RU2699926C1

RU2699926C1 - Laser-interference vector receiver

Info

Publication number: RU2699926C1
Application number: RU2019103771A
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Ковалев
Priority date: 2019-02-11
Filing date: 2019-02-11
Publication date: 2019-09-11

Abstract

FIELD: hydro acoustics.

SUBSTANCE: invention relates to hydro acoustics, namely, to combined vector receivers and can be used for vector-scalar measurements of parameters of ocean hydroacoustic fields. Receiver includes a spherical body with zero-zero buoyancy, which is installed in the holder by means of elastic elements. Along the axes of the rectangular coordinate system there are four flat mirrors which are reflectors of measuring beams of laser interferometers installed on the holder. Two mirrors are located on one axis on different sides of spherical body, and two others are arranged each on one of remaining axes.

EFFECT: technical result consists in wider operating frequency range, high noise immunity, as well as possibility of measuring submersion depth receiver.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к гидроакустике, а именно к комбинированным акустическим приемникам и может быть использовано для проведения векторно-скалярных измерений параметров гидроакустических полей океана. Векторные приемники играют важную роль в исследовании гидроакустических полей океана в связи с тем, что обладают характеристикой направленности в рабочем диапазоне, что представляет ценность в ряде применений. В зависимости от принципа работы выделяют несколько различных типов векторных приемников, в частности, существуют так называемые приемники инерционного типа (Скребнев Г.К. Комбинированные гидроакустические приемники. Спб.: Элмор, 1997 г. с. 120). Данные приемники представляют собой тела, как правило, сферической формы, помещенные в водную среду и удерживаемые в нужном месте с помощью растяжек. Находящиеся внутри тела преобразователи непосредственного контакта с акустическим полем не имеют и реагируют на перемещение приемника в пространстве как акселерометры. Растяжки, на которых подвешивается тело, представляют собой упругие элементы, закрепляемые внутри некоторого каркаса. Как правило, каркас закрывается звукопрозрачным кожухом (обтекателем) с целью снизить влияние течения жидкости за счет возникающей турбулентности. При этом акселерометры генерируют сигналы, пропорциональные проекциям вектора колебательного ускорения, при условии расположения осей чувствительности акселерометров вдоль осей ортогональной системы координат, а сигнал, пропорциональный проекциям вектора колебательной скорости получают, интегрируя сигналы акселерометров. Для передачи сигналов потребителю корпус приемника, как правило, соединяют с потребителем путем кабельной линии. Для расчета потока мощности или формирования диаграммы направленности кардиоидного типа требуется дополнительно иметь в точке приема еще и гидрофон с целью получения сигнала, пропорционального скалярному давлению [Векторно-фазовые методы в акустике / В.А.Гордиенко, В.И. Ильичев, Л.Н. Захаров. - М.: Наука, 1989, с. 13].The invention relates to hydroacoustics, namely to combined acoustic receivers and can be used for vector-scalar measurements of parameters of hydroacoustic fields of the ocean. Vector receivers play an important role in the study of hydroacoustic fields of the ocean due to the fact that they have a directivity characteristic in the operating range, which is valuable in a number of applications. Depending on the principle of operation, several different types of vector receivers are distinguished, in particular, there are so-called inertial type receivers (GK Skrebnev. Combined sonar receivers. St. Petersburg: Elmore, 1997, p. 120). These receivers are bodies, usually spherical in shape, placed in an aqueous medium and held in place with stretch marks. Converters located inside the body do not have direct contact with the acoustic field and react to the movement of the receiver in space like accelerometers. Stretch marks on which the body is suspended are elastic elements that are fixed inside a certain frame. As a rule, the frame is closed by a soundproof casing (fairing) in order to reduce the influence of fluid flow due to turbulence. In this case, the accelerometers generate signals proportional to the projections of the vibrational acceleration vector, provided that the sensitivity axes of the accelerometers are located along the axes of the orthogonal coordinate system, and a signal proportional to the projections of the vibrational velocity vector is obtained by integrating the signals of the accelerometers. To transmit signals to the consumer, the receiver housing is usually connected to the consumer via a cable line. To calculate the power flux or to form a cardioid radiation pattern, it is additionally required to have a hydrophone at the receiving point in order to obtain a signal proportional to scalar pressure [Vector-phase methods in acoustics / V.A. Gordienko, V.I. Ilyichev, L.N. Zakharov. - M .: Nauka, 1989, p. 13].

