光纖水聽器簡介

光纖水聽器是一種建立在光纖、光電子技術基礎上的水下聲信號傳感器。它通過高靈敏度的光學相干檢測，將水聲振動轉換成光信號，通過光纖傳至信號處理系統(tǒng)提取聲信號信息。它具有靈敏度高、頻響特性好等特點。采用光纖做信息載體，適宜遠距離大范圍監(jiān)測。光纖水聽器主要用于海洋聲學環(huán)境中的聲傳播特性、噪聲、混響、海底聲學特性、目標聲學特性等的研究，是現(xiàn)代海軍反潛作戰(zhàn)、水下兵器試驗、海洋石油勘探和海洋地質(zhì)調(diào)查的先進探測手段。

 

光纖水聽器基本結構

 

 

目前，干涉型光纖水聽器技術最為成熟，其基本原理：由激光器發(fā)出的激光經(jīng)光纖耦合器分為兩路，一路構成光纖干涉儀的信號臂，接受聲波的調(diào)制，另一路則構成參考臂，不接受聲波的調(diào)制，或者接受聲波的調(diào)制與信號的調(diào)制相反。接受聲波調(diào)制的光信號經(jīng)后端反射膜反射后返回光纖耦合器，發(fā)生干涉，干涉的光信號被光電探測器轉換為電信號，經(jīng)信號處理獲取聲波的信息。

 

 

光纖水聽器的核心優(yōu)勢

01：靈敏度高，頻響特性好

光纖水聽器采用光學原理探測水聲信號，靈敏度高。由于其自噪聲低的特性決定了其可檢測的最小信號比傳統(tǒng)壓電水聽器要低2～3個數(shù)量級，這使弱信號探測成為可能。

02：適于遠距離傳輸與組陣

光纖傳輸損耗小，適于遠距離傳輸。光纖水聽器采用空分、波分和時分等技術進行多路復用，適于制造大規(guī)模水聲探測陣列。水聽器數(shù)目越多，光纖水聽器系統(tǒng)的性價比優(yōu)勢越明顯。

03：動態(tài)范圍大

光纖水聽器的動態(tài)范圍可以達到120～140dB。這使得光纖水聽器既可以探測弱信號，也可以探測強信號。

04：抗電磁干擾與信號串擾能力強

光纖水聽器信號傳感與傳輸均以光為載體，幾百兆赫以下的電磁干擾影響非常小，各通道信號串擾也十分小。

05：信號傳感與傳輸一體化，提高系統(tǒng)可靠性

激光由光源發(fā)出，經(jīng)光纖傳輸至光纖水聽器，并在獲取聲信號后再經(jīng)光纖傳回到岸上或船上的信號處理設備，水下無需供電。另外，光纖對水密性要求低，耐高溫、抗腐蝕，這些都將大大提高系統(tǒng)的可靠性。

06：工程應用條件降低

采用全光光纖水聽器的聲吶系統(tǒng)，探測陣及傳輸纜體積小重量輕，易于收放，特別對拖曳陣列，由于工程應用條件的降低而使許多復雜的安裝使用問題得以解決。

 

 

光纖水聽器陣列探測系統(tǒng)

北京神州普惠公司研制的光纖水聽器陣列探測系統(tǒng)以光纖光電技術為核心，結合濕端大規(guī)模陣列集成技術和干端海量數(shù)據(jù)高速采集、存儲、處理技術，可廣泛應用于海軍水聲探測、水聲測試分析、海洋安防、海洋石油勘探和海洋地質(zhì)調(diào)查、海洋環(huán)境觀測監(jiān)測等領域。

大規(guī)模光纖水聽器陣列探測系統(tǒng)由光纖水聽器陣列、光源光調(diào)制放大系統(tǒng)、光電信號處理系統(tǒng)、水聲信號處理系統(tǒng)、綜合信息存儲顯控系統(tǒng)等部分組成。其中，光纖水聽器陣列為濕端設備，光源光調(diào)制放大系統(tǒng)、光電信號處理系統(tǒng)、水聲信號處理系統(tǒng)、綜合信息存儲顯控系統(tǒng)為干端設備。

 

　　1、光纖水聽器陣列

　　光纖水聽器陣列是把光纖水聽器復接成陣列，完成聲場信號的采集，獲得目標的詳細信息，實現(xiàn)對水下目標的定位。采用模塊化設計及多路復用技術，實現(xiàn)用較少的組件形成分布式光纖水聽器陣列，降低維護的復雜程度。光纖水聽器陣列根據(jù)使用需要可分為拖曳陣、測噪系統(tǒng)、岸基陣、舷側陣等。

　　2、光源光調(diào)制放大系統(tǒng)

