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光纖水聽器是以光波為信息載體,以光纖為傳輸介質的新一代傳感技術。與傳統壓電陶瓷水聽器相比,具有靈敏度高、響應帶寬寬、抗電磁干擾能力強、電絕緣性能好、監控距離遠、傳輸速度快、承載信息量更大等優點,廣泛用在艦艇反潛、海底監測網、通信衛星、導dan儲備等軍工事業和石油、天然氣勘探、管道泄漏、煤礦開采、電力系統、建筑工程安全預警、大氣監測、周界安防、環境檢測等民用事業,具有很大的發展潛力。
優點:
1、抗電磁干擾、絕緣性好、耐腐蝕
作為傳感介質的光纖或者光纖器件,其材料主要成分為二氧化硅,是本質安全的。因此光纖傳感技術具有抗電磁干擾、防雷擊、防水防潮、耐高溫、耐腐蝕等特點,可以在條件比較惡劣的環境中(如強輻射、高腐蝕、易燃易爆、高溫高壓、深水礦井等場所)使用。
2、體積小、質量輕、可塑性強
光纖作為傳感技術的主要組成部分,其體積小、質量輕,而且可以進行一定程度的彎曲,因此可以隨被測物體形狀改變走向,能最大限度的適應被測環境,既可以埋入復合材料內,也可以粘貼在材料的表面,與待測材料有著良好的相容性。
3、帶寬大、損耗低、易于長距離傳輸
光纖的工作頻帶寬而且光波在光纖中的傳輸損耗小(如 1550nm 光波在標準單模光纖中的傳輸損耗只有 0.2dB/km),適合長距離傳感和遠程監控。
4、可測參量多、對象廣
通過不同的調制和解調技術,光纖傳感技術可以實現多種參量的傳感。除了應力、溫度、振動、電流、電壓、震動等傳統傳感領域,還可以被應用在測量速度、加速度、轉速、轉角、彎曲、扭絞、位移、溶液濃度、液體泄漏、氣體濃度等新型傳感領域。
5、靈敏度高,便于復用、組網
有效設計的光學傳感技術可以使得光纖傳感技術實現*靈敏度的測量。由于光波間不會相互干擾,可利用通信中的波分復用技術在同一根光纖中同時傳輸很多波長的光信號,而且光纖本身組網便利,有利于與現有光通信設備組成光纖傳感網絡。
具體運用:
1、軍事運用
在海洋中,聲波是唯YI能夠實現遠距離傳播的能量傳遞形式,聲納設備則是海上軍事領域的“順風耳”,能夠在遠距離偵聽到潛艇、艦船等發出的聲音漣漪。光纖水聽器是一種探測水下聲吶的裝置,在軍事應用中,常用于航母、軍艦的聲吶探測和海底觀測網的搭建。由光纖水聽器構成的海防傳感網絡系統,是目前正在開發的新興防衛系統,該系統已開始用于海上邊防和重要軍事地區的海防警戒。未來,還可以把光纖水聽器與陸地偵聽站和空天探測衛星編織成的一張天、地、海的綜合探測網,或將成為軍事物聯傳感網絡的重要組成部分。
2、資源勘測運用
石油、天然氣等勘探中的運用絲毫不亞于軍事方面,用光纖水聽器采集地震波信號,經過信號處理可得到待測區域的資源分布信息。能及時掌握油庫油罐的液位、溫度、壓力、油氣濃度等狀態參數,可以大大提高油庫的進油、儲油和管理的工作效率,極大的提高安全保障。還能通過對各物理量的分析,實時監測井下情況,從而優化采油生產、提高采收率、減少修井作業。
3、管道測漏運用
用于輸送水、氣、油等介質的管網系統已成為日常生活和經濟發展的重要部分,如果泄漏會嚴重影響民眾生活、造成經濟損失,分布式光纖聲波傳感技術、點式光纖水聽器與分布式光纖溫度傳感技術結合可做到對氣體、液體(原油或其他液體)輸送管道全天候監測,報警。
4、水聲物理研究及其他運用
光纖水聽器運用于研究海洋環境中的聲傳播、海洋噪聲、混響、海底聲學特性以及聲學目標特性等;也可以制作魚探儀,用于海洋捕撈作業;還可以記錄海洋生物發出的聲音,研究海洋生物以及實現對海洋環境的監測等。
展望
從目前光纖水聽器的技術發展及應用特點來看,未來光纖水聽器將會向著高靈敏度、大動態范圍和微型化的方向發展,光纖水聽器陣列的規模將會越來越大,對低頻微弱水聲信號的探測能力越來越強。另外,隨著光纖傳感技術的發展,基于新原理、新方法的光纖水聽器將會不斷涌現,在不久的將來,它必將成為各國競相發展和裝備的偵聽利器。
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