DE3148158A1 - Wasserschallempfaenger mit lichtleitfaser - Google Patents

Description

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HONEYWELL-ELAC-NAUTIK GMBH 4. Dezember 1981

Westring 425 - 429 74100459 DE

2300 Kiel 1 HR/ep

Wasserschallempfänger mit Lichtleitfaser

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wasserschallempfänger gemäß Gattungsbegriff des Patentanspruchs. Ein aus der US-PS 41 99 130 bekannter Wasserschallempfänger dieser Art weist zwei jeweils zu einer Spule aufgewickelte Lichtleitfasern auf, die parallel auf ihrer Eintrittsseite mit Laserlicht beaufschlagt werden. Die eine Spule ist von einer schalldurchlässigen Umhüllung umgeben und somit für auftreffende Schallwellen empfindlich, während die zweite Spule durch ein besonderes Innengehäuse hiergegen abgeschirmt ist Die aus den Enden der beiden Lichtleitfasern austretenden Strahlen werden zur Interferenz gebracht und einem Photodetektor zugeführt. Sein Ausgangssignal ist ein Maß für die Stärke der empfangenen Schallwellen. Um zu verhindern,daß Änderungen des statischen Druckes bzw. der Temperatur des den Empfänger umgebenden Mediums auf das Meßergebnis Einfluß nehmen, ist sowohl die die Fühlerspule aufnehmende "?-· häusekammer als auch die die Bezugsspuie aufnehmende Gehäusekammer mit einer Ubertragungsf lüssLgkeit gefüllt, und beide Kammern stehen miteinander über Niederdruckventile in Verbindung. Auf diese Weise wirken Temperatur— und langsame Druckschwankungen auf beide Spulen ein und ihre Einflüsse heben sich bei der nachfolgenden Gegeneinanderächaltung der Ausgangssignale beider Spulen auf. Hier wird also mit mechanischen Mitteln versucht, das Meßergebnis von Einflüssen,die durch Schwankungen des statischen Drucks und der Temperatur bedingt sind, freizuhalten.

~ V-3

3 1 A3 1 5 c

Aufgabe der Erfindung ist es eine solche Unterdrückung langsamer Temperatur- und Druckschwankungen ohne den Aufwand besonderer für Schall Gegeneinander abgedichteter, aber für eine Ubertragungsflusäigkoit in Strömungsverbindung sinnender Kammern zu ft r,i>. ehe«. Dies gelingt, durch die im Patentanspruch liekennzr.chnotc Erfindung, Sie benötigt weder eine flüssig keitsumhül lung d\>r Spult_^if» noch braucht die Schall isoi l'-ⁱruriq üv\ He Bezugsupulf umgebenden Gehäusekammer flüsiiigkeJ t sdurchlMiSsig zu sein* Damit wird der Aufbau eines solchen Wai^erschallempfängers wesentlich vereinfacht,

n.jf? Erfindung wird nachfolgend anband eines 'in eier Zeichnung wledergegebs*nen ^usführungabeispiels erläutert» Odb;'i r;eigt

Fig. 1 den hi<i£ interessiwrHnden Teil der optischen flberlagarungs- und E.npfari'jnanordnung für die aus d^n. . bv^dun Licht Io;tfasern austretenden ZU otrahi^nbündf 1 unc'

Fig. 2 die •/,uiji.'höriqo an die beiden PhotodofektoKi'.n anq«schXossene Aus'wer t'·- schaltuiuj.

2S Varav.sgeschickt se-i, daß die Er.fTidunc· pich-;·, ^.u¹ b«i ^u ·......'«.."■ ^Qoule aufgewickelten blank.·!! L1 uh^lei ttasesn, sr nderr auch bei be schichte? ten oder (»ingobetetten Licht lei tf a seien qeeJ.gn^'ter räumlicher AMordnung vorbei ihait e inq «-.-a et/. ^^- w^iTvioί kann. Wenn im f ülgeinden von .^jin«.-in Pi'-ragstti ahlen--

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iich höher Üogt als die Xndc'ruiigs-je.-irrhwi ndigke r ·. ssf ,.<i"r Druck™· v.ri'i TV;rip<»X"at ur:;-T^l;wankuMg«?n.

BAD ORIGINAL

ν-

Das aus den Enden der Fühlerfaser austretende Lichtbündel wird von einer Kollimatorlinse 2 parallel ausgerichtet und auf einen Polarisator 3 geworfen, welcher das Licht linear polarisiert. In einer nachfolgenden Α/4-Platte 4 erfolgt eine zirkuläre Polarisierung des Lichtstrahls 5, der durch einen halbdurchlässigen Spiegel 6 zu einem Polarisationsteilerprisma 7 gelangt. In entsprechender Weise wird das aus dem Faserende der Bezugsfaser 8 austretende Lichtbündel über eine Kolljmatorlinse 9 auf den Polarisator 10 geworfen und gelangt von dort als Parallelstrahlenbündel 11 über den teildurchlässigen Spiegel 6 ebenfalls zum Polarisationsteilerprisma 11. Der Lichtstrahl 11 ist also linear polarisiert^ während der Lichtstrahl 5 zirkulär polarisiert ist. Im Polarisationsteilerprisma 7 werden die überlagerten Strahlenbündel nach Polarisationsrichtungen, die um + 45° bzw. -45° gegen die Richtung der Linearpolarisation des Strahlenbündels 11 versetzt sind, aufgeteilt. Licht der einen Polarisation gelangt über eine Sammellinse zum Photodetektor 13 und Licht der hierzu orthogonalen Polarisation über die Sammellinse 14 zum Photodetektor In den Photodetektoren 13 und 15 werden die Strahlungsintensitäten in Wechselspannungssignale u. und u umgesetzt. Bezeichnet man den hinsichtlich seine Amplitude als übereinstimmend angenommenen Mittelwert beider Signale mit u_fi und den Phasenunterschied beider Strahlungen beim Austritt aus den Lichtleiterphaserenden 1 und 8 mit Ψ , so gilt

