Волоконно-оптический шумопеленгатор

 

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для обнаружения местоположения и сопровождения подводной цели. Существо изобретения заключается в том, что на основе одного волоконно-оптического интерферометра создают несколько (преимущественно три) приемника градиента звукового давления, ориентированных диаграммами направленности по различным координатам. Приемники градиента звукового давления выполняют в виде пар катушек, расположенных на известном расстоянии друг от друга. Одну из катушек каждой пары наматывают с натягом на пьезоцилиндр, на который подают различные несущие частоты. На фотоприемнике интерферометра с помощью полосовых фильтров выделяется каждая из несущих частот. Демодуляторы выделяют полезные сигналы, поступающие затем в процессор, который выдает информацию о положении подводной цели. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для обнаружения месторасположения и сопровождения подводной цели.

Известно устройство, аналогичного назначения, содержащее несколько векторных приемников, разнесенных по пространственным координатам, систему обработки сигналов и регистратор [1] Недостатком известного шумопеленгатора является отсутствие оптического сигнала на выходе устройства.

Известна волоконно-оптическая антенна, выполняющая функции шумопеленгатора, включающая в себя N пар предметных и опорных катушек, N источников когерентного света, N фотоприемников, объединенных соответственно в N интерферометров. Имеется также фазосдвигающее устройство, усилитель, подключенный к выходу фотоприемника и процессор [2] Данное устройство принято за прототип.

Недостатком прототипа является его сложность, поскольку оно содержит N интерферометров. Кроме того, помимо перечисленных элементов известное устройство должно содержать систему формирования диаграммы направленности волоконно-оптической гидроакустической антенны.

Техническим эффектом, получаемым от внедрения изобретения, является упрощение известного волоконно-оптического шумопеленгатора за счет использования лишь одного интерферометра.

Данный технический результат достигается за счет того, что в известном волоконно-оптическом щумопеленгаторе, содержащем N пар предметных и опорных катушек, источник когерентного света и фотоприемник, объединенные с предметной и опорной катушками в интерферометр, а также фазосдвигающее устройство интерферометра, усилитель, подключенный к выходу фотоприемника и процессор, в каждой паре катушек опорные волоконные катушки расположены на известном расстоянии от предметных волоконных катушек, причем дополнительно введены N полосовых фильтров и N демодуляторов, а все пары предметных и опорных катушек разнесены по различным пространственным координатам и объединены в одном интерферометре, при этом каждая пара катушек содержит N дополнительных фазосдвигающих устройств, подключенных к N генераторам электрических колебаний, а к выходу усилителя параллельно подключены N полосовых фильтров на различные частоты, соединенных выходами с входами N демодуляторов, выходы которых подключены к N входам процессора.

Фазосдвигающие устройства могут быть выполнены в виде пьезоэлектрических цилиндров, на боковые поверхности которых с натягом намотана одна из волоконных катушек.

Волоконная катушка, расположенная за пьезоэлектрическим цилиндром, намотана на упругий цилиндр большего диаметра по сравнению с пьезоэлектрическим цилиндром.Количество пар предметных и опорных катушек достаточно выбрать равным трем, при этом каждую пару катушек пространственно разнесены по координатам декартовой системы координат.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема волоконно-оптического шумопеленгатора; на фиг. 2 пространственное расположение пар волоконных катушек.

Волоконно-оптический шумопеленгатор содержит источник 1 когерентного света и фотоприемник 2 (фиг. 1), которые объединены с предметными и опорными волоконными катушками (соответственно 3₁, 3₂, 3₃ и 4₁, 4₂, 4₃) в один интерферометр (в данном варианте в интерферометр Цендера-Маха). Имеется также фазосдвигающее устройство 5 для установления начальной разности фаз, равной 90^o, и фазосдвигающие устройства 6₁, 6₂, 6₃, подключенные к генераторам 7₁, 7₂, 7₃ электрических колебаний.

Фазосдвигающие устройства 5, 6₁, 6₂, 6₃ выполнены в виде пьезоэлектрических цилиндров, на боковые поверхности которых с натягом намотаны предметные катушки 3₁, 3₂, 3₃. При таком исполнении фазосдвигающего устройства 5 последнее также подключено к генератору переменного напряжения (на чертеже не показан).