　　光源光調(diào)制放大系統(tǒng)用于產(chǎn)生光纖水聽器陣列探測所需的光脈沖信號。光源光調(diào)制放大系統(tǒng)由高相干光纖激光器、多波長WDM合波器、連續(xù)光功率放大器、脈沖光功率放大器和高精度、低噪聲電源模塊組成。

 

 

　　3、光電信號處理系統(tǒng)

　　光電信號處理系統(tǒng)用于接收光纖水聽器陣列探測信號，通過光電轉換采樣、時分復用解調(diào)轉成數(shù)字信號，輸出給水聲信號處理機和終端設備。配備高速數(shù)據(jù)接口輸出，便于外部系統(tǒng)連接與大系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運行；支持大容量存儲硬盤陣列，具有海量數(shù)據(jù)存儲能力。

 

 

　　4、水聲信號處理系統(tǒng)

　　水聲信號處理系統(tǒng)提供強大的水聲目標探測與目標分類識別功能，通過DSP與GPU等高速并行處理技術實現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)的實時在線處理。

 

 

大規(guī)模光纖水聽器陣列系統(tǒng)的應用

　　1、光纖水聽器拖曳陣列系統(tǒng)

　　光纖水聽器拖曳陣列系統(tǒng)由光纖水聽器陣列、拖纜、絞車及干端處理設備組成。光纖水聽器陣列系統(tǒng)可以通過拖纜拖曳在平臺后方，探測水下目標的聲信號，進行目標的探測。拖曳平臺包括潛艇、水面船、UUV等。光纖水聽器拖曳陣列系統(tǒng)可以為單線陣系統(tǒng)也可以多條線陣同時拖曳。多線陣系統(tǒng)具有更遠的探測能力，同時具備左右舷分辨能力。光纖水聽器拖曳陣列基元數(shù)可以根據(jù)探測需要進行定制，常用系統(tǒng)有128基元、192基元、256基元、512基元、1024基元等。

 

 

　　2、光纖水聽器陣列被動警戒系統(tǒng)

　　目前我國的水下區(qū)域安保環(huán)節(jié)薄弱，對水下蛙人、機器人以及小型水下運載器等目標的探測手段缺乏。為實現(xiàn)重要港口、島礁的水下警戒，保障重要設施安全，需要構建聲、光、電、磁相結合的立體防御網(wǎng)。光纖水聽器陣列被動警戒系統(tǒng)能夠探測水下運動目標輻射噪聲，是實現(xiàn)水下警戒有效的技術手段，布放方便、可行性高，在重要的港口可以布放折線型多線陣或隨機分布的面陣，實現(xiàn)水下目標與水面目標的監(jiān)測，同時還可布放在島礁周圍用于安防警戒。

 

 

　3、輻射噪聲測量

　　基于光纖水聽器陣列的水聲測試分析系統(tǒng)可以滿足水下目標噪聲測試分析的需求。水聲測試分析系統(tǒng)是新一代噪聲振動測試分析系統(tǒng)，具有強大全面的分析功能，有多種產(chǎn)品可供選擇，并可提供靈活的服務，可以快速、準確地為客戶解決復雜、高難度的聲振系統(tǒng)和整體測試問題。

　　水聲測試分析系統(tǒng)不僅具備傳統(tǒng)的聲壓、聲強、振動測量等功能，更重要的是實現(xiàn)了基于近場聲全息和聲聚焦技術的振動噪聲的寬帶測量與綜合分析。水聲測試分析系統(tǒng)利用近場聲全息技術和聲聚焦技術，可以解決：復雜振動結構的噪聲源表面振動特性反演、噪聲源識別與定位、噪聲源特性分析與判別、輻射聲場的全空間重構；聲源遠場指向性預報；振動噪聲控制效果的測試與評價；聲學材料聲學特性的測試與評估等。

 

　5、石油拖曳勘探系統(tǒng)

　　石油拖曳勘探系統(tǒng)為大規(guī)模拖曳式光纖水聽器探測系統(tǒng)，可用于海底地質(zhì)結構及油氣資源勘探，兼顧水聲目標探測、航經(jīng)海區(qū)海洋環(huán)境數(shù)據(jù)測量。我司石油拖曳勘探系統(tǒng)與國外SERCEL公司的壓電拖曳陣系統(tǒng)進行海底地質(zhì)結構勘探海上試驗。石油拖曳勘探系統(tǒng)獲得完整清晰的海底地質(zhì)結構圖，在淺層結構勘探和精細度方面，優(yōu)于國外SERCEL公司壓電拖曳陣系統(tǒng)。

 

 

　6、石油儲量永久監(jiān)測系統(tǒng)

　　石油儲量永久監(jiān)測系統(tǒng)為大規(guī)模光纖水聽器陣列系統(tǒng)，通常部署在石油鉆井平臺周圍，對油藏變化進行長時間監(jiān)測，為油藏的規(guī)劃和生產(chǎn)提供重要信息輸入，可有效提高油氣回收率。