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尾流气泡幕对激光的传输特性研究

焦贵金 张建生 闫林波 董敏 姚远

焦贵金, 张建生, 闫林波, 等. 尾流气泡幕对激光的传输特性研究[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(5): 833-838 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0093
引用本文: 焦贵金, 张建生, 闫林波, 等. 尾流气泡幕对激光的传输特性研究[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(5): 833-838 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0093
JIAO Guijin, ZHANG Jiansheng, YAN Linbo, DONG Min, YAO Yuan. Laser Transmission Characteristics of Wake Bubble Curtain[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2024, 32(5): 833-838. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0093
Citation: JIAO Guijin, ZHANG Jiansheng, YAN Linbo, DONG Min, YAO Yuan. Laser Transmission Characteristics of Wake Bubble Curtain[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2024, 32(5): 833-838. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0093

尾流气泡幕对激光的传输特性研究

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0093
基金项目: 武器装备预研基金项目(51448030101ZK1801); 西安市未央区科技计划(201843).
详细信息
    作者简介:

    焦贵金(1995-), 男, 在读硕士, 主要研究方向为水下信息光学

  • 中图分类号: TJ630.34; U674

Laser Transmission Characteristics of Wake Bubble Curtain

  • 摘要: 舰船在航行过程中会产生尾流区域, 激光穿过气泡尾流区域时会发生散射现象, 通过对散射光的探测和分析, 能够实现检测与识别舰船的目的。文中研究了尾流气泡幕对激光传输特性的影响, 并利用光纤光谱仪探测了尾流气泡幕的光强变化。实验仿真了不同压强下的尾流气泡幕在距离水面5、15和20 cm, 气泡幕厚度分别为10、15 cm时的光强变化, 并探讨了前向散射和后向散射的光强随压强的变化情况。仿真实验结果表明, 随着压强的增大, 光强变化逐渐降低, 气泡浓度与半径也随之增大; 气泡浓度越大, 光强变化越小; 随着压强的增大, 前向散射光强逐渐呈线性降低, 而后向散射光强则会随之增大。

     

  • 图  1  海水水分子吸收光谱曲线图

    Figure  1.  Absorption spectra of water molecules in seawater

    图  2  蒸馏水在可见光谱区域中的体积散射系数和衰减长度

    Figure  2.  Volume scattering coefficient and attenuation length of distilled water in the visible spectral region

    图  3  尾流气泡幕激光测量装置

    Figure  3.  Laser measuring wake bubble curtain device

    图  4  不同压强下产生的尾流气泡幕

    Figure  4.  Wake bubble curtain generated at different pressures

    图  5  气泵未开启与开启瞬间光强变化曲线

    Figure  5.  Changes of light intensity when the pump is off and the moment it's turned on

    图  6  不同压强下气泡幕光强变化曲线

    Figure  6.  Changes of bubble curtain light intensity under different pressures

    图  7  水深15 cm处不同压强下气泡幕光强变化曲线

    Figure  7.  Changes in light intensity of bubble curtains under different pressures at a water depth of 15 cm

    图  8  水深20 cm处不同压强下气泡幕光强变化曲线

    Figure  8.  Changes in light intensity of bubble curtains under different pressures at a water depth of 20 cm

    图  9  前向散射光强峰值变化

    Figure  9.  Change of peak intensity of forward scattered light

    图  10  不同压强下后向散射光强变化

    Figure  10.  Changes of backscattered light intensity under different pressures

    图  11  后向散射光强分峰值变化

    Figure  11.  Changes of fractional peak value of backscattered light intensity

    表  1  实验仪器型号及参数

    Table  1.   Models and parameters of experimental instruments

    仪器型号/参数
    微型光谱仪Flame-S-UV-UIS-ES
    OceanviewV. 1.6.7
    光纤探头QP600-2-UV-UIS 长2 m
    He-Ne 激光器波长632.8 nm
    微孔陶瓷管外径68 mm、内径30 mm、长750 mm、膜孔径10 μm
    高压气泵550W-8L
    玻璃水池高80 cm、宽80 cm、长160 cm、厚12 mm
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  • [1] 冀邦杰, 王海陆, 严由嵘, 等. 一种利用激光波前变化检测尾流场的方法[J]. 鱼雷技术, 2009, 17(2): 25-28.

    JI B J, WANG H L, YAN Y R, et al. The invention relates to a method for detecting wake field by using laser wave front change[J]. Torpedo Technology, 2009, 17(2): 25-28.
    [2] 王羽佳, 宗思光, 张鑫. 基于Mie散射特性的微气泡激光探测仿真与实验研究[J]. 舰船电子工程, 2022, 42(5): 150-153. doi: 10.3969/j.issn.1672-9730.2022.05.033

    WANG Y J, ZONG S G, ZHANG X. Simulation and experimental study of microbubble laser detection based on Mie scattering characteristics[J]. Ship Electronic Engineering, 2022, 42(5): 150-153. doi: 10.3969/j.issn.1672-9730.2022.05.033
    [3] 冀邦杰, 周德善, 张建生. 基于舰船尾流光效应的制导鱼雷[J]. 鱼雷技术, 2000, 8(3): 40-43.

