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光纤声波传感器是一种新型声波探测手段,具有灵敏度高、探测频带宽的特点,尤其是全光纤声波传感器具有优良的耐高温特性,能在高温、高压等特殊环境下工作。光纤光栅法布里-珀罗(FBG-FP)腔构建的声敏感单元不仅具有灵敏度高、全光纤与单端探测等优点,而且可以实现大阵列复用,是一种全新结构的光纤声波传感器。本文采用FBG-FP腔结合芯轴缠绕声敏感结构,对宽频带声敏感结构、宽频带声波相位解调方法等开展研究,研制的光纤声波传感器具有全光纤结构,可应用于高温、高压等特殊环境。本文的主要内容有:1.开展了FBG-FP腔相位特性研究。推导了FBG-FP腔的相位表达式,分析了腔长、光栅反射率等因素对相位特性的影响。依据干涉条纹可见度函数,仿真分析光栅的光谱失配、反射率失配以及解调光路的臂差失配对干涉条纹可见度的影响。进而探讨了低反射率FBG-FP腔长测量方法,实现了腔长的准确测量,为提高传感性能奠定了基础。2.对基于空气腔芯轴型结构的宽频带光纤声波敏感结构理论模型进行了研究,分析了材料特性和结构参数对声敏感头共振频率和声压灵敏度的影响,提出了改善声敏感结构共振频率和声压灵敏度的方法。分别设计、制作了四种不同类型的光纤声敏感结构,并对其频率特征和声压灵敏度进行了测试,实验结果表明:使用高杨氏模量材料制作芯轴、减轻探头质量可有效地改善其频率响应特性:而使用低杨氏模量材料制作弹性筒、减小弹性筒壁厚、增加缠绕光纤的长度可有效提高探头的声压灵敏度。3.提出了一种基于高速相位调制器的宽频带光纤声波传感器的相位生成载波(PGC)解调方案,实现了频带范围0.2-20 kHz内的声波信号解调输出。4.设计、制作了适合高温、高压环境下应用的全封闭的光纤FBG-FP声波敏感结构,并搭建了光纤FBG-FP声波传感器测试系统。实验结果表明:在外径20 mm、腔长12.357 m的情况下,实现频带0.2-20 kHz声波信号有效探测,其声压灵敏度达到-151.9 dB re rad/μPa。