一種推挽式光纖水聽器的製作方法

2023-09-10 20:15:55

專利名稱：一種推挽式光纖水聽器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及光纖傳感領域的一種應用於探測海洋噪聲的幹涉型、推挽式光纖水聽器。
背景技術：
光纖傳感技術是伴隨光導纖維和光纖通信技術的發展而形成的一門嶄新技術。光纖水聽器的傳感靈敏度要比傳統的壓電水聽器高許多倍，而且它可以在高電壓、大噪聲、高溫、強腐蝕性等很多特殊環境下正常工作，還能夠與光纖遙感、遙測技術配合，形成光纖遙感系統和光纖遙測系統，所以光纖傳感技術能廣泛應用於航天航海、核工業、橋梁隧道、建築、石油開採、電力傳輸、醫療、科研等眾多領域。幹涉型光纖水聽器可以非常靈敏地偵察艦船行蹤、監視水下潛艇。其工作原理為， 通過水下的聲波對光纖的應力作用改變光纖纖芯的折射率或長度，從而引起在光纖中傳播光束的光程改變，導致相位發生變化。採用幹涉測量技術可檢測出相位變化，並得到有關水聲的信息。和壓電陶瓷或壓電晶體型的傳統水聽器相比，光纖水聽器具有很大的優越性。它利用光的相位幹涉作為探測手段，探測靈敏度極高，響應頻帶也較寬；它以光纖作為信息傳感與傳輸媒介；而以光為載體的信息，既不會被電磁幹擾，也無發生洩漏的危險。光纖水聽器的研究雖然取得了長足的進步，但距實現工程化、裝備化還有一定的差距。由於水下聲場的複雜性，單元水聽器很難獲得目標的全部詳細信息，因此光纖水聽器主要是以陣列的形式應用，是否能以低成本實現分布式陣列，是光纖水聽器最終能否得以應用的關鍵所在。各國對光纖水聽器技術的研究重點集中到如何充分利用光纖傳輸損耗低、傳輸帶寬大的特點，並結合集成光電子器件的最新進展，實現對光源、光纖以及光電探測器的多路復用。用較少的組件形成分布式光纖水聽器陣列，這樣既可降低系統的成本，又可降低維護上的複雜程度。而且通過對陣列信號的處理，可以極大地提高整個多路復用系統的探測性能，獲取更多有關水下目標的信息。為了滿足對光纖水聽器陣列復用技術的研發要求，急需研製能滿足陣列設計要求的幹涉型光纖水聽器。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種推挽式光纖水聽器，其可克服現有技術的不足，能夠滿足光纖水聽器陣列復用技術的研發要求，利用光纖水聽器技術替代壓電陶瓷水聽器，在我國領海海域更加靈敏地探測水面上下有關移動體等行蹤。為解決上述技術問題，本實用新型的技術解決方案是—種推挽式光纖水聽器，其特徵在於該光纖水聽器主要由內腔中容納各種光器件的基體3、頂蓋4以及在外部繞制有定長光纖的內彈性體2和外彈性體1組成；所述基體 3內腔用頂蓋4封閉；所述光纖水聽器的內腔空隙用膠粘劑充填封裝；所述外彈性體1是一個由非金屬材料製成的薄壁空心圓柱體；所述內彈性體2是一個由非金屬材料製成的薄壁空心圓柱體，在外第一圓柱面23的左端設有第一環行體22，在外第一圓柱面23的右端設有第二環行體25，在第二環行體 25上設有缺口 M ；所述基體3的主體部分設有一個用於容納各種光器件的沉孔37，並由頂蓋4封閉； 在基體3的右側面上，有一個與沉孔37相貫，用於穿越並膠結固定水聽器尾纜的通孔38，；所述基體3的左側從左到右依次設有小圓柱體32和大圓柱體31 ；大圓柱體31設有內沉孔34 ；小圓柱體32設有端孔33，端孔33與內沉孔34相貫通，並具有共同軸線；端孔33的內徑與內彈性體2兩端的環行體的外徑相配；在小圓柱體32的左端設有第四環行體322，在小圓柱體32的右端設有第三環行體321，所述環行體的外徑與外彈性體1的第一內孔11相配；在大圓柱體31的外圓上，間隔均布若干個與內沉孔34 ；相貫的第一通孔311 及第二通孔314 ；在第三環行體321及大圓柱體31的徑向，設有一個第一腰子形沉313，其與端孔33貫通，但與內沉孔34、第二通孔314及第一通孔311相互隔離；在大圓柱體31的端部，與沉孔313同一徑向位置上，還軸向設有另一個第二腰子形沉孔35 ；其深度恰好能貫穿基體3前側面上的沉孔37。