CN110346030B - 一种全光网络水听器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种全光网络水听器,包括设置于封装外壳内的悬臂梁和纤维毛,所述悬臂梁呈十字交叉垂直固定于所述封装外壳内,所述纤维毛垂直穿过所述悬臂梁的十字交叉连接处,分为上端纤维毛和下端纤维毛;所述封装外壳为圆柱体形状,其底部设有与光源连接的入射导光光纤,侧壁设有与信号处理模块连接的出射导光光纤,所述出射导光光纤设置在相邻两个垂直交叉的悬臂梁端部;所述封装外壳上方设有栅格,所述下端纤维毛涂有条状反光材料。本发明提供的水听器,能够检测到微弱信号,可避免电磁干扰,可实现对特定频率信号的筛选,能够减小强信号对于内部结构的冲击,并且通过衍射,可以过滤部分频段的信号。
Description
技术领域
本发明涉及MEMS仿生矢量水听器技术领域,尤其涉及一种全光网络水听器。
背景技术
声波是在海洋中唯一能够远距离传播的能量形式,而水听器是检测海洋中声波信号的基本器件。其中,基于MEMS技术的微型水听器作为一种微型的水声探测器件,从其诞生之日起就展现出传统水听器无法比拟的优越性,如基于MEMS技术的微型水听器的质量更轻、体积更小、容易隐藏且稳定性高。
如公开号为CN104062632A的中国专利公开了 一种四纤毛仿生MEMS矢量水声传感器微结构,包括正方形框架和架设于所述正方形框架中央的“井”字形悬梁臂,所述“井”字形悬梁臂的各段梁由宽段和对称设置于所述宽段两侧的窄段组成,所述窄段上分别设置有阻值相等的压敏电阻,所述压敏电阻共形成两组惠斯通全桥,所述两组惠斯通全桥分别测量两个相互垂直方向上的水生信号,各个正方形连接体上均固定的设置有垂直纤毛。该发明利用MEMS技术将四根仿生纤毛集成在一个芯片上,并且采用“井”字形悬梁臂结构,通过各段梁窄-宽-窄的形式,提高局部应力集中,从而提高压敏电阻的阻值变化,进而提高结构的灵敏度,解决了现有的MEMS仿生水听器灵敏度与频响范围之间的矛盾。
因此,基于MEMS技术的矢量水听器已经向微型化、集成化方向发展,基本可以实现二维平面内方位的探测,但现有的水听器基本都是以压敏、压电式水听器为主,利用惠斯通电桥得到差分信号,里面包含电路结构,但抗电磁干扰能力和空间指向性差,定向精度不高,空间分辨率不够,难以检测微弱信号。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种全光网络水听器,所述水听器包括设置于封装外壳内的悬臂梁和纤维毛,所述悬臂梁呈十字交叉垂直固定于所述封装外壳内,所述纤维毛垂直穿过所述悬臂梁的十字交叉连接处,分为上端纤维毛和下端纤维毛。
其中,所述封装外壳为圆柱体形状,其底部设有与光源连接的入射导光光纤,侧壁设有与信号处理模块连接的出射导光光纤。
其中,所述出射导光光纤设置在相邻两个垂直交叉的悬臂梁端部。
其中,所述出射导光光纤的数量为两根以上。
其中,所述封装外壳上方设有栅格。
其中,所述栅格的长度为6-10mm,所述栅格的宽度为1-3mm,所述栅格之间的距离为2.2-2.6mm。
其中,所述上端纤维毛为圆柱体,所述下端纤维毛为倒锥体,且所述倒锥体的底面直径d2大于所述圆柱体的直径d1。
其中,所述下端纤维毛涂有条状反光材料。
其中,所述封装外壳采用具有塑性与弹性的SEBS基材料制成,所述悬臂梁采用SOI材料制成,所述纤维毛采用与水密度相近的PE塑料材质制成。
其中,所述水听器的声波信号检测方法为:在封装外壳侧壁上建立y坐标系,与所述y方向垂直的方向作为x方向;当无信号时,纤维毛保持平衡,处于平衡位置,两侧条形光斑同处于y轴原点处;当有声波信号传来时,纤维毛上端偏移一定角度,造成光条在y轴的位置改变,左右条形光斑发生移动,通过比较两个方向上的y轴条形光斑位置即可确定来自二维方向上的信号。
本发明的有益效果:
本发明提供的全光网络水听器与现有技术中的水听器相比,具有以下优点:
1、利用光杠杆放大原理来检测微量位置,能够检测到微弱信号;
2、通过光纤与反射材料的组合形成全光结构,可避免电磁干扰;
3、通过在封装外壳上方设置栅格,可实现对特定频率信号的筛选;
4、通过将封装外壳设置成圆柱体形状,能够减小强信号对于内部结构的冲击,并且通过衍射,可以过滤部分频段的信号。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案,下面将对实施方式中需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式,对应本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的全光网络水听器的主视图;
