Волоконно-оптический измеритель вертикального распределения скорости звука в океане

 

Использование: в области гидроакустики для определения зависимости скорости звука от глубины океана. Сущность изобретения: устройство содержит закрепленные на штанге-буксире на одинаковых расстояниях волоконно-оптические катушки, источник когерентного света 3, фотоприемник 4, оптически согласованные в интерферометр, фазосдвигающее устройство 5, гидроакустический излучатель, блок обработки и регистрации 9. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для определения зависимости скорости звука от координаты, например по глубине океана.

Известен измеритель того же назначения, содержащий установленные по вертикали импульсный гидроакустический излучатель и несколько отражателей звука, а также блоки обрабатывающей и регистрирующей аппаратуры [1] Недостатком известного измерителя является отсутствие оптического сигнала на его выходе, что затрудняет его согласование с оптической линией связи, которая в недалеком будущем будет являться основным каналом передачи информации.

Известен измеритель вертикального распределения скорости звука в океане, содержащий закрепленные на штанге-буксире на фиксированном расстоянии друг от друга контрольные элементы, импульсный гидроакустический излучатель, установленный на одном из концов штанги- буксира, напротив контрольных элементов, блок обработки и регистрации [2] Данный измеритель принят за прототип.

Недостатком прототипа является отсутствие на выходе измерителя оптического сигнала.

Техническим результатом, получаемым при внедрении изобретения, является обеспечение на выходе измерителя вертикального распределения скорости звука оптического сигнала, несущего информацию об измеряемом поле скоростей.

Данный технический результат получают за счет того, что в известный измеритель вертикального распределения скорости звука в океане, содержащий закрепленные на штанге-буксире на фиксированном расстоянии друг от друга контрольные элементы, импульсный гидроакустический излучатель, установленный на одном из концов штанги-буксира, напротив контрольных элементов, блок обработки и регистрации, введены источник когерентного света и фотоприемник, выход которого подключен к входу блока обработки и регистрации, а контрольные элементы выполнены в виде чувствительных волоконных катушек, образованных расположенными по длине штанги-буксира опорным и предметным волокнами, причем источник когерентного света, фотоприемник, опорное волокно и предметное волокно оптически согласованы в интерферометр, посредством волоконной линии связи.

При этом в предметном или опорном оптическом волокне установлено фазосдвигающее устройство.

Импульсный гидроакустический излучатель подключен к генератору широтно-импульсных сигналов, а блок обработки и регистрации включает полосовой фильтр, вход которого является входом этого блока.

На фиг.1 представлена конструктивная схема измерителя; на фиг.2 - оптическая схема измерителя; на фиг. 3-5 временные диаграммы, поясняющие принцип работы измерителя.

Измеритель содержит (фиг. 1) закрепленные на штанге-буксире 1 на известном расстоянии друг от друга контрольные элементы в виде волоконно-оптических катушек 2, источник 3 когерентного света и фотоприемник 4, оптически согласованные в интерферометр (фиг.2).

Волоконные катушки 2 в интерферометре расположены в его опорном и предметном плечах (волокнах) и представляют собой чувствительные элементы, выполненные в виде отдельных частей предметного и опорного волокон. Все волоконные катушки 2 расположены в исследуемой среде, поэтому их деление на предметные и опорные является условным (на фиг.2 предметные катушки обозначены условно под позицией 2₁, а опорные под позицией 2₂.

В предметном или опорном оптических волокнах установлено фазосдвигающее устройство 5.

Напротив чувствительных элементов установлен импульсный гидроакустический излучатель 6.

В частном случае импульсный гидроакустический излучатель 6 может быть подключен к генератору широтно-импульсных сигналов (на чертеже не показан) и излучать широтно-импульсные сигналы. В этом случае на выходе фотоприемника 4 устанавливают полосовой фильтр 7, выход которого через усилитель 8 подключают к блоку регистрирующей аппаратуры 9. Блоки 7, 8, 9 образуют конструктивно блок обработки и регистрации.

Вся обрабатывающая и регистрирующая аппаратура, а также генераторы электрических сигналов находятся, например, в плавающем буе 10, снабженном также радиопередатчиком (на чертеже не показан) и радиоантенной 11.

Электронная аппаратура может располагаться на судне или другом плавсредстве. Измеритель также снабжается всеми необходимыми для погружения и подъема средствами (на чертеже не показаны).

Измеритель работает следующим образом.

Опускают измеритель в исследуемую область океана и включают все элементы аппаратуры, расположенной в приведенном на фиг.1 исполнение измерителя, в плавающем на поверхности океана буе 10.

Включение аппаратуры может производиться дистанционно через радиоантенну 11 или по заранее заданной программе. При этом начальную разность фаз на выходной кривой 12 интерферометра (фиг. 3) предварительно устанавливают, например, с помощью фазосдвигающего устройства 5 (фиг.2) равной 90^o (на фиг. 3 точка А).

Импульсный гидроакустический излучатель 6 (фиг.1) излучает на контрольные элементы в виде волоконных катушек 2 акустические импульсы. При этом на выходе интерферометра будет наблюдаться серия импульсов 13 фототока (фиг.4), которая несет информацию о скорости звука на различных глубинах океана.

Для улучшения помехоустойчивости измерителя к различным гидроакустическим помехам излучаемые гидроакустическим излучателем импульсы могут носить широтно-импульсный характер, т.е. представлять собой отрезки синусоид 14, следующих через определенные интервалы времени (фиг.5).

В этом случае на выходе измерителя (фотоприемника 4) также будут присутствовать серии импульсов фототока, которые выделяются на фоне помех полосовым фильтром 7, усиливают усилителем 8 и регистрируют регистратором 9 (фиг. 2).

Амплитуды излучаемых импульсов задают исходя из размеров линейного участка выходной кривой 12 (на фиг.3 под позицией 15 обозначен входной сигнал интерферометра, а под позицией 16 его выходной сигнал).

Таким образом, измеритель позволяет измерить вертикальное распределение скорости звука в океане с помощью одного волоконно- оптического интерферометра. При этом на его полезный сигнал в виде оптических импульсов не будут оказывать влияния помехи стационарного характера (температура, гидростатическое давление), поскольку как опорные, так и предметные катушки располагаются в одной и той же среде.

Формула изобретения

1. Измеритель вертикального распределения скорости звука в океане, содержащий закрепленные на штанге-буксире на фиксированном расстоянии друг от друга контрольные элементы, импульсный гидроакустический излучатель, установленный на одном из концов штанги-буксира напротив контрольных элементов, блок обработки и регистрации, отличающийся тем, что в него введены источник когерентного света и фотоприемник, выход которого подключен к входу блока обработки и регистрации, а контрольные элементы выполнены в виде чувствительных волоконно-оптических катушек, образованных расположенными по длине штанги-буксира опорным и предметным оптическими волокнами, причем источник когерентного света, фотоприемник, опорное волокно и предметное волокно оптически согласованы в интерферометр посредством волоконно-оптической линии связи.

2. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что в предметном или опорном оптическом волокне установлено фазосдвигающее устройство.

3. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что импульсный гидроакустический излучатель подключен к генератору широтно-импульсных сигналов, а блок обработки и регистрации включает полосовой фильтр, вход которого является входом этого блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5