所述纏繞好光纖的內彈性體2以其第一環行體22、第二環行體25的外圓膠結於基體3上的端孔33 ；所述缺口 M與基體3上的第一腰子形沉孔313對齊，以便將纏繞於外第一圓柱面23上的光纖首尾引入基體3上的沉孔37之中。所述纏繞好光纖的外彈性體1，以其第一內孔11膠結於基體3上的第三環行體 321、第四環行體322的外圓；外彈性體1上的光纖首尾穿越第二腰子形沉35後進入基體3 的沉孔37之內。所述基體3的主體是由一個長度方向的上下兩側為第二圓柱面36的矩形體、矩形體左側的大圓柱體31以及小圓柱體32疊加而成；所述矩形體的前側面上帶有一個圓頭矩形沉孔37以及四個螺孔39，所述大圓柱體31以及小圓柱體32與第二圓柱面36具有公共軸線；所述頂蓋4是一塊長度方向兩側為第三圓柱面43、帶有四個與螺孔39位置對應的錐端沉孔42的矩形薄板41 ；所述頂蓋4由螺釘緊固於基體3之後，其兩側的第三圓柱面43與基體3兩側的第二圓柱面36的軸線合一，第三圓柱面43及第二圓柱面36相互吻合；所述大圓柱體31的外圓上與內沉孔34貫通的通孔，由兩個第二通孔314及兩個第一通孔311間隔均布組成；所述將端孔33與沉孔37貫通的光纖導引孔由第一腰子形沉孔313和第二腰子形沉孔35組成；所述第一腰子形沉孔313沿第三環行體321及大圓柱體31的徑向開設，並與端孔33貫通，但與內沉孔34、第二通孔314及第一通孔311相互隔離；所述第二腰子形沉孔35開設在大圓柱體31的端部，與徑向布置的第一腰子形沉孔313處於同一角度位置上， 並與基體3前側面上的矩形沉孔37貫通。所述內彈性體2外第一圓柱面23的兩端部所設的第一環行體22和第二環行體 25，其外端面分別與第二內孔21的端面平齊；當內彈性體2膠結於基體3上的端孔33時， 缺口 M與第一腰子形沉孔313對齊，第二環行體25的外端面與端孔33的底面331緊貼； 當外彈性體1以其第一內孔11膠結於基體3上第三環行體321和第四環行體322的外圓時，外彈性體1的外端面與大圓柱體31的端面312緊貼。本實用新型可帶來以下有益效果本實用新型結構合理，製作而成的水聽器單元，其聲壓靈敏度、加速度相移靈敏度、耐溫、耐壓、耐腐以及形體尺寸等技術指標均能符合設計要求。
圖1為本實用新型的一個較佳實施例的裝配構件示意圖圖2為本實用新型的一個較佳實施例的外彈性體的外形結構示意圖圖3為本實用新型的一個較佳實施例的內彈性體的外形結構示意圖圖4(a)為本實用新型的一個較佳實施例的基體局部剖視結構示意圖圖4(b)為本實用新型的一個較佳實施例的基體外形結構示意圖圖4(c)為本實用新型的一個較佳實施例的基體外形結構A向示意圖圖4(d)為本實用新型的一個較佳實施例的基體外形結構側視示意圖圖5為本實用新型的一個較佳實施例的頂蓋外形結構示意圖圖6為本實用新型的一個較佳實施例的裝配體局部剖視結構示意圖圖7為本實用新型的一個較佳實施例的裝配體外形圖
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。按照圖1所示，將四個零件基體3、內彈性體2、外彈性體1以及頂蓋4依次膠結、 固定，可組裝成一個推挽式光纖水聽器的單元結構。結合參見圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7 本實施例中，基體3的基本形體是由一個長度方向的上下兩側為第二圓柱面36的矩形體與大圓柱體31、小圓柱體32疊加而成。在矩形體的前側面上有一個帶有圓頭的矩形沉孔37以及四個螺孔39 ；在矩形體的右側面上，有一個與矩形沉孔37相貫通的用於穿越並膠結、固定水聽器尾纜的通孔38 ；大圓柱體31和小圓柱體32依次鄰接於矩形體的左側；大圓柱體31帶有內沉孔34、第二通孔314、第一通孔311、第一腰子形沉孔313 ；小圓柱體32帶有端孔33、第三環行體321和第四環行體322 ；在矩形體的左側面上，還帶有第二腰子形沉孔35，其徑向角度位置與第一腰子形沉孔313相同；第二圓柱面36、大圓柱體31、小圓柱體32具有公共軸線。