一种推挽式光纤水听器
阅读说明：本技术 一种推挽式光纤水听器 (Push-pull type optical fiber hydrophone ) 是由 娄威龙 孙华明 王俊 薛超 于 2021-01-08 设计创作，主要内容包括：本发明涉及光纤传感领域,提供了一种推挽式光纤水听器,其特征在于：所述光纤水听器包括弹性体、金属件、舱体、前端盖、后端盖、挡盖；所述弹性体、所述金属件、所述舱体主体部分为一个中空的回转体,所述弹性体套于所述金属件外,所述弹性体与所述金属件共同放置于所述舱体内,所述前端盖与所述后端盖设置于所述舱体前后两端,所述前端盖为一个设有圆形通孔的扁平体,所述金属体与所述挡盖通过所述圆形通孔装配连接,以上所有部件过盈配合且结合处均进行密封胶灌封；光路放置于所述舱体内；本发明通过金属件与弹性体端部内孔的尺寸配合以及密封胶灌封密封,可以对弹性体进行可靠密封。(The invention relates to the field of optical fiber sensing, and provides a push-pull optical fiber hydrophone which is characterized in that: the optical fiber hydrophone comprises an elastic body, a metal piece, a cabin body, a front end cover, a rear end cover and a baffle cover; the elastic body, the metal piece and the cabin body main part are hollow revolving bodies, the elastic body is sleeved outside the metal piece, the elastic body and the metal piece are jointly placed in the cabin body, the front end cover and the rear end cover are arranged at the front end and the rear end of the cabin body, the front end cover is a flat body provided with a circular through hole, the metal body and the baffle cover are assembled and connected through the circular through hole, and all the components are in interference fit and the joints are filled with sealant; the light path is placed in the cabin body; the invention can reliably seal the elastic body by matching the sizes of the metal piece and the inner hole of the end part of the elastic body and filling and sealing the elastic body with the sealant.)
技术领域
本发明涉及光纤传感领域，具体涉及一种推挽式光纤水听器。
背景技术
光纤传感技术是伴随光导纤维和光纤通信技术的发展而形成的一门新技术。光纤水听器的传感灵敏度要比传统的压电水听器高许多倍，而且它可以在高电压、大噪声、高温、强腐蚀性等很多特殊环境下正常工作，还能够与光纤遥感、遥测技术配合，形成光纤遥感系统和光纤遥测系统，所以光纤传感技术能广泛应用于航天航海、核工业、桥梁隧道、建筑、石油开采、电力传输、医疗、科研等众多领域。