图2为本发明实施例提供的全光网络水听器的俯视图;
图3为本发明实施例提供的全光网络水听器的立体结构示意图;
图4为本发明实施例提供的全光网络水听器中纤维毛的结构示意图;
图5为本发明实施例提供的全光网络水听器的作用机理示意图;
附图中附图标记所对应的名称为:1-封装外壳,2-悬臂梁,3-纤维毛,301-上端纤维毛,302-下端纤维毛,4-入射导光光纤,5-出射导光光纤,6-栅格,7-反光材料。
具体实施方式
以下是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
实施例1
本发明提供了一种全光网络水听器,所述水听器包括设置于封装外壳1内的悬臂梁2和纤维毛3,所述悬臂梁2呈十字交叉垂直固定于所述封装外壳1内,所述纤维毛3垂直穿过所述悬臂梁2的十字交叉连接处,分为上端纤维毛301和下端纤维毛302;所述封装外壳1为圆柱体形状,其底部设有与光源连接的入射导光光纤4,侧壁设有与信号处理模块连接的出射导光光纤5;所述出射导光光纤5设置在相邻两个垂直交叉的悬臂梁2端部,所述出射导光光纤5的数量为六根。所述封装外壳1上方设有栅格6,所述栅格6的长度为8mm,所述栅格6的宽度为2mm,所述栅格6之间的距离为2.4mm。
所述上端纤维毛301为圆柱体,所述下端纤维毛302为倒锥体,且所述倒锥体的底面直径d2大于所述圆柱体的直径d1,其中d1=4mm ,d2=6mm ,所述下端纤维毛302涂有条状反光材料7;所述封装外壳1采用具有塑性与弹性的SEBS基材料制成,所述悬臂梁2采用SOI材料制成,所述纤维毛3采用与水密度相近的PE塑料材质制成。
实施例2
本发明提供了一种全光网络水听器,所述水听器包括设置于封装外壳1内的悬臂梁2和纤维毛3,所述悬臂梁2呈十字交叉垂直固定于所述封装外壳1内,所述纤维毛3垂直穿过所述悬臂梁2的十字交叉连接处,分为上端纤维毛301和下端纤维毛302;所述封装外壳1为圆柱体形状,其底部设有与光源连接的入射导光光纤4,侧壁设有与信号处理模块连接的出射导光光纤5;所述出射导光光纤5设置在相邻两个垂直交叉的悬臂梁2端部,所述出射导光光纤5的数量为六根。所述封装外壳1上方设有栅格6,所述栅格6的长度为7mm,所述栅格6的宽度为1.5mm,所述栅格6之间的距离为2.5mm。
所述上端纤维毛301为圆柱体,所述下端纤维毛302为倒锥体,且所述倒锥体的底面直径d2大于所述圆柱体的直径d1,其中d1=4mm ,d2=6mm ,所述下端纤维毛302涂有条状反光材料7;所述封装外壳1采用具有塑性与弹性的SEBS基材料制成,所述悬臂梁2采用SOI材料制成,所述纤维毛3采用与水密度相近的PE塑料材质制成。
实施例3
本发明提供了一种全光网络水听器,所述水听器包括设置于封装外壳1内的悬臂梁2和纤维毛3,所述悬臂梁2呈十字交叉垂直固定于所述封装外壳1内,所述纤维毛3垂直穿过所述悬臂梁2的十字交叉连接处,分为上端纤维毛301和下端纤维毛302;所述封装外壳1为圆柱体形状,其底部设有与光源连接的入射导光光纤4,侧壁设有与信号处理模块连接的出射导光光纤5;所述出射导光光纤5设置在相邻两个垂直交叉的悬臂梁2端部,所述出射导光光纤5的数量为六根。所述封装外壳1上方设有栅格6,所述栅格6的长度为9mm,所述栅格6的宽度为2.5mm,所述栅格6之间的距离为2.3mm。
所述上端纤维毛301为圆柱体,所述下端纤维毛302为倒锥体,且所述倒锥体的底面直径d2大于所述圆柱体的直径d1,其中d1=4mm ,d2=6mm ,所述下端纤维毛302涂有条状反光材料7;所述封装外壳1采用具有塑性与弹性的SEBS基材料制成,所述悬臂梁2采用SOI材料制成,所述纤维毛3采用与水密度相近的PE塑料材质制成。
实施例4
本发明提供了一种全光网络水听器,所述水听器包括设置于封装外壳1内的悬臂梁2和纤维毛3,所述悬臂梁2呈十字交叉垂直固定于所述封装外壳1内,所述纤维毛3垂直穿过所述悬臂梁2的十字交叉连接处,分为上端纤维毛301和下端纤维毛302;所述封装外壳1为圆柱体形状,其底部设有与光源连接的入射导光光纤4,侧壁设有与信号处理模块连接的出射导光光纤5;所述出射导光光纤5设置在相邻两个垂直交叉的悬臂梁2端部,所述出射导光光纤5的数量为六根。所述封装外壳1上方设有栅格6,所述栅格6的长度为6mm,所述栅格6的宽度为3mm,所述栅格6之间的距离为2.2mm。
