消耗性光纖溫深探頭制造技術

本實用新型專利技術涉及一種消耗性光纖溫深探頭，包括探頭筒、上光纖卷、下光纖卷、入水探頭頭部、和光纖，上光纖卷的上光纖卷芯軸與探頭筒螺紋連接，下光纖卷通過下光纖卷芯軸與入水探頭頭部螺紋連接；在入水探頭頭部的內腔內固定有光纖光柵溫度傳感器和光纖光柵壓力傳感器，光纖光柵溫度傳感器和光纖光柵壓力傳感器采用光纖串聯到下光纖卷的一端，下光纖卷的光纖另一端穿過入水探頭的內腔與上光纖卷的光纖相連，上光纖卷的光纖的另一端連接接收解調設備。本實用新型專利技術有益的效果是：雙光纖卷隨著船艦的運動自動放線，避免艦船運動時傳輸光纖受力過大，并保證入水探頭在水中運行時的良好姿態，在短時間內進行大范圍的海洋水文條件測量，有效地提高了測量速度。（*該技術在2021年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于海軍反潛戰、海洋科考領域，主要是一種消耗性光纖溫深探頭。
技術介紹
國際上生產消耗性溫度分布測量儀簡稱XBT系統，英文全稱Expendable Bathythermograph system的主要有美國、日本、意大利等國的多家公司。有代表性的是美國的Locldieed Martin公司子公司Sippican的產品，其T4、T7兩型消耗性溫深探頭廣泛應用于海軍反潛戰、國際海洋科考等領域。其生產的消耗性溫深探頭采用熱敏電阻作為測溫器件，缺陷是探頭所處深度是通過探頭的下降時間估算的，而非精確測量的結果。目前，國內軍事、海洋科考領域廣泛使用的消耗性海洋溫度剖面儀均為進口產品。光纖溫深探頭有著廣泛的應用前景。軍品可用于海軍的反潛戰，民品可用于海洋科考、海洋資源開發等領域。由于采用超細漆包線作為信號線的消耗性XBT探頭成本居高不下，制約了國產消耗性XBT系統的實際應用。采用光纖作為敏感元件及信號傳輸線的光纖溫深探頭在提高測量精度的同時使生產成本大幅度下降，價格與國外產品相比有一定競爭力。
技術實現思路
本技術的目的是克服現有技術的缺點和不足，提供一種消耗性光纖溫深探頭。本技術解決其技術問題采用的技術方案這種消耗性光纖溫深探頭，包括探頭筒、上光纖卷、上光纖卷芯軸、入水探頭尾翼、光纖光柵溫度傳感器、下光纖卷、光纖光柵壓力傳感器、入水探頭頭部、下光纖卷芯軸、內腔、下端蓋和光纖，上光纖卷的上光纖卷芯軸與探頭筒螺紋連接，下光纖卷通過下光纖卷芯軸與入水探頭頭部螺紋連接；在入水探頭頭部的內腔內固定有光纖光柵溫度傳感器和光纖光柵壓力傳感器，光纖光柵溫度傳感器和光纖光柵壓力傳感器采用光纖串聯到下光纖卷的一端，下光纖卷的光纖另一端穿過入水探頭的內腔與上光纖卷的光纖相連，上光纖卷的光纖的另一端連接接收解調設備。本技術的所述的探頭內集成了光纖光柵溫度傳感器和光纖光柵壓力傳感器， 可以同時確定探頭所處位置的溫度和深度數據，從而有效減小測量誤差。根據需要探頭內可繞制數十米 數千米光纖，以滿足不同深度、不同測試平臺的投放需求。本技術的探頭內還可安裝除光纖光柵溫度傳感器和光纖光柵壓力傳感器之外的其它類型傳感器，適用于測量聲速、鹽度等其它剖面的消耗性測量系統為使高精度光纖光柵溫度傳感器和光纖光柵壓力傳感器可靠工作及測量信號通過光纖穩定傳輸至接收解調設備，光纖溫深探頭的設計需保證入水探頭姿態穩定、勻速下降，同時光纖在下降過程中受力不大于其最大抗拉強度。從入水探頭離開探頭筒到結束工作的整個過程中，入水探頭的受力狀況比較復雜。入水探頭在水中下降的過程中，某時刻受到的外力有重力G，浮力P，水阻力Q。其中影響阻力Q的參數為有水密度P、阻力系數Cx、速度V、截面積S ；Q = Cx* P /2*S*V2(1)為了保證入水探頭在水中近似勻速下降，當其速度達到指定的理論速度V時，其所受合力F = G-P-Q = O(2)根據不同需求，光纖溫深探頭繞制的光纖長度不同，因而探頭直徑大小不同。確定探頭外形尺寸后計算浮力P，水阻力Q，調整水探頭頭部配重材質，滿足式2要求。實際應用中由于使用環境不同需根據試驗結果對探頭外形及配重材料進行微調。為使入水探頭在下降過程中基本保持垂直姿態下行，入水探頭的外形設計成類似水滴形，符合水動力學特性；其流線型外形有利于減小水阻力，尾翼有利于探頭水中姿態的穩定。光纖溫深探頭采用雙光纖卷進行數千米距離的信號傳輸，雙光纖卷在探頭下行過程中同步放線，光纖卷的設計成錐形雙光纖卷結構和反向繞線工藝，這樣可以克服放線過程中光纖受力和折彎半徑過大的問題，從而減小了信號傳遞過程中的損失。同時由于采用雙光纖卷結構，探頭在投放過程中光纖幾乎不受力，因而不易折斷。