CN117723144B - 一种偏振调制式水声检测装置、方法及水听器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水听器技术领域，公开了一种偏振调制式水声检测装置、方法及水听器。本发明采用具有双折射特性的透明晶体或液晶材料制成的敏感元件，通过敏感元件形变时双折射透明晶体或液晶偏振光的偏振态变化，将水声信号调制到偏振光信号上，通过解调光偏振态变化信号实现水声信号检测。本发明装置包括线偏振光源、敏感元件、光偏振态检测器、光电转换器阵列及信号滤波处理电路，线偏振光源发出的线偏振光入射到敏感元件，光偏振态检测器将敏感元件出射的偏振光解偏，解调出通过敏感元件调制到光偏振态中的水声信号，光电转换器阵列将检测到的水声光信号变成电信号，最后由信号滤波处理电路滤波处理得到水声信号。本发明自噪声水平低，灵敏度高。
Description
技术领域
本发明属于水听器技术领域，特别涉及一种偏振调制式水声检测装置、方法及水听器。
背景技术
作为检测水声信号的重要器件，水听器广泛用于水中探测、目标定位、通信、跟踪、声场测量等方面，是人类洞察大海的关键器件。现有水听器可划分为电路式和光路式两类。
电路式水听器又包括磁电式、压电式、压阻式和电容式水听器，此类水听器的敏感元件与调理电路对温度敏感，电路热噪声决定了其自噪声最低水平；因热噪声由水听器的温度决定，从其工作原理可知，在现有水平基础上进一步降低电路式水听器的自噪声水平非常困难。
光路式水听器大多以不同类型的光纤为敏感元件，虽抗电磁干扰的能力较强，但基于光路的信号调理和解调过程比较复杂，灵敏度的提高需要突破现有水听器机理的束缚。近年来，光路式水听器的研究虽然取得了相当大的进步，但研究人员仍然没有找到一种高灵敏度且低噪声水平的水听器设计方案，来满足海洋日益增强背景噪声下弱水声信号的水听需求。
综上，现有水听器，无论是电路式水听器还是光路式水听器，在增加水听器的灵敏度以及降低自噪声方面等均遇到了技术瓶颈，因此迫切需要提出一种新型水声检测装置。
发明内容
本发明的目的在于提出一种偏振调制式水声检测装置，该检测装置采用具有双折射特性的透明晶体或液晶材料制成的敏感元件，通过敏感元件形变时具有双折射特性的晶体或液晶偏振光的偏振态变化，将水声信号调制到偏振光信号上，通过解调光偏振态信号，实现水声信号的检测，该检测装置具有更低的自噪声水平以及更高的灵敏度。
本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：
一种偏振调制式水声检测装置，包括：
敏感元件，是由具有双折射特性的透明晶体或液晶材料制成的，该敏感元件用于将水声信号转换为偏振光的偏振态变化信号；
窄带线偏振光源，用于产生线偏振光，其中线偏振光能够以与敏感元件的主光轴呈θ角的方向入射到敏感元件内，θ的角度范围为：0＜θ＜90°；
光偏振态检测器，用于将由敏感元件出射的已调偏振光解调成光强条纹；
光电探测器阵列，用于采集由光偏振态检测器射出的光强条纹并将其转换为电信号；
以及信号滤波处理电路，用于采集由光电探测器阵列得到的电信号，并对该电信号进行滤波处理，消除电信号中的高频干扰和直流信号，得到检测的水声信号；
当敏感元件处于无水声环境时，窄带线偏振光源发出的线偏振光入射到敏感元件内，预先调整光偏振态检测器，使光偏振态检测器输出的光强条纹对比度最大；
当敏感元件处于水声声场内时，不再调整窄带线偏振光源以及光偏振态检测器，使得水声信号转换成敏感元件透射光的偏振态变化信号，并通过所述光偏振态检测器进行解调。
此外，在上述偏振调制式水声检测装置的基础上，本发明还提出了一种与之相适应的偏振调制式水声检测方法，该偏振调制式水声检测方法采用如下技术方案：
一种偏振调制式水声检测方法，采用上述偏振调制式水声检测装置，其包括如下步骤：
步骤1. 将敏感元件放置在水声声场中；
步骤2. 窄带线偏振光源发出的线偏振光入射进敏感元件，线偏振光入射进敏感元件的方向与敏感元件的主光轴呈θ角，完成水声信号对偏振光的偏振态调制；
