Гидрооптическая аппаратура для обследования подводного объекта

 

Изобретение относится к области гидрооптики и гидроакустики и может быть использовано для обнаружения и обследования подводных объектов гидрооптическими и гидроакустическими средствами. Сущность изобретения заключается в том, что обычная подводная фотокамера снабжается волоконно-оптическим шумопеленгатором. При этом характеристика направленности шумопеленгатора направлена вдоль оптической оси фотокамеры. Достигаемым техническим результатом является возможность фотографирования подводного объекта в момент, когда объектив фотокамеры направлен на источник шумоизлучения в подводном объекте. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области гидрооптики и гидроакустики и может быть использовано аквалангистами, водолазами и самоходными подводными аппаратами для обследования подводных объектов оптоакустическими средствами.

Известно устройство аналогичного назначения, для обследования подводного объекта оптическими средствами, например с помощью фоторужья [1], содержащее фотокамеру с длиннофокусным объективом и водонепроницаемым корпусом, плечевой упор и затвор со спусковым механизмом.

Недостатком известного гидрооптического устройства является невозможность с его помощью выявления зон подводного объекта с повышенной шумностью.

Известен волоконно-оптический шумопеленгатор для выявления зон подводного объекта с повышенной шумностью [2], выполненный в виде волоконно-оптического интерферометра с тремя приемниками градиента звукового давления, ориентированными диаграммами направленности по различным координатам.

Недостатком известного гидроакустического устройства является невозможность с его помощью оптического обследования подводного объекта.

В качестве прототипа принята гидроакустическая аппаратура, содержащая фотокамеру с объективом и водонепроницаемым корпусом и механически связанный с ним импульсный осветитель, подключенный через синхроконтакт спускового механизма затвора фотокамеры к источнику питания [3].

Недостатком прототипа является невозможность выявления с его помощью участков подводного объекта с повышенной шумностью.

Техническим эффектом от внедрения изобретения является устранение недостатка прототипа, т.е. получение возможности обследования гидрооптической аппаратурой участков подводного объекта с повышенной шумностью, например выявление мест скопления шумящих морских организмов в слабопрозрачной морской среде, определение мест нахождения экипажей затонувших кораблей и т.п.

Данный технический результат достигается за счет того, что гидрооптическая аппаратура для обследования подводного объекта, содержащая фотокамеру с объективом и водонепроницаемым корпусом и механически связанный с ним импульсный осветитель, подключенный через синхроконтакт спускового механизма затвора фотокамеры к источнику питания, дополнительно содержит волоконно-оптический шумопеленгатор, выполненный в виде двух волоконно-оптических гидроакустических приемников, каждый из которых включает в себя идентичные сигнальные и опорные чувствительные оптические волокна с фазосдвигающим устройством, оптически связанные с когерентным источником света и фотоприемником в два интерферометра, при этом выходы фотоприемников обоих интерферометров подключены через усилители ко входам коррелятора, соединенного выходом с визуальным индикатором и головным телефоном, при этом сигнальные чувствительные оптические волокна интерферометров механически закреплены снаружи водонепроницаемого корпуса симметрично относительно оптической оси объектива фотокамеры.

Опорные чувствительные оптические волокна интерферометров также могут быть механически закреплены снаружи водонепроницаемого корпуса симметрично относительно оптической оси объектива фотокамеры на том же расстоянии от оптической оси объектива, что и сигнальные чувствительные оптические волокна.

Возможен вариант выполнения аппаратуры, когда опорные чувствительные оптические волокна интерферометров, механически закрепленные снаружи водонепроницаемого корпуса симметрично относительно оптической оси объектива, выполнены с возможностью их одновременного экранирования смещаемым акустическим экраном.

При этом в качестве когерентного источника света у обоих интерферометров используется один светодиод, подключенный к источнику питания импульсного осветителя фотокамеры.

В качестве источника питания можно использовать судовой или береговой источник питания, соединенный с осветителем фотокамеры и электронными блоками волоконно-оптического шумопеленгатора кабелем.

Выходы фотоприемников обоих интерферометров подключены ко входам коррелятора через усилители с синхронно регулируемыми коэффициентами усиления.

