Устройство для измерения акустического давления

.,) 1,/44 ГОСУДАРСТВ Е ННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ОМИТЕТОТКРЫТИ ВРЕТЕ Н ОПИСАН И ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Дальневосточный политехнический институт им. В. В, Куйбышева(56)ацТап М. В., Висаго 3, А. Орсса ПЬгеасоовтс зепзог гпосе-восе птег 1 егепсе -Арр, ОрТ. 1979, 18, 3 Ф 5, 666 - 671 с.Кульчин О. Н., Лебедев Е. ВМай В. П.,Обух В, Ф. Пространственная фильтрациясветовых волн и ее применение к обработкесигналов волоконно-оптического гидрофона. Препринт. Владивосток: ИАПУ ДВНЦАН СССР, 1985, 27 с,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к волоконнойоптике и когерентной оптоэлектронике иможет быть использовано в морском приборостроении, например при разработке гидрофонов. Целью изобретения являетсяповышение надежности работы датчика иповышение удобства эксплуатации за счетупрощения юстировки. Цель достигается 6 0123/06, Н 04 Й тем, что в устроиство, содержащее источник 1 когерентного светового излучения, микрообьектив 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 апертурная диафрагма встроена в состав собирающего обьектива 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.5 10 20 25 30 35 40 45 50 55 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 микрообьектива 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 обьектив 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;20 б27 Хгде Я - расстояние от выходного торца волоконного световода до апертурной диафрагмы;б - диаметр апертурной диафрагмы; Л - длина волны используемого излучения;О - диаметр сердцевины волоконного световода,Величина акустического давления измеряется по изменению интенсивности в выделенной картине интерференции,В качестве примера конкретного выполнения разработан датчик на основе многомодового кварцевого волоконного 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 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 когерентного излучения использовался лазер ЛГ-2 с длиной волны излучения Л= 0,63 мкм,Ввод излучения в многомодовый волоконный световод осуществляется микрообьективом ф 10, Пространственный фильтр состоял из обьектива с фокусным расстоянием 5 см, в который была встроена апертурная диафрагма с диаметром 1,2 мм (определенным по формуле), установленная 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 пороговому уровню чувствительности 1 В/мкПа. Чувствительность датчика не менялась при изменении температуры в диапазоне 10 - 70 С,Таким образом, предлагаемое устройство имеет небольшие размеры пространственного фильтра вклада мод в картину интерференции, простую юстировку, заключающуюся только в выборе расстояния от выходного торца световода и, как следствие, высокую надежность, особенно в усло1638580 виях вибрации, что значительно повышаетудобство в эксплуатации,Формула изобретения Составитель Е,ШваяРедактор Т,Парфенова Техред М.Моргентал Корректор А.Осауленко Заказ 922 Тираж 35 б Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-иэдательский ксмбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Устройство для измерения акустического давления, содержащее волоконно-оптический датчик давления в виде размещенного на каркасе многомодового световода, входной торец которого через первый микрообъектив оптически связан с источником когерентного излучения, а выходной через собирающую линзу и второй микрообъектив - с регистратором, и апертурную диафрагму, установленную на одной оптической оси с собирающей линзой, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что с целью повыше ния надежности и удобства в эксплутациипутем упрощения юстировки, в нем апертурная диафрагма установлена между собирающей линзой и вторым микрообъективом вплотную к поверхности собирающей линзы 20 и на расстоянии В от выходного торца световода, которое удовлетворяет условию2 О б= гг 7 тГгде О - диаметр сердцевины волоконного 25 световода;б - диаметр апертурной диафрагмы; А - длина волны излучения когерентногоисточника.