步骤3. 光偏振态检测器将由敏感元件出射的已调偏振光解调成光强条纹；
步骤4. 光电探测器阵列采集由光偏振态检测器形成光强条纹并将其转换为电信号；
步骤5. 信号滤波处理电路采集由光电探测器阵列得到的电信号，并对该电信号进行滤波处理，消除高频干扰和直流信号，得到检测到的水声信号；
在利用偏振调制式水声检测装置对水声信号进行检测之前，首先将敏感元件放在无水声环境，窄带线偏振光源发出的线偏振光入射到敏感元件内，预先调整光偏振态检测器，使光偏振态检测器输出的光强条纹对比度最大；
当敏感元件处于水声声场内时，不再调整窄带线偏振光源以及光偏振态检测器，使得水声信号转换成敏感元件透射光的偏振态变化信号，并通过光偏振态检测器进行解调。
此外，在上述偏振调制式水声检测装置的基础上，本发明还提出了一种水听器，该水听器包括水声检测装置，其中水声检测装置采用如上面所述的偏振调制式水声检测装置。
本发明具有如下优点：
本发明述及了一种偏振调制式水声检测装置，该装置利用具有特殊光学特性（双折射特性）的透明晶体或液晶材料，实现水声对偏振光的调制，能获得比其他检测方法更高的水声信噪比。本发明装置从原理上不仅避免了现有压电、压阻、电容和电磁信号等电路式水听器在抗电磁干扰方面的不足，还避免了电路式水听器（电路式水声检测装置）因敏感元件和前置放大电路热噪声等的影响，具有更低的自噪声水平；本发明装置与现有的光路式水听器（光路式水声检测装置）不同，不再以光的波长、频率、强度或相位为水声信号检测时的关键中间参量，敏感元件不再将水声信号直接转化为波长、频率、强度或相位的变化量，而是以光的偏振态为关键中间参量，敏感元件首先将水声信号直接转化为光的偏振态变化量，比现有的光纤检测装置具有更高的灵敏度。本发明装置的调理光路和水声解调光路更简单，减少了光学元件数量，降低了***损耗与噪声叠加，增加了降低自噪声水平的技术空间。
附图说明
图1为本发明实施例中偏振调制式水声检测装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中光偏振态检测器的***图；
图3为本发明实施例中偏振调制式水声检测方法的流程图；
附图标号说明：
1-窄带线偏振光源，2-敏感元件，3-光偏振态检测器，4-光电探测器阵列，5-信号滤波处理电路，6-减反射膜，7-第二偏振光栅，8-第三偏振光栅，9-二分之一波片，10-不透明膜。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
实施例1
本实施例1述及了一种偏振调制式水声检测装置，该装置采用具有双折射特性的透明晶体材料制成的敏感元件，直接以光偏振态为参量，通过敏感元件形变时具有双折射特性的透明晶体偏振光的偏振态变化，将水声信号调制到偏振光信号上，通过解调光偏振态信号，实现水声信号的检测，该检测装置具有更低的自噪声水平以及更高的灵敏度。
如图1所示，本实施例中偏振调制式水声检测装置，包括窄带线偏振光源1、敏感元件2、光偏振态检测器3、光电探测器阵列4以及信号滤波处理电路5。
窄带线偏振光源1，用于为本发明偏振调制式水声检测装置提供波长范围很小（理想范围为单一波长）、噪声小、偏振度高的偏振光源，以产生线偏振光。
具体的，该窄带线偏振光源1包括激光光源以及与其配套的第一偏振光栅。
激光光源输出线宽范围不大于2nm的光，配套的偏振光栅的中心波长（如1550nm）与激光光源的中心波长相同，用于为光起偏，经偏振光栅滤波的光源变为线偏振光。
其中窄带线偏振光源1产生的线偏振光，能够以与敏感元件2的主光轴呈θ角的方向入射到敏感元件2内，本实施例中θ的角度范围为：0＜θ＜90°。
敏感元件2是由具有双折射特性的透明晶体材料制成的，该敏感元件对水声信号敏感，能够将水声信号转换成穿过它的线偏振光的偏振态变化信号，其基本原理为：
以线偏振光入射到敏感元件2时，若其振动方向与晶体光轴夹θ角(θ≠0)，入射的光振动分解成垂直于光轴(o振动)和平行于光轴(e振动)两个分量，对应晶体中的 o光和e光。
