Устройство для измерения акустического давления Советский патент 1991 года по МПК G01L23/06 H04R1/44 

Изобретение относится к волоконной оптике и когерентной оптоэлектронике и может быть использовано в морском приборостроении, например, при разработке гидрофонов.

Целью изобретения является повышение надежности работы датчика и упрощение юстировки оптической схемы, а также повышение удобства в эксплуатации путем уменьшения габаритных размеров.

На чертеже представлена принципиальная оптическая схема предлагаемого устройства для измерения акустического давления.

Устройство для измерения акустического давления содержит оптический квантовый генератор 1, являющийся источником когерентного излучения, за которым размещен первый микрообьектив 2 ввода излучения в волоконный световод 3. Волоконный световод 3 навит на каркас 4, имеющий вертикально выступающие ребра, размер и период следования которых выбирается в зависимости от диапазона измеряемых частот. Собирающий объектив 5 состоит из установленных последовательно собирающей линзы 6 и второго микрообьектива 7 и включает встроенную диафрагму 8. Элементы 6 и 8, расположенные на одной оптической оси, представляют собой пространственный фильтр, который размещен между выходом торца волоконного световода 3 и регистратором, выполненным например в виде, фотоприемника 9.

Когерентное световое излучение, испускаемое квантовым генератором 1 с помощью микрообъектива 2 вводится в оптическое волокно 3. В оптическом волокне 3 возбуждается широкий спектр направляемых мод. Под воздействием акустического давления происходит прогиб витков оптического волокна 3 в промежутки между выступами. Это приводит к деформации волоконного световода и к модуляции фаз мод. При излучении на выходном конце волоконного световода 3 моды возбуждают пространственные световые волны под различными углами к оси волокна, в зависимости от номера и типа возбуждающей их моды. Собирающий объектив 5 фокусирует это излучение на фотоприемник 9. На фоточувствительной площадке фотоприемника 9 формируется картина интерференции волн. Апертурная диафрагма 8, встроенная в объектив 5, выполняет функцию фильтра низких пространственных частот и отсекает излучение, возбуждаемое модами, замазывающими картину интерференции. Это эквивалентно возбуждению в волоконном световоде 3 лишь требуемой группы мод.

Расстояние от выходного торца световода 3 до апертурной диафрагмы 8 и диаметр апертурной диафрагмы 8 выбирается в соответствии с параметрами волоконного световода 3, длины волны излучения и геометрических размеров схемы, при которых достигается максимальное отношение сигнал/шум и определяется из условия: 2nD d

0

,17 -А

где R - расстояние от выходного торца волоконного световода до апертурной диафрагмы;

d - диаметр апертурной диафрагмы;

5 Я- длина волны используемого излучения;

D - диаметр сердцевины волоконного световода.

Величина акустического давления из0 меряется по изменению интенсивности в выделенной картине интерференции.

В качестве примера конкретного выполнения разработан датчик на основе много- модового кварцевого волоконного

5 световода, имеющего ступенчатый профиль распределения показателя преломления по сечению с диаметрами сердцевины, оболочки и защитного чехла соответственно равными 50,125 и 480 мкм. Длина волоконного

0 световода, навитого на каркас, составила 12 м. Каркас имеет три радиальных выступа, размещенных под углом 120° Друг к другу, к которым волоконный световод прикреплен влагостойким клеем. В качестве источника

5 когерентного излучения использовался лазер ЛГ-52-2 с длиной волны излучения Я 0,63 мкм.

Ввод излучения в многомодовый волоконный световод осуществляется микрообъ0 ективом 010. Пространственный фильтр состоял из объектива с фокусным расстоянием 5 см, в который была встроена апер- турная диафрагма с диаметром 1,2 мм (определенным по формуле), установленная

5 вплотную к передней собирающей линзе объектива по его оси. Расстояние от выходного торца волоконного световода до апертурной диафрагмы с 7 см. Чувствительность датчика составляла 120 дБ по отношению к по0 роговому уровню чувствительности 1 В/мкПа. Чувствительность датчика не менялась при изменении температуры в диапазоне 10-70°С.

Таким образом, предлагаемое устройство имеет небольшие размеры пространст5 венного фильтра вклада мод в картину интерференции, простую юстировку, заключающуюся только в выборе расстояния от выходного торца световода и, как следствие, высокую надежность, особенно в уело516385806

виях вибрации, что значительно повышает личающееся тем, что с целью повыше- удобство в эксплуатации.15 ния надежности и удобства в эксплутации

путем упрощения юстировки, в нем апертурФормула изобретенияная диафрагма установлена между собирающей линзой и вторым микрообъективом

Устройство для измерения акустическо- вплотную к поверхности собирающей линзы го давления, содержащее волоконно-опти- 20 и на расстоянии R от выходного торца све- ческий датчик давления в виде товода, которое удовлетворяет условию

размещенного на каркасе многомодовогоD 2яО d

к -

световода, входной торец которого через2,17 Я

первый микрообъектив оптически связан сгде D - диаметр сердцевины волоконного

источником когерентного излучения, а вы- 25 световода:

ходной через собирающую линзу и второйd - диаметр апертурной диафрагмы;

микрообьектив - с регистратором, и апер-А-длина волны излучения когерентного

турную диафрагму, установленную на однойисточника

оптической оси с собирающей линзой, о т

Изобретение относится к волоконной оптике и когерентной оптоэлектронике и может быть использовано в морском приборостроении, например при разработке гид- рофонов. Целью изобретения является повышение надежности работы датчика и повышение удобства эксплуатации за счет упрощения юстировки. Цель достигается тем, что в устройство, содержащее источник 1 когерентного светового излучения, микрообъектив 2 для ввода излучения в оптическое волокно, волоконный световод 3, намотанный на каркас, и фотоприемник 9. введен пространственный фильтр, ограничивающий вклад мод в картину интерференции, состоящий из апертурной диафрагмы 8 и собирающего объектива, при этом апер- турная диафрагма встроена в состав собирающего объектива 5, установленного на выходе из многомодового волоконного световода 3 и выполненного в виде собирающей линзы 6 и микрообьектива 7. При воздействии акустического давления волокно 3 прогибается в промежутки между радиальными выступами каркаса, что приводит к его удлинению и возникновению дополнительной разности фаз между модами волоконного световода 3. а значит к изменению интерференционного сигнала на выходе устройства, что регистрируется фотоприемником 9. Введение пространственного фильтра ограничивает вклад мод в картину интерференции, упрощает обработку сигнала. 1 ил. (Л с о ы оо ел 00 о