所述上端纤维毛301为圆柱体,所述下端纤维毛302为倒锥体,且所述倒锥体的底面直径d2大于所述圆柱体的直径d1,其中d1=4mm ,d2=6mm ,所述下端纤维毛302涂有条状反光材料7;所述封装外壳1采用具有塑性与弹性的SEBS基材料制成,所述悬臂梁2采用SOI材料制成,所述纤维毛3采用与水密度相近的PE塑料材质制成。
实施例5
本发明提供了一种全光网络水听器,所述水听器包括设置于封装外壳1内的悬臂梁2和纤维毛3,所述悬臂梁2呈十字交叉垂直固定于所述封装外壳1内,所述纤维毛3垂直穿过所述悬臂梁2的十字交叉连接处,分为上端纤维毛301和下端纤维毛302;所述封装外壳1为圆柱体形状,其底部设有与光源连接的入射导光光纤4,侧壁设有与信号处理模块连接的出射导光光纤5;所述出射导光光纤5设置在相邻两个垂直交叉的悬臂梁2端部,所述出射导光光纤5的数量为六根。所述封装外壳1上方设有栅格6,所述栅格6的长度为10mm,所述栅格6的宽度为1mm,所述栅格6之间的距离为2.6mm。
所述上端纤维毛301为圆柱体,所述下端纤维毛302为倒锥体,且所述倒锥体的底面直径d2大于所述圆柱体的直径d1,其中d1=4mm ,d2=6mm ,所述下端纤维毛302涂有条状反光材料7;所述封装外壳1采用具有塑性与弹性的SEBS基材料制成,所述悬臂梁2采用SOI材料制成,所述纤维毛3采用与水密度相近的PE塑料材质制成。
在本发明实施例中,栅格的宽度在1-3mm范围内根据测量不同频率范围进行相应调整。
在本发明实施例中,悬臂梁2通过弹性材料连接固定于封装外壳1内部,同时在封装外壳1底部和侧壁开孔,固定入射导光光纤4和出射导光光纤5。
在本发明实施例中,SEBS基材料采用聚丁二烯加氢得到的乙烯-丁烯共聚物为中间弹性嵌段的线性三嵌共聚物,SOI材料采用注氧隔离的SIMOX材料、硅片键合和反面腐蚀的BESOI材料或将键合与注入相结合的Smart Cut SOI材料。
本发明提供的全光网络水听器,声波信号检测方法为:在封装外壳1侧壁上建立y坐标系,与所述y方向垂直的方向作为x方向;当无信号时,纤维毛3保持平衡,处于平衡位置,两侧条形光斑同处于y轴原点处;当有声波信号传来时,纤维毛3上端偏移一定角度,造成光条在y轴的位置改变,左右条形光斑发生移动,通过比较两个方向上的y轴条形光斑位置即可确定来自二维方向上的信号。
本发明提供的全光网络水听器,光源将光由入射导光光纤4将光导出,当水听器受到某一方向的声波作用时,纤维毛3发生摆动,反射光线随纤维毛3摆动并由出射导光光纤5导出,通过两个方向的出射导光光纤5位置,正交确定声波来源方向。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都是属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种全光网络水听器,其特征在于:所述水听器包括设置于封装外壳内的悬臂梁和纤维毛,所述悬臂梁呈十字交叉垂直固定于所述封装外壳内,所述纤维毛垂直穿过所述悬臂梁的十字交叉连接处,分为上端纤维毛和下端纤维毛;
所述封装外壳为圆柱体形状,其底部设有与光源连接的入射导光光纤,侧壁设有与信号处理模块连接的出射导光光纤,所述出射导光光纤设置在相邻两个垂直交叉的悬臂梁端部;所述封装外壳上方设有栅格;
所述上端纤维毛为圆柱体,所述下端纤维毛为倒锥体,且所述倒锥体的底面直径d2大于所述圆柱体的直径d1;所述下端纤维毛涂有条状反光材料。
2.根据权利要求1所述的一种全光网络水听器,其特征在于:所述出射导光光纤的数量为两根以上。
3.根据权利要求1所述的一种全光网络水听器,其特征在于:所述栅格的长度为6-10mm,所述栅格的宽度为1-3mm,所述栅格之间的距离为2.2-2.6mm。
4.根据权利要求1-3中任意一项权利要求所述的一种全光网络水听器,其特征在于:所述封装外壳采用具有塑性与弹性的SEBS基材料制成,所述悬臂梁采用SOI材料制成,所述纤维毛采用与水密度相近的PE塑料材质制成。
5.根据权利要求1-3中任意一项权利要求所述的一种全光网络水听器,其特征在于,所述水听器的声波信号检测方法为:在封装外壳侧壁上建立y坐标系,与y方向垂直的方向作为x方向;当无信号时,纤维毛保持平衡,处于平衡位置,两侧条形光斑同处于y轴原点处;当有声波信号传来时,纤维毛上端偏移一定角度,造成光条在y轴的位置改变,左右条形光斑发生移动,通过比较两个方向上的y轴条形光斑位置即可确定来自二维方向上的信号。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20210528 |
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