Волоконные катушки 3₁, 4₁, 3₂, 4₂, 3₃, 4₃ расположены друг от друга на известном расстоянии l и разнесены по координатам x, y, z декартовой системы координат. При этом опорные волоконные катушки 4₁, 4₂, 4₃ наматываются (можно без натяга) на упругие цилиндры 8₁, 8₂, 8₃ большего диаметра по сравнению с пьезоэлектрическими цилиндрами 6₁, 6₂, 6₃ (фиг. 2). Это делается для того, чтобы витки второй катушки не "затенялись" витками первой волоконной катушки.

Выход фотоприемника 2 подключен к усилителю 9, выход которого параллельно соединен с полосовыми фильтрами 10₁, 10₂, 10₃, а выходы последних подключены через демодуляторы 11₁, 11₂, 11₃ к входам процессора 12.

Подводной частью шумопеленгатора являются волоконные катушки 3, 4, намотанные на цилиндры 6, 8 (фиг. 2). Остальные элементы прибора располагают на носителе (на чертеже не показано).

При таком исполнении волоконно-оптический интерферометр представляет собой по существу три приемника градиента звукового давления, ориентированных своими диаграммами направленности по различным координатам. Разделение волоконных катушек в интерферометре на предметные и опорные в данном случае является условным.

Шумопеленгатор работает следующим образом.

Располагают подводную часть прибора в заданной области натурного водоема.

Устанавливают начальную разность фаз интерферирующих лучей равной 90^o. Подают на фазосдвигающие устройства 6₁, 6₂, 6₃ различные несущие частоты от генераторов 7₁, 7₂, 7₃ электрических колебаний.

Звуковые волны от цели (на чертеже не показано) воздействуют на приемники градиентов звукового давления, ориентированные к ней под различными углами. При этом на выходе фотоприемника появляется три сигнала на различных несущих частотах, выделяемых после усиления усилителем 9 полосовыми фильтрами 10, а затем детектируемые демодуляторами 11. По соотношению амплитуд сигналов принимаемых различными градиентными приемниками процессор 12 определяет местоположение цели, для уточнения которого возможно проведение дополнительных измерений при другой пространственной ориентации градиентных приемников звукового давления.Поскольку все волоконные катушки интерферометра располагаются в рабочей среде, на показания прибора не будут оказывать влияния различные гидрофизические факторы (температура, гидростатическое давление, плотность и т.п.).

Предлагаемый волоконно-оптический шумопеленгатор значительно проще прототипа, поскольку выполнен на основе одного интерферометра и не требует специального устройства для формирования меняющейся в пространстве диаграммы направленности, чем достигается поставленный в заявке технический результат. 1 Источники информации: 1. Пат. США N 4279027, кл. 367-12S(G0+S3/80), 1981.

2. Пат. США N 4115753, кл. 340-6R(G0+S3/80), 1978 (прототип).

Формула изобретения

1. Волоконно-оптический шумопеленгатор, содержащий N пар предметных и опорных волоконных катушек, источник когерентного света и фотоприемник, объединенные с предметной и опорной волоконными катушками в интерферометр, а также фазосдвигающее устройство интерферометра, усилитель, подключенный к выходу фотоприемника, и процессор, отличающийся тем, что в каждой паре катушек опорные волоконные катушки расположены на заданном расстоянии от предметных волоконных катушек, причем дополнительно введены N полосовых фильтров и N демодуляторов, а все пары предметных и опорных волоконных катушек разнесены по различным пространственным координатам и объединены в одном интерферометре, при этом каждая пара катушек содержит N дополнительных фазосдвигающих устройств, подключенных к N генераторам электрических колебаний, а к выходу усилителя параллельно подключены N полосовых фильтров, частоты настройки которых равны частотам соответствующих генераторов электрических колебаний, соединенных выходами с входами N демодуляторов, выходы которых подключены к входам процессора.

2. Шумопеленгатор по п.1, отличающийся тем, что каждое фазосдвигающее устройство выполнено в виде пьезоэлектрического цилиндра, на внешнюю боковую поверхность которого с натягом намотана одна из предметных волоконных катушек.

3. Шумопеленгатор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что опорная волоконная катушка намотана на цилиндр, выполненный из упругого материала, большего диаметра по сравнению с пьезоэлектрическим цилиндром.

4. Шумопеленгатор по п.1, отличающийся тем, что количество пар предметных и опорных волоконных катушек выбрано равным трем, при этом каждая пара катушек пространственно разнесена по координатам декартовой системы координат.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2