При этом у известных существующих конструкций инерционного типа можно выделить ряд недостатков присущих всем приемникам, независимо от типа датчиков, используемых для регистрации соколебательного движения: пьезоэлектрических, емкостных, магнитострикционных или электродинамических. Это связано с аналоговым характером сигналов, существующих на выходах вышеназванных датчиков и, соответственно, методов передачи этих сигналов потребителю, обязательно включающих в себя усилители электрических сигналов, построенные на существующей элементной базе с присущими неустранимыми ограничениями по динамическому диапазону, например, п. №89794 U1, п. РФ №2569201 С1.Moreover, the known existing inertial structures can distinguish a number of drawbacks inherent in all receivers, regardless of the type of sensors used for recording oscillatory motion: piezoelectric, capacitive, magnetostrictive or electrodynamic. This is due to the analog nature of the signals existing at the outputs of the above sensors and, accordingly, the methods of transmitting these signals to the consumer, which necessarily include electric signal amplifiers built on the existing element base with inherent unremovable restrictions on the dynamic range, for example, No. 89794 U1 , p. of the Russian Federation No. 2569201 C1.

Отдельно можно указать на недостаток, связанный с размещением регистрирующих датчиков внутри корпуса комбинированного приемника, из-за чего возникает необходимость приведения средней плотности корпуса с установленными внутри датчиками к плотности воды, что накладывает ограничения на минимальные габариты корпуса, в котором эти датчики должны быть размещены.Separately, one can point out the disadvantage associated with the placement of the recording sensors inside the housing of the combined receiver, which makes it necessary to bring the average density of the case with the sensors installed inside to the density of water, which imposes restrictions on the minimum dimensions of the case in which these sensors must be placed.

Для приемников инерционного типа, измеряющих компоненты вектора акустического ускорения, необходимость повышения чувствительности автоматически требует применения инерционной массы большей величины (при заданных, например, пьезопреобразователях датчиков), что требует применения корпуса больших размеров для поддержания должной величины средней плотности, но при этом просто увеличить размеры корпуса нельзя, так как при этом снижается резонансная частота и уменьшается прочность; для преодоления этих тенденций необходимо также увеличить толщину стенки корпуса, что, в свою очередь требует еще большего увеличения габаритного размера с целью компенсации увеличившегося веса.For inertial type receivers measuring the components of the acoustic acceleration vector, the need to increase the sensitivity automatically requires the use of a larger inertial mass (given, for example, piezoelectric transducers), which requires the use of a large housing to maintain the average density, but simply increase the size the case is impossible, since this reduces the resonant frequency and decreases the strength; To overcome these trends, it is also necessary to increase the wall thickness of the housing, which, in turn, requires an even larger increase in overall size in order to compensate for the increased weight.

Одним из недостатков известных конструкций приемников инерционного типа является ограничение динамического диапазона, существующее из-за применения выпускаемых промышленностью радиоэлементов (например, транзисторов, операционных усилителей и АЦП), обладающих входным омическим сопротивлением, являющимися (помимо прочих) источником тепловых шумов, ограничивающим динамический диапазон снизу, и использующих определенные напряжения питания, ограничивающие динамический диапазон сверху (п. РФ №2509320 С1).One of the drawbacks of the known designs of inertial-type receivers is the dynamic range limitation that exists due to the use of radio elements produced by the industry (for example, transistors, operational amplifiers and ADCs), which have input ohmic resistance, which are (among others) a source of thermal noise that limits the dynamic range from below , and using certain supply voltage, limiting the dynamic range from above (p. RF No. 2509320 C1).

