光纤水听器发展历史调研调研

光纤水听器发展历史调研调研 光纤水听器发展历史文献调研 1.光纤水听器发展历史 光纤水听器研究开发的主要推力是反潜战。反潜战是美国整个导弹防御 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 的一个重要组成部分，它用来增强其内层空间（水下）的导弹防御能力。反潜战的情报采集主要依靠声传感器（水听器）网，包括水下监视系统，拖曳阵列、潜艇和水面舰船共形水听器阵列和声纳浮标水听器阵列等等。这些监视装置可捕集声发射源（舰船、潜艇、鱼群）发射的噪声。 二十世纪40年代铺设的海底电话光缆提供了作为敷设在远离岸基指挥中心的海底高灵敏度声传感器（水听器）阵列的岸基声纳系统，架设在海峡、港口等水面入口的海底，用于监测水面舰船和潜艇，这种水下监视系统（SOSUS）能以很长的作用距离探测潜艇的机械噪声和推进噪声。这种以电缆为主体的水下监视系统过去一直很好地作为识别声发射源（舰船、潜艇和导弹发射）特征的情报收集监视网用于警报和定位系统。但是在70年代前苏联的潜艇全面提高了其静噪能力，因此电缆海底声监视系统必须提高反潜战探测潜艇能力。 随着光纤传输技术和光纤传感技术的发展,光纤的大带宽、低损耗、抗电磁干扰等特性，光纤用干涉测量技术对声场、磁场和其它物理场的高灵敏度相位检测能力（光弹效应）和大动态范围，为改善反潜战探测潜艇的能力提供了一种有效手段。 自1976年美国海军研究实验室Bucaro等人发 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 第一篇有关光纤水听器的论文以后，各国军方都加大了对光纤水听器研究开发的重视程度。70年代中后期，美国国防部高级研究计划局（DARPA）和海军研究局首先联合推出了第一个光纤传感器系统计划（FOSS），主要包括光纤水听器、光纤磁场计等一些干涉型水下探测装置和检测直线和旋转加速度的加速度计和光纤陀螺仪。这个计划主要是开发反潜战用的光纤传感器。美国海军1986-1990年财政年度用于反潜战用的光纤技术的预算达8000万美元，其中大部分用在光纤声传感器（光纤水听器）的研究开发上。 80年代初，美国国防部开始实施一项由DARPA主持的反潜战计划—— Ariaden计划。该计划研究在海底建立光缆声传感器监视网，收集前苏联潜艇可能从潜艇基地进入公海各点（如英格兰和格陵兰之间的范围）声反潜战数据，监视前苏联的潜艇活动。该系统用海底光缆把海底光缆网的水听器阵列接到岸基指挥中心，从而提高海上反潜战部队探测潜艇的能力。1986年，DARPA将Ariaden计划移交给美国海军空间和海战系统司令部，指令进入公开实验阶段，并在当年签订了‚海军光缆遥测系统高级技术演示系统的‘Ariaden’湿端系统 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 ‛，包括海底光纤遥测系统和传感器子系统合同。到90年代初，美国国防部已把光纤海底声监视系统作为22项关键技术之一的光子技术中的重要项目之一。 美国海军研究实验室在70年代后期主要对光纤水听器进行基础研究和探索性开发，对未封装的光纤水听器进行了许多试验，最终在1980年成功地进行了‚Glassboard（玻璃板）‛塑料芯轴型光纤水听器试验。1981年第一个封装的‚Brassboard（黄铜板）‛光纤水听器使用0.83μ m的激光二极管作Mach-Zehnder干涉仪光源，30m传感光纤绕在塑料心轴上，10m参考光纤绕在Ф25.4mm×50.8mm的压电圆柱上，构成有源零差解调相位跟踪器。此光纤水听器测试结果呈平坦的频响，并且在4-35℃和0-6894kPa的温度和压力范围内呈现温度和压力不敏感性。在100Hz-1kHz的设计频率范围内，光纤水听器的声阈检测优于海况零（SS0）以下10dB，在500Hz时低于海况零约13dB。 光纤水听器第一次海上试验是为海军流动噪声驳船（MONOB）系统的噪声检测装置开发的塑料心轴光纤水听器。该水听器于1983年7月部署在巴哈马群岛，试验结果证实了光纤水听器低于海况零的噪声特性。 1983-1986年这段时间内，美国海军实验室进行了多次拖曳阵列海上演示，包括心轴型和被覆光纤型水听器。1984年进行了对激光器和解调器位于阵列内的光纤水听器的全光问询演示，尽管噪声性能尚未达到要求，但显示了用光纤水听器用于拖曳阵列的生命力，直接导致了海军NUSC/NRL（海军水下系统中心/海军研究实验室）联合的全光拖曳阵列（AOTA）计划。1987年成功地进行了二次拖曳光缆试验和一次声阵列试验（10单元光纤水听器）。这些海上试验和海军研究实验室进行的8单元FDM复用实验确定了AOTA计划的问询方式。1987年美国Gould公司海事系统分公司获得了美国海上系统司令部价值1300万美元的全光拖曳阵列的合同，这是美国海军Navsea计划可重构多线拖曳阵列评价系 统的一部分。1988年全光拖曳阵列在海上试验取得了很大成功，确定了6.3A阶段（美国军用设备研究开发进展到试制阶段）AOTO高级技术演示计划多路复用系统所用的光纤水听器结构。 