光纤矢量水听器工作原理浅析

光纤矢量水听器工作原理

光纤矢量水听器是一种新型的水声测量设备，其工作原理是通过高灵敏度的光学相干检测，将水声振动转换成光信号，再通过光纤传至信号处理系统提取声信号信息。

与传统水听器相比，光纤矢量水听器可以更精准地测量水下声压，以及声场动能密度与声能流密度（声场坡印廷矢量），从而提供更丰富的数据支撑。

干涉型光纤水听器是基于高性能的迈克耳孙干涉仪结构，由激光器发出的光经光隔离器后，通过3dB光纤耦合器被分为两束，分别进入干涉仪两臂，经光纤后端的反射镜反射后返回光纤耦合器进行干涉，干涉光信号经光电探测器转换为电信号，再进行信号处理就可以得到声波信息。水声信号作用于弹性体上，引起弹性体的微应变，而绕在弹性体上的光纤随之发生应变，光纤的应变随即改变（调制）光纤中传播的光波的相位。通过解调出光波相位的变化从而就能获得水声信号的大小。

对于光波相位的解调都是经过激光干涉来实现的，因此，光纤绕制在水听器弹性体上成为光纤水听器敏感圈后，还要将该敏感圈接入光纤Michelson干涉仪中，该光纤水听器的光路原理图如图1所示。

图 干涉型光纤水听器原理图

光纤矢量水听器的各种类型

光纤矢量水听器的类型有多种，其中最常见的是干涉型光纤矢量水听器。它利用干涉仪的原理，将水声振动转换为干涉仪中的相位差变化，再通过检测干涉仪的输出光信号来获取水声信息。干涉型光纤矢量水听器具有灵敏度高、信号经光纤传输损耗小、免电磁干扰、无串扰等优点，能够在恶劣的环境中实现长期稳定工作。

另一种常见的光纤矢量水听器是微光学结构光纤水听器。这种水听器技术是将传感器直接刻在光纤上，具有体积小、易于波分复用、制作工艺相对简单、性能可靠等优点。它适用于大型岸基海域防卫警戒系统、舰载声纳阵、海洋噪声监测阵等应用场合，尤其是水听器拖曳阵应用场合。

此外，还有分布式光纤矢量水听器。这种水听器利用分布式光纤传感技术（DAS）探测水下声波信号的光纤水听器阵列。多个光纤水听器组成阵列，对水下声波进行空间分离拾取，可以应用于水声警戒声呐、水雷声引信、鱼类探测、多基地声呐、水下导航等领域。

以上是光纤矢量水听器的几种类型，它们各有特点，适用于不同的应用场景。在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的光纤矢量水听器类型。