U₁ = U₀ (1 + cos f ) (I)

und U₂ = u_Q (1 + sin jp ). (II)

Die Phasenänderung ^ (t) als Funktion der Zeit (t) besteht im wesentlichen aus zwei Anteilen

(in),

3H8158

nämlich relativ starken niederfrequenten Störungen ^ (t) und sehr kleinen höherfrequenten,durch aufgenommene Nutzsignale erzeugte Phasenänderungen f (t) „

Zur Auswertung dient die Schaltung gemäß Figur 2» Sie umfaßt zwei Differenzverstärker 16 und 17, zwei Tiefpaßfilter 18 und 19, zwei Multiplizierer 20 und 21 und einen weiteren Differenzverstärker 22«, An den beiden Eingängen des Differenzverstärkers 16 liegen die Signale U₁ und U_n, während der Differenzverstärker 17 eingangsseitig mit den Signalen u„ und u_n versorgt wird. An ihren Ausgängen entstehen somit die Spannungen U_{1 ß} bzw„ U₁₇ gemäß folgenden Gleichungen:

U₁₆= U₀ cos (f_N(t) +3f_A(t)) (IV)

U₁₇ = u^sin (f_N(t) +y_A(t)). (V)

Die beiden Tiefpaßfilter 18 und 19 beseitiger di«* höherfrequenten,d.h. die von den zur erfaßenden Nutzsignalen (Schallwellen) stammenden Anteile, so daß am Ausgang dieser Tiefpaßfilter Spannungen von der Form

^U18 ^{= U}0 ^COS fN^(t)

19 0 JN

anstehen. Im Multiplizierer 20 werden die Spannungen u.g und U₁₇ miteinander multipliziert, während der Multiplizierer 21 die Spannungen U₁₆ und U_{1 g} multipliziert. Die Ausgangssignale beider Multiplizierer 20 und 21 gelangen zu den beiden Eingängen des Differenzverstärkers 22, der nach bekannten und deshalb hier nicht weiter erläuterten Rechnungsgängen entsprechend den Additionstheoremen trigonometrischer Funktionen ein Ausgangssignal

u„_o = U_n sin » _x(t) * (VIII)

₂₂ = U₀ sin y_A

liefert- Da die von den üblicherweise schwachen akustischen Empfangssignalen gelieferten Phasenänderungen

·£ (t) üblicherweise klein gegen "V2 sind (geringer Phasenhub), kann der Sinus praktisch mit seinem Argument gleichgesetzt werden. Somit ist das Ausgangssignal u~₂ eine dem Schalldruck der empfangenen Nutzsignale angenähert proportionale Wechselspannung. Die dargestellte Schaltungsanordnung erweist sich besonders bei der-Auswertung von Interferometer-Ausgangssignalen als vorteilhaft, kann jedoch auch für andere Zwecke eingesetzt werden. Bei ordungsgemäßera Abgleich liefert sie eine verzerrungsfreie Wiedergabe des empfangenen Schallsignals.

Claims (1)

1. 3Η8158

   Patentanspruch:

   "*. Wasserschallempfanger mit einer den zu empfangenden Schallwellen ausgesetzen ersten Lichtleitfaser und einer gegenüber den Schallwellen abgeschirmten zweiten Lichtleitfaser, die beide an ihren Eintrittsflächen mit polarisiertem Licht beaufschlagt sind; einer optischen Uberlagerungseinrichtung am Ausgang der beiden Lichtleitfasern;

   sowie wenigstens einem der Uberlagerungseinrichtung nachgeschalteten Photodetektor und einer an den Photodetektor angeschlossenen Auswerteschaltung zur Ermittlung der Phasendifferenz der aus den beiden Lichtleitfasern austretenden Lichtstrahlen.

   gekennzeichnet durch folgende Merkmale: ___ ......---■ —

   a) im Strahlengang der von den beiden Lichtleitfasern (1,8) kommenden, in der Uberlagerungseinrichtung (6) vereinigten Lichtbündel (5,11) ist ein orthogonaler Polarisationsteiler (7) angeordnet, dessen beiden Austrittslichtbündel auf je einen Photodetektor (13,15) treffen;

   b) jedem der beiden Photodetektoren (13,15) ist ein Differenzverstärker (16,17) nachgeschaltet, dessen anderer Eingang jeweils eine Gleichspannung (u_Q) in Höhe des Mittelwerts der Photodetektor—Ausgangsspannung (U₁, u„) erhält;

   c) der Ausgang jedes Differenzverstärkers (16) ist über ein Tiefpaßfilter (18,19) an den einen Eingang eines von zwei Multiplizierern (20,21) angeschlossen;

   d) der andere Eingang jedes Multiplizierers (20,21) ist mit dem Eingang des ihm nicht vorgeschalteten Tiefpaßfilters (19,18) verbunden;

   e) die Ausgänge beider Multiplizierer (20,21) stehen mit den beiden Eingängen eines Differenzverstärkers (22) in Verbindung, der an seinem Ausgang ein der Phasendifferenz entsprechendes Signal (u„_?) liefert.