RU2105990C1 - Fiber-optical device determining azimuthal direction to hydroacoustic beacon - Google Patents

Fiber-optical device determining azimuthal direction to hydroacoustic beacon Download PDF

Info

Publication number
RU2105990C1
RU2105990C1 RU96101673A RU96101673A RU2105990C1 RU 2105990 C1 RU2105990 C1 RU 2105990C1 RU 96101673 A RU96101673 A RU 96101673A RU 96101673 A RU96101673 A RU 96101673A RU 2105990 C1 RU2105990 C1 RU 2105990C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fiber
coils
turns
output
interferometer
Prior art date
Application number
RU96101673A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96101673A (en
Inventor
Ю.Н. Власов
В.К. Маслов
С.В. Сильвестров
А.Д. Толстоухов
Original Assignee
Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" filed Critical Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений"
Priority to RU96101673A priority Critical patent/RU2105990C1/en
Publication of RU96101673A publication Critical patent/RU96101673A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2105990C1 publication Critical patent/RU2105990C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: underwater acoustics, navigation of undersurface and surface fleets. SUBSTANCE: turns of fibrous coils in interferometer are wound in agreement with sinusoidal law with period Λ. Turns of one coil are displaced by half-period relative to turns of another coil. Hydroacoustic beacon sends acoustic waves omnidirectionally with period Λ. Fibrous interferometer receives these waves turning fibrous coils in direction of arrival of waves with the aid of rotary system. Sought-for azimuth angle is read simultaneously. EFFECT: enhanced functional reliability of fiber-optical device. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для целей навигации надводного и подводного флотов. The invention relates to the field of hydroacoustics and can be used for navigation of surface and underwater fleets.

Известно устройство того же назначения, содержащее несколько пространственно разнесенных гидрофонов с известными характеристиками направленности и систему обработки информации с регистратором [1] позволяющее определить азимутальное направление на гидроакустический маяк, работающий в известном для оператора режиме. A device of the same purpose is known, containing several spatially separated hydrophones with known directivity characteristics and an information processing system with a recorder [1] that allows you to determine the azimuthal direction to the sonar beacon operating in a mode known to the operator.

Недостатком устройства является отсутствие на его выходе оптического сигнала, который в ближайшем будущем будет основным источником информации во многих отраслях науки и техники. The disadvantage of this device is the lack of an optical signal at its output, which in the near future will be the main source of information in many branches of science and technology.

Известна гидроакустическая антенна, выполненная на волоконно-оптических элементах, которую можно рассматривать как устройство аналогичного назначения [2] поскольку с помощью антенны в режиме приема возможно определение азимутального направления на гидроакустический маяк. Known sonar antenna, made on fiber-optic elements, which can be considered as a device for a similar purpose [2] since using the antenna in the receiving mode, it is possible to determine the azimuthal direction to the sonar beacon.

Данное устройство принято за прототип. This device is taken as a prototype.

Прототип содержит предметную волоконную катушку, выполненную с возможностью контактирования с рабочей средой, и опорную волоконную катушку, оптически согласованные с источником когерентного света и фотоприемником в интерферометр, блок обработки информации, включающий усилитель, подключенный к выходу фотоприемника, а также поворотную систему с блоком регистрации азимутального угла поворота. The prototype contains a subject fiber coil, made with the possibility of contacting the working medium, and a reference fiber coil, optically matched with a coherent light source and a photodetector to an interferometer, an information processing unit including an amplifier connected to the output of the photodetector, and also a rotary system with an azimuthal registration unit angle of rotation.

Поворотная система, позволяющая изменить направление характеристики направленности антенны, выполнена в виде известных электронных средств. A rotary system that allows you to change the direction of the directivity of the antenna is made in the form of known electronic means.

Недостатком прототипа является сложность гидроакустической антенны, связанной с множеством волоконно-оптических гидрофонов и с электронной системой формирования характеристики направленности. The disadvantage of the prototype is the complexity of the hydroacoustic antenna associated with many fiber-optic hydrophones and an electronic system for generating directivity characteristics.

Техническим эффектом, получаемым от внедрения изобретения, является упрощение известного устройства за счет исключения множества волоконно-оптических гидрофонов из его состава. Это позволяет уменьшить полезные объем и вес устройства, что в свою очередь представляет возможность замены электронной поворотной системы устройства на более простую, например механическую. The technical effect obtained from the implementation of the invention is to simplify the known device by eliminating many fiber-optic hydrophones from its composition. This allows us to reduce the useful volume and weight of the device, which in turn presents the possibility of replacing the electronic rotary system of the device with a simpler, for example mechanical.