因具有双折射特性的透明晶体材料在o方向和e方向的折射率不同，因此，光在两个方向上产生光程差，合成光的偏振态与入射时的偏振态相比就发生了变化。
其中偏振态的变化量δ与光在敏感元件2中传输的距离d成正比。处于水声声场中的敏感元件2，在水声产生的应力作用下将产生形变，使其大小尺寸发生变化Δl。
若有线偏振光与光轴呈θ角入射进敏感元件2，水声信号引起的晶体尺寸变化Δl转化为光在敏感元件2中传输距离的变化信号Δd，使光的偏振态产生Δδ的变化量。
当敏感元件2的原始大小和线偏振光的入射角一定时，Δδ与水声强度成正比。当水声引起的应力消失后，敏感元件2的形变消失，其尺寸恢复为原始状态，即当水声作用于敏感元件时，水声信号转换成敏感元件2透射光的偏振态变化信号Δδ。
此处，水声引起的应力消失，即水声信号为零时，以下称为“静态”。
更进一步地，本实施例中θ的角度范围为30°≤θ≤60°。因同样的敏感元件2形变，在θ=45°时将产生强度相等的o光和e光，使得光偏振态检测器3形成的光强条纹对比度最大，因此，通常选择线偏振光与晶体主光轴呈45°入射进敏感元件2。
其中具有双折射特性的透明晶体，例如包括云母、方解石、石英等透明晶体材料。
当然，敏感元件2还可以是具有双折射特性的透明液晶材料制成的。
例如，敏感元件2是由向列相液晶弹性体制成。
其中向列相液晶弹性体是向列相液晶材料和弹性体材料交联而成，向列相液晶用于将水声信号转换为偏振态变化信号；弹性体材料，用于为向列相液晶提供支撑骨架。
当然，以上向列相液晶弹性体只是示例性的，并不作为对具有双折射特性的透明液晶材料的限制，具有双折射特性的透明液晶材料例如还包括向蓝相液晶等等。
光偏振态检测器3用于提取敏感元件2出射偏振光的偏振态变化信号Δδ，将由敏感元件2出射的已调偏振光解调成光强条纹，进而完成水声信号解调。
如图2所示，光偏振态检测器3包括减反射膜6、第二偏振光栅7、第三偏振光栅8、二分之一波片9以及具有两个平行缝的不透明膜10。
其中入射到光偏振态检测器3的偏振光，先经过减反射膜6，然后经过第二偏振光栅7和第三偏振光栅8，紧接着从第三偏振光栅8中出来的光经过二分之一波片9，然后和第二偏振光栅7出射的光共同经过具有两个平行缝的不透明膜10，然后出射。
本实施例中减反射膜6具有单向光传输特性，其消光比较大，减反射膜6用来保证由敏感元件2出射的偏振光不被反射回敏感元件2。
减反射膜6采用五层子膜结构，子膜的材料由上至下分别为TiO2、Al2O3、TiO2、Al2O3和TiO2，厚度分别为6、26、6、89和76nm，减反射膜6的消光比大于1000。
第二偏振光栅7和第三偏振光栅8用来将o光和e光分量分离。其中，第二偏振光栅7的偏振角与第三偏振光栅8的偏振角相差90°。
第二偏振光栅7和第三偏振光栅8的偏振角可通过转动光偏振态检测器3同时调整。
二分之一波片9，用于将第三偏振光栅8的出射光偏振方向转换成与第二偏振光栅7的出射光偏振方向一致，用于与第二偏振光栅7的出射光形成干涉现象。
具有两个平行缝的不透明膜10，用于形成干涉双缝。
因o光与e光垂直，且第二偏振光栅7和第三偏振光栅8的偏振方向垂直，第二偏振光栅7、第三偏振光栅8、二分之一波片9和不透明膜10是粘合在一块构成光偏振态检测器3的（为了方便展示光偏振态检测器的各个结构，图2提供了光偏振态检测器的***图），所以转动光偏振态检测器3时，第二偏振光栅7、第三偏振光栅8、二分之一波片9和不透明膜10均会随着转动。当第二偏振光栅7方向与o/e光一致时，第三偏振光栅8的方向必然与e/o光一致。 二分之一波片9的作用是将第三偏振光栅8出射光转化为与第二偏振光栅7出射光方向一致，保证到达双缝的光偏振方向一致。
在静态时，水声强度p为0，窄带线偏振光源1发出的线偏振光入射到敏感元件2，转动光偏振态检测器3，第二偏振光栅7和第三偏振光栅8的角度随光偏振态检测器3调整，使得第二偏振光栅7的偏振方向与e/o光偏振方向一致，此时第三偏振光栅8的偏振方向与o/e光偏振方向一致，不透明膜10输出的光强条纹对比度最强，入射到光电探测器阵列4的对比度最强，检测装置的检测误差最小。