Гидрооптическая аппаратура может дополнительно включать в свой состав уровень с гидрокомпасом. Причем изображение шкалы последнего совмещено с оптическим угловым полем объектива фотокамеры.

Гидрооптическая аппаратура может дополнительно включать в себя магнитофон, записывающий вход которого подключен к выходу коррелятора.

На фиг. 1 представлена оптико-акустическая и электронная схема аппаратуры, а на фиг.2 - пример ее использования при получении поставленного выше технического результата.

Гидрооптическая аппаратура для обследования подводного объекта содержит фотокамеру с объективом 1 (фиг.1) и водонепроницаемым корпусом 2 (фиг.2) и механически связанный с ним импульсный осветитель 3, подключенный через синхроконтакт спуского механизма затвора фотокамеры к источнику питания. (На фигурах типовые элементы любой фотокамеры не приведены).

Особенностью гидрооптической аппаратуры является наличие в ней специального волоконно-оптического шумопеленгатора, выполненного в виде двух волоконно-оптических гидроакустических приемников, каждый из которых включает в себя идентичные сигнальные 4, 5 и опорные 6, 7 чувствительные оптические волокна с фазосдвигающими устройствами 8, 9 (фиг.1), оптически связанные с когерентным источником 10 света и фотоприемниками 11, 12 в два интерферометра. При этом выходы фотоприемников 11, 12 обоих интерферометров подключены через усилители 13, 14 с синхронно регулируемыми коэффициентами усиления ко входам коррелятора 15, выход которого подключен к визуальному индикатору 16, например стрелочному прибору, и головному телефону 17 (наушникам).

Когерентный источник 10 света выполнен в виде светодиода, а фотоприемники 11, 12 - в виде фотодиодов. Электронные блоки шумопеленгатора выполнены на микросхемах и особенностей не имеют. Источник питания (не показан) может быть выполнен автономным или береговым (судовым), связанным с осветителем 3 и электронными блоками 13, 14, 15 кабелем (данный вариант на фигурах не представлен).

Шумопеленгатор гидрооптической аппаратуры может быть выполнен в трех вариантах.

В первом варианте аппаратуры, изображенном на фиг.1 и представленном в основном пункте формулы изображения, волоконно-оптические гидроакустические приемники шумопеленгатора выполнены в виде двух гидрофонов [4], у которых сигнальные чувствительные оптические волокна 4, 5 контактируют с водой (закреплены снаружи водонепроницаемого корпуса 2), а опорные оптические волокна 6, 7 расположены внутри водонепроницаемого корпуса 2 или в другом месте, защищенном от действия звуковых волн 18, распространяющихся от обследуемого подводного объекта 19 (фиг.2). На фиг.1 представлена стенка 20 водонепроницаемого корпуса 2 при первом варианте реализации гидрооптической аппаратуры.

Во втором варианте аппаратуры, представленном во втором пункте формулы изобретения, опорные чувствительные оптические волокна 6, 7 располагают за сигнальными волокнами 4, 5 интерферометров и размещают все волокна 4, 5, 6, 7 в водной среде. (В этом случае подразделение чувствительных волокон 4, 5, 6, 7 на сигнальные и опорные становится условным). При этом волоконно-оптические гидроакустические приемники превращаются в векторные приемники [1] с остронаправленными характеристиками направленности, тогда как в первом варианте реализации аппаратуры с волоконно-оптическими гидрофонами характеристики направленности последних были значительно более широкими, что позволяло быстро настроиться на источник шумоизлучения, но менее точно, чем во втором варианте с остронаправленными характеристиками направленности гидроакустических приемников шумопеленгатора.

В третьем варианте гидрооптической аппаратуры, предложенной в третьем пункте формулы изобретения, последовательно реализуются первые два ее варианта.

Опорные чувствительные волокна 6, 7 интерферометров в этом случае располагают снаружи водонепроницаемого корпуса 2 фотокамеры, но при этом выполняют их с возможностью одновременного экранирования акустическим экраном 21.

Когда объект 19 находится далеко или когда источник шумоизлучения объекта 19 имеет остронаправленную пространственную ориентацию, то экран 21 находится в положении А (фиг.1).