通过水下的声波对光纤的应力作用改变光纤纤芯的折射率或长度，从而引起在光纤中传播光束的光程改变，导致相位发生变化。采用干涉测量技术可检测出相位变化，并得到有关水声的信息。它利用光的相位干涉作为探测手段，探测灵敏度极高，响应频带也较宽；它以光纤作为信息传感与传媒介；而以光为载体的信息，既不会被电磁干扰，也无发生泄漏的危险。
光纤水听器的研究已取得了长足进步，但距离工程化还有一定差距。光纤水听器的敏感探头的性能关乎光纤水听器阵列的可靠性和稳定性，关乎光纤水听器技术的工程应用和推广。现有技术中的一种光纤水听器的结构由器件仓，光纤水听器用敏感部件构成，光纤水听器用敏感部件中包括弹性体、外保护壳；
该结构的光纤水听器整体结构大，工程适应性差，对拖曳阵列的缆径与弯曲半径有局限性，同时在一定深度海水环境下，密封胶的密封作用会很快失效，空气腔内充入海水，将导致光纤水听器探头的完全失效，因此需要一种适应恶劣环境的光纤水听器。
发明内容
本发明提供了一种推挽式光纤水听器，其目的是解决现有技术中的光纤水听器在海底长期工作环境下的不可靠易漏水等问题，并满足随着光纤水听器的发展越来越迫切的对敏感部件的小尺寸、工程适应性强的要求，具体技术方案如下：
一种推挽式光纤水听器，其特征在于：所述光纤水听器包括弹性体3)、金属件4、舱体5、前端盖6、后端盖7、挡盖8；所述弹性体3，所述金属件4、所述舱体5主体部分为一个中空的回转体，所述弹性体3套于所述金属件4外，所述弹性体3与所述金属件4共同放置于所述舱体5内，所述前端盖6与所述后端盖7设置于所述舱体5前后两端，所述前端盖6为一个设有圆形通孔62的扁平体，所述金属体4与所述挡盖8通过所述圆形通孔62装配连接，以上所有部件过盈配合且结合处均进行密封胶灌封；光路放置于所述舱体5内；
进一步地，所述光路由一个光纤耦合器、两个敏感线圈和两个反射镜组成，所述光纤耦合器的一端两根光纤分别与两个所述敏感线圈相连，两个敏感线圈分别与两个反射镜相连。
进一步地，所述密封胶采用双组分环氧结构粘结剂。
进一步地，所述弹性体3材质采用聚砜或聚碳酸酯。
进一步地，所述金属体4、所述舱体5、所述前端盖6、所述后端盖7的材质选用镁铝合金。
本发明的有益效果如下：
1、本发明的敏感部分不仅有采用高分子材料制成的薄壁中空的弹性体，也有质量轻、高强度金属材料制成的薄壁中空的金属件，其敏感部分采用了密封胶灌封进行密封，通过金属件与弹性体端部内孔的尺寸配合以及密封胶灌封密封，可以对弹性体进行可靠密封，密封胶采用声音穿透性好、耐海水腐蚀性能较好且与金属有较强粘接力，由两种胶体按一定比例混合，在一定深度的海水中能保持长久的良好密封性。
2、本发明的推挽光路放置、密封组件摒弃了原有的机械密封方式，采用了密封胶进行密封，通过前端盖、后端盖与舱体端部内孔的尺寸配合以及密封胶密封，可以对舱体进行可靠密封。挡盖内孔紧配合于金属件的端部并用密封胶密封，在挡盖与金属件形成密封结构后，舱体内灌入延时凝固胶体可以大幅提高密封部分的刚度。
3、本发明的推挽干涉光路由一个光纤耦合器、两个敏感线圈和两个反射镜组成。相对于传统光路，推挽光路双线圈在提高声压灵敏读的同时，还可相互抵消加速度灵敏度，从而提高光纤水听器声学性能。
本发明所述的推挽式光纤水听器，提高了光纤水听器的声学性能，解决了光纤水听器在一定水压工作环境下的不可靠易漏水等问题，并满足了拖曳阵列对光纤水听器小尺寸、稳定性和可靠性等要求。
附图说明
图1为本发明的一个较佳实施例的推挽光路示意图；
图2为本发明的一个较佳实施例的弹性体外形结构示意图；
图3为本发明的一个较佳实施例的金属件外形结构示意图；
图4为本发明的一个较佳实施例的舱体外形结构示意图；
图5为本发明的一个较佳实施例的前端盖外形结构示意图；
图6为本发明的一个较佳实施例的后端盖外形结构示意图；
图7为本发明的一个较佳实施例的挡盖外形结构示意图；