若水声强度p不为0，则光偏振态检测器3将输出水声声场中由于水声信号引起的光强条纹变化信号，该光强条纹信号由敏感元件2出射偏振光的偏振态变化信号决定。
本实施例中光偏振态检测器3的减反射膜6、第二偏振光栅7、第三偏振光栅8和二分之一波片9的工作波段包含窄带线偏振光源1发射的线偏振光波段。
光电探测器阵列4采集光偏振态检测器3射出的光强条纹信号并将其转换为电信号。
光电探测器阵列4是由多个光电探测器组成的线阵，如CCD线阵（常见的CCD线阵例如包括PCL52型CCD线阵等），CCD线阵与光偏振态检测器3形成的双缝垂直。
信号滤波处理电路5，用于采集由光电探测器阵列4得到的电信号，并对该电信号进行滤波处理，消除电信号中的高频干扰和直流信号，得到检测的水声信号。
需要说明的是，本实施例中的信号滤波处理电路5比较成熟，此处不再赘述。
在对水声信号进行检测之前，首先将敏感元件2处于无水声环境（即无水声信号）时，窄带线偏振光源发出的线偏振光入射到敏感元件2内，预先调整光偏振态检测器3，使光偏振态检测器3输出的光强条纹对比度最大。此时，使得光偏振态检测器3的输出信号中不再包含敏感元件2静态偏振态变化量，只与水声信号引起的偏振态变化信号有关。
当敏感元件处于水声声场内时，不再调整窄带线偏振光源1以及光偏振态检测器3，使得水声信号转换成敏感元件透射光的偏振态变化信号，并通过光偏振态检测器进行解调。
此处不再调整窄带线偏振光源1以及光偏振态检测器3，是指保持窄带线偏振光源1发出的线偏振光不变，线偏振光入射到敏感元件2的角度θ不变，光偏振态检测器3不再转动。
本发明不仅避免了电路式水听器在抗电磁干扰方面的不足，还避免了电路式水听器因敏感元件和前置放大电路热噪声等的影响，因而具有更低的自噪声水平。
本发明以光的偏振态为关键中间参量，采用具有双折射特性的透明晶体制成的敏感元件，将水声信号直接转化为光的偏振态变化量，比现有的光纤检测装置具有更高的灵敏度。
此外，相比于现有的光纤检测装置，本发明装置中调理光路和水声解调光路更简单，减少了光学元件数量，降低了***损耗与噪声叠加，增加了降低自噪声水平的技术空间。
本发明可采用光芯片工艺实现，比其他检测装置具有更好的应用前景与降低成本潜力。
实施例2
本实施例2述及了一种偏振调制式水声检测方法，该偏振调制式水声检测方法基于上述实施例1中的偏振调制式水声检测装置实现。
如图3所示，本实施例中偏振调制式水声检测，包括如下步骤：
步骤1. 将敏感元件2放置在水声声场中。
步骤2. 窄带线偏振光源1发出的线偏振光入射进敏感元件2，线偏振光入射进敏感元件2的方向与敏感元件的主光轴呈θ角，完成水声信号对偏振光的偏振态调制。
在本实施例中，θ的角度范围为0＜θ＜90°，更为具体地，θ的角度范围可以限定在[30°,60°]范围，例如θ的角度取值为45°。
步骤3. 光偏振态检测器3将由敏感元件出射的已调偏振光解调成光强条纹。
步骤4. 光电探测器阵列4采集由光偏振态检测器3生成的光强条纹并转换为电信号。
步骤5. 信号滤波处理电路5采集由光电探测器阵列4得到的电信号，并对该电信号进行滤波处理，消除高频干扰和直流信号，得到检测到的水声信号。
其中在利用本发明装置对水声信号进行检测之前，进行如下预处理：
将敏感元件2放在无水声环境（即没有水声信号）时，窄带线偏振光源1发出的线偏振光入射进敏感元件2，通过转动的方式调整光偏振态检测器3，使得第二偏振光栅7的偏振方向与e/o光偏振方向一致，此时第三偏振光栅8的偏振方向与o/e光偏振方向一致，具有两个平行缝的不透明膜10输出光强条纹对比度最强的干涉条纹，光偏振态检测器3的输出信号中不再包含敏感元件2静态偏振态变化量，只与水声信号引起的偏振态变化信号有关。
当敏感元件2处于水声声场内时，不再调整窄带线偏振光源1以及光偏振态检测器3，使得水声信号转换成敏感元件透射光的偏振态变化信号，并通过光偏振态检测器进行解调。
实施例3
本实施例3述及了一种水听器，该水听器包括水声检测装置，该水声检测装置采用如上述实施例1中所述的偏振调制式水声检测装置。