Когда объект 19 расположен близко, и расположение его источника шумоизлучения приблизительно известно, экран 21 гидрооптической аппаратуры переводят в положение Б (фиг.1), например, с помощью простейшего пружинного механизма (не показан). При этом волоконно-оптические гидроакустические приемники шумопеленгатора превращаются в векторные приемники с остронаправленными характеристиками направленности. В этом варианте реализации координаты источника шумоизлучения можно определить очень точно на подводном объекте 19.

Во всех трех вариантах гидрооптической аппаратуры в усилителях 13, 14 можно регулировать коэффициенты их усиления, чтобы облегчить настройку коррелятора 15 на наиболее сильные источники шумоизлучения (путем загрубления чувствительности усилителей 13, 14).

Во всех вариантах в составе аппаратуры также предусмотрено наличие уровня с гидрокомпасом (не показаны) для определения пространственной ориентации фотокамеры.

Несмотря на наличие трех вариантов аппаратуры в составе заявленного устройства, единство изобретения не нарушено, поскольку многозвенная формула изобретения характеризует одно изобретение.

Действительно, в независимом пункте формулы изобретения не указано, где расположены опорные чувствительные оптические волокна, но само их название указывает на то, что в интерферометрах реализуется гидрофон [4].

Зависимые пункты формулы изобретения содержат развитие и уточнение совокупности рассматриваемых признаков: опорные чувствительные оптические волокна закреплены снаружи корпуса (п. 2) и выполнены с возможностью их одновременного экранирования смещаемым акустическим экраном (п. 3).

То есть, во втором пункте формулы изобретения реализуется уже векторный приемник, а в третьем - и гидрофон и векторный приемник.

При этом введение дополнительных пунктов 2 и 3 формулы изобретения не приводит к замене или исключению признаков основного пункта формулы изобретения.

Работу гидрооптической аппаратуры для обследования подводного объекта проиллюстрируем при реализации наиболее полного третьего варианта устройства, включающего первые два варианта аппаратуры как частные случаи.

Предполагается, что месторасположение подводного объекта 19 приблизительно известно. Аквалангист (оператор) 22 с гидрооптической аппаратурой приближается к объекту 19, как показано на фиг.2.

При этом акустический экран 21 предварительно устанавливается в положении А, и с помощью фазосдвигающих устройств 8, 9 шумопеленгатор настраивают на максимальную чувствительность [5].

В положении А прибор работает в режиме широких диаграмм направленности и оператор 22 без труда находит по акустическому пеленгу подводный объект 19 даже в светонепроницаемой (мутной) воде.

При этом работа шумопеленгатора, применяемого в гидрооптической аппаратуре, основана на известном корреляционом принципе выделения сигналов на фоне мешающих помех, при котором сигнал на выходе коррелятора 15 появляется лишь в момент совпадения по времени акустических сигналов, поступающих на чувствительные сигнальные волокна 4, 5. Это реализуется лишь в момент равенства расстояний от источника шумоизлучения до этих двух чувствительных гидроакустических приемников [6], то есть в момент, когда оптическая ось ОО' объектива 1 фотокамеры ориентирована на источник шумоизлучения исследуемого подводного объекта 19.

В этот момент оператор 22 прослушивает в наушниках 17 четко выраженный шумовой эффект (и (или) наблюдает по стрелочному индикатору 16 появление четко выраженного сигнала). При этом оператор 22 приводит в действие затвор фотокамеры, вспыхивает импульсный источник 3 света и фотокамерой фиксируется предварительный фотонегатив подводного объекта 19 с источником шумоизлучения в середине кадра.

После этого целесообразно перейти на работу волоконных оптических гидроакустических приемников в режиме векторных приемников. Для этого акустический экран 21 смещается в положение Б. Затем вновь происходит настройка шумопеленгатора на максимум чувствительности с помощью фазосдвигающих устройств 8, 9. (В момент настройки на максимум чувствительности в наушниках выделяется максимум шума). Снова ориентируют фотокамеру в различных направлениях, но уже в небольшом телесном угле (уже найденном в ходе описанных выше экспериментов). И снова в момент четкого прослушивания шумового источника вновь фотографируют объект 19 с более близкого расстояния.

