一種局域共振型聲子晶體濾波光纖水聽器的製作方法
2023-06-06 03:16:01
專利名稱：一種局域共振型聲子晶體濾波光纖水聽器的製作方法
技術領域：
本發明涉及光纖傳感技術領域，具體是ー種通過聲子晶體對聲信號進行濾波的聲子晶體濾波光纖水聽器。
背景技術：
光纖傳感器與對應的常規傳感器相比，在靈敏度、動態範圍、可靠性等方面具有明顯的優勢。光纖水聽器是利用光纖的傳光特性以及它與周圍環境相互作用產生的種種調製反應，探測液體中壓力、聲音等信號的儀器。它與傳統的壓電類傳感器相比，有以下主要優勢頻帶寬、聲壓靈敏度高、不受電磁幹擾、重量輕、可設計成任意形狀，以及兼具信息傳感及光信息傳輸於一身等優點。局域共振型聲子晶體由劉正猷教授等人於2000年首次提出。他們將包覆了很軟的矽橡膠材料的鉛球按簡單立方晶格結構排列在環氧樹脂基體中，形成了一種三維三組元的聲子晶體。理論和實驗結果均發現，該聲子晶體的帶隙所對應的波長遠大於晶格常數，突破了 Bragg散射機理的限制。而且在散射體並非嚴格周期分布吋，複合結構同樣具有帶隙，由此提出了弾性波帶隙的局域共振機理。局域共振機理認為，在特定頻率的弾性波激勵下，各個散射體產生共振，並與彈性波長波行波相互作用，從而抑制其傳播。由於局域共振帶隙的產生取決於散射體自身共振特性與基體中長波行波的相互作用，因此，其帶隙頻率與單個散射體固有的振動特性密切相關。這為聲子晶體的低頻減振降噪應用開創了新的局面。
發明內容
本發明的主要目的在於提供一種能夠提高光纖水聽器的靈敏度，並通過聲子晶體對聲信號進行濾波的局域共振型聲子晶體濾波光纖水聽器。本發明的目的是這樣實現的局域共振型聲子晶體濾波光纖水聽器，包括光纖水聽器測量裝置、局域共振型聲子晶體，其特徵是局域共振型聲子晶體由周期性排列的基元組成，光纖水聽器測量裝置布放在局域共振型聲子晶體中。基元包括球型心體、包覆層和立方基體，由包覆層包覆的球型心體被封裝在立方基體中心處。光纖水聽器測量裝置為嵌入在局域共振型聲子晶體中的光纖水聽器水聲測量基元，光纖水聽器水聲測量基元的主體為DFB光纖雷射器，包覆層將DFB光纖雷射器固定在光纖水聽器水聲測量基元的球型心體外壁，立方基體將球型心體、DFB光纖雷射器及包覆層封裝在立方基體的中心處。本發明具有以下有益效果I、本發明通過聲子晶體的低頻減振降噪的作用，使光纖水聽器具有低頻濾波的作用。
2、本發明中水聽器主體部分為局域共振型聲子晶體，很大程度上減小了水聽器的體積。3、本發明通過改變局域共振型聲子晶體的結構或材料，可以改變其濾波的頻率，使本發明提供的光纖水聽器具有強大的分頻復用的功能。
圖I光纖水聽器水聲測量基元內部結構示意圖；圖2光纖水聽器水聲測量基元結構示意圖；圖3局域共振型聲子晶體基兀內部結構不意圖；圖4局域共振型聲子晶體基兀結構不意圖；圖5 —種局域共振型聲子晶體濾波光纖水聽器結構示意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案更加清楚明白，以下結合具體情況並參照附圖，對本發明進行詳細的說明。光纖水聽器測量部分包括DFB光纖雷射器；局域共振型聲子晶體部分包括多個進行簡單立方晶格結構排列的基元；基元部分包括球型心體、包覆層、立方基體。該光纖水聽器的主體為多個基元進行簡單立方晶格結構排列組成的局域共振型聲子晶體，實現對聲場的濾波；DFB光纖雷射器布放到其中一個或幾個基元中，用於測量水聲信號。如圖I所示，圖I為本發明光纖水聽器水聲測量基元內部結構示意圖。