由于水听器采用了上述实施例1中的偏振调制式水声检测装置，相比于传统的电路式水听器具有更低的自噪声水平，相比于现有的光路式水听器具有更高的灵敏度。
此外，由于水听器的水声检测装置中调理光路和水声解调光路更简单，减少了光学元件数量，因此降低了***损耗与噪声叠加，增加了降低自噪声水平的技术空间。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。
Claims (8)
1.一种偏振调制式水声检测装置，其特征在于，包括：
敏感元件，是由具有双折射特性的透明晶体或液晶材料制成的，该敏感元件用于将水声信号转换为偏振光的偏振态变化信号；
窄带线偏振光源，用于产生线偏振光，其中线偏振光能够以与所述敏感元件的主光轴呈θ角的方向入射到敏感元件内，θ的角度范围为：0＜θ＜90°；入射的光振动分解成垂直于光轴和平行于光轴的两个分量，对应透明晶体或液晶材料中的 o光和e光；
光偏振态检测器，用于将由敏感元件出射的已调偏振光解调成光强条纹；
光电探测器阵列，用于采集由光偏振态检测器形成的光强条纹并将其转换为电信号；
以及信号滤波处理电路，用于采集由所述光电探测器阵列得到的电信号，并对该电信号进行滤波处理，消除电信号中的高频干扰和直流信号，得到检测的水声信号；
当敏感元件处于无水声环境时，窄带线偏振光源发出的线偏振光入射到敏感元件内，预先调整光偏振态检测器，使光偏振态检测器输出的光强条纹对比度最大；
当敏感元件处于水声声场内时，不再调整窄带线偏振光源以及光偏振态检测器，使得水声信号转换成敏感元件透射光的偏振态变化信号，并通过所述光偏振态检测器进行解调；
所述光偏振态检测器包括：
减反射膜，用于保证由敏感元件出射的偏振光不被反射回敏感元件；
第二偏振光栅和第三偏振光栅，用于分离o光和e光的光分量；其中第二偏振光栅的偏振角与第三偏振光栅的偏振角相差90°，且能够同时调整；
二分之一波片，用于将所述第三偏振光栅的出射光偏振方向转换成与所述第二偏振光栅的出射光偏振方向一致；
以及具有两个平行缝的不透明膜，用于形成干涉双缝；
当敏感元件处于无水声环境时，窄带线偏振光源发出的线偏振光入射到敏感元件内，转动光偏振态检测器，使不透明膜输出的光强条纹对比度最大；
当敏感元件处于水声声场内时，不再调整窄带线偏振光源及光偏振态检测器，光偏振态检测器的输出信号中不包含敏感元件静态偏振态变化量，只包含水声引起的偏振态变化信号。
2.根据权利要求1所述的偏振调制式水声检测装置，其特征在于，
所述θ的角度范围为：30°≤θ≤60°。
3.根据权利要求1所述的偏振调制式水声检测装置，其特征在于，
所述窄带线偏振光源包括激光光源以及与其配套的第一偏振光栅；
其中激光光源输出线宽范围不大于2nm的光；第一偏振光栅的中心波长与激光光源的中心波长相同，用于为光起偏，经第一偏振光栅滤波的光源变为线偏振光。
4.根据权利要求1所述的偏振调制式水声检测装置，其特征在于，
所述减反射膜的消光比大于1000；减反射膜、第二偏振光栅、第三偏振光栅以及二分之一波片的工作波段包含窄带线偏振光源发射的线偏振光波段。
5.根据权利要求1所述的偏振调制式水声检测装置，其特征在于，
所述光电探测器阵列是由多个光电探测器组成的，其与光偏振态检测器形成的双缝垂直。
6.一种偏振调制式水声检测方法，基于如权利要求1至5任一项所述的偏振调制式水声检测装置，其特征在于，所述偏振调制式水声检测包括如下步骤：
步骤1. 将敏感元件放置在水声声场中；
步骤2. 窄带线偏振光源发出的线偏振光入射进敏感元件，线偏振光入射进敏感元件的方向与敏感元件的主光轴呈θ角，完成水声信号对偏振光的偏振态调制；
步骤3. 光偏振态检测器将由敏感元件出射的已调偏振光解调成光强条纹；
步骤4. 光电探测器阵列采集由光偏振态检测器形成的光强条纹并将其转换为电信号；
步骤5. 信号滤波处理电路采集由所述光电探测器阵列得到的电信号，并对该电信号进行滤波处理，消除高频干扰和直流信号，得到检测到的水声信号。
7.根据权利要求6所述的偏振调制式水声检测方法，其特征在于，
