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基于光纤F-P腔矢量水听器的结构设计

作　者: 秦艳芳
导　师: 康崇
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 光学
关键词: 矢量水听器光纤水听器光纤光栅法布里-珀罗干涉
分类号: TB565.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 38次
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内容摘要

水声技术中要完整地描述声场信息,不仅需要声场的标量信息——声压,还需要声场中的矢量信息,如声压梯度、质点振速和加速度。矢量水听器可以满足需求,单独的矢量水听器单元就具有指向能力,同振型矢量水听器有良好的低声频和次声频性能,本身不产生明显的声场畸变,可以视为点接收器,因此它的指向性更好,性能参数稳定。因此,一经提出就引起了研究者的密切关注。干涉式光纤水听器具有高的灵敏度和强的复用能力。将矢量水听器和光纤水听器结合而成的光纤矢量水听器是水声技术中的新概念。目前光纤矢量水听器的研制和应用还处于起步阶段。文中选择了基于光纤布拉格光栅法布里-珀罗(Fabry-Perot:F-P)型矢量水听器的研究方案,由于信号传感传输都在一根光纤上完成,而且F-P干涉是多光束干涉,灵敏度会更高。文中系统地研究了光纤布拉格光栅F-P型矢量水听器的原理,在光纤光栅模式耦合的基础上,依据射线光学和传输矩阵理论分别推导了光纤布拉格光栅F-P腔反射率和透射率的表达式,并数值仿真了光纤光栅F-P腔的反射特性,提出了光纤布拉格光栅F-P型矢量水听器的结构设计方案,给出了光纤布拉格光栅F-P型矢量水听器的参数选择的主要依据和方法。在实验室进行了部分实践尝试,制作了光纤布拉格光栅F-P型矢量水听器的核心器件——光纤光栅F-P腔,并开展了性能测试,通过实验分析了其温度和应变对其工作状态的影响,得到了一些有意义的结论。为实用化的光纤矢量水听器的研究工作提供了一些参考。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-20
  1.1 引言  10-11
  1.2 国内外矢量水听器的研究概况、水平和发展趋势  11-14
  1.3 矢量水听器的概述  14-18
    1.3.1 矢量水听器的分类  15-17
    1.3.2 表征矢量水听器性能的电声参数  17-18
  1.4 本论文的研究内容  18-20
第2章光纤布拉格光栅F-P腔理论分析与仿真  20-38
  2.1 布拉格光纤光栅理论分析  20-29
    2.1.1 光纤布拉格光栅耦合模理论  20-24
    2.1.2 光纤布拉格光栅模式耦合理论分析与仿真  24-27
    2.1.3 光纤布拉格光栅的应力和温度响应  27-29
  2.2 光纤布拉格光栅F-P腔的工作原理  29-33
  2.3 光纤布拉格光栅F-P腔特性分析与仿真  33-37
    2.3.1 不同腔长作用下光纤光栅F-P腔的反射特性  33-36
    2.3.2 不同光栅长度作用下光纤光栅F-P腔的反射特性  36-37
  2.4 本章小结  37-38
第3章基于光纤Bragg光栅F-P腔矢量水听器系统设计  38-59
  3.1 基于光纤Bragg光栅F-P腔矢量水听器的工作原理  38-40
  3.2 基于光纤Bragg光栅F-P腔矢量水听器动力学分析  40-44
  3.3 加速度和相位关系  44-45
  3.4 柱形矢量水听器与声场的关系  45-51
  3.5 同振式柱形矢量水听器的设计方法和数值仿真  51-55
    3.5.1 光纤Bragg光栅F-P腔矢量水听器的参数选定和数值仿真  51-54
    3.5.2 同振型光纤水听器的设计  54-55
  3.6 加速度灵敏度和声压灵敏度关系  55-58
  3.7 本章小结  58-59
第4章基于光纤F-P腔矢量水听器实验与讨论  59-68
  4.1 光纤Bragg光栅F-P腔的制作  59-61
  4.2 光纤Bragg光栅F-P腔的性能测试  61-67
    4.2.1 光纤Bragg光栅F-P腔的温度性能测试  62-64
    4.2.2 光纤Bragg光栅F-P腔的应力性能测试  64-67
  4.3 本章小结  67-68
结论与展望  68-69
参考文献  69-74
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  74-75
致谢  75

基于光纤F-P腔矢量水听器的结构设计

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