ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ПОДВОДНЫХ ТЕЧЕНИЙ Российский патент 1998 года по МПК G01P5/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения средних скоростей в потоках жидкости в условиях гидроакустических и гидрофизических помех, например, в океанах и морях.

Известен измеритель скорости подводных течений, принятый за прототип, заключающийся в определении скорости подводного течения с помощью звуковых колебаний.

Недостатком прототипа является отсутствие оптического выходного сигнала в измерителе, что затрудняет согласование измерителя с оптической линией связи.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения является получение оптического сигнала на входе измерителя скорости подводных течений.

Данный технический результат достигается за счет того, что известный измеритель скорости подводных течений содержит рабочее и опорное волокна, импульсный радиационный нагреватель рабочего волокна с блоком питания, когерентный источник света, выполненный автономным по отношению к радиационному нагревателю, фотоприемник, усилитель, регистратор, выполненный в виде частотомера, оптический поглощающий фильтр на длину волны радиационного нагревателя, фильтр низких частот и генератор электрических колебаний, при этом оптический поглощающий фильтр установлен перед фотоприемником, рабочее и опорное волокна установлены на известном расстоянии напротив друг друга и оптически согласованы в интерферометр с фотоприемником и источником света, выход фотоприемника через последовательно соединенные фильтры низких частот и усилитель подключен к управляющему входу генератора электрических колебаний, выход которого соединен с управляющим входом блока питания радиационного нагревателя и регистратором.

При этом в частном случае опорное волокно выполнено из кварцевого одномодового световода, а рабочее волокно из полимерного одномодового световода, причем когерентный источник света выполнен на длину волны в диапазонах 0,6-0,8; 1-1,6 мкм, а радиационный нагреватель на длину волны в диапазоне 0,9-0,95 мкм.

В рабочем или опорном волокнах может быть установлено фазосдвигающее устройство.

Опорное и предметное волокна могут быть свернуты в форме катушек, установленных на диэлектрической подложке державке заподлицо с ее внешней поверхностью, при этом предметная катушка расположена ближе к носовой части подложки.

На чертеже представлена схема заявленного измерителя.

Измеритель скорости подводных течений содержит рабочее и опорное волокна 1, 2, радиационный нагреватель 3 рабочего волокна 1, выполненный, например, в виде импульсного лазера, источник когерентного 4 света и фотоприемник 5, выполненный, например, в виде лазерного диода и фотодиода соответственно. Имеется также полупрозрачный светоделитель 6, оптические вводное и выводное устройства 7, 8 и оптический поглощающий фильтр 9 на длину волны радиационного нагревателя 3.

Элементы 1, 9 объединены в волоконно-оптический интерферометр, собранный в данном случае по схеме Цендера-Маха.

Рабочее и опорное волокна 1, 2 установлены на известном расстоянии Δ x друг от друга.

Опорное и предметное волокна 2, 1 могут быть свернуты в форме катушек (не показаны), установленных на диэлектрической подложке-державке (не показана) заподлицо с ее поверхностью. При этом предметная катушка расположена ближе к носовой части подложки.

Электронная часть измерителя включает в себя фильтр 10 низких частот, усилитель 11, генератор 12 электрических колебаний, блок 13 питания радиационного нагревателя 3 и блок 14 регистрации, выполненный в виде частотомера.

Подводная и бортовая части прибора условно разделены на чертеже стенкой 15.

Для обеспечения выполнения функций нагревателя рабочего волокна 1 лазер 3 должен быть выполнен на длину волны, при которой его излучение поглощается материалом рабочего волокна 1.

С другой стороны когерентное излучение источника 4 света должно без существенного поглощения пропускаться как рабочим, так и опорным волокнами 1, 2. Для этого опорное волокно 2 изготовляется из кварцевого световода, которое в диапазоне 0,6-1,6 мкм имеет потери всего 0,2 дБ/км, а рабочее волокно 1 из полимерного световода, имеющего в диапазоне 0,9-0,95 мкм потери до 1000 дБ/км.

Измеритель работает следующим образом.

Устанавливают подводную часть прибора на заданной глубине натурного водоема. С помощью фазосдвигающего устройства (не показано) устанавливают начальную разность фаз интерферирующих лучей равной 90. Включают радиационный нагреватель 3 в импульсный режим. При этом лазерный импульс нагревает рабочее волокно 1, проходит через опорное волокно 2 и задерживается оптическим поглощающим фильтром 9.

Набегающий поток со скоростью v сносит на опорное волокно 2 тепловую метку с нагретого рабочего волокна 1. При этом на выходе фотоприемника 5 появится импульсный сигнал, который, пройдя фильтр 10 низких частот и усилитель 11, запускает генератор 12 электрических колебаний, подающий, в свою очередь, командный сигнал на блок 13 питания лазера 3. Последний вновь генерирует импульс, нагревающий рабочее волокно 1, и описанный выше процесс повторяется вновь. Частота f образующейся последовательности импульсов, несущая информацию о скорости v D x f/2, регистрируется частотомером 14.

Воздействующие на измеритель акустические помехи, носящие высокочастотный характер, отфильтровываются фильтром 10 низких частот.

Таким образом, оптический выходной сигнал измерителя скорости носит частотный характер. Поэтому на него не будут оказывать влияние различные амплитудные факторы. Кроме того, прибор не требует градуировки, поскольку в принципе его работы заложен кинематический метод измерения.

Использование: в измерительной технике для измерения средних скоростей потоков жидкости, например, в океанах и морях. Сущность изобретения: вдоль по потоку устанавливаются рабочее и опорное волокна волоконно-оптического интерферометра. При этом рабочее волокно импульсно нагревается с помощью специального импульсного радиационного нагревателя. Образовавшаяся тепловая метка сносится на опорное волокно. Выходной сигнал интерферометра по цепи обратной связи вновь запускает импульсный радиационный нагреватель и процесс повторяется вновь. Образовавшаяся на выходе интерферометра последовательность импульсов несет информацию о скорости набегающего потока жидкости. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Измеритель скорости подводных течений, отличающийся тем, что содержит рабочее и опорное волокна, импульсный радиационный нагреватель рабочего волокна с блоком питания, когерентный источник света, выполненный автономным по отношению к радиационному нагревателю, фотоприемник, усилитель, регистратор, выполненный в виде частотомера, оптический поглощающий фильтр на длину волны радиационного нагревателя, фильтр низких частот и генератор электрических колебаний, при этом оптический поглощающий фильтр установлен перед фотоприемником, рабочее и опорное волокна установлены на известном расстоянии напротив друг друга и оптически согласованы в интерферометр с фотоприемником и источником света, выход фотоприемника через последовательно соединенные фильтр низких частот и усилитель подключен к управляющему входу генератора электрических колебаний, выход которого соединен с управляющим входом блока питания радиационного нагревателя и регистратором. 2. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что опорное волокно выполнено из кварцевого одномодового световода, а рабочее волокно из полимерного одномодового световода, при этом когерентный источник света выполнен на длину волны в диапазонах 0,6 0,8, 1 1,6 мкм, а радиационный нагреватель на длину волны в диапазоне 0,9-0,95 мкм. 3. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что в рабочем или опорном волокнах установлено фазосдвигающее устройство. 4. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что опорное и рабочее волокна свернуты в форме катушек, которые установлены на диэлектрической подложке-державке заподлицо с ее внешней поверхностью, при этом рабочая катушка расположена ближе к носовой части подложки.