該光纖水聽器測量基元主體為ー具有中心對稱結構的立方基體3，並包括作為球型心體I ;安裝於所述球型心體I外壁的DFB光纖雷射器4 ;通過包覆層2將DFB光纖雷射器固定於球型心體I外壁；立方基體3將所述球型心體I、DFB光纖雷射器4及包覆層2封裝其中心處。球型心體I由質量均勻的鉛球構成，其半徑為5_。DFB光纖雷射器安裝於球型心體I的外壁，並與其緊密接觸。包覆層2由很軟的矽橡膠材料構成。立方基體3的材料一般由環氧樹脂構成。如圖2所示，圖2為本發明光纖水聽器水聲測量基元結構示意圖。圖中的立方體基元6是上述的光纖水聽器水聲測量基元，用於對水聲測量。尾纖5用於信號的傳輸。如圖3所示，圖3為本發明局域共振型聲子晶體基元內部結構示意圖。該局域共振型聲子晶體的主體是ー個由環氧樹脂構成的立方基體9 (與上述的立方基體3相同)，該部分還包括一個質量均勻的鉛球作為球型心體7 (與上述的球型心體I相同),球型心體7外壁包覆著矽橡膠材料的包覆層8 (與上述的包覆層2相同)。如圖4所示，圖4為本發明局域共振型聲子晶體基元結構示意圖。圖中的立方體基元10是局域共振型聲子晶體的ー個基元。如圖5所示，圖5為本發明局域共振型聲子晶體濾波光纖水聽器結構示意圖。圖中的尾纖11用於信號的傳輸，圖中立方體12是將多個基元進行簡單的立方晶格結構排列，形成的局域共振型聲子晶體，用於對聲信號的濾波及低頻降噪，圖中基元13為局域共振型聲子晶體基元，用於水聲信號測量的光纖水聽器水聲測量基元位於整體結構的中心位置，並在此基礎上還可以布放多個光纖水聽器水聲測量基元進行陣列測量。、
以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進ー步詳細說明。所應理解的是以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種局域共振型聲子晶體濾波光纖水聽器，包括光纖水聽器測量裝置、局域共振型聲子晶體，其特徵是局域共振型聲子晶體由周期性排列的基元組成，光纖水聽器測量裝置布放在局域共振型聲子晶體中。
2.根據權利要求I所述的局域共振型聲子晶體濾波光纖水聽器，其特徵是所述的基元包括球型心體、包覆層和立方基體，由包覆層包覆的球型心體被封裝在立方基體中心處。
3.根據權利要求I和2所述的局域共振型聲子晶體濾波光纖水聽器，其特徵是所述的光纖水聽器測量裝置為嵌入在局域共振型聲子晶體中的光纖水聽器水聲測量基元，光纖水聽器水聲測量基元的主體為DFB光纖雷射器，包覆層將DFB光纖雷射器固定在光纖水聽器水聲測量基元的球型心體外壁，立方基體將球型心體、DFB光纖雷射器及包覆層封裝在立方基體的中心處。
全文摘要
本發明涉及光纖傳感技術領域，具體是一種通過聲子晶體對聲信號進行濾波的聲子晶體濾波光纖水聽器。該發明包括光纖水聽器測量裝置、局域共振型聲子晶體，局域共振型聲子晶體由周期性排列的基元組成，光纖水聽器測量裝置布放在局域共振型聲子晶體中。基元包括球型心體、包覆層和立方基體，由包覆層包覆的球型心體被封裝在立方基體中心處。光纖水聽器水聲測量基元的主體為DFB光纖雷射器，包覆層將DFB光纖雷射器固定在光纖水聽器水聲測量基元的球型心體外壁，立方基體將球型心體、DFB光纖雷射器及包覆層封裝在立方基體的中心處。該發明體積小、具有強大的低頻濾波作用和分頻復用的功能。
文檔編號G01H9/00GK102620808SQ20121007829
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月23日 優先權日2012年3月23日
發明者孫偉民, 張建中, 李興亮, 李琪, 柴全, 葛玉斌, 郝倩倩 申請人:哈爾濱工程大學