Устройство для измерения акустического давления
Изобретение относится к волоконной оптике и когерентной оптоэлектронике и может быть использовано в морском приборостроении , например при разработке гидрофонов. Целью изобретения является повышение надежности работы датчика и повышение удобства эксплуатации за счет упрощения юстировки. Цель достигается тем, что в устройство, содержащее источник 1 когерентного светового излучения, микрообъектив 2 для ввода излучения в оптическое волокно, волоконный световод 3, намотанный на каркас, и фотоприемник 9. введен пространственный фильтр, ограничивающий вклад мод в картину интерференции , состоящий из апертурной диафрагмы 8 и собирающего объектива, при этом апертурная диафрагма встроена в состав собирающего объектива 5, установленного на выходе из многомодового волоконного световода 3 и выполненного в виде собирающей линзы 6 и микрообьектива 7. При воздействии акустического давления волокно 3 прогибается в промежутки между радиальными выступами каркаса, что приводит к его удлинению и возникновению дополнительной разности фаз между модами волоконного световода 3. а значит к изменению интерференционного сигнала на выходе устройства , что регистрируется фотоприемником 9. Введение пространственного фильтра ограничивает вклад мод в картину интерференции, упрощает обработку сигнала . 1 ил. (Л с о ы оо ел 00 о
СОК)З СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
01 L 23/06, Н 04 R, 1,/44:. ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯM ПРИ ГКНТ СССР Ы! к. Е "-.. 17ВЬ4, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4468078/10 (22) 01.08.88 (46) 30.03.91. Бюл, ¹ 12 (71) Дальневосточный политехнический институт им. В. В. Куйбышева (72) Ю. Н. Кульчин и В. Ф, Обух (53) 531.787(088.8) (56) Lautan М. R., Bucaro 3. А. Optical fibre acoustic sensor mode-mode interference— Appl. Opt. 1979, 18, ¹ 5, 666 — 671 с. Кульчин О. Н., Лебедев Е. В., Май В. П., Обух В, Ф. Пространственная фильтрация световых волн и ее применение к обработке сигналов волоконно-оптического гидрофона. Препринт. Владивосток: ИАПУ ДВНЦ АН СССР, 1985, 27 с. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к волоконной оптике и когерентной оптоэлектронике и может быть использовано в морском приборостроении, например при разработке гидрофонов. Целью изобретения является повышение надежности работы датчика и повышение удобства эксплуатации за счет упрощения юстировки. Цель достигается. SU 1638580 А1 тем, что в устройство, содержащее источник 1 когерентного светового излучения, микрообьектив 2 для ввода излучения в оптическое волокно, волоконный световод 3, намотанный на каркас, и фотоприемник 9, введен пространственный фильтр, ограничивающий вклад мод в картину интерференции, состоящий из апертурной диафрагмы 8 и собирающего объектива, при этом апертурная диафрагма встроена в состав собирающего обьектива 5, установленного на выходе из многомодового волоконного световода 3 и выполненного в виде собирающей линзы 6 и микрообьектива 7. При воздействии акустического давления волокно 3 прогибается в промежутки между радиальными выступами каркаса, что приводит к его удлинению и возникновению дополнительной разности фаз между модами волоконного световода 3, а значит к изменению интерференционного сигнала на выходе устройства. что регистрируется фотоприемником 9. Введение пространственного фильтра ограничивает вклад мод в картину интерференции, упрощает обработку сигнала. 1 ил. 1638580 10 25 35 45 55 Изобретение относится к волоконной оптике и когерентной оптоэлектронике и может быть использовано в морском приборостроении, например, при разработке гидрофонов, Целью изобретения является повышение надежности работы датчика и упрощение юстировки оптической схемы, а также повышение удобства в эксплуатации путем уменьшения габаритных размеров; На чертеже представлена принципиальная оптическая схема предлагаемого устройства для измерения акустического давления, устройство для измерения акустического давления содержит оптический квантовый генератор 1, являющийся источником когерентного излучения, за которым размещен первый микрообьектив 2 ввода излучения в волоконный световод 3. Волоконный световод 3 навит на каркас 4, имеющий вертикально выступающие ребра, размер и период следования которых выбирается в зависимости от диапазона измеряемых частот, Собирающий объектив 5 состоит из установленных последовательно собирающей линзы 6 и второго микрообьектива 7 и включает встроенную диафрагму 8. Элементы 6 и 8, расположенные на одной оптической