Известно, что получение сигналов, пропорциональных проекциям вектора колебательного ускорения связано с возникновением сил инерции, и для повышения чувствительности приемника следует повышать величину инерционной массы, что, при условии сохранения средней плотности, ведет к росту объема корпуса приемника, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на эксплуатационных характеристиках, снижая допустимую верхнюю частоту, увеличивая габариты устройств, использующих приемник в своем составе, а также увеличивая стоимость самого приемника.It is known that the receipt of signals proportional to the projections of the vector of vibrational acceleration is associated with the occurrence of inertia forces, and to increase the sensitivity of the receiver, the value of the inertial mass should be increased, which, provided that the average density is preserved, leads to an increase in the volume of the receiver body, which, in turn, is negative affects the operational characteristics, reducing the permissible upper frequency, increasing the dimensions of devices using the receiver in its composition, as well as increasing the cost of the receiver itself ka.

Описана конструкция приемника соколеблющегося типа с инерционной массой, измеряющего колебательное ускорение [Скребнев Г.К. Комбинированные гидроакустические приемники. Спб. :Элмор, 1997 г., с. 120]. Но для расчетов потока мощности акустического поля необходимо знать колебательную скорость, для чего в составе данного приемника должен быть предусмотрен интегратор, что усложняет его архитектуру. Кроме того, приемники колебательного ускорения имеют амплитудно-частотную характеристику, понижающуюся с понижением частоты, что ведет к нехватке чувствительности на нижних частотах рабочего диапазона.The design of a receiver of a self-oscillating type with an inertial mass measuring vibrational acceleration is described [Skrebnev G.K. Combined sonar receivers. SPb : Elmore, 1997, p. 120]. But for calculating the flow of power of the acoustic field, it is necessary to know the vibrational velocity, for which an integrator must be provided in the composition of this receiver, which complicates its architecture. In addition, vibrational acceleration receivers have an amplitude-frequency characteristic that decreases with decreasing frequency, which leads to a lack of sensitivity at the lower frequencies of the operating range.

Известен инерционный приемник, содержащий наполненное водой до определенного уровня сферическое тело, обеспечивающее нулевую плавучесть корпуса в рабочей среде. На поверхность сферического тела наклеены два биморфных пьезоэлемента, которые образуют гидрофонный канал, а само сферическое тело закрепляется с помощью упругих подложек в кольцевом корпусе, внутри которого расположены предварительные усилители. При этом на упругих подложках наклеены биморфные пьезоэлементы, подключенные должным образом ко входам предварительных усилителей, образуя векторные каналы. При этом силы, возникающие на сферическом теле под действием акустического поля вызывают деформации упругих подложек, передающиеся на наклеенные пьезоэлементы, а деформации сферического тела под действием скалярного акустического давления вызывают деформации наклеенных на сферическое тело пьезоэлементов (п. РФ №2546968 С1). Данный приемник выбран в качестве наиболее близкого аналога.Known inertial receiver containing a spherical body filled with water to a certain level, providing zero buoyancy of the body in the working environment. Two bimorphic piezoelectric elements are glued to the surface of the spherical body, which form a hydrophone channel, and the spherical body itself is fixed using elastic substrates in an annular body, inside which preliminary amplifiers are located. In this case, bimorph piezoelectric elements glued properly to the inputs of the preliminary amplifiers are glued on elastic substrates, forming vector channels. In this case, the forces arising on the spherical body under the influence of the acoustic field cause deformation of the elastic substrates transferred to the glued piezoelectric elements, and the deformation of the spherical body under the influence of scalar acoustic pressure causes the deformation of the piezoelements glued on the spherical body (Section RF No. 2546968 C1). This receiver is selected as the closest analogue.

Однако, как и для всех векторных приемников инерционного типа, ему присущи все вышеперечисленные недостатки. Использование пьезоэлементов (из-за емкостного характера импеданса этих элементов) в качестве датчиков ограничивает частотный диапазон приемника снизу. Кроме этого, поскольку чувствительность данного приемника пропорциональна силам, которые воздействуют на сферическое тело со стороны акустического поля, для ее повышения необходимо увеличивать размеры тела, что влечет за собой увеличение габаритов, массы и стоимости всего устройства. Частичное заполнение сферического тела водой приводит к тому, что само тело должно обладать характеристиками прочности, позволяющими выдерживать гидростатическое давление, а с учетом ограничений, накладываемых требованиями чувствительности на минимальный размер сферического тела, данное обстоятельство ведет к неоправданному увеличению массы сферического тела при использовании приемника на больших глубинах.However, as for all inertial-type vector receivers, all of the above disadvantages are inherent in it. The use of piezoelectric elements (due to the capacitive nature of the impedance of these elements) as sensors limits the frequency range of the receiver from the bottom. In addition, since the sensitivity of this receiver is proportional to the forces that act on the spherical body from the side of the acoustic field, to increase it it is necessary to increase the size of the body, which entails an increase in the dimensions, mass and cost of the entire device. Partial filling of a spherical body with water leads to the fact that the body itself must have strength characteristics that can withstand hydrostatic pressure, and taking into account the restrictions imposed by the sensitivity requirements on the minimum size of a spherical body, this circumstance leads to an unjustified increase in the mass of the spherical body when using the receiver on large the depths.

