芯轴型光纤水听器灵敏度的优化设计

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1、万方数据第35卷第12期2008年12月中国激光CHINESEJOURNALOFLASERSV01．35，No．12December，2008文章编号：0258—7025(2008)12—1940。06芯轴型光纤水听器灵敏度的优化设计殷锴1’2周宏朴2张敏2T1’3王立威2荆振国2廖延彪2(清华大学1精密仪器与机械学系，2电子工程系光纤传感实验室，3精密测试技术及仪器国家重点实验室，北京100084)摘要声压相移灵敏度是光纤水听器的重要指标之一，提高灵敏度是光纤水听器设计的基本原则。应用正交设计方法对光

2、纤水听器声压灵敏度指标进行优化设计，提出了一种带空气腔芯轴型光纤水听器的三维声压相移灵敏度理论模型，对其灵敏度特性进行了研究。根据提出的结构，制作了探头。通过试验测试，理论模型符合实际测试结果，并且通过极差分析方法得到各种因素对于光纤水听器灵敏度的影响程度，进而得到了优化设计方案。关键词光纤传感器；光纤水听器；声压相移灵敏度；正交设计中图分类号TB565+．1文献标识码Adoi：10．3788／CJL20083512．1940OptimizationDesignofthePressurePhaseSen

3、sitivityoftheFiber-OpticAir-BackedMandrelHydrophoneYinKail’2ZhouHongpu2ZhangMin2DingTianhuail·3WangLiwei2JingZhengu02LiaoYanbia02f1DepartmentofPrecisionInstrumentsandMechanology，2DepartmentofElectronicEngineering，13StateKeyLaboratoryofPrecisionMeasuremen

4、tTechnologyandInstruments，lTsinghuaUniversity，Beijing100084，ChinaJAbstraetPressurephasesensitivityisoneofthemostimportantperformanceindexesforthefiber-optichydrophone．Maximizingthepressurephasesensitivityisabasicprincipleinthefiber-optichydrophonedesign．

5、Inthiswork，theorthogonalexperimentalmethodwasappliedtooptimizethedesignofthepressurephasesensitivityofthefiber-opticair-backedmandrelhydrophone．Ageneralthree-dimensional(3D)theoreticalmodelwascreated。andninefiber-optichydrophonesweredesignedandmadeforort

6、hogonalexperiment．Severalfactorswhichaffectthesensitivitywereanalyzedintheexperiments，andtheresultsvalidatethetheory．TheoptimizeddesignsarealsogainedbytheanalysisoftheresultstOmaximizethepressurephasesensitivity．Keywordsfiber-opticsensor；fiber-optichydro

7、phone；pressurephasesensitivityresponsivity；orthogonaldesign1引言光纤水听器是用于海洋和广阔水域中作为检测声信号的装置，它在军事和石油勘探等民用领域都有重要应用‘11。在军事领域它是反潜声纳的核心部件，在民用领域，它可用作地震波探测、石油地震勘探、海洋渔群探测等。光纤水听器有多种结构形式，从结构上区分包括芯轴型，F-P型[2矗]，Sagnac型[4]等，其中带空气腔芯轴型的光纤水听器因其具有高灵敏度、大频率宽度等优点而被广泛应用。Cielo等最先

8、报道和简单分析了带空气腔芯轴型光纤水听器【5]，之后McDearmon对此进行了更详细的分析L6]，同时芯轴型光纤水听器在组成阵列方面国内外均有报道口汀]。之前发表的论文中，试验结果仅被用于验证带空气腔芯轴型光纤水听器灵敏度的模型理论[5]，或者只考虑单个因素对声压灵敏度的影响，而未考虑多个因素的综合影响印]。实际上，有多个因素对声压相移灵敏度有重要影响，为此本文利用正交设计收稿日期：2008一01—02；收到修改稿日期：2008—04—1