發(fā)布時(shí)間：2019-04-25 10:23

【摘要】：隨著矢量聲學(xué)理論和矢量水聲探測(cè)系統(tǒng)的飛速發(fā)展,作為水聲探測(cè)領(lǐng)域一類(lèi)重要的傳感器,光纖矢量水聽(tīng)器越來(lái)越顯現(xiàn)出巨大的優(yōu)越性。其中,干涉型光纖矢量水聽(tīng)器在近十幾年得到了快速發(fā)展,已經(jīng)走向陣列測(cè)試階段,但其基元尺寸受限于干涉儀器件尺寸和探頭結(jié)構(gòu)等因素?zé)o法進(jìn)一步減小。光纖光柵以其小型化、低成本和易波分復(fù)用的優(yōu)點(diǎn)使小型化光纖光柵矢量水聽(tīng)器及超大規(guī)模光纖光柵矢量水聽(tīng)器陣列成為可能。本文針對(duì)矢量水聽(tīng)器拖曳陣的應(yīng)用需求,以小型化和高靈敏度為光纖光柵加速度計(jì)和光纖光柵矢量水聽(tīng)器的研制目標(biāo),對(duì)彈簧振子型光纖光柵加速度計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)了一系列研究。論文以光纖光柵加速度計(jì)為主要研究對(duì)象,針對(duì)光纖光柵加速度計(jì)傳感模型、光纖光柵加速度計(jì)信號(hào)解調(diào)技術(shù)、光纖光柵加速度計(jì)探頭技術(shù)以及光纖光柵矢量水聽(tīng)器水聲應(yīng)用技術(shù)四部分開(kāi)展了深入研究。對(duì)彈簧振子型光纖光柵加速度計(jì)進(jìn)行了理論和仿真分析,得到了靈敏度和諧振頻率的理論公式,理論分析了靈敏度的影響因素;設(shè)計(jì)了基于非平衡Michelson干涉儀的光纖光柵加速度計(jì)解調(diào)系統(tǒng),理論分析了解調(diào)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)之間的制約關(guān)系,在此基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計(jì)了解調(diào)干涉儀,對(duì)光纖光柵進(jìn)行了仿真和應(yīng)用分析,對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行了理論分析;設(shè)計(jì)了可增敏變徑彈性柱結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度計(jì),實(shí)現(xiàn)了加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)增敏;研制了基于不同彈性殼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量塊內(nèi)嵌式小型化光纖光柵加速度計(jì),在不改變加速度計(jì)性能的前提下將加速度計(jì)軸向尺寸降低了一半,實(shí)現(xiàn)了加速度計(jì)小型化;在一維加速度計(jì)研究的基礎(chǔ)上,研制了分立式三維光纖光柵加速度計(jì)和光纖光柵矢量水聽(tīng)器,實(shí)驗(yàn)研究了其振動(dòng)傳感特性和水聲傳感特性;針對(duì)矢量水聽(tīng)器拖曳陣應(yīng)用中存在的水聽(tīng)器三軸信號(hào)相位不一致問(wèn)題,理論和實(shí)驗(yàn)分析了懸掛系統(tǒng)對(duì)水聽(tīng)器三軸信號(hào)相位一致性的影響;理論分析了非零浮力狀態(tài)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的影響。本論文的主要研究成果和創(chuàng)新如下:1、提出了一種基于變徑彈性柱的光纖光柵加速度計(jì)增敏結(jié)構(gòu)。理論和仿真分析表明,該結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)增敏。在所給限定條件下,理論上可將加速度計(jì)靈敏度提高至原來(lái)的1.5～2倍。2、提出了一種質(zhì)量塊內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度計(jì)小型化設(shè)計(jì)思想。該結(jié)構(gòu)針對(duì)基于彈性殼的光纖光柵加速度計(jì),有效利用了彈性殼內(nèi)部空間,在不影響加速度計(jì)性能的前提下,將其軸向尺寸縮小了一半。研制的燈籠形鏤空鋁殼結(jié)構(gòu)加速度計(jì)尺寸為Φ24mm×17mm,靈敏度為43.6pm/g,諧振頻率為1000Hz,正交串?dāng)_為-15.3dB。3、理論分析了懸掛系統(tǒng)對(duì)拖曳陣用矢量水聽(tīng)器三軸相位一致性的影響。對(duì)不同懸掛方式下的矢量水聽(tīng)器進(jìn)行了駐波管中和開(kāi)放水聲環(huán)境中的響應(yīng)測(cè)試,證明了懸掛系統(tǒng)對(duì)矢量水聽(tīng)器相位一致性會(huì)產(chǎn)生一定影響。突破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法,提出了具有工程適用性的新的懸掛結(jié)構(gòu),為矢量水聽(tīng)器拖曳陣設(shè)計(jì)提供了新的思路。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TH824.4;TB565

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本文編號(hào)：2465008