Данный технический эффект достигается за счет того, что в известном волоконно-оптическом устройстве для определения азимутального направления на гидроакустический маяк, содержащем предметную волоконную катушку, выполненную с возможностью контактирования с рабочей средой, и опорную волоконную катушку, оптически согласованные с источником когерентного света и фотоприемником в интерферометр, блок обработки информации, включающий усилитель, подключенный к выходу фотоприемника, а также поворотную систему с блоком регистрации азимутального угла поворота, опорная и предметная волоконные катушки расположены соосно и выполнены с плотностью намотки витков, подчиняющейся синусоидальному закону, при этом витки предметной и опорной катушек пространственно сдвинуты относительно друг друга на половину периода намотки в направлении оси катушек. This technical effect is achieved due to the fact that in the known fiber-optic device for determining the azimuthal direction to the hydroacoustic beacon containing an object fiber coil made with the possibility of contacting with the working medium, and a reference fiber coil, optically matched with a coherent light source and a photodetector in interferometer, information processing unit, including an amplifier connected to the output of the photodetector, as well as a rotary system with an azimuthal registration unit angle of rotation, the support and the subject fiber coils are aligned and made with a winding density of the coils obeying the sinusoidal law, while the coils of the subject and support coils are spatially shifted relative to each other by half the winding period in the direction of the axis of the coils.

Устройство может дополнительно содержать последовательно соединенные полосовой фильтр, экстрематор и блок обратной связи, при этом вход полосового фильтра подключен к выходу усилителя, а выход блока обратной связи к управляющему входу поворотной системы. The device may further comprise a series-connected bandpass filter, an extremator and a feedback unit, while the input of the bandpass filter is connected to the output of the amplifier, and the output of the feedback unit to the control input of the rotary system.

На фиг. 1 представлена принципиальная оптико-электронная схема устройства, на фиг. 2 пространственное расположение витков в опорной и предметной волоконных катушках, на фиг. 3 диаграмма, поясняющая работу устройства. In FIG. 1 shows a schematic optical-electronic circuit of the device, in FIG. 2 the spatial arrangement of the turns in the reference and subject fiber coils, in FIG. 3 diagram explaining the operation of the device.

Устройство содержит (фиг. 1) предметную и опорную волоконные катушки 1, 2, оптически согласованные с источником 3 когерентного света и фотоприемником 4 в интерферометр (в данном случае Цендера-Маха). Подразделение волоконных катушек 1, 2 на предметную и опорную чисто условное. На самом деле их функции равнозначны. Имеются также последовательно соединенные усилитель 5, полосовой фильтр 6, экстрематор 7 и блок 8 обратной связи. Вход усилителя 5 подключен к выходу фотоприемника 4. The device contains (Fig. 1) the subject and reference fiber coils 1, 2 optically matched with a coherent light source 3 and a photodetector 4 into an interferometer (in this case, Zehnder-Mach). The division of fiber coils 1, 2 into object and support is purely conditional. In fact, their functions are equivalent. There are also series-connected amplifier 5, a band-pass filter 6, an extremator 7 and a feedback unit 8. The input of the amplifier 5 is connected to the output of the photodetector 4.

Устройство включает поворотную систему 9, выполненную, например, в виде механического привода, управляющий вход которой подключен к выходу блока 8 обратной связи, а исполнительный орган соединен с предметной и опорной катушками (на чертеже последняя связь не показана). The device includes a rotary system 9, made, for example, in the form of a mechanical drive, the control input of which is connected to the output of the feedback unit 8, and the actuator is connected to the object and support coils (the last connection is not shown in the drawing).

Выход поворотной системы соединен с блоком 10 регистрации азимутального угла поворота. The output of the rotary system is connected to the block 10 registration of the azimuthal angle of rotation.

Отличительной особенностью устройства является то, что опорная и предметная волоконные катушки расположены соосно и выполнены с плотностью намотки витков, подчиняющейся синусоидальному закону, при этом витки предметной и опорной катушек пространственно сдвинуты относительно друг друга на половину периода намотки в направлении оси катушек. A distinctive feature of the device is that the reference and subject fiber coils are aligned and made with a winding density of the coils obeying a sinusoidal law, while the turns of the subject and reference coils are spatially offset relative to each other by half the winding period in the direction of the axis of the coils.

