含侧腔的机械抗混叠声低通滤波光纤水听器

理论和实验研究了液体粘滞系数对声低通滤波光纤水听器声压灵敏度频响特性的影响。为了更好地描述声低通滤波光纤水听器的声学特性,在已建立的低频集中参量模型中,引入了一个用于描述系统机械损耗的参量,即机械声阻,从而得到了改进后的声压传递函数表达式。仿真结果表明,粘滞系数主要影响共振频率附近的响应,随着粘滞系数的增加,共振频率基本不变,共振峰值迅速下降。利用蓖麻油粘滞系数随温度变化较大的特性,在充油驻波罐中测试了不同温度下声低通滤波光纤水听器的声压灵敏度频响,结果与仿真曲线基本吻合,较好地验证了理论分析的正确性。

报道了一种新颖的具有抗混叠功能的无源零差迈克耳孙型光纤水听器。它由一个普通的芯轴型光纤水听器和一个圆柱型亥姆霍兹共振器构成。在驻波罐中对其声压相位灵敏度频响进行了测量,结果表明该光纤水听器具有较好的声低通滤波特性,能有效地抑制声信号中的高频成分,从而实现抗混叠滤波。该光纤水听器的低频声压相位灵敏度主要由传感光纤长度和弹性增敏层的物理特性决定,约为-159db(0db=1rad/μpa)。在1150hz附近出现了一个共振峰,这主要由圆柱型亥姆霍兹共振器的声学特性决定。1150~2280hz频段内的灵敏度衰减率约为50db/倍频程,1500hz以后的灵敏度衰减量大于10db。这对于提高我国未来声纳系统的抗干扰能力具有十分重要的意义。

本文对光纤水听器时分多路复用阵列系统的构成、工作原理等进行了介绍分析,并提出了各项参数的选择方法和实践中需要重点解决的问题。

为达到虚拟检测光纤水听器信号的软件程序设计的目的,采用其输出信号特点,依据非ni采集卡特性,对3×3耦合解调原理和数学模型进行分析和比较,做了干涉型光纤水听器itt虚拟检测方案,通过调用动态链接库开发基于lab-view的数据采集程序,编写数据处理和显示程序,开发光纤水听器3×3耦合器零差解调法虚拟检测系统。得到该虚拟检测系统具有很好的幅值适应性和低频特性的结论。

当前,光纤水听器阵列的多路复用技术已成为研究的重要课题之一,而时分复用(tdm)技术被认为是最简单有效的方案。本文详细介绍了8路光纤水听器高速时分复用系统的设计过程。分析比较了梯形式及平行式两种光路结构的优缺点,并得出最佳光路方案。选择ti公司生产的tms320f206芯片作为系统控制核心,采用ad公司新出的采样频率达1m的16位ad7677作为a/d转换器,设计出8路光纤水听器高速时分复用系统,测试结果表明系统通道间串扰在-30db左右。对水听器阵列时分复用技术的发展具有相当的参考价值和借鉴意义。

光纤水听器探头是光纤水听器系统的基础。分析了直杆式光纤水听器探头的静力灵敏度,基于薄板小挠度弯曲理论导出了其静力灵敏度计算的解析公式,讨论了光纤水听器探头灵敏度的影响因素,并且利用ansys进行了模拟分析,数值解与解析解比较吻合。

光纤水听器(foh)探头技术是foh系统的基础,探头的动力特性直接影响水听器动态响应的幅频特性、响应范围和带宽。分析了直杆式foh探头的自由振动特性,用rayleigh法导出了其基频计算的理论公式,全面地分析了foh探头基频的影响因素,并利用ansys对其前几阶固有频率和模态进行了模拟分析。基频的数值模拟结果与理论计算结果比较吻合,最大偏差为5.05%。基频理论计算公式对水听器探头的参数优化设计具有指导意义。

