注油型光纖水聽陣列封裝工藝流程研究

1、    注油型光纖水聽陣列封裝工藝流程研究    沙飛+劉偉+尹虎+李昌杰+王超【摘要】 這里公開了一套簡(jiǎn)單可行的注油型光纖水聽陣列的封裝工藝，通過工藝流程總結(jié)將陣列封裝過程公開化，每道工藝中對(duì)涉及到的材料及設(shè)備做了一些介紹。具體的工藝流程分為：繃?yán)K，固定器件，陣列穿管，固定連接器，陣列充油排氣。按照這些工藝流程進(jìn)行操作，可以生產(chǎn)出滿足封裝要求的、合格的光纖水聽陣列?！娟P(guān)鍵詞】 注油型光纖水聽陣列 封裝 陣列穿管引言1977年美國(guó)海軍研究室的j.a.bucare等人發(fā)表論文，首次成功演示了一套基于光纖技術(shù)的水聲傳感系統(tǒng)，是一種建立在光纖光電子技術(shù)基礎(chǔ)上的

2、水下聲信號(hào)傳感器，它通過高靈敏度的光纖相干檢測(cè)，將水聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，通過光纖傳至信號(hào)處理系統(tǒng)提取聲信號(hào)信息。它具有靈敏度高，頻響特性好等特點(diǎn)。由于采用光纖作信息載體，適合遠(yuǎn)距離大范圍監(jiān)測(cè)。經(jīng)過20多年的發(fā)展，在國(guó)外，光纖水聽器的技術(shù)已比較成熟，目前已經(jīng)在軍事以及石油勘探上獲得廣泛應(yīng)用。光纖水聽器在我國(guó)也有近20年的發(fā)展，其中注油型光纖水聽陣列通過船體拖曳使用，具有很強(qiáng)的靈活性和機(jī)動(dòng)性，所以運(yùn)用較為廣泛。但因要在海水中長(zhǎng)時(shí)間工作、還需承擔(dān)船體的拖拽拉力，因此對(duì)其制作工藝提出了很高的要求，本文則著重介紹了拖曳光纖水聽直線陣封裝的工藝流程。一、光纖水聽陣列工作原理1.1 光纖水聽陣列簡(jiǎn)介文中提到

3、的光纖水聽陣列均為注油型光纖水聽陣列，是新型的光纖水聽拖曳陣列。光纖水聽陣列一般由光纖水聽器陣元、陣列加強(qiáng)繩、外護(hù)套以及護(hù)套內(nèi)充油后組成。不同于船載聲納和普通拖體聲納，它是一種聲陣段遠(yuǎn)離載體，基陣深度可變，托速變化范圍大，監(jiān)測(cè)范圍遠(yuǎn)的被動(dòng)型聲納。1.2 光纖水聽陣列封裝要求拖曳陣的工作方式、環(huán)境條件和結(jié)構(gòu)安裝等特點(diǎn)對(duì)水聽器陣列的性能提出了特殊的要求。如何有效的抑制由拖纜抖動(dòng)、渦流及拖曳力變化等引起的振動(dòng)噪音的干擾，對(duì)此水聽器陣列封裝有了多條注意事項(xiàng)。為保證水聽器陣元在海中拖曳時(shí)的不受力，陣列中陣元浮子等需要穿在幾根受力均勻的陣列加強(qiáng)繩上，陣列加強(qiáng)繩承擔(dān)大部分拖拽力；陣列外層需要有一層高彈水密的

4、護(hù)套進(jìn)行包裹，避免脆弱的光纖、陣元等受力或直接與海水接觸；護(hù)套自然狀態(tài)下是不規(guī)則的橢圓形，需要充滿輕蠟油進(jìn)行保持圓潤(rùn)，避免收放時(shí)內(nèi)部光纖以及器件受力；陣列兩端配有連接器，方便陣列之間的連接，同時(shí)要保證密封，工作時(shí)陣列填充油不會(huì)泄露。二、陣列封裝工藝流程2.1 繃?yán)K繃?yán)K顧名思義，就是將陣列加強(qiáng)繩拉直繃緊。目的在于去除繩子自身軸向力，避免影響器件、陣元等穿繩后固定。陣列加強(qiáng)繩材料選用芳綸繩，芳綸繩承擔(dān)著拖曳陣工作時(shí)的大部分拖曳拉力，芳綸繩的抗拉系數(shù)需要根據(jù)項(xiàng)目需求進(jìn)行決定。拖曳陣中一般需要2到4根不等的等長(zhǎng)芳綸繩，每根芳綸繩要受力均勻，方法是繃?yán)K時(shí)選用一段較長(zhǎng)的芳綸繩（具體長(zhǎng)度根據(jù)要做的陣列長(zhǎng)度進(jìn)