На фиг. 2 вверху представлены синусоидальные законы пространственной намотки витков предметной и опорной катушек. А внизу сами витки катушек, плотность намоток которых отвечает данным законам. Для ясности на фиг. 2 витки одной катушки (сплошные прямые) сдвинуты в вертикальном направлении относительно витков другой катушки (штриховые прямые). На самом деле согласно формуле изобретения витки опорной и предметной катушек следуют друг за другом. Период намотки на фиг. 2 обозначен Λ Ось катушек совпадает по направлению с осью x. In FIG. 2 at the top are the sinusoidal laws of spatial winding of the coils of the subject and support coils. And below are the coils themselves, the density of the windings of which meets these laws. For clarity, FIG. 2 turns of one coil (solid lines) are shifted in the vertical direction relative to the turns of another coil (dashed lines). In fact, according to the claims, the turns of the support and object coils follow each other. The winding period in FIG. 2 marked Λ The axis of the coils coincides with the x axis.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Гидроакустический маяк (на чертеже не показан) излучает изотропным излучателем акустические волны с пространственным периодом L (на частоте 1500 Гц период L 1 м). Звуковые волны 11 (фиг. 1) принимаются волоконно-оптическим устройством. Поскольку плотность намотки витков предметной и опорной волоконных катушек 1, 2 подчиняется синусоидальному закону с периодом L а катушки пространственно сдвинуты на половину периода в направлении распространения волны, максимум выходного сигнала фотоприемника 4 будет наблюдаться в момент совпадения оси катушек и направлении прихода звуковой волны 11. The hydroacoustic beacon (not shown) emits acoustic waves with a spatial period L (at a frequency of 1500 Hz, the period L 1 m) with an isotropic emitter. Sound waves 11 (Fig. 1) are received by a fiber optic device. Since the winding density of the turns of the subject and reference fiber coils 1, 2 obeys a sinusoidal law with a period L and the coils are spatially shifted half the period in the direction of wave propagation, the maximum output signal of the photodetector 4 will be observed at the moment of coincidence of the axis of the coils and the direction of arrival of the sound wave 11.

На фиг. 3 представлена выходная кривая 12 интерферометра, начальная разность фаз которого известными средствами настроена на точку A, равную p/2
Синусоидальный входной сигнал 13 вызывает появление на выходе фотоприемника 4 сигнала 14 фототока, который усиливается усилителем 5, отфильтровывается полосовым фильтром 6 и проходит через экстрематор 7. Последний в случае последующего увеличения выходного сигнала 14 пропускает его на блок 8 обратной связи, который в свою очередь выдает на управляющий вход поворотного устройства 9 сигнал рассогласования с заданной полярностью для приведения его в действие.
In FIG. 3 shows the output curve 12 of the interferometer, the initial phase difference of which by known means is set to point A equal to p / 2
The sinusoidal input signal 13 causes the appearance of the photodetector 4 signal 14 of the photocurrent, which is amplified by the amplifier 5, is filtered by a band-pass filter 6 and passes through the extremator 7. The latter in the case of a subsequent increase in the output signal 14 passes it to the feedback unit 8, which in turn gives to the control input of the rotary device 9, a mismatch signal with a given polarity to bring it into action.

Этот процесс протекает до полного совпадения направления оси волоконных катушек с направлением прихода акустической волны 11. This process proceeds to the complete coincidence of the direction of the axis of the fiber coils with the direction of arrival of the acoustic wave 11.

При этом угол поворота волоконных катушек 1, 2 непрерывно отслеживается блоком 10 регистрации азимутального угла поворота. In this case, the rotation angle of the fiber coils 1, 2 is continuously monitored by the azimuthal rotation angle registration unit 10.

Изменение средней скорости звука на трассе следования акустических волн гидроакустического маяка до волоконно-оптического устройства практически не будет сказываться на результатах определения азимутального угла. Даже температурный период в 25oC вызывает изменение скорости звука [3] не более десятой доли процента (меньше инструментальной погрешности устройства).A change in the average speed of sound along the route of acoustic waves of a sonar beacon to a fiber-optic device will practically not affect the results of determining the azimuth angle. Even a temperature period of 25 o C causes a change in the speed of sound [3] not more than a tenth of a percent (less than the instrumental error of the device).

Таким образом, предлагаемое устройство фактически с помощью одного волоконного интерферометра позволяет получить технический эффект уменьшить эффективную длину наружной части до одного метра (в прототипе десятки метров), а также более чем на порядок уменьшить полезный вес аппаратуры. Thus, the proposed device is actually using one fiber interferometer allows you to obtain a technical effect to reduce the effective length of the outer part to one meter (in the prototype tens of meters), as well as more than an order to reduce the useful weight of the equipment.

Источники информации
1. Заявка Японии N 48 7469, кл. 107D21 (G 01 S 3/80), 1973.
Sources of information
1. Japanese application N 48 7469, cl. 107 D21 (G 01 S 3/80), 1973.

2. Патент США N 4115753, кл. 340 6R (G 01 S 3/30), 1978 прототип. 2. US patent N 4115753, CL. 340 6R (G 01 S 3/30), 1978 prototype.

3. M. Greenspan, C.E. Tschieqo. Table of the Speed of sound in water. J. Acoust. Soc. Amer. 1959, 31, N 1, pp. 75 76. 3. M. Greenspan, C.E. Tschieqo. Table of the Speed of sound in water. J. Acoust. Soc. Amer. 1959, 31, N 1, pp. 75 76.