在光纤水听器时分复用系统中,需要设计高增益,大带宽的信号检测电路。为了减小系统的噪声同时抑制通道间串扰,必须选择合适的电路带宽。本文分析了待检测信号带宽与脉冲形状的关系,以及电路串扰率与电路带宽、脉冲宽度、通道间延时的关系,给出了电路串扰率的解析表达式,得到了电路串扰带来的解调信号误差的表达式,分析表明电路串扰导致的解调信号误差的幅度与电路串扰率成正比,与前一通道施加的声信号的幅度的贝塞尔函数成正比,最后给出了与理论分析相符的实验结果。

光纤水听器探头是光纤水听器系统的基础。分析了直杆式光纤水听器探头的自由振动特性,用rayleigh法导出了其基频计算的理论公式,讨论了光纤水听器探头基频的影响因素,并且利用ansys对其前几阶固有频率和模态进行了模拟分析,数值结果与解析解比较吻合。

利用ltcc&ltcf(低温共烧陶瓷和低温共烧铁氧体)技术设计和制作了具有标准封装型号0805型叠层片式低通滤波器,给出了一个完整而有效的设计流程。并采用介电常数为14、流延厚度为30μm的陶瓷膜片成功制作了截止频率在220mhz的三阶低通叠层片式滤波器,其外形尺寸为2.0mm×1.2mm×0.9mm。

研究了一种新型、全光纤、宽带可调谐环形腔掺铒光纤激光器。该激光器利用由单模-多模-单模光纤组成的滤波器实现波长可调谐及激光器的全光纤结构。该滤波器将多模光纤缠绕在偏振控制器上,两端分别与一段单模光纤相连,通过调整偏振控制器的状态,实现了中心波长1542～1560nm的不同激光输出。单波长连续可调谐激光器的波长可调范围为18nm,边模抑制比大于40db,3db线宽为0.096nm;进一步调整偏振控制器的状态和抽运功率,实验同时得到了连续可调谐的双波长、三波长等多波长激光输出。对于可调谐的多波长激光器,通过调整偏振控制器的状态,可实现波长间隔及输出中心波长两者可调。

利用集总参数元件进行叠层片式低通滤波器的设计,并使用ulf140材料,经低温共烧陶瓷(ltcc)工艺制作出符合0805封装尺寸要求的截止频率为200mhz的叠层片式低通滤波器。用矢量网络分析仪agilent8722es对样品进行了相关测试,测试结果为:滤波器3db的频率点为200mhz,500mhz时带外抑制达到26db。其仿真结果与实测结果吻合。采用该方法,解决了设计和制作ltcc叠层低通滤波器的一致性问题。

基于改善多模光纤激光器输出光束质量目的,提出了其含有抑制高阶模输出的光纤滤波器的理论模型.运用模式耦合理论,对此模型进行了理论分析,导出了滤波器与端面反射镜构成系统有效反射率的表达式.并根据其表达式作了数值模拟,结果为:对于含滤波器的多模光纤激光器,其高阶模的有效反射率较小,低阶模的有效反射率较大.结论表明,在多模光纤激光器系统中设置一个光纤滤波器,使得低阶模比高阶模更容易起振,可以有效地改善其输出光束的质量,为实验研究提供了一定的理论依据.

运用模式耦合理论和稳态速率方程组,对含有抑制高阶模输出的光纤滤波器的多模光纤放大器的光束质量进行了分析.分析结果表明:对于含有光纤滤波器的多模光纤放大器,总的说来,其光束m2因子明显低于不含有滤波器时的情况,这表明了前者输出的光束质量更好.结果说明了,在多模光纤放大器系统中设置一个光纤滤波器可以有效地改进光束质量.

设计了一种基于机械感生长周期光纤光栅(mi-lpg)的双边缘滤波光纤布拉格光栅(fbg)传感解调方案。采用不同写制参数制作了谐振边带对称交迭,谐振峰值和带宽相同的两个mi-lpg作为滤波器,利用反射fbg信号通过不同光谱特性的滤波器时输出不同光强的比值对数算法确定被测波长。实验表明,本解调方法能够精确、稳定地实现fbg传感信号的解调,动态范围可达5nm,解调系统线性拟合计算值和光谱仪所测波长值的均方差为6pm,线性度好,精度高。