К недостаткам описываемой конструкции следует также отнести необходимость иметь отдельную систему для измерения рабочей глубины приемника, с учетом того, что при практическом применении векторных приемников всегда необходимо знать глубину погружения приемника, например, для расчета акустического поля в точке приема.The disadvantages of the described design should also include the need to have a separate system for measuring the working depth of the receiver, taking into account the fact that in the practical application of vector receivers it is always necessary to know the immersion depth of the receiver, for example, to calculate the acoustic field at the receiving point.

Таким образом, стоит проблема расширения ассортимента комбинированных векторных приемников инерционного типа с улучшенными характеристиками.Thus, there is the problem of expanding the range of combined inertial type vector receivers with improved characteristics.

Данная проблема решается комбинированным векторным приемником, сферическое тело которого с околонулевой плавучестью установлено в держателе с помощью упругих элементов и снабжено четырьмя плоскими зеркалами, расположенными по осям прямоугольной системы координат таким образом, что два из них расположены на одной оси по разным сторонам тела, а два других размещены каждое на одной из оставшихся осей, при этом держатель снабжен четырьмя лазерными интерферометрами с системой регистрации, основанной на подсчете интерференционных максимумов, и установленными таким образом, что зеркала являются отражателями их измерительных лучей.This problem is solved by a combined vector receiver, the spherical body of which with near-zero buoyancy is installed in the holder using elastic elements and is equipped with four flat mirrors located along the axes of a rectangular coordinate system so that two of them are located on the same axis on different sides of the body, and two the others are each located on one of the remaining axes, while the holder is equipped with four laser interferometers with a recording system based on the calculation of interference maxima movs, and installed in such a way that the mirrors are reflectors of their measuring rays.

В случае необходимости приемник может быть дополнительно оснащен охватывающей всю конструкцию гибкой звукопрозрачной оболочкой, заполненной водой.If necessary, the receiver can be additionally equipped with a flexible sound-transparent shell filled with water covering the entire structure.

Технический результат - расширение рабочего диапазона частот, повышение помехоустойчивости без потери чувствительностиThe technical result is the expansion of the working frequency range, increasing noise immunity without loss of sensitivity

Предлагаемая конструкция комбинированного векторного приемника за счет применения в качестве измерителя перемещений лазерного интерферометра с системой регистрации, основанной на подсчете интерференционных максимумов, и отсутствия у сферического тела внутренней структуры и малых размеров, приводит к смещению по частоте вверх таких явлений, как собственный резонанс сферического тела и дифракция акустических волн на сферическом теле, то есть к значительному расширению рабочего диапазона частот вверх, при этом поскольку используемая система измерений осуществляет регистрацию колебательного перемещения, а колебательную скорость получают путем дифференцирования выходных сигналов интерферометров, появляется возможность определить составляющую, пропорциональную текущей глубине погружения и одновременно достигается помехоустойчивость устройства без потери чувствительности.The proposed design of a combined vector receiver due to the use of a laser interferometer as a displacement meter with a registration system based on the calculation of interference maxima and the absence of an internal structure and small size in a spherical body leads to an upward displacement of phenomena such as the intrinsic resonance of a spherical body and diffraction of acoustic waves on a spherical body, that is, to a significant expansion of the working frequency range upwards, while the measurement system records vibrational displacement, and the vibrational velocity is obtained by differentiating the output signals of interferometers, it becomes possible to determine a component proportional to the current depth of immersion, and at the same time the noise immunity of the device is achieved without loss of sensitivity.