5、行確定）來回折成所需段數(shù)進(jìn)行繃緊操作?？?yán)K需在操作臺(tái)上進(jìn)行，繩上一端上接上拉力計(jì)，通過拉力計(jì)的顯示的數(shù)值調(diào)節(jié)拉力裝置，調(diào)節(jié)到指定拉力后需要靜置半天以上。2.2 固定器件繃?yán)K完成之后，將芳綸繩截成所需等長(zhǎng)的段數(shù)，將浮子、陣元外殼等按照?qǐng)D紙穿到所截成的芳綸繩上去，使用膠槍將器件粘到芳綸繩。目的在于陣列整體承重，水聽器陣元排列符合光路設(shè)計(jì)。需要光學(xué)工程師先設(shè)計(jì)好圖紙，圖紙上有設(shè)計(jì)好的浮子、陣元外殼的排布，避免穿繩時(shí)穿錯(cuò)導(dǎo)致大規(guī)模拆卸。膠槍內(nèi)的膠水使用環(huán)氧膠，環(huán)氧膠粘結(jié)力好，能避免器件脫落。打膠時(shí)對(duì)準(zhǔn)器件上留有的打膠孔，將器件與芳綸繩粘接牢固即可。打膠完成后需要靜置，靜置時(shí)間由環(huán)氧膠的固化時(shí)間決定。2

6、.3 陣列穿管上述工序完成后形成一條簡(jiǎn)易的內(nèi)部陣列，簡(jiǎn)易陣列外部需要用護(hù)套進(jìn)行包裹，護(hù)套材料選用高彈防水解的pu管。目的在于保護(hù)脆弱的光學(xué)器件，對(duì)整條陣列進(jìn)行操作時(shí)，pu管承受外力，使得光學(xué)器件不直接受力。陣列穿管分為脹管和穿管兩步。大體流程如下：將pu管一端脹開后將牽引接頭（直徑比pu管內(nèi)徑稍大）快速放到pu管中，牽引接頭后連接簡(jiǎn)易陣列，然后快速將脹開的pu管的一端接到穿陣設(shè)備（改造的壓力容器）上，固定完成后，再通過給穿陣設(shè)備加壓使得牽引接頭帶動(dòng)簡(jiǎn)易陣列在pu管中前進(jìn)直至完成。脹管需要用到脹管設(shè)備，脹管設(shè)備通過氣壓將pu管一端脹開，脹管的長(zhǎng)度大約為10cm，不容易脹開時(shí)可以用熱吹風(fēng)槍進(jìn)行外部

7、均勻加熱。脹管成功后需立即將牽引接頭塞到pu管中，原因是pu管冷卻很快，脹開的pu管的那端會(huì)很快回縮。牽引接頭和簡(jiǎn)易陣列之間用繩子連接，連接沒有問題之后將pu管脹開的那端接到穿陣設(shè)備的接頭上，用卡箍箍緊。給穿陣設(shè)備（改造的壓力容器）加壓，壓力維持在3.5到4個(gè)大氣壓即可。在壓力的作用下，牽引接頭會(huì)帶動(dòng)連接的陣列前進(jìn)到達(dá)指定的位置即可停止操作。2.4 固定連接器陣列的兩端需要有連接器，連接器的目的在于使pu管和簡(jiǎn)易陣列成為一個(gè)整體，陣列充油后整體不漏油，陣列之間也可以通過連接器互相連接。陣列的連接器至少有可拆解組裝的兩部分，一部分在固定器件時(shí)固定在簡(jiǎn)易陣列的一端，待穿陣工作完成后，將該部分接頭上

8、的多余pu管割除，然后將接頭與pu管接觸的地方套上扣壓環(huán)，用扣壓機(jī)扣緊，扣緊后則可將連接器的另一部分接上，簡(jiǎn)易陣列另一端同理完成即可。2.5 陣列充油排氣充油是陣列填充油通過油泵從連接器上的充油孔注入到護(hù)套中的過程，排氣不僅指充油過程中的排氣，也包括充油完成后排出充油過程中混入的空氣。充油的目的在于使pu管整體保持充盈狀態(tài)，能承受一定的壓力，保護(hù)內(nèi)部器件，也能調(diào)節(jié)整條陣列的密度。排氣目的在于保證整條陣的密度一致，聲音只在油這一種介質(zhì)內(nèi)傳播，避免損耗。充油時(shí)將油泵出油一端接到連接器上的充油孔中，然后開啟充油泵向pu管中充油，建議將陣列斜放，容易排出pu管中的氣體，充油過程中也可進(jìn)行敲擊，加速油中混入氣體的排出。充油完成后，若管中仍留有大量小氣泡，可靜置一段時(shí)間，待小氣泡聚成一個(gè)大氣泡時(shí)，再進(jìn)行排氣。為保證整條陣的充盈狀態(tài)，充油時(shí)可以多充0.5個(gè)大氣壓的油，不容易彎折，避免收放時(shí)彎曲過大對(duì)內(nèi)部的器件或光纖造成損傷。三、結(jié)論詳細(xì)介紹拖曳陣的封裝流程，列舉其中用到的設(shè)備和工具，說明每個(gè)步驟的要點(diǎn)和注意事項(xiàng)。光纖水聲陣列的封裝是一件細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ?，難點(diǎn)在于無合適材料設(shè)備以及流程的公開說明，根據(jù)需求選擇合適的材料，再通過上述的步驟