内对测量误差的贡献不同.同时给出了波长的漂移量与温度、应变呈线性关系时,温度变化和应变的范围.

光纤水听器(foh)探头技术是foh系统的基础,探头的动力特性直接影响水听器动态响应的幅频特性、响应范围和带宽。分析了直杆式foh探头的自由振动特性,用rayleigh法导出了其基频计算的理论公式,全面地分析了foh探头基频的影响因素,并利用ansys对其前几阶固有频率和模态进行了模拟分析。基频的数值模拟结果与理论计算结果比较吻合,最大偏差为5.05%。基频理论计算公式对水听器探头的参数优化设计具有指导意义。

光纤水听器探头是光纤水听器系统的基础。分析了直杆式光纤水听器探头的自由振动特性,用rayleigh法导出了其基频计算的理论公式,讨论了光纤水听器探头基频的影响因素,并且利用ansys对其前几阶固有频率和模态进行了模拟分析,数值结果与解析解比较吻合。

本文对光纤水听器时分多路复用阵列系统的构成、工作原理等进行了介绍分析,并提出了各项参数的选择方法和实践中需要重点解决的问题。

通过改进光纤定向耦合器的结构,可以显著提高光纤速度干涉仪的灵敏度。该文从熔融拉锥型光纤定向耦合器的数学模型出发进行研究,详细分析了2×2和3×3型光纤定向耦合器在全光纤速度干涉仪(afvisar)中的具体作用,并对此两种结构的光纤速度干涉仪的性能(主要是灵敏度)的优劣进行了对比分析,表现出3×3型光纤定向耦合器构成的两端探测系统的优越性。最后提出采用n×n型光纤定向耦合器可能带来的光纤速度干涉仪性能的提高和适用局限性。

为达到虚拟检测光纤水听器信号的软件程序设计的目的,采用其输出信号特点,依据非ni采集卡特性,对3×3耦合解调原理和数学模型进行分析和比较,做了干涉型光纤水听器itt虚拟检测方案,通过调用动态链接库开发基于lab-view的数据采集程序,编写数据处理和显示程序,开发光纤水听器3×3耦合器零差解调法虚拟检测系统。得到该虚拟检测系统具有很好的幅值适应性和低频特性的结论。

当前,光纤水听器阵列的多路复用技术已成为研究的重要课题之一,而时分复用(tdm)技术被认为是最简单有效的方案。本文详细介绍了8路光纤水听器高速时分复用系统的设计过程。分析比较了梯形式及平行式两种光路结构的优缺点,并得出最佳光路方案。选择ti公司生产的tms320f206芯片作为系统控制核心,采用ad公司新出的采样频率达1m的16位ad7677作为a/d转换器,设计出8路光纤水听器高速时分复用系统,测试结果表明系统通道间串扰在-30db左右。对水听器阵列时分复用技术的发展具有相当的参考价值和借鉴意义。

为了研究镀ni光纤布拉格光栅(fbg)的温度灵敏度,根据镀nifbg的特点,分析了镀nifbg温度变化时的应力应变,从理论上推导出镀nifbg的温度灵敏度公式并通过实验进行了验证,用理论证明了镀nifbg的波长漂移、应力和应变与温度变化成线性关系,分析了镀nifbg的温度灵敏度与镀层厚度的关系。用an-sys软件对镀nifbg在温度变化时的应力应变进行了仿真。理论分析得到镀层厚度为4.56μm的镀nifbg的温度灵敏度为14.3306pm/℃,实验值为14.113pm/℃。理论、实验和仿真得到了一致的结果。

在光纤水听器时分复用系统中,需要设计高增益,大带宽的信号检测电路。为了减小系统的噪声同时抑制通道间串扰,必须选择合适的电路带宽。本文分析了待检测信号带宽与脉冲形状的关系,以及电路串扰率与电路带宽、脉冲宽度、通道间延时的关系,给出了电路串扰率的解析表达式,得到了电路串扰带来的解调信号误差的表达式,分析表明电路串扰导致的解调信号误差的幅度与电路串扰率成正比,与前一通道施加的声信号的幅度的贝塞尔函数成正比,最后给出了与理论分析相符的实验结果。

介绍了法布里-珀罗干涉型光纤水听器的工作原理,指出了工作点的选择依据及系统的实现方案。绘制了理想情况下光纤法布里-珀罗干涉的谐振曲线。用光弹学理论分析了光纤的应力双折射问题和谐振腔内模式分裂问题。用模式分裂的原理解释了水听器的谐振曲线畸变现象,提出了描述谐振曲线畸变的数学公式,用mathcad软件仿真了模式分裂后水听器的干涉过程并绘制了理论曲线。用实验方法测量并记录了模式简并及分裂条件下各种谐振曲线的形状,通过实验照片与仿真曲线进行对比,理论仿真与实验结果吻合,这说明用光纤模式分裂理论解释谐振曲线畸变现象是可行的。