图8为本发明的一个较佳实施例的敏感部件装配体局部结构示意图；
图9为本发明的一个较佳实施例的装配体外形图。
附图标记说明：
3、弹性体；31、32：台阶；33、直槽；34、内孔面；35、第一端面；36、外圆面；
4、金属件；41、端面；410、411、412、413、414、415：密封台阶面；416、内孔面；42、43、44、45、46：台阶；47、直槽；48、通孔；49、前端部外壁；
5、舱体；51、圆形通孔；52、腰型通孔；53、哑铃型槽；54、半圆形槽；55、第一端面；56、腰型孔内孔面；57、圆形通孔内孔面；58、第二端面；
6、前端盖；61、腰型台阶、62、圆形通孔；63、锥形孔；64、前端盖第一台阶面；65、前端面第二台阶面；66、腰型台阶外壁；67、圆形通孔内孔面；
7、后端盖；71、腰型台阶；72、半圆形台阶；73、后端盖第一台阶面；74、后端盖第二台阶面；75、腰型台阶外壁；76、半圆形台阶外壁；
8、挡盖；81、挡盖外圆面；82、挡盖内孔面。
具体实施方式
下面通过附图和具体实施例来进一步说明本发明。
最佳实施例:
本产品的原理是：水声信号通过声敏感通道作用于弹性体上，引起弹性体的微应变，而绕在弹性体上的单模光纤(敏感光纤)跟着应变，光纤的应变随即改变(调制)光纤中传播的光波的相位，敏感光纤中的光相位变化就反映在敏感光纤所在的光纤Michelson干涉仪的输出光强中，本产品的光路如图1所示，光纤耦合器的一端两根光纤分别与两个线圈相连，两个线圈再分别与两个反射镜相连。
其基本关系式为：
I＝A+B cos(Φs+Φ0)
式中，I为光纤Michelson干涉仪的输出光强，A为直流分量，B为由激光干涉引起的交流分量幅度，Φs是一个可被声压或其他物理量调制的光相移，Φs＝4πnL/λ,n为光纤纤芯折射率，L为敏感光纤长度，λ为激光工作波长，Φ0为干涉仪的信号臂和参考臂之间的初始相位差。本产品的工作过程就是从光纤Michelson干涉仪的输出光强I的变化中解调出Φs的变化，从而确定引起Φs变化的声压P的大小。
本实施例包含如下部件：弹性体3、金属件4、舱体5、前端盖6、后端盖7、挡盖8、光路。
如图2所示，所述弹性体3主体部分为一个聚砜、聚碳酸酯等制成的薄壁中空的回转体；弹性体3的主体部分外圆周上在前部设有台阶31、后部设有台阶32，所述台阶31上在光纤的绕制一侧上开设有供光纤穿设其中的直槽33；直槽33的光纤出口处倒钝圆滑过渡处理；
如图3所示，所述金属件4主体部分为一个镁铝合金制成的薄壁中空的回转体；所述金属件4的主体部分外圆周上在前部设有端面41、台阶42、台阶43，后部设有台阶44、台阶45、台阶46，圆柱面41与挡盖8内孔面过盈配合，所述台阶42、台阶43、台阶44的圆柱面与所述弹性体3内孔面形成过盈配合，所述台阶44、台阶45在圆柱面上开设有供光纤穿设其中的直槽47；所述直槽47的光纤出口处倒钝圆滑过渡处理且在所述台阶46内侧开设共光纤穿设其中的通孔48；
本实施例所述的一种推挽式光纤水听器主要由在外圆周绕制定长光纤的弹性体3、在外圆周绕制定长光纤的金属件4及放置推挽光路的密封组件组成；
所述放置推挽光路的密封组件包括舱体5、前端盖6、后端盖7及挡盖8；
如图4所示，所述舱体5是一个镁铝合金的不规则薄壁体，所述舱体5包括一个圆形通孔51、一个腰型通孔52、一个哑铃型槽53；所述圆形通孔51内孔面与所述金属件4的台阶45圆柱面之间形成过盈配合，所述圆形通孔51和所述腰型通孔52内孔面与所述前端盖6的腰型台阶61的圆柱面、后端盖7的腰型台阶71、半圆形台阶72的圆柱面之间形成过盈配合，所述哑铃型槽53用于放置推挽光路；在舱体5一端的所述圆形通孔51与所述腰型通孔52之间薄壁开设供光纤穿过其中的半圆形槽54。
如图5所示，所述前端盖6是一个镁铝合金制成的不规则扁平体，前端盖6包括腰型台阶61、圆形通孔62及锥形孔63；所述腰型台阶61的圆柱面与所述舱体5的腰型通孔52内孔面之间形成过盈配合，所述圆形通孔62用于穿过金属件4，所述锥形孔63用于固定引导缆；