介绍了法布里-珀罗干涉型光纤水听器的工作原理,指出了工作点的选择依据及系统的实现方案。绘制了理想情况下光纤法布里-珀罗干涉的谐振曲线。用光弹学理论分析了光纤的应力双折射问题和谐振腔内模式分裂问题。用模式分裂的原理解释了水听器的谐振曲线畸变现象,提出了描述谐振曲线畸变的数学公式,用mathcad软件仿真了模式分裂后水听器的干涉过程并绘制了理论曲线。用实验方法测量并记录了模式简并及分裂条件下各种谐振曲线的形状,通过实验照片与仿真曲线进行对比,理论仿真与实验结果吻合,这说明用光纤模式分裂理论解释谐振曲线畸变现象是可行的。

利用密集波分复用和时分多路复用技术相结合的大规模阵列结构,以machzehnder干涉型光纤水听器为例,分析了采用相位产生载波技术的频分多路复用,提出了密集波分复用技术在干涉型光纤水听器阵列应用的新方法,给出了复用体系结构,并分析了其在工程上可行性.

针对分布反馈式(dfb)光纤激光器用于水声探测时频响曲线起伏较大的问题,设计了一种开孔套管式封装结构。通过对dfb激光器的封装,使其张紧后被聚氨酯固定于开孔套筒的中心轴线上,利用开孔套管的保护作用以及施加于光纤激光器两端的拉力来抑制水声探测过程中频响曲线的起伏。基于有限元软件ansys对封装结构的动态特性进行了数值仿真计算,然后加工制作了开孔套管结构封装的dfb光纤激光水听器原型样品,并利用振动液柱法进行了测试。试验结果显示,dfb光纤激光水听器在20～800hz的声压灵敏度达到-131db左右,灵敏度起伏不高于±1.5db,表明通过该封装结构的保护及聚氨酯的张紧作用,有效抑制了频响曲线的起伏,改善了dfb光纤激光水听器的水声探测性能。

本文介绍了一种新型的基于分布反馈光纤激光器(dfb-fl)的光纤水听器系统。系统采用非平衡m-z光纤干涉仪的解调方法和相位补偿的零差检测方式。实验结果表明,未封装的dfb-fl对微弱的振动信号非常灵敏,并且能获得准确的声音信号。

可调谐光纤滤波器技术是波分复用系统的关键技术之一,对于发展全光通信网络和光纤传感具有极其重要的意义。提出了一种基于大芯径的多模光纤可调谐带阻滤波器,其制作方法是将包层/纤芯直径为125/105μm的特种多模光纤通过单模光纤接入光纤系统,实现单模-多模-单模(sms)光纤结构,并使一端单模光纤与多模光纤熔接,另一端只是共轴对接而不焊接。在多模干涉原理的基础上,利用该结构对应变的敏感性实现可调谐光滤波。该可调谐滤波器的调制和解调借助于放大自发辐射(ase)宽谱光源和光谱分析仪(osa)实现。详细给出了该滤波器的理论仿真分析,并实验证实了该方案的有效性。

基于失配光纤耦合器的波长特性,从理论上详细分析了两芯间隔d,两芯之间的失配度δβ及耦合区长度z对其光谱特性的影响。结果表明,当δβ和d较小时光纤耦合器可以成为梳状滤波器。δβ主要影响梳状滤波器的消光比,z和d在两芯子匹配的情况下主要影响峰值波长位置和间隔。通过将一根两芯间隔d=12μm的单模双芯光纤(tcf)的一个芯子熔接在两根单模光纤(smf)之间,实验制得基于双芯光纤耦合器的全光纤型梳状滤波器,其消光比可达25db,插入损耗为3.1db。通过使用不同长度的tcf获得了不同的峰值波长间隔,并使用波长为248nm的紫外光对其峰值波长和消光比进行了调节。

忆阻器是一种新型的非线性二端无源器件,具有电阻、电容和电感所不具备的记忆特性.使用忆阻器和由忆阻器构成的忆容等效电路设计了二阶无源低通滤波电路和有源低通滤波电路.spice仿真实验结果证实了设计的可行性.所设计的低通滤波电路在电路参数调整和稳定性方面相比于传统的低通滤波电路具有较大的优势.