頂蓋4是一塊長度方向兩側為第三圓柱面43、帶有四個錐端沉孔42的矩形薄板 41 ；頂蓋4由螺釘緊固於基體3之後，其兩側的第三圓柱面43與基體3兩側的第二圓柱面 36的軸線合一，第三圓柱面43及第二圓柱面36相互吻合。內彈性體2是一個在外第一圓柱面23兩端部，分別設有第一環行體22和第二環行體25、其外直徑與基體3上的端孔33相配、由非金屬材料製成的薄壁空心圓柱體。外彈性體1是一個其第一內孔11與基體3上第三環行體321和第四322的外直徑相配、由非金屬材料製成的薄壁空心圓柱體。所述小圓柱體32的端孔33及大圓柱體31的內沉孔34的軸線與圓柱體同一；所述小圓柱體32的兩端，分別設有第三環行體321和第四環行體322，其外徑與外彈性體1的第一內孔11相配；所述第三環行體321和第四環行體322的軸線也與圓柱體同一；所述大圓柱體31的外圓上，間隔均布第二通孔314及第一通孔311各兩個；所述第二通孔314及第一通孔311均與內沉孔34恰好貫通。所述第一環行體321及大圓柱體31的徑向，設有第一腰子形沉孔313，其與端孔33貫通，但不與內沉孔34、第二通孔314及第一通孔311相穿；所述大圓柱體31的端部，與徑向布置的第一腰子形沉孔313的同一角度位置上，設有另一軸向布置的第二腰子形沉孔35 ；所述第二腰子形沉孔35恰好與基體3前側面上的矩形沉孔37貫穿。所述內彈性體2外第一圓柱面23的兩端部設有的第一環行體22和第二環行體 25，其外端面分別與第二內孔21的端面平齊；所述第二環行體25上設有一個缺口 24，當內彈性體2膠結於基體3上的端孔33時，缺口 M與第一腰子形沉孔313對齊，第一二環行體 25的外端面與端孔33的底面331緊貼。所述外彈性體1以其第一內孔11膠結於基體3上第三環行體321和第四環行體 322的外圓時，外彈性體1的外端面與大圓柱體31的端面312緊貼。所述纏繞好光纖的內彈性體2，以其第一環行體22、第二環行體25的外圓，膠結於基體3上的端孔33時，其兩個光纖端頭分別穿越第一腰子形沉孔313及第二腰子形沉孔35 後進入基體3的矩形沉孔37之內；所述纏繞好光纖的外彈性體1，以其第一內孔11膠結於基體3第三環行體321、第四環行體322的外圓時，其兩個光纖端頭穿越第二腰子形沉孔35 後進入基體3的矩形沉孔37之內。下面對各零部件分述如下(1)外彈性體1，見圖2。外彈性體1是一個由非金屬材料製成的薄壁空心圓柱體。其第一內孔11與基體 3上第三環行體321和第四環行體322的外直徑相配。(2)內彈性體2，見圖3。內彈性體2是一個由非金屬材料製成的薄壁空心圓柱體。在外第一圓柱面23兩端部，分別設有第一環行體22和第二環行體25 ；其外端面分別與第二內孔21的端面平齊， 外直徑則與基體3上的端孔33相配。在第二環行體25上還設有缺口 24，當內彈性體2膠結於基體上的端孔33時，缺口 M必須與基體3上的第一腰子形沉孔313對齊，以便將纏繞於外第一圓柱面23上的光纖頭尾引入基體3的矩形沉孔37。(3)基體 3，見圖 4(a)、圖 4(b)。基體3的基本形體是由一個長度方向的上下兩側為第二圓柱面36的矩形體與大圓柱體31、小圓柱體32疊加而成。第二圓柱面36及大、小圓柱體31、32，具有共同軸線。在矩形體的前側面上，有一個帶有圓頭的矩形沉孔37，另外還有4個與頂蓋4上錐端沉孔42的位置相一致的螺孔39。在矩形體的右側面上，有一個與矩形沉孔37相貫的通孔38，用於穿越並膠結固定水聽器的尾纜。大、小圓柱體31、32，依次鄰接於矩形體的左側。端孔33及內沉孔34的軸線與其同一。在小圓柱體32的兩端，分別設有第三環行體321和第四環行體322，其外徑與外彈性體1的第一內孔11相配。