如图6所示，所述后端盖7是一个镁铝合金制成的不规则扁平体，后端盖7包括腰型台阶71、半圆形台阶72；所述腰型台阶71与半圆形台阶72圆柱面分别于与所述舱体5的圆形通孔51与腰型通孔52内孔面之间形成过盈配合；
如图7所示，所述挡盖8套设在所述金属件4的前端部外壁用于提高形成的密封结构处的刚度，挡盖8是一个不锈钢材料的回转体，与金属件4的端部外壁为过盈配合。
制作本实施例的方法过程如下：
如图2所示，所述弹性体3为一个聚砜、聚碳酸酯等制成的薄壁中空的回转体，利用模具在高温挤塑下注塑而成毛坯件，后续需用规格为1200钼砂皮对外圆面进行抛光，然后完成端部内孔的车削加工；回转体在前部、后部分别设有两处台阶31、台阶32，所述台阶31设有一个直槽33供绕制在所述弹性体3外圆面上的光纤穿设其中；所述直槽33的光纤出口处需倒钝圆滑过渡处理，所述直槽33与弹性体3外圆面衔接处不存在台阶；弹性体3上设有内孔面34，弹性体3两端的内孔中均与金属件4配合的密封台阶面412；所述密封台阶面412的尺寸是根据密封要求设计；所述弹性体3的内孔面34的径向尺寸是根据传感器对敏感部件的耐压强度、声压灵敏度、频响等方面要求设计；所述外圆面36表面需缠绕一定长度的光纤，对表面光洁度有特定要求。
如图3所示，所述金属件4为一个质量轻、高强度金属材料制成的薄壁中空的回转体，回转体在前部、后部分别设有五处密封台阶面410、密封台阶面411、密封台阶面412、密封台阶面414、密封台阶面415，台阶44、台阶45在圆柱面上开设有供光纤穿设其中的直槽47；直槽47的光纤出口处倒钝圆滑过渡处理，直槽47与弹性体外圆面衔接处不要存在台阶；在密封台阶面414、415开设共光纤穿设其中的通孔48，金属件上设有内孔面，金属件两端的密封台阶面410、411、44中均与弹性体3内孔过盈配合；密封台阶面415的尺寸是根据密封要求设计；金属件的内孔面416的径向尺寸是根据传感器对敏感部件的耐压强度、频响等方面要求设计；密封台阶面413表面需缠绕一定长度的光纤，对表面光洁度有特定要求。
首先将所述弹性体3第一端面35推入金属件第二台阶面415并安装到位，进行密封胶灌封，所述密封胶为双组分环氧结构粘结剂，是一种强极性高分子材料，与非极性矿物油的亲和性小，在燃料油(如煤油、汽油)和机械油(如液压油、机油、润滑油等)中几乎不受侵蚀，具有良好的耐水性与透声性，本实施例选用的产品为汉高品牌的密封胶，型号为乐泰胶，EA E—30CL。
将所属金属件4推入舱体圆形通孔51内并安装到位，将前端盖第二台阶面65装上舱体第二端面58并安装到位，将后端盖第二台阶面74装上舱体第一端面55并安装到位，将挡盖内孔面82套上金属件前端外壁49并安装到位，以上所有接触面均涂密封胶密封，舱体圆形通孔内孔面57与金属件密封台阶面412之间形成过盈配合，舱体圆形通孔内孔面57与后端盖半圆形台阶外壁76之间形成过盈配合，、后端盖腰形台阶外壁75之间形成过盈配合；前端盖腰型台阶外壁66与舱体腰型形通孔内孔面56之间形成过盈配合，前端盖圆形通孔内孔面67与挡盖外圆面81之间形成过盈配合；后端盖腰型台阶外壁75与舱体腰型形通孔内孔面56之间形成过盈配合，后端盖半圆形台阶外壁76与舱体圆形通孔内孔面57之间形成过盈配合；挡盖8内孔面82与金属件4前端外壁49为过盈配合；外圆面81与前端盖圆通孔内孔面67为过盈配合。然后进行推挽光路制作，将光路放置于舱体内，在舱体内进行密封胶灌封。
按照上述步骤完成安装操作，即完成了推挽式光纤水听器的制作。
本实施例可通过选择各种适宜的材料及相关加工手段，根据各零件的工程图纸加工成相应零件后组装而成。完成后的推挽式光纤水听器尺寸为直径20mm，长度62mm。
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