專利名稱：高精度激光干涉式水聽器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水聽器技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種基于激光干涉原理的高精度 水聽器。
背景技術(shù)：
水聽器是用于把水下的聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的換能裝置。水聽器可以檢測(cè)潛 艇、魚類等目標(biāo)所輻射的噪聲，也可以直接檢測(cè)聲源，比如裝載在魚體上的小型聲源、聲信 標(biāo)、爆炸聲等，并實(shí)施定向跟蹤。目前的水聽器一般由接收換能器、接收機(jī)和終端裝置等主要部分組成。其中，接收 換能器用于采集水下聲信號(hào)，并將聲信號(hào)變換為電信號(hào)傳輸至接收機(jī)進(jìn)行放大處理，而后 傳送至終端裝置，通過終端裝置顯示、存儲(chǔ)被測(cè)信號(hào)，以提供給監(jiān)測(cè)人員進(jìn)行分析。傳統(tǒng)的水聽器采用壓電陶瓷作為傳感器件，利用材料的逆壓電效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)從聲信 號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。即當(dāng)壓電陶瓷材料受到外力作用而產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，材料表面會(huì)產(chǎn)生 電荷，電場(chǎng)發(fā)生變化，通過電路進(jìn)行處理得到測(cè)量信號(hào)。但是這種方式受材料性能的限制， 形變量與產(chǎn)生的電場(chǎng)存在明顯的非線性，信號(hào)處理較為復(fù)雜；且材料受溫度等因素影響大， 精度較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于激光干涉原理的水聽器，以提高水下聲信號(hào)的檢 測(cè)精度。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種高精度激光干涉式水聽器，包括基于邁克爾遜干涉原理的光路系統(tǒng)、控制系 統(tǒng)以及為所述光路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)提供工作電源的供電系統(tǒng)；在所述光路系統(tǒng)中包括激光 器、半透射半反射的分光鏡、平面反射鏡和振動(dòng)片；其中，所述平面反射鏡和激光器分設(shè)在 分光鏡的上下兩側(cè)，且平面反射鏡水平設(shè)置，其頂面設(shè)置有壓電陶瓷，壓電陶瓷在發(fā)生機(jī)械 形變時(shí)帶動(dòng)平面反射鏡運(yùn)動(dòng)；所述振動(dòng)片豎直設(shè)置，且在其朝向分光鏡的內(nèi)表面上鍍有一 層反射膜，振動(dòng)片的外表面貼附有壓電復(fù)合材料；在所述控制系統(tǒng)中包含有用于接收通過 所述分光鏡反射和透射出的兩束光線的光電二極管以及用于接收所述壓電復(fù)合材料輸出 電荷的電荷放大電路，通過所述光電二極管和電荷放大電路輸出的電信號(hào)傳送至控制器； 控制器用于計(jì)算被測(cè)聲信號(hào)的振幅，并通過壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電路連接所述的壓電陶瓷。所述水聽器的工作過程具體包括以下步驟a、在水聽器系統(tǒng)初始化時(shí)，首先通過對(duì)光路系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)，使所述光電二極管 剛好檢測(cè)到干涉圖樣的中心亮斑；b、水聽器系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，所述控制器根據(jù)電荷放大電路輸出的電流信 號(hào)的變化趨勢(shì)判斷振動(dòng)片的振動(dòng)方向，并同時(shí)對(duì)所述光電二極管的導(dǎo)通次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，且記正向振動(dòng)的計(jì)數(shù)值為k+，負(fù)向振動(dòng)的計(jì)數(shù)值為k_，代入公式
權(quán)利要求
1.一種高精度激光干涉式水聽器，其特征在于包括基于邁克爾遜干涉原理的光路系 統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及為所述光路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)提供工作電源的供電系統(tǒng)；在所述光路系統(tǒng) 中包括激光器、半透射半反射的分光鏡、平面反射鏡和振動(dòng)片；其中，所述平面反射鏡和激 光器分設(shè)在分光鏡的上下兩側(cè)，且平面反射鏡水平設(shè)置，其頂面設(shè)置有壓電陶瓷，壓電陶瓷 在發(fā)生機(jī)械形變時(shí)帶動(dòng)平面反射鏡運(yùn)動(dòng)；所述振動(dòng)片豎直設(shè)置，且在其朝向分光鏡的內(nèi)表 面上鍍有一層反射膜，振動(dòng)片的外表面貼附有壓電復(fù)合材料；在所述控制系統(tǒng)中包含有用 于接收通過所述分光鏡反射和透射出的兩束光線的光電二極管以及用于接收所述壓電復(fù) 合材料輸出電荷的電荷放大電路，通過所述光電二極管和電荷放大電路輸出的電信號(hào)傳送 至控制器；控制器用于計(jì)算被測(cè)聲信號(hào)的振幅，并通過壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電路連接所述的壓電 陶瓷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度激光干涉式水聽器，其特征在于在水聽器系統(tǒng)初 始化時(shí)，首先通過對(duì)光路系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)，使所述光電二極管剛好檢測(cè)到干涉圖樣的中心 亮斑；水聽器系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，所述控制器根據(jù)電荷放大電路輸出的電流信號(hào)的 變化趨勢(shì)判斷振動(dòng)片的振動(dòng)方向，并同時(shí)對(duì)所述光電二極管的導(dǎo)通次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，且記正向振動(dòng)的計(jì)數(shù)值為I負(fù)向振動(dòng)的計(jì)數(shù)值為k_，代入公式Δ 1= ( k+-k. ) *，計(jì)算出振幅Δ1，其中，λ為激光波長(zhǎng)；若干涉圖樣停止變化后，所述光電二極管未檢測(cè)到亮斑，則控制 器輸出模擬電壓信號(hào)U。