Claims (2)

1. Волоконно-оптическое устройство для определения азимутального направления на гидроакустический маяк, содержащее волоконный интерферометр, выполненный в виде источника когерентного света, предметной и опорной волоконных катушек и фотоприемника, а также блок обработки информации, включающий усилитель, подключенный к выходу фотоприемника интерферометра, и поворотную систему с блоком регистрации азимутального угла поворота, отличающееся тем, что опорная и предметная волоконные катушки расположены соосно и выполнены с шагом намотки витков, подчиняющемуся синусоидальному закону, при этом витки предметной и опорной катушек пространственно сдвинуты относительно друг друга на половину шага намотки в направлении оси катушек. 1. Fiber-optic device for determining the azimuthal direction to the sonar beacon, containing a fiber interferometer made in the form of a coherent light source, object and reference fiber coils and a photodetector, as well as an information processing unit including an amplifier connected to the output of the photodetector of the interferometer, and a rotary a system with a unit for recording an azimuthal angle of rotation, characterized in that the support and subject fiber coils are aligned and made with a winding pitch in it, obeying a sinusoidal law, while the turns of the subject and support coils are spatially shifted relative to each other by half the winding pitch in the direction of the axis of the coils. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит последовательно соединенные полосовой фильтр, экстрематор и блок обратной связи, при этом вход полосового фильтра подключен к выходу усилителя, а выход блока обратной связи к управляющему входу поворотной системы. 2. The device according to claim 1, characterized in that it further comprises a series-connected bandpass filter, an extremator and a feedback unit, while the input of the bandpass filter is connected to the output of the amplifier, and the output of the feedback unit to the control input of the rotary system.
RU96101673A 1996-01-29 1996-01-29 Fiber-optical device determining azimuthal direction to hydroacoustic beacon RU2105990C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96101673A RU2105990C1 (en) 1996-01-29 1996-01-29 Fiber-optical device determining azimuthal direction to hydroacoustic beacon

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96101673A RU2105990C1 (en) 1996-01-29 1996-01-29 Fiber-optical device determining azimuthal direction to hydroacoustic beacon

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU96101673A RU96101673A (en) 1996-12-27
RU2105990C1 true RU2105990C1 (en) 1998-02-27

Family

ID=20176264

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96101673A RU2105990C1 (en) 1996-01-29 1996-01-29 Fiber-optical device determining azimuthal direction to hydroacoustic beacon

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2105990C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2755402C1 (en) * 2021-02-25 2021-09-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение "16 Центральный научно-исследовательский испытательный ордена Красной Звезды институт имени маршала войск связи А.И. Белова" Министерства обороны Российской Федерации Method for determining the location of vessels

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2755402C1 (en) * 2021-02-25 2021-09-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение "16 Центральный научно-исследовательский испытательный ордена Красной Звезды институт имени маршала войск связи А.И. Белова" Министерства обороны Российской Федерации Method for determining the location of vessels

Also Published As

Publication number Publication date
RU96101673A (en) 1996-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4238856A (en) Fiber-optic acoustic sensor
US4162397A (en) Fiber optic acoustic sensor
US4293188A (en) Fiber optic small displacement sensor
JPS61210910A (en) Device for remotely sensing effect of peripheral environmenton pair of sensor
KR100850401B1 (en) Two delay coils sagnac-based sensor array
JPH01105122A (en) Apparatus for remotely sensing environmental change
CA1229674A (en) Fiber optic sensor for detecting very small displacements of a surface
WO1997050003A1 (en) Confocal ultrasonic imaging system
US20010044582A1 (en) Method of generating image data and ultrasonic diagnostic apparatus using the same
EP0027540A3 (en) Optical sensor and transducer array system
RU2105990C1 (en) Fiber-optical device determining azimuthal direction to hydroacoustic beacon
US4998225A (en) Dual beam doppler shift hydrophone
KR101832075B1 (en) Acoustic converter, acoustic converter system, optical hydrophone, acoustic converter array and watercraft
KR100884674B1 (en) Amplified Tree Structure technology for Fiber Optic Sensor Arrays
US5726444A (en) Ultrasonic directional fiber-optic hydrophone
US4311391A (en) Passive fiber optic sonar system
CN116106874A (en) Construction method of single-source sonar device based on acoustic super surface
Udd et al. Single-mode fiber-optic vibration sensor
US3890598A (en) Optical signal processor
GB1572617A (en) Sound transducer head
JPH0192936A (en) Optical pickup
RU2105992C1 (en) Fiber-optical underwater listening device
RU2060597C1 (en) Fiber-optical submarine detector
RU2234105C2 (en) Acoustic fiber-optic antenna
RU2047279C1 (en) Fiber-optical transducer of hydrophysic parameters of sea water