    JI B J, ZHOU D S, ZHANG J S. Guided torpedo based on ship wake light effect[J]. Torpedo Technology, 2000, 8(3): 40-43.
    [4] 马治国, 王江安, 石晟玮. 水中气泡激光后向散射衰减特性研究[J]. 激光与红外, 2008(1): 14-16. doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2008.01.004

    MA Z G, WANG J A, SHI S W. Optical of simulated wake in laboratory[J]. Laser and Infrared, 2008(1): 14-16. doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2008.01.004
    [5] ARNOTT W P, MARSTON P L. Optical glory of small freely rising gas bubbles in water: observed and computed cross-polarized backscattering patterns[J]. JOSA A, 1988, 5(4): 496-506. doi: 10.1364/JOSAA.5.000496
    [6] LANGLEY D S, MARSTON P L. Forward glory scattering from bubbles[J]. Applied Optics, 1991, 30(24): 3452-8. doi: 10.1364/AO.30.003452
    [7] ARNOTT W P, MARSTON P L. Unfolded optical glory of spheroids: backscattering of laser light from freely rising spheroidal air bubbles in water[J]. Applied Optics, 1991, 30(24): 3429-3442. doi: 10.1364/AO.30.003429
    [8] TAKAHASHI K, OHUCHI S, SAITO K, et al. Simultaneous determination of the size and concentration of fine bubbles in water by laser-light scattering[J]. Applied Optics, 2018, 57(2): 225-229.
    [9] 张建生. 实验室模拟尾流的光学研究[J]. 光子学报, 2001(9): 1146-1149.

    ZHANG J S. Optical study of simulated wake in laboratory[J]. Journal of Photonics, 2001(9): 1146-1149
    [10] 张裕士, 田贵才. 微气泡激光散射特性研究[J]. 通化师范学院学报, 2007(4): 3-5.

    ZHANG Y S, TIAN G C. Study on laser scattering characteristics of micro bubbles[J]. Journal of Tonghua Normal University, 2007(4): 3-5.
    [11] 张家利, 张建生, 文丽. 舰船尾流气泡后向光散射特性研究[J]. 科技资讯, 2010(33): 8-10. doi: 10.3969/j.issn.1672-3791.2010.33.007

    ZHANG J L, ZHANG J S, WEN Li. Study on back scattering characteristics of ship wake bubbles[J]. Science and technology information, 2010(33): 8-10. doi: 10.3969/j.issn.1672-3791.2010.33.007
    [12] 孙建鹏, 张建生, 陈焱. 淡水和盐水中模拟气泡幕前向光散射特性[J]. 西北大学学报(自然科学版), 2014, 44(1): 31-36.

    Sun Jian-Peng, Zhang Jian-Sheng, Cheng Yan. Light scattering properties in front of simulated bubble curtain in fresh and salt water[J]. Journal of Northwest University (Natural Science Edition), 2014, 44(1): 31-36.
    [13] 李能能. 船舶尾流模拟气泡的前向光散射特性研究[J]. 舰船科学技术, 2018, 40(16): 16-18.

    Li Neng-Neng. Study on forward light scattering charac- teristics of simulated bubbles in ship wake[J]. Ship Sci- ence and Technology, 2018, 40(16): 16-18.
    [14] 宗思光, 张鑫, 梁善永, 曹静. 多尺度复杂水质尾流气泡的激光探测仿真与实验[J]. 中国激光, 2023, 50(5): 71-81.

    Zun Si-Guang, Zhang Xin, Liang Xiong-san, Cao Jin. Simulation and experiment of multi-scale complex water wake bubble detection by laser[J]. Chinese Laser, 2023, 50(5): 71-81.
    [15] 吕德华. 基于大气传输的船舶尾流气泡幕成像特性研究[D]. 西安: 西安工业大学, 2021.
    [16] 张建生, 刘建康, 冀邦杰, 孙传东. 尾流气泡幕光学特性的数理模型[J]. 光子学报, 2002(8): 1032-1036.

    Zhang Jian-Sheng, Liu Jian-Kang, Ji Bang-Jian, Sun Chuan-Dong. Mathematical model of optical properties of wake bubble curtain[J]. Journal of Photonics, 2002(8): 1032-1036.
    [17] 林宏. 海洋悬浮粒子的米氏散射特性及布里渊散射特性研究[D]. 武汉: 华中科技大学, 2007.
    [18] 张建生. 尾流的光学特性研究与测量[D]. 西安: 中国科学院西安光学精密机械研究所, 2001.
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-07-25
  • 修回日期:  2024-09-15
  • 录用日期:  2024-10-13
  • 网络出版日期:  2024-03-06

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