研究了一种新型、全光纤、宽带可调谐环形腔掺铒光纤激光器。该激光器利用由单模-多模-单模光纤组成的滤波器实现波长可调谐及激光器的全光纤结构。该滤波器将多模光纤缠绕在偏振控制器上,两端分别与一段单模光纤相连,通过调整偏振控制器的状态,实现了中心波长1542～1560nm的不同激光输出。单波长连续可调谐激光器的波长可调范围为18nm,边模抑制比大于40db,3db线宽为0.096nm;进一步调整偏振控制器的状态和抽运功率,实验同时得到了连续可调谐的双波长、三波长等多波长激光输出。对于可调谐的多波长激光器,通过调整偏振控制器的状态,可实现波长间隔及输出中心波长两者可调。

设计了一种基于机械感生长周期光纤光栅(mi-lpg)的双边缘滤波光纤布拉格光栅(fbg)传感解调方案。采用不同写制参数制作了谐振边带对称交迭,谐振峰值和带宽相同的两个mi-lpg作为滤波器,利用反射fbg信号通过不同光谱特性的滤波器时输出不同光强的比值对数算法确定被测波长。实验表明,本解调方法能够精确、稳定地实现fbg传感信号的解调,动态范围可达5nm,解调系统线性拟合计算值和光谱仪所测波长值的均方差为6pm,线性度好,精度高。

利用密集波分复用和时分多路复用技术相结合的大规模阵列结构,以machzehnder干涉型光纤水听器为例,分析了采用相位产生载波技术的频分多路复用,提出了密集波分复用技术在干涉型光纤水听器阵列应用的新方法,给出了复用体系结构,并分析了其在工程上可行性.

针对分布反馈式(dfb)光纤激光器用于水声探测时频响曲线起伏较大的问题,设计了一种开孔套管式封装结构。通过对dfb激光器的封装,使其张紧后被聚氨酯固定于开孔套筒的中心轴线上,利用开孔套管的保护作用以及施加于光纤激光器两端的拉力来抑制水声探测过程中频响曲线的起伏。基于有限元软件ansys对封装结构的动态特性进行了数值仿真计算,然后加工制作了开孔套管结构封装的dfb光纤激光水听器原型样品,并利用振动液柱法进行了测试。试验结果显示,dfb光纤激光水听器在20～800hz的声压灵敏度达到-131db左右,灵敏度起伏不高于±1.5db,表明通过该封装结构的保护及聚氨酯的张紧作用,有效抑制了频响曲线的起伏,改善了dfb光纤激光水听器的水声探测性能。

tdk（日本东京电气化学工业公司）株式会社近日宣布研发出了世界上最小共模滤波器，该滤波器的三围只有0．45mm×0．30mm×0．23mm这比现有0806过滤器（国际电工委员会标准）的小了超过75％。

为验证分布反馈光纤激光器水听器具有抗干扰强、动态范围大、灵敏度高等独特优点,进行了该水听器的系统设计,并给出分布反馈光纤激光器的输出特性曲线.采用非平衡m-z光纤干涉仪进行分布反馈光纤激光器水听器的解调,结合工作点扫描和控制的测量方法,利用压电陶瓷相位调制器来进行相位补偿,使系统稳定工作在最灵敏处.采用制作的光纤干涉仪,搭建室内水听器模拟对比实验,通过扬声器产生1.34khz和7.24khz的高频周期激励信号,以及对水听器进行敲击激励,分析水听器的响应.进行了激光器水听器和压电水听器低频频响特性对比测试,实验得出光纤激光器水听器的光电探测输出信号的信噪比高,可以准确、可靠地反映原始声信号.

介绍一个适用于低中频架构的四阶连续时间正交带通σδ调制器的设计,通过采用复数积分器代替传统的谐振器,优化了调制器的噪声整形性能。调制器采用开关电容反馈dac来减少对时钟抖动的敏感度。电路设计采用smic0.13mixed-signalcmos工艺,仿真结果表明,在12mhz采样频率下,调制器的信号噪声失真比可达到78db,其信号带宽为200khz,中心频率在200khz。

给出了光波导式小波滤波器的设计方案,该方案采用单模光纤耦合器作为系数实现载体,通过控制特性参数实现了具有不同分光比的耦合器基本单元,然后组合和级联基本单元实现特定的小波滤波器系数,具有精确度高,集成度好,稳定性强的优势。分析了与系数实现相关的熔锥型单模光纤耦合器的形状特性,横截面沿纵向变化的锥形区和横截面近似不变的耦合区内的耦合特性,根据理论推导,用仿真手段设计3db单模光纤耦合器,实现了haar小波的滤波器系数,误差在3%以内,证明了光波导式小波滤波器设计方案的正确性和有效性。

高灵敏度水表是一种先进的计量工具，它采用了最新的科技技术，旨在提供准确、可靠的水流量测量。这种水表的灵敏度极高，可以检测到极小的水流变化，从而实现了对水资源的精细化管理。无论是工业生产还是日常生活，高灵敏度水表都能发挥出重要的作用，帮助我们更好地节约和保护水资源。