1988年6月，美国海军研究实验室制订了潜艇用‚光纤水听器系统规范‛。1990年6月，利通制导和控制公司按照与海军研究实验室的合同，制造了两个基于心轴型的Michelson干涉仪结构的水听器[1]、一个光纤船体穿透器和光电子系统，装在668级攻击潜艇上，并作首次演示，水听器工作带宽为64Hz-50kHz。演示结果表明，光纤水听器及有关元器件尽管在恶劣的潜艇工作条件下，仍满足和超过了对潜艇水听器系统规定的性能目标。这是美国海军潜艇平面阵列开发的一个重大进展。 1990年4月，美国海军研究实验室在格陵兰KapEiler Rasmussen附近的Independence峡湾出海口[2]，用两只光纤水听器测量海岸坚冰下的环境噪声，获得了北极寂静噪声数据。该系统在北极9天测试期间工作正常。水听器在500Hz时噪声电平低于海况零26dB，系统背景噪声低于海况零33dB。 美国在光纤水听器领域所取得的进度一直是处于碾压其余各国的状态，同样也是我国望尘莫及的，因为早在九十年代初期美国海军研究实验室就已经准备好迎接‚光纤水听器技术时代‛的到来了，这种具备超远前瞻性的战略思想是非常值得我们学习的。 2光纤水听器简介 光纤水听器是基于光纤、光电子技术的一种新型水听器，具有灵敏度高、频带响应宽、抗电磁干扰、耐恶劣环境、结构轻巧、易于遥测和构成大规模阵列等特点。光纤水听器研究始于冷战时期反潜战的需要。20世纪70年代中期，美国海军研究室开始了光纤水听器研究。1977年，Bucaro等人发表首篇论文[3]，演示了一套基于光纤技术的水声传感系统。光纤水听器的第一次海上试验是美国为海军流动噪声驳船系统的噪声监测装置开发的塑料芯轴光纤水听器，并于1983年7月部署在巴哈马群岛。从此，各军事强国纷纷投入大量人力和财力进行有关光纤水听器的研究和试验。早在20世纪90年代初，美国的光纤水听器研究就已经到达实用阶段。目前，美国在该领域仍处于领先地位。在进入21世纪后，光纤水听器已经由实验室走向应用。 光纤水听器主要有以下主要特点[4]： （1）低噪声特性。光纤水听器采用光学原理构成，灵敏度高，由于其自噪声低的特性决定了其可检测的最小信号比传统压电水听器要高2-3个数量级，这使弱信号探测成为可能。 （2）动态范围大。压电水听器的动态范围一般在80-90dB，而光纤水听器的动态范围可以到120-140dB。 （3）抗电磁干扰与信号串扰能力强。全光光纤水听器信号传感与传输均以光为载体，几百兆赫以下的电磁干扰影响非常小，各通道信号串扰也十分小。 （4）适于远距离传输与组阵。光纤传输损耗小，适于远距离传输。光纤水听器采用频分、波分及时分等技术进行多路复用，适于水下阵列的大规模组阵。 （5）信号传感与传输一体化，提高系统可靠性。激光由光源发出，经光纤传输至光纤水听器，并在拾取声信号后再经光纤传回到岸上或船上的信号处理设备，水下无电子设备。另外，光纤对水密性要求低，耐高温、抗腐蚀，这些都将大大提高系统的可靠性。 （6） 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 应用条件降低。采用全光光纤水听器的声纳系统，探测缆及传输缆皆为光缆，重量轻体积小，系统容易收放，使过去无法实现的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 成为可能，特别对拖曳阵列，由于工程应用条件的降低而使许多问题简单化。 由于光纤水听器的上述优点和特点，使得由光纤水听器构成的声纳系统可以应用于岸基警戒系统，也可以应用于潜艇或水面舰艇的拖曳系统。同时，光纤水听器在石油、天然气等资源勘探中的应用前景也不亚于军事应用。用光纤水听器采集地震波信号，经过信号处理可以得到待测区域的资源分布信息。用于海洋勘探时，光纤水听器可以分布在海底；用于陆地勘探时，光纤水听器可以吊放到高温高压的勘测井中，光纤水听器还可以埋到沙漠中的沙子底下。例如美国利通公司生产的基于光纤水听器的钻孔成像系统，可以用于勘探地下石油或天然气储备，该系统可以用于陆地或海洋。将光纤水听器用于水声物理研究，还可以研究海洋环境中的声传播、海洋噪声、混响、海底声学特性以及目标声学特性等。由光纤水听器也可以制作鱼探仪，用于海洋捕捞等作业。由光纤水听器构成的水下声系统，还可以通过记录海洋生物发出的声音，以研究海洋生物以及实现对海洋环境的检测等。 参考文献 [1唐继. Mach-Zehnder光纤干涉仪相位检测方案研究[J]. 传感技术学报, 2000, (2): 96-100. [2]曹家年, 包建新, 李绪友, 等. 光纤水听器[J]. 光通信技术, 1997, 21(2): 90-94. [3]Bucaro J A, Dardy H D, Carome E F. Fiber‐optic hydrophone[J]. The Journal of the Acoustical Society of America, 1977, 62(5): 1302-1304. [4]张仁和, 倪明. 光纤水听器的原理与应用[J]. 前沿进展, 2004, 33(07): 503-507.