在利用偏振调制式水声检测装置对水声信号进行检测之前，首先将敏感元件放在无水声环境，窄带线偏振光源发出的线偏振光入射到敏感元件内，预先调整光偏振态检测器，使光偏振态检测器输出的光强条纹对比度最大；
当敏感元件处于水声声场内时，不再调整窄带线偏振光源以及光偏振态检测器，使得水声信号转换成敏感元件透射光的偏振态变化信号，并通过光偏振态检测器进行解调。
8.一种水听器，包括水声检测装置，其特征在于，
所述水声检测装置采用如上述权利要求1至5任一项所述的偏振调制式水声检测装置。
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Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0209721A1 (en) * | 1985-06-26 | 1987-01-28 | Rockwell International Corporation | Laser sensor |
| US5636181A (en) * | 1995-04-03 | 1997-06-03 | General Electric Company | Ultrasonic/vibration detection using polarization beating in a microchip laser |
| CN1245284A (zh) * | 1999-08-20 | 2000-02-23 | 清华大学 | 光纤偏振光干涉位移和振动测量仪 |
| CN101846553A (zh) * | 2010-03-30 | 2010-09-29 | 北京理工大学 | 一种利用双缝干涉法测量偏振态的装置及方法 |
| CN105403514A (zh) * | 2015-11-25 | 2016-03-16 | 福州大学 | 一种多波长入射单发椭偏测量方法 |
| CN108168687A (zh) * | 2018-03-21 | 2018-06-15 | 南京曦光信息科技有限公司 | 一种偏振干涉式防区型全光纤振动传感器 |
| CN109374114A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-02-22 | 浙江大学 | 一种基于光载微波偏振态分离转换技术的干涉型光纤水听器 |
| CN110332980A (zh) * | 2019-07-10 | 2019-10-15 | 天津大学 | 一种双路正交相位光纤声振动传感器解调装置及解调方法 |
| CN111812378A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-10-23 | 北京航空航天大学 | 一种谐振式光学电压传感器的结构设计方法 |
| CN114018830A (zh) * | 2021-10-27 | 2022-02-08 | 北京航空航天大学 | 一种基于液晶偏振光栅的线偏振方向检测方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070029991A1 (en) * | 2005-08-03 | 2007-02-08 | Murphy Cary R | Vibration transducer using changes in polarization of light passing through an optical fiber |
| CN102322880B (zh) * | 2011-08-18 | 2013-06-05 | 天津大学 | 偏振敏感的分布式光频域反射扰动传感装置和解调方法 |
| CN110365415B (zh) * | 2019-08-01 | 2020-10-20 | 浙江大学 | 一种基于光纤光栅传感器阵列的调频解调装置 |
-
2024
