Волоконно-оптический гидрофон с компенсацией гидрофизических помех

 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в морских условиях для измерения шумоизлучения различных объектов. Сущность изобретения заключается в том, что на выходе волоконного интерферометра установлено два фильтра: низких и высоких частот. После фильтра высоких частот установлен регистратор уровня звукового давления, а после фильтра низких частот - система обратной связи, отрабатывающая на источнике тока напряжение, пропорциональное пульсациям скоростного напора. Предметная волоконная катушка интерферометра намотана с натягом на биметаллический корпус, который нагревается от источника тока, управляемого от блока обратной связи гидрофона. 2 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в морских условиях для измерения шумоизлучения различных объектов.

Известен волоконно-оптический гидрофон (ВОГ), содержащий волоконные предметную и опорную катушки, объединенные в интерферометр [1] Недостатком известного ВОГ является зависимость его показаний от влияния гидрофизических факторов, таких как гидростатическое давление, температура, скоростной напор, а также зависимость от пульсаций этих величин.

Известен ВОГ с компенсацией гидрофизических помех, содержащий предметную и опорную волоконные катушки, оптически согласованные с источником когерентного света и фотоприемником, усилитель, подключенный к выходу фотоприемника, и регистратор, причем предметная волоконная катушка интерферометра намотана с натягом на боковую поверхность цилиндрического корпуса, а опорная расположена рядом с боковой поверхностью корпуса и защищена от воздействия упругих пульсаций среды [2] Данный гидрофон принят за прототип.

Недостатком прототипа является влияние на его показания пульсаций скоростного напора потока, воздействующих на предметное волокно.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является устранение влияния на показания гидрофона пульсаций давления скоростного напора потока жидкости.

Данный технический результат достигается тем, что известный ВОГ с компенсацией гидрофизических помех, содержащий предметную и опорную волоконные катушки, оптически согласованные с источником когерентного света и фотоприемником в интерферометр, усилитель, подключенный к выходу фотоприемника, и регистратор, причем предметная волоконная катушка интерферометра намотана с натягом на боковую поверхность цилиндрического корпуса, а опорная расположена рядом с боковой поверхностью корпуса и защищена от воздействия упругих пульсаций среды, дополнительно содержит источник тока, фильтрат высоких частот, фильтрат низких частот, блок обратной связи и второй регистратор, при этом выход усилителя через фильтр высоких частот соединен с первым регистратором, а через последовательно соединенные фильтр низких частот и блок обратной связи со вторым регистратором и управляющим входом источника тока, подключенного выходом к цилиндрическому корпусу, выполненному биметаллическим.

На фиг. 1 представлена функциональная схема ВОГ; на фиг. 2 его оптическая схема.

ВОГ содержит предметную и опорную волоконные катушки 1 и 2, оптически согласованные с источником 2 когерентного света и фотоприемником 4 в интерферометр (фиг. 1 и 2). Предметная волоконная катушка 1 интерферометра намотана с натягом на боковую поверхность цилиндрического корпуса 5, выполненного биметаллическим и установленного на держателе 6. Опорная волоконная катушка 2 установлена рядом с предметной, но не закреплена на корпусе 5 и защищена от воздействия упругих пульсаций, (опорная волоконная катушка на фигуре не показана).

ВОГ также содержит усилитель 7, фильтр 8 высоких частот, фильтр 9 низких частот, блок 10 обратной связи, источник 11 тока и регистраторы 12 и 13.

Схема электрических соединений представлена на фиг. 1.

Электронные блоки особенностей не имеют. Вместе с источником 3 когерентного света и фотоприемником 4 они расположены на носителе (на чертеже не показан, а на фиг. 2 под позицией 14 представлена стенка носителя).

Гидрофон работает следующим образом.

Располагают подводную часть ВОГ в заданной области натурного водоема (или буксируют его с известной скоростью за носителем). Настраивают начальную разность фаз интерферирующих лучей в интерферометре с помощью источника 11 тока равной 90 (для скорости потока или заданной скорости буксировки). Требуемое изменение сдвига фаз происходит из-за того, что при подаче тока на биметаллический корпус 5 последний разогревается и изгибается. Это приводит к дополнительному натягу волокна в предметной волоконной катушке 1 и изменению оптического пути для одного из интерферирующих лучей.

При этом в потоке жидкости на предметную волоконную катушку будут дополнительно воздействовать два вида пульсаций: пульсаций давления скоростного напора v/2 и пульсаций звукового давления.

Пульсации гидрофизической природы носят низкочастотный характер (до 100 Гц), акустический высокочастотный (выше 100 Гц). В связи с чем их можно выделить с помощью фильтров 8 и 9 высоких и низких частот.

Пульсации скоростного напора, по амплитуде значительно превышающие пульсации звукового давления (на один-два порядка), смещают рабочую точку на выходной кривой интерферометра. При этом на выходе фотоприемника 4 появляются низкочастотные импульсы фототока, усиливаемые усилителем 7 и выделяемые фильтром 9 низких частот.

Блок 10 обратной связи отрабатывает соответствующее управляющее напряжение, подаваемое на управляющий вход источника 11 тока, который в свою очередь направляет на биметаллический корпус 5 ток, разогревающий его. При этом происходит прогиб корпуса 5 и дополнительный натяг или ослабление волокна предметной волоконной катушки до тех пор пока рабочая точка на рабочей кривой интерферометра не возвратиться на свое прежнее место.

Пульсации звукового давления также выделяются на выходе фотоприемника 4 в виде высокочастотных пульсаций импульсов тока. После усиления в усилителе 7 эти пульсации отфильтровываются фильтром 8 высоких частот и регистрируются регистратором 13. При этом пульсации давления скоростного напора могут регистрироваться дополнительным регистратором 12, установленным на выходе блока 10 обратной связи.

ВОГ должен проходить предварительную градуировку по уровню звукового давления и, если необходимо, по давлению пульсаций скоростного напора.

Пульсации температуры исследуемой среды не будут оказывать влияния на результаты измерений, поскольку обе катушки интерферометра расположены рядом в воде. По этой же причине на результаты измерений не будут оказывать изменения различных статистических параметров: гидростатического давления, температуры, солености.

Таким образом, в предложенном гидрофоне устранено влияние всех гидрофизических факторов на результаты измерения полезного сигнала.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки 1. Патент США N 4162997, кл. 250 199 (H 04 B 9/00, G 01 V 1/00), 1979.

2. Патент Канады N 1124384, кл. 349 57 (G 01 V 1/38), 1982.

Формула изобретения

Волоконно-оптический гидрофон с компенсацией гидрофизических помех, содержащий предметную и опорную волоконные катушки, оптически согласованные с источником когерентного света и фотоприемником в интерферометр, усилитель, подключенный к выходу фотоприемника, и регистратор, причем предметная волоконная катушка интерферометра намотана с натягом на боковую поверхность цилиндрического корпуса, а опорная расположена рядом с боковой поверхностью корпуса и защищена от воздействия упругих пульсаций среды, отличающийся тем, что дополнительно содержит источник тока, фильтр высоких частот, фильтр низких частот, блок обратной связи и второй регистратор, при этом выход усилителя через фильтр высоких частот соединен с первым регистратором, а через последовательно соединенные фильтр низких частот и блок обратной связи с вторым регистратором и управляющим входом источника тока, подключенного выходом к цилиндрическому корпусу, выполненному биметаллическим.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2