本技術有益的效果是光纖XBT探頭內部集成光纖光柵溫度傳感器和光纖光柵壓力傳感器，光纖傳輸光纖光柵傳感器信號可以實現波分復用，因此可用一根光纖傳送溫度、壓力兩種檢測信號，解決了采用熱敏電阻的XBT探頭同時檢測溫度、壓力信號時需多芯傳輸線所帶來的高成本問題。同時，這種溫度和深度信息同時測量的技術，減小了通過估算探頭下行的速度來獲取深度信息造成的測量誤差。消耗性光纖溫深探頭采用雙光纖卷進行數百至數千米距離的信號傳輸。探頭筒內的雙光纖卷隨著船艦的運動自動放線，雙向放線技術避免艦船運動時傳輸光纖受力過大，并保證入水探頭在水中運行時的良好姿態。光纖溫深探頭可以方便地在行駛中的艦船或飛行器上投放，因而可以在短時間內進行大范圍的海洋水文條件測量，有效地提高了測量速度。附圖說明圖1為消耗性光纖溫深探頭剖面圖。圖2為消耗性光纖溫深探頭的入水探頭外形示意圖。附圖標記說明1.探頭筒；2.上光纖卷；3.上光纖卷芯軸；4.入水探頭尾翼； 5.光纖光柵溫度傳感器；6.下光纖卷；7.光纖光柵壓力傳感器；8.入水探頭頭部；9.下光纖卷芯軸；10.內腔；11.下端蓋；12.光纖。具體實施方式以下結合附圖和實施例對本技術作進一步說明如圖所示，這種消耗性光纖溫深探頭，包括探頭筒1、上光纖卷2、上光纖卷芯軸3、 入水探頭尾翼4、光纖光柵溫度傳感器5、下光纖卷6、光纖光柵壓力傳感器7、入水探頭頭部 8、下光纖卷芯軸9、內腔10、下端蓋11和光纖12，上光纖卷2的上光纖卷芯軸3與探頭筒1 螺紋連接，下光纖卷6通過下光纖卷芯軸9與入水探頭頭部8螺紋連接；在入水探頭頭部8 的內腔10內固定有光纖光柵溫度傳感器5和光纖光柵壓力傳感器7，光纖光柵溫度傳感器5和光纖光柵壓力傳感器7采用光纖12串聯到下光纖卷6的一端，下光纖卷6的光纖12另一端穿過入水探頭的內腔10與上光纖卷2的光纖12相連，上光纖卷2的光纖12的另一端連接接收解調設備。所述的上光纖卷2和下光纖卷6采用錐形光纖卷，下光纖卷6和上光纖卷2的光纖12采用相反方向繞制。本技術的工作原理是打開探頭筒1的下端蓋11，入水探頭攜帶光纖光柵溫度傳感器5和光纖光柵壓力傳感器7及下光纖卷6沿探頭筒1內壁滑出，上光纖卷2與探頭筒1滯留在艦船或飛行器上的投放裝置內，光纖12仍與接收解調設備相連；入水探頭在自身重力作用下產生一定的入水初速度，水后受到重力、浮力和水阻力的綜合作用，當入水探頭受力平衡時，將保持勻速下降。探頭在下降的過程中，纏繞在上光纖卷2、下光纖卷6 的光纖12同時放線。入水探頭的內腔10的光纖光柵溫度傳感器5和光纖光柵壓力傳感器 7的測量信號通過光纖12傳遞到艦船或飛行器上的接收解調設備，經波長解調及信號處理可以獲得探頭所處位置的深度和溫度信息。本技術采用光纖光柵溫度傳感器5和光纖光柵壓力傳感器7同時測量海水溫度剖面，并通過下光纖卷6和上光纖卷2的一根光纖12將水下測量的光信號傳輸到外接設備。入水探頭的內腔10可安裝除光纖光柵溫度傳感器5和光纖光柵壓力傳感器7之外的其它類型傳感器，以適應測量聲速、鹽度等其它剖面的消耗性測量系統。入水探頭頭部8的材質的確定需根據整體外形尺寸計算浮力和水阻力后選定，目的是保證探頭入水后近似勻速下降。探頭材質可在不銹鋼、鋁合金、鑄鐵、鉛等不同密度材質中選擇。水滴形入水探頭具有良好的流體動力特性，光滑的入水探頭尾翼4有利于探頭水中姿態的穩定。根據投放深度要求和作為投放平臺的艦船或飛行器的行駛速度不同，下光纖卷6本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種消耗性光纖溫深探頭，其特征是：包括探頭筒（１）、上光纖卷（２）、上光纖卷芯軸（３）、入水探頭尾翼（４）、光纖光柵溫度傳感器（５）、下光纖卷（６）、光纖光柵壓力傳感器（７）、入水探頭頭部（８）、下光纖卷芯軸（９）、內腔（１０）、下端蓋（１１）和光纖（１２），上光纖卷（２）的上光纖卷芯軸（３）與探頭筒（１）螺紋連接，下光纖卷（６）通過下光纖卷芯軸（９）與入水探頭頭部（８）螺紋連接；在入水探頭頭部（８）的內腔（１０）內固定有光纖光柵溫度傳感器（５）和光纖光柵壓力傳感器（７），光纖光柵溫度傳感器（５）和光纖光柵壓力傳感器（７）采用光纖（１２）串聯到下光纖卷（６）的一端，下光纖卷（６）的光纖（１２）另一端穿過入水探頭的內腔（１０）與上光纖卷（２）的光纖（１２）相連，上光纖卷（２）的光纖（１２）的另一端連接接收解調設備。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：程浩，李東明，相冰，陳清浪，周蘇萍，桑衛兵，
申請(專利權)人：中國船舶重工集團公司第七一五研究所，
類型：實用新型
國別省市：86