在大圓柱體31的外圓上，間隔均布第二通孔314及第一通孔 311各2個；它們均與內沉孔34恰好貫通。在第三環行體321及大圓柱體31的徑向，設有一個第一腰子形沉孔313，其與端孔33是貫通的，但不能與內沉孔34、第二通孔314及第一通孔311相穿。在大圓柱體31的端部，與第一腰子形沉孔313的同一徑向角度位置上，還軸向設有另一個第二腰子形沉孔35 ；其深度恰好能貫穿基體3前側面上矩形沉孔37。當纏繞好光纖的內彈性體2，以其第一環行體22、第二環行體25的外圓，膠結於基體3上的端孔33時，其光纖端頭須分別穿越第一腰子形沉孔313及第二腰子形沉孔35， 然後進入基體3的矩形沉孔37之內。當纏繞好光纖的外彈性體1，以其第一內孔11膠結於基體3第三環行體321、第四環行體322的外圓時，其光纖端頭須穿越第二腰子形沉孔35， 然後進入基體3的矩形沉孔37之內。(4)頂蓋 4，見圖 5。頂蓋4是一塊長度方向兩側為圓柱面43的矩形薄板41。在矩形薄板上，尚有4個呈對稱布置的錐端沉孔42。當頂蓋4由螺釘緊固於基體3後，其兩側的第三圓柱面43與基體3兩側的第二圓柱面36互相吻合成同一圓柱體。本實施例可通過選擇各種適宜的材料及相關的機械加工手段，根據各加工件的工程圖紙加工成相應零件後封裝而成。首先，將在外第一圓柱面23上已繞制定長光纖的內彈性體2，以其第一環行體22 和第二環行體25的外圓面膠入基體3的端孔33。膠結時須確保第二環行體25的端面緊貼端孔33的底面331 ；確保第二環行體25上的缺口 M與基體3上的第一腰子形沉孔313對齊，同時將纏繞於外第一圓柱面23上的光纖頭尾先後穿越第一腰子形沉孔313和第二腰子形沉孔35，引入基體3的矩形沉孔37之內；確保各膠合面膠結可靠，缺口 M及鄰接的第一腰子形沉孔313的底部以不流動的稠膠封實。然後，將在外圓上已繞制定長光纖的外彈性體1，以其第一內孔11與基體3上的第三環行體321和第四環行體322膠結；同時須將其光纖的兩個端頭穿越第二腰子形通孔 35，進入基體3的矩形沉孔37之內。膠結時須確保外彈性體1的外端面緊貼於大圓柱體 31的端面312 ；確保各膠合面膠結可靠，第一腰子形沉孔313及第二腰子形通孔35內以不流動的稠膠完全封實。第三，在基體3的矩形沉孔37內，將各光器件按該光纖水聽器的光路原理可靠連接、擺放整齊；再將光纖水聽器的尾纜穿越通孔38，並以膠將尾纜與通孔38牢靠固定。最後，將某種膠粘劑灌入基體3的矩形沉孔37之內；再以4個螺釘將頂蓋4緊固於基體3，使矩形沉孔37內的光器件完全密封。
權利要求1.一種推挽式光纖水聽器，其特徵在於該光纖水聽器主要由內腔中容納各種光器件的基體(3)、頂蓋(4)以及在外部繞制有定長光纖的內彈性體(2)和外彈性體⑴組成；所述基體(3)內腔用頂蓋(4)封閉；所述光纖水聽器的內腔空隙用膠粘劑充填封裝；所述外彈性體(1)是一個由非金屬材料製成的薄壁空心圓柱體； 所述內彈性體( 是一個由非金屬材料製成的薄壁空心圓柱體，在其外第一圓柱面 (23)的左端設有第一環行體(22)，在其外第一圓柱面的右端設有第二環行體(25)，在第二環行體0 上設有缺口 04)；所述基體( 的主體部分設有一個用於容納各種光器件的沉孔(37)；在基體(3)的右側面上，設有一個與沉孔(37)相貫、用於穿越並膠結固定水聽器尾纜的通孔(38)；所述基體(3)的左側從左到右依次設有小圓柱體(3 和大圓柱體(31)；大圓柱體 (31)設有內沉孔(34)；小圓柱體(32)設有端孔(33)，端孔(33)與內沉孔(34)相貫通；端孔(33)的內徑與內彈性體(2)兩端的環行體的外徑相配；在小圓柱體(32)的左端設有第四環行體(322)，在小圓柱體(3 的右端設有第三環行體(321)，所述第四環行體(322)與第三環行體(321)的外徑與外彈性體(1)的第一內孔(11)相配；在大圓柱體(31)的外圓上，間隔均布若干個與內沉孔(34)相貫的第一通孔(311)及第二通孔(314)；在第三環行體(321)及大圓柱體(31)的徑向，設有一個光纖導引孔(313)，其與端孔(33)貫通，但與內沉孔(34)、第二通孔(314)及第一通孔(311)相互隔離；在大圓柱體(31)的端部，與第一腰子形沉孔(313)同一徑向位置上，還軸向設有另一個第二腰子形沉孔(3 ；其深度恰好能貫穿基體(3)前側面上的沉孔(37)；所述纏繞好光纖的內彈性體( ，以其第一環行體0 及第二環行體0 的外圓面膠結於基體C3)上的端孔(3 ；所述缺口 04)與基體C3)上的第一腰子形沉孔(31 對齊， 以便將纏繞於外第一圓柱面上的光纖首尾引入基體(3)上的沉孔(37)之中；所述纏繞好光纖的外彈性體(1)，以其第一內孔(11)膠結於基體C3)上的第三環行體 (321)、第四環行體(32 的外圓；外彈性體(1)上的光纖首尾穿越光纖導引孔(3 後進入基體(3)的沉孔(37)之內。
2.按照權利要求1所述的一種推挽式光纖水聽器，其特徵在於所述基體(3)的主體是由一個長度方向的上下兩側為第二圓柱面(36)、前側面上帶有一個圓頭矩形沉孔(37) 以及四個螺孔(39)的矩形體與矩形體左側的大圓柱體(31)以及小圓柱體(3 疊加而成； 所述大圓柱體(31)、小圓柱體(3 、第四環行體(32 與第三環行體(321)、端孔(3 與內沉孔(34)均與第二圓柱面(36)具有公共軸線；所述頂蓋(4)是一塊長度方向兩側為圓柱面(43)、帶有四個與螺孔(39)位置對應的錐端沉孔0 的矩形薄板Gl)；所述頂蓋(4) 由螺釘緊固於基體C3)之後，其兩側的第三圓柱面與基體C3)兩側的第二圓柱面(36) 的軸線合一，第三圓柱面^幻及第二圓柱面(36)相互吻合。
3.按照權利要求1或2所述的一種推挽式光纖水聽器，其特徵在於所述大圓柱體 (31)的外圓上，與內沉孔(34)相貫的通孔，由徑向間隔均布的第二通孔(314)及兩個第一通孔(311)所組成。
4.按照權利要求3所述的一種推挽式光纖水聽器，其特徵在於所述光纖導引孔由第一腰子形沉孔(31 和第二腰子形沉孔(3 所組成；所述第一腰子形沉孔(31 沿第三環行體(321)及大圓柱體(31)的徑向開設並與端孔(33)相貫通；所述第二腰子形沉孔(35)，由大圓柱體(31)的端部，順大圓柱體(31)的軸向，與徑向布置的第一腰子形沉孔(313)的同一角度位置進行開設，並與基體(3)前側面上的沉孔(37)貫穿。
5.按照權利要求4所述的一種推挽式光纖水聽器，其特徵在於所述內彈性體O)的外第一圓柱面的兩端部設有的第一環行體0 和第二環行體(25)，其外端面分別與第二內孔的端面平齊；當內彈性體⑵膠結於基體⑶上的端孔(33)時，缺口 04)與第一腰子形沉孔(31 對齊，第二環行體0 的外端面與端孔(3 的底面(331)緊貼；當外彈性體(1)以其第一內孔(11)膠結於基體C3)上第三環行體(321)和第四環行體(322) 的外圓時，外彈性體(1)的外端面與大圓柱體(31)的端面(31 緊貼。
專利摘要本實用新型涉及光纖傳感領域的一種應用於探測海洋噪聲的幹涉型、推挽式光纖水聽器。所要解決的技術問題是提供一種推挽式光纖水聽器，能夠滿足光纖水聽器陣列復用技術研發要求，利用光纖水聽器技術替代壓電陶瓷水聽器，在我國領海海域更加靈敏地探測水面上下有關移動體等行蹤。其特徵在於該光纖水聽器主要由內腔中容納各種光器件的基體(3)、頂蓋(4)以及繞制定長光纖的內彈性體(2)和外彈性體(1)組成；所述基體(3)內腔用頂蓋(4)封閉；所述光纖水聽器的內腔空隙用膠粘劑充滿進行封裝；本實用新型結構合理，製作而成的水聽器單元，其聲壓靈敏度、加速度相移靈敏度、耐溫、耐壓、耐腐以及形體尺寸等技術指標均能符合設計要求。
文檔編號G01H9/00GK202041279SQ201020618888
公開日2011年11月16日 申請日期2010年11月19日 優先權日2010年11月19日
發明者盛廣權, 陳小寶, 魏一兵 申請人:中國電子科技集團公司第二十三研究所