Оптическое устройство для анализа акустических сигналов

 

ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА АКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержащее оптически соединенные лазер коллиматор, светоделительную пласЧ тину, неподвижный отражатель, фокусирующую линзу, .матрицу фотодиодов, а также акустооптический датчик с упругой мембраной с зеркальным покрытием , отличающееся тем, что, с целью получения спектральных характеристик акустических сигналов сложной формы в жидкой или газообразной среде, акустооптический датчик выполнен в виде герметичной емкости, заполненной жидкой средой, одна из стенок которой имеет два окна, закрытых мембранами, между которыми к этой стенке прикреплена торцом упругая мембрана с зеркгшьным покрытием, делящая емкость на две сообщающиеся . между собой камеры и выполненная из i резины переменной толщины. . А / N

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (l1) 8(5l) 01 $17 66

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3441751/40-23 (22) 17.05.82 (46) 07.09.83. Бюл. Ф 33 (72) Э.А. Бакай, Б.М. Болейко, В.К. Хруцкий и A.Н. Доний (71) Киевский научно-исследовательс. кий институт отоларингологии им. A.È. Коломийченко (53) 53 5. 411 (088. 8) (56) 1. Инфракрасная спектроскопия высокого разрешения. М., Мир, 1972, с. 68, 157.

2. Патент США )) 3433959, кл. 250-199, 1969 (прототип) . (54)(57) ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

АНАЛИЗА АКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержащее оптически соединенные лазер, коллиматор, светоделительную пластину, неподвижный отражатель, фоку- сирующую линзу, .матрицу фотодиодов, а также акустооптический датчик с упругой мембраной с зеркальным покрытием, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью получения спектральных характеристик акустических сигналов сложной формы в жидкой или газообразной среде, акустооптический датчик выполнен в виде герметичной емкости, заполненной -жидкой средой, одна иэ стенок которой имеет два окна, закрытых мембранами, между которыми к этой стенке прикреплена торцом упругая мембрана с зеркальным покрытием, делящая емкость на две сообщающиеся между собой камеры и выполненная иэ Q резины переменной толщины.

1040441

65

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при изготовлении акустоэлектрических преобразователей для использования их в условиях жидкой и газообразной среды, в частности, для спект- 5 рального анализа акустических колебаний, распространяющихся в этих средах,,в реалИиом масштабе времени.

Известны оптические устройства на основе интерферометров Майкель- 10 сона для анализа состояния (качества отражающей поверхности), содержащие подвижный и неподвижный отражатели и сменные светоделители fl) .

Данные приборы позволяют решать 15 различные задачи в таких областях науки и техники, как оптика, аэродинамика, физика плазмы, радиоастрономия. Однако ими невозможно производить спектральное разложение акустических сигналов в реальном масштабе времени, обеспечивая при этом достаточную чувствительность и точность.

Наиболее близким к предлагаемому является оптическое устройство для анализа акустических сигналов, в ко- 25 тором для анализа акустических сигналов одно из зеркал оптической системы интерферометра выполнено в .виде коллодиевой мембраны с зеркальным

° 3 покрытием, второе зеркало частично З0 пропускает свет. Луч света от лазера идет на коллодиевую мемб". рану, многократно отражается и на выходе дает интерференционную картину. Колебания мембраны с определенной частотой вызывают изме- нение интерференционной картины, которое регистрируется электрооптическим прибором, преобразующим эти изменения в электрические сигналы. По 40 ним определяют направление и амплитуду смещения интерференциоыных полос, а следовательно, и акустических сигналов, поступающих на мембрану Р3, Недостатком известного устройст- 45 ва является невозможность получения спектральных характеристик исследуемого акустического сигнала сложной формы в жидкой или в газообразной среде.

Цель изобретения - пблучение спектральных характеристик акустических сигналов сложной формы в жидкой или газообразной среде.

Поставленная цель достигается тем, что в оптическом устройстве для анализа акустических сигналов, содержащем оптически соединенные лазер, коллиматор, светоделительную пластину, неподвижный отражатель, фокусирующую линзу,.матрицу фото- 60 диодов, а гакже акустооптический датчик с мембраной с зеркальным покрытием, акустооптический датчик выполнен в виде герметичной емкости, заполненной жидкой средой, одна и стенок которой имеет два окна, закрытых мембранами, между которыми к . этой стейке прикреплена торцом упругая мембрана с зеркальным покрытием, делящая емкость на две сообщающиеся между собой камеры и выполненная иэ резины переменной толщины.