оси, представляют собой пространственный фильтр, который размещен между выходом торца волоконного световода 3 и регистратором, выполненным например в виде, фотоприемника 9. Когерентное световое излучение, испускаемое квантовым генератором 1 с помощью микрообьектива 2 вводится в оптическое волокно 3. В оптическом волокне 3 возбуждается широкий спектр направляемых мод. Под воздействием акустического давления происходит прогиб витков оптического волокна 3 в промежутки между выступами. Это приводит к деформации волоконного световода и к модуляции фаз мод. При излучении на выходном конце волоконного световода 3 моды возбуждают пространственные световые волны под различными углами к оси волокна, в зависимости от номера и типа возбуждающей их моды. Собирающий обьектив 5 фокусирует это излучение на фотоприемник 9. На фоточувствительной площадке фотоприемника 9 формируется картина интерференции волн. Апертурная диафрагма 8, встроенная в объектив 5, выполняет функцию фильтра низких пространственных частот и отсекает излучение, возбуждаемое модами, замазывающими картину интерференции, Это эквивалентно возбуждению в волоконном световоде 3 лишь требуемой группы мод. Расстояние от выходного торца световода 3 до апертурной диафрагмы 8 и диаметр апертурной диафрагмы 8 выбирается в соответствии с параметрами волоконного световода 3, длины волны излучения и геометрических размеров схемы, при которых достигается максимальное отношение сигнал/шум и определяется из условия; а2ЛО d 2, 17Х где R — расстояние от выходного торца волоконного световода до апертурной диафрагмы; d — диаметр апертурной диафрагмы; Л вЂ” длина волны используемого излучения; D — диаметр сердцевины волоконного световода. Величина акустического давления измеряется по изменению интенсивности в выделенной картине интерференции, В качестве примера конкретного выполнения разработан датчик на основе многомодового кварцевого волоконного световода, имеющего ступенчатый профиль распределения показателя преломления по сечению с диаметрами сердцевины, оболочки и защитного чехла соответственно равными 50,125 и 480 мкм. Длина волоконного световода, навитого на каркас, составила 12 м. Каркас имеет три радиальных выступа, размещенных под углом 120 друг к другу, к которым волоконный световод прикреплен влагостойким клеем, В качестве источника когерентного излучения использовался лазер ЛГ-52-2 с длиной волны излучения Л= 0,63 мкм. Ввод излучения в многомодовый волоконный световод осуществляется микрообьективом ф10. Пространственный фильтр состоял из объектива с фокусным расстоянием 5 см, в который была встроена апертурная диафрагма с диаметром 1,2 мм (определенным по формуле), установленная вплотную к передней собирающей линзе объектива по его оси, Расстояние от выходного торца волоконного световода до апертурной диафрагмы с 7 см. Чувствительность датчика составляла 120 дБ по отношению к пороговому уровню чувствительности 1 В/мкПа. Чувствительность датчика не менялась при изменении температуры в диапазоне 10 — 70 С, Таким образом, предлагаемое устройство имеет небольшие размеры пространственного фильтра вклада мод в картину интерференции, простую юстировку, заключающуюся только в выборе расстояния от выходного торца световода и, как следствие, высокую надежность, особенно в усло1638580 виях вибрации, что значительно повышает удобство в эксплуатации, Формула изобретения Составитель Е.Швая Редактор Т,Парфенова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор А.Осауленко Заказ 922 Тираж 35б Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский ксмбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Устройство для измерения акустического давления, содержащее волоконно-оптический датчик давления в виде размещенного на каркасе многомодового световода, входной торец которого через первый микрообъектив оптически связан с источником коге рентного излучения, а Bblходной через собирающую линзу и второй микрообъектив — с регистратором, и апертурную диафрагму, установленную на одной оптической оси с собирающей линзой, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что с целью повыше15 ния надежности и удобства в эксплутации путем упрощения юстировки, в нем апертур.ная диафрагма установлена между собирающей линзой и вторым микрообъективом вплотную к поверхности собирающей линзы 20 и на расстоянии R от выходного торца световода, которое удовлетворяет условию 2 D d 2,!7 Х где 0 — диаметр сердцевины волоконного 25 световода; d — диаметр апертурной диафрагмы; А — длина волны излучения когерентного источника.