mp至壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)而控制所述壓電陶瓷發(fā)生形變，以帶動(dòng)平 面反射鏡運(yùn)動(dòng)直到所述光電二極管檢測(cè)到中心亮斑；然后，控制器將模擬電壓信號(hào)U。mpR入公式3 =*，計(jì)算出振動(dòng)分量補(bǔ)償值、進(jìn)而最終計(jì)算出被測(cè)聲信號(hào)的振幅AL=Δ1+δ ；其中，所述U為控制壓電陶瓷形變幅度為*時(shí)控制器需要輸出的模擬電壓值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度激光干涉式水聽器，其特征在于在所述激光器與分 光鏡之間設(shè)置有一擴(kuò)束器，通過所述擴(kuò)束器對(duì)激光器發(fā)出的光束的直徑進(jìn)行擴(kuò)大。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高精度激光干涉式水聽器，其特征在于所述激光器為激光 二極管；所述反射膜鍍膜在振動(dòng)片的中心位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的高精度激光干涉式水聽器，其特征在于在所 述控制器中包括A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器和CPU，所述電荷放大電路輸出的電流信號(hào)經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換器變換為數(shù)字信號(hào)后傳輸至所述的CPU ；所述光電二極管連接所述的CPU或者通過A/D 轉(zhuǎn)換器連接所述的CPU ；所述CPU通過D/A轉(zhuǎn)換器輸出模擬電壓信號(hào)至壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的高精度激光干涉式水聽器，其特征在于在所 述水聽器中還設(shè)置有通信系統(tǒng)，連接所述的控制器，將控制器計(jì)算生成的被測(cè)聲信號(hào)的振 幅上傳至終端裝置進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高精度激光干涉式水聽器，其特征在于所述光路系統(tǒng)、控制 系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和通信系統(tǒng)設(shè)置于一殼體中，所述殼體的左端或者右端開口，所述振動(dòng)片安 裝于所述開口處，進(jìn)而與所述殼體形成一個(gè)密閉的腔室，且所述振動(dòng)片的內(nèi)表面朝向腔室 內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高精度激光干涉式水聽器，其特征在于所述殼體呈橫向放置的圓筒狀；所述振動(dòng)片為圓形的不銹鋼板。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高精度激光干涉式水聽器，其特征在于貼附在所述振動(dòng)片 外表面的壓電復(fù)合材料呈條形，且平行排列設(shè)置有多條。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高精度激光干涉式水聽器，其特征在于貼附在所述振動(dòng)片 外表面的壓電復(fù)合材料呈環(huán)形，且圓心與振動(dòng)片的圓心重合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高精度激光干涉式水聽器，具有精度高、造價(jià)低、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，包括基于邁克爾遜干涉原理的光路系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及供電系統(tǒng)；在所述光路系統(tǒng)中包括激光器、半透射半反射的分光鏡、平面反射鏡和振動(dòng)片；其中，所述平面反射鏡和激光器分設(shè)在分光鏡的上下兩側(cè)，且平面反射鏡水平設(shè)置，其頂面設(shè)置有壓電陶瓷；所述振動(dòng)片豎直設(shè)置，且在其朝向分光鏡的內(nèi)表面上鍍有一層反射膜，振動(dòng)片的外表面貼附有壓電復(fù)合材料；在所述控制系統(tǒng)中包含有光電二極管和電荷放大電路，通過所述光電二極管和電荷放大電路輸出的電信號(hào)傳送至控制器；控制器用于計(jì)算被測(cè)聲信號(hào)的振幅，并通過壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電路連接所述的壓電陶瓷。
文檔編號(hào)G01H9/00GK102103011SQ20101054947
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者劉軍禮, 呂成興, 周忠海, 張濤, 張照文, 惠超, 李磊, 牟華, 程廣欣, 臧鶴超, 趙娜 申請(qǐng)人:山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所