- 2024-02-07 CN CN202410171721.2A patent/CN117723144B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0209721A1 (en) * | 1985-06-26 | 1987-01-28 | Rockwell International Corporation | Laser sensor |
| US5636181A (en) * | 1995-04-03 | 1997-06-03 | General Electric Company | Ultrasonic/vibration detection using polarization beating in a microchip laser |
| CN1245284A (zh) * | 1999-08-20 | 2000-02-23 | 清华大学 | 光纤偏振光干涉位移和振动测量仪 |
| CN101846553A (zh) * | 2010-03-30 | 2010-09-29 | 北京理工大学 | 一种利用双缝干涉法测量偏振态的装置及方法 |
| CN105403514A (zh) * | 2015-11-25 | 2016-03-16 | 福州大学 | 一种多波长入射单发椭偏测量方法 |
| CN108168687A (zh) * | 2018-03-21 | 2018-06-15 | 南京曦光信息科技有限公司 | 一种偏振干涉式防区型全光纤振动传感器 |
| CN109374114A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-02-22 | 浙江大学 | 一种基于光载微波偏振态分离转换技术的干涉型光纤水听器 |
| CN110332980A (zh) * | 2019-07-10 | 2019-10-15 | 天津大学 | 一种双路正交相位光纤声振动传感器解调装置及解调方法 |
| CN111812378A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-10-23 | 北京航空航天大学 | 一种谐振式光学电压传感器的结构设计方法 |
| CN114018830A (zh) * | 2021-10-27 | 2022-02-08 | 北京航空航天大学 | 一种基于液晶偏振光栅的线偏振方向检测方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| A Fiber DBR Laser based Vector Hydrophone for Ultrasonic Medical Applications;Wang, Han;SELECTED PAPERS FROM CONFERENCES OF THE PHOTOELECTRONIC TECHNOLOGY COMMITTEE OF THE CHINESE SOCIETY OF ASTRONAUTICS 2014, PT II;20151231;全文 * |
| All-Optical Control of Gigahertz Acoustic Resonances by Forward Stimulated Interpolarization Scattering in a Photonic Crystal Fiber;Kang, MS;PHYSICAL REVIEW LETTERS;20101005;全文 * |
| 偏振激光干涉振动测量技术研究;黄锋振;硕士电子期刊出版基础科学;20111215;全文 * |
| 基于相位载波调制解调技术的全保偏光纤水听器;罗洪;熊水东;胡永明;倪明;孟洲;;半导体光电;20060228(01);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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