Подаваемые через одно из окон акустические сигналы сб скоростью звука в жидкой среде передаются на мембрану с зеркальным покрытием, заставляя колебаться те участки ее, частота собственных колебаниЯ которых равна частоте колебаний акустического сигнала. При этом лучи, отражаясь от неровностей, возникших в мембране, дают на выходе интерференционную картину. Колебания мембраны происходят в зависимости от спектра частот подаваемого на нее акустического сигнала. Предлагаемая конструкция оптического устройства позволяет производить анализ спектра акустических . сигналов с высокой точностью и в широком диапазоне частот, определяющимся толщиной мембраны, практически

10 Гц — 30 кГц. Оптическое устройство также может определять амплитуду анализируемого акустического сигнала.

° На фиг.l показана оптическая схема устройства для анализа спектра акустических сигналов; на фиг.2 жидкостная герметичная емкость, общий вид; на фиг.3 — схематическое изображение работы оптического устройства.

Устройство состоит иэ лазера 1, оптической системы 2, создающей плоско-параллельный пучок монохроматического света (коллиматора), светоотделительной пластины 3, неподвижного отражателя 4, фокусирующей линзы 5, фотодиодной матрицы б и акустооптического датчика 7, содержащего зеркальную мембрану 8. Зеркальная мембрана,8 выполнена из резины, с переменной толщиной и погон- ной жесткостью, снабжена светоотражающим покрытием и помещена в герметичной прозрачной емкости 9 (фиг.2), заполненной прозрачной жидкостью, например водой, спиртом. Форма емкости 9 - прямоугольный параллелепипед . В одном из оснований емкости 9 размещены два окна 10 и 11, закрытые упругими пленками. Зеркальная мембрана 8 одним своим концом неподвижно закреплена на том основании емкости, где имеются окна 10 и 11, таким абразом, что делит емкость 9 на две равные части. Второй конец мембраны 8 образует с противод ьложным основанием емкости 9 зазор 12.

Устройство работает следующим образом. (104044 1

Идущий от лазера 1 через оптическую систему 2 пучок света разделяетоя светоделительной пластиной 3 на два одинаковых по интенсивности, один иэ которых отражается от неподвижного зеркала 4,, а второй - от зеркальной мембраны 8, оба луча проходят через. фокусирующую линзу 5, нри этом на фотодиодной матрице б локализуется иитерференционная картина, выражающая распределение напря. 10 жеиия на выходе каждого фотодиода.

При подаче исследуемого акустического сигнала через окно 11 на мембране 8 колеблются те участки ее, собственная частота колебаний которых равна частотам, присутствующим в спектре акустического сигнала, При помощи линзы 5 на поверхности фотодиодной матрицы б создается изоб= ражение мембраны 8.

Расстояние от светоделитеюц ной пластины 3 до пассивного отражателя

4 равно расстоянию от зеркальной по- верхности мембраны 8 до светоделительной пластины 3. Расстояние от .. зеркальной поверхности мембраны 8 до линзы 5 и от линзы 5 до фотодиодной матрицы б должно быть равно двуМ фокусным расстояниям.

Под воздействием исследуемого акустического сигнала сложной формы на упругую пленку окна ll в жидкости возникают колебания, передающиеся со скоростью звука на упругую мембрану &. При этом она совершает колебания. Максимальной будет амплитуда этих колебаний на тех участках мембраны 8, собственная частота колеба;ния которых совпадает с частотой .гармонических составляющих сложного акустического сигнала. !

Предлагаемое оптическое устройство для анализа спектра акустических сигналов обеспечивает проведение спектрального анализа акустического сигнала сложной формы в реальном масштабе времени и с чувствительностью, определяющейся длиной волны лазера; Наличие упругой мембраны с зеркальным покрытием и ее размещение в герметичной емкости с жидкой средой позволяет получить достоверные данные о спектре исследуемых акустических сигналов, об их частоте и амплитуде, а также позволяет проводить спектральный анализ акустичес-. ких сигналов, улавливаемых как в жидкой, так и в газообразной среде.

1040441

Составитель О. Яковлева

Редактор Н. Кешеля Техред A,A÷ Корректор А, Ференц

Заказ 6924/50 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская.наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4