Одновременно включается в случае необходимости магнитофон для записи характера шума, производимого внутри подводного объекта 19.

В качестве оператора 22 можно использовать и водолаза и экипаж самодвижущегося подводного аппарата, а в качестве камеры - кинокамеру или видеокамеру. В последнем случае аудио- и видеосигналы по кабелю (не показан) направляются непосредственно на воспроизведение на судовое надводное оборудование, и обследование подводного объекта ведется в реальном масштабе времени.

Таким образом, в отличие от прототипа обследование подводного объекта проводится гидрооптической аппаратурой в таком месте, в котором расположен источник шумоизлучения, что позволяет решить ряд новых задач, например ускорить спасательные работы в затонувших кораблях, обнаружить косяки шумящих микроорганизмов, т.е. получить поставленный выше технический результат.

Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР 201907, кл. G 03 B 29/00, 1967.

2. Патент РФ 2105992, кл. G 01 S 3/80, 1995.

3. Ю.Е. Очаковский и др. "Свет в море", М., "Наука", 1970, стр. 128-145, рис. 61 - прототип.

4. Патент РФ 2106072, кл. H 04 R 1/44, 1998.

5. В.И. Бусурин и др. "Волоконно-оптические датчики". М., "Энергоиздат", 1990, стр. 64-84.

6. А.Л. Простаков "Электронный ключ к океану". Л., "Судостроение", 1986.

Формула изобретения

1. Гидрооптическая аппаратура для обследования подводного объекта, содержащая фотокамеру с объективом и водонепроницаемым корпусом и механически связанный с ним импульсный осветитель, подключенный через синхроконтакт спускового механизма затвора фотокамеры к источнику питания, отличающаяся тем, что дополнительно содержит волоконно-оптический шумопеленгатор, выполненный в виде двух волоконно-оптических гидроакустических приемников, каждый из которых включает в себя идентичные сигнальные и опорные чувствительные оптические волокна с фазосдвигающим устройством, оптически связанные с когерентным источником света и фотоприемником в два интерферометра, при этом выходы фотоприемников интерферометров подключены через усилители к входам коррелятора, соединенного выходом с визуальным индикатором и головным телефоном, при этом сигнальные чувствительные оптические волокна закреплены снаружи водонепроницаемого корпуса симметрично относительно оптической оси объектива фотокамеры.

2. Гидрооптическая аппаратура по п. 1, отличающаяся тем, что опорные чувствительные оптические волокна интерферометров также закреплены снаружи водонепроницаемого корпуса симметрично относительно оптической оси объектива фотокамеры на том же расстоянии от оптической оси объектива что и сигнальные чувствительные оптические волокна.

3. Гидрооптическая аппаратура по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что опорные чувствительные оптические волокна интерферометров, закрепленные снаружи водонепроницаемого корпуса симметрично относительно оптической оси объектива, выполнены с возможностью их одновременного экранирования смещаемым акустическим экраном.

4. Гидрооптическая аппаратура по п. 1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что в качестве когерентного источника света у обоих интерферометров используется один светодиод, подключенный к источнику питания импульсного осветителя фотокамеры.

5. Гидрооптическая аппаратура по п. 1, или 2, или 3, или 4, отличающаяся тем, что в качестве источника питания аппаратуры используется судовой или береговой источник питания, соединенный с осветителем фотокамеры и электронными блоками волоконно-оптического шумопеленгатора кабелем.

6. Гидрооптическая аппаратура по п. 1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что выходы фотоприемников обоих интерферометров подключены к входам коррелятора через усилители с синхронно регулируемыми коэффициентами усиления.

7. Гидрооптическая аппаратура по п. 1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что дополнительно содержит уровень с гидрокомпасом, изображение шкалы которого совмещено с оптическим угловым полем объектива фотокамеры.

8. Гидрооптическая аппаратура по п. 1, или 2, или 3, или 5, отличающаяся тем, что дополнительно содержит магнитофон, подключенный записывающим входом к выходу коррелятора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2