【摘 要】
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声波是唯一能够在海洋中实现远距离传递的能量形态。在水下介质中,与其他物理场相比,声波的能量衰减系数更低,能够实现更远距离的能量传播。因此,声波是在水下最佳的信号载体。目前中国所拥有的海域面积约为299.7万平方公里,占地十分辽阔。对于我国而言,富饶且稳定的海洋环境是国民经济高速发展的重要保障,因此对水下传感器进行研究就显得尤其重要。光纤水声传感器结合了光纤技术和光电子技术,以其灵敏度高、响应频段宽
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声波是唯一能够在海洋中实现远距离传递的能量形态。在水下介质中,与其他物理场相比,声波的能量衰减系数更低,能够实现更远距离的能量传播。因此,声波是在水下最佳的信号载体。目前中国所拥有的海域面积约为299.7万平方公里,占地十分辽阔。对于我国而言,富饶且稳定的海洋环境是国民经济高速发展的重要保障,因此对水下传感器进行研究就显得尤其重要。光纤水声传感器结合了光纤技术和光电子技术,以其灵敏度高、响应频段宽、电磁兼容性强、环境适用性好、灵活性和可扩展性好等特点受到广泛研究。同时,声压灵敏度、等效噪声压、加速度灵敏度和谐振频率是描述光纤水声传感器性能的重要指标。综上所述,本文对干涉型光纤水声传感器特性进行深入的研究,具有重要的实际意义。论文工作主要分为以下几个方面:（1）总结了光纤水声传感单元的相关理论和技术;确定了光纤水声传感探头结构为基于Michelson干涉仪的含空气腔推挽式结构;并对传感器的声压灵敏度、等效噪声压、加速度灵敏度和谐振频率进行了详细介绍。（2）建立了相位干涉型光纤水声传感器的基元模型。在此基础上,通过弹性力学理论,对所建立的基元模型进行了声压灵敏度的理论分析,并对其结构参数及材质性能的影响进行了分析。同时,通过ANSYS软件对其进行了有限元模拟仿真。仿真结果表明,声压灵敏度的仿真值和理论值基本吻合。建立了基于外差解调的干涉型光纤水声传感器系统,研究了影响等效噪声压的因素,包括激光器线宽、臂长差以及1/f噪声。最终实现在隔绝外界环境的情况下,整个系统的等效噪声压为49.27 dB(re μPa/（Hz）1/2)。（3）引入了一种抗加速度灵敏度的封装结构,并建立了水声传感基元在加速度作用下的模型,其加速度灵敏度理论值为0。运用有限元方法,研究了结构参数和材料参数对加速度灵敏度的影响。同时,采用模态分析法探析了谐振频率的变化与外界激励、筒厚、筒长、筒的杨氏模量的变化关系。综合考虑这些参数的影响,优化设计的光纤水声传感器声压灵敏度约为-129.81 dB（re rad/μPa）,一阶谐振频率为7087.3 Hz,符合实际应用的指标要求。
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