芯轴干涉型光纤水听器的声压灵敏度研究.pdfVIP

激光与兴电子学进展 47，070601(2O10) Laser＆0OtoelectrOnicsProgress ⑥2010 《中国激光 》杂志社 doi：10．3788／LOP47．070601 芯轴干涉型光纤水听器的声压灵敏度研究 周 炜 周宏I、张 敏 廖延彪 (清华大学 电子工程系光纤传感实验室 ，北京 100084) 摘要 分析了 3层结构 (封装层 、弹性筒 、芯轴)的芯轴干涉型光纤水听器声压灵敏度。通过建模和三维 的弹性力 学分析 ，结果表明，影响水昕器探头声压灵敏度 的主要 因素为弹性筒的杨 氏模量、壁厚、外半径 以及传感光纤的长 度 。而封装层材料 的杨 氏模量 、泊松 比、厚度和 琶=轴对声压灵敏度的影响不大 。制作 了一批水 听器样品，理论分析 其声压灵敏度 为一150．7dB(rerad／／,Pa)，实测平均值为 151．3dB(rerad／~／Pa)。实测值范 围为 ～ 151．9～ ～ 150．5dB(rerad／#Pa)，理论值与实测结果最大相差不超过 1．2dB(rerad／／zpa)。实验表 明，封装前 、后的工艺流 程对探头的声压灵敏度有一定影 响。 关键词 光纤水 听器 ；声压灵敏度 ；弹性力学 ；封装层 ；弹性简 ；芯轴 中图分类号 TB565一．1 OClS 060．2370230．1040 文献标识码 A AcousticSensitivityofInterferometricFiber-OpticM andrelHydrophone ZhouWei ZhouHongpu ZhangMin LiaoYanbiao (Fiber-opticSensorsLaboratory，Departmerit ElectronicEngineering，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China) Abstract Theacousticsensitivityofmandrelinterferometricfiber—optichydrophonewiththreelayers(coatedlayer， flexibletube。mandre1)wasanalyzed．Modelingwasbuiltwiththree-dimensionalelasticityanalysis．Resultsshow thatthemajorfactorswhichinfluencetheacousticsensitivityofthehydrophoneareelasticmodulus，wallthickness， outerradiusofthetube．andsensingfiberSlengthanddiameter．YoungSmodulus，PoissonSratioandthicknessof encapsulationlayerandmandrelhavelittleeffecton theacousticsensitivity．A numberofhydrophonesampleswere produced．ThetheoreticalvalueoftheiracousticsensitivityiS一15O．7dB (rerad／uPa)，andtheaveragemeasured valuesis一151．3dB (rerad／uPa)．Therangeofmeasuredvaluesis一151．9～一150．5dB (rerad／~Pa)，thedifference betweentheoreticalvalueandthemeasuredvalueislessthan 1．2dB(rerad／uPa)．Experimentsalsoshow that encapsulationprocessofpackaginghassomeinfluenceontheacousticsensitivity． Keywords fiber．optichydrophone；acousticsensitivity；elasticity；encapsulation layer；flexibletube；mandrel 1