На Фиг. приведена схема заявляемого векторного приемника в плоскости координат X-Y, где 1 - держатель; 2 - интерферометр X1; 3 - измерительный луч интерферометра; 4 - отраженный луч интерферометра; 5 - упругие элементы подвеса, например, в виде пружин; 6 - интерферометр Х2; 7 - зеркало; 8 -сферическое тело; 9 - интерферометр Y.In FIG. the diagram of the inventive vector receiver in the coordinate plane X-Y, where 1 is the holder; 2 - interferometer X1; 3 - measuring beam of the interferometer; 4 - reflected beam of the interferometer; 5 - elastic suspension elements, for example, in the form of springs; 6 - interferometer X2; 7 - a mirror; 8 - spherical body; 9 - interferometer Y.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Когда приемник находится под водой в акустическом поле, сферическое тело 8, подвешенное в держателе 1 с помощью упругих элементов 5 и оснащенное зеркалами 7, соколеблется с окружающей средой. Отсутствие внутренней структуры у сферического тела позволяют выбрать существенно меньшие его размеры, то есть расширить частотный диапазон в сторону повышения рабочей частоты как за счет повышения собственной резонансной частоты сферического тела, так и за счет уменьшения длины волны, на которой начинается сказываться дифракция акустических волн на сферическом теле.When the receiver is under water in an acoustic field, the spherical body 8, suspended in the holder 1 by means of elastic elements 5 and equipped with mirrors 7, oscillates with the environment. The absence of an internal structure for a spherical body allows one to choose substantially smaller dimensions, that is, to expand the frequency range in the direction of increasing the operating frequency both by increasing the intrinsic resonance frequency of the spherical body and by reducing the wavelength, which begins to affect the diffraction of acoustic waves on the spherical the body.

В качестве материала сферического тела может быть выбран, например, металл, при этом, размеры самого тела будут определятся рабочей глубиной погружения: гидростатическое давление явится в этом случае фактором, определяющим толщину стенки полого тела исходя из допускаемых напряжений сжатия для данного материала, чтобы обеспечить заданную среднюю плотность (например, близкую к плотности воды), а диаметр тела определится исходя из полученной средней плотности. В связи с отсутствием внутри тела каких-либо дополнительных масс, его размеры всегда будут меньше размеров корпуса любого приемника, содержащего такие массы (инерционная масса акселерометра, электронные блоки), при одинаковой прочности, определяемой рабочей глубиной погружения. Необходимо заметить, что некоторые пластики, например, полиметакрилат, имеют плотность, близкую к плотности воды, поэтому в случае применения таких пластиков сферическое тело может быть выполнено монолитным, при этом прочность пластика оказывается достаточной, чтобы выдержать любое гидростатическое давление, встречающееся в природе. Размеры сферического тела в этом случае могут быть выбраны еще меньше, по сравнению с металлическим вариантом.For example, metal can be selected as the material of a spherical body, in this case, the dimensions of the body itself will be determined by the working immersion depth: the hydrostatic pressure will in this case be a factor determining the wall thickness of the hollow body based on the allowable compressive stresses for this material to ensure a given average density (for example, close to the density of water), and the diameter of the body will be determined based on the obtained average density. Due to the absence of any additional masses inside the body, its dimensions will always be smaller than the dimensions of the body of any receiver containing such masses (inertial mass of the accelerometer, electronic components), with the same strength determined by the working depth of immersion. It should be noted that some plastics, for example, polymethacrylate, have a density close to the density of water, therefore, in the case of the use of such plastics, the spherical body can be made monolithic, while the strength of the plastic is sufficient to withstand any hydrostatic pressure found in nature. The dimensions of the spherical body in this case can be chosen even smaller compared to the metallic version.

Зеркала, расположенные на поверхности тела и являющимися отражателями измерительных лучей интерферометров, могут быть выполнены как плоские участки непосредственно на поверхности сферического тела при изготовлении самого тела, например, методами фрезерования и последующего шлифования и полирования, или иным способом, в зависимости от применяемого материала тела. Либо могут представлять собой плоские зеркала, установленные на поверхности тела.Mirrors located on the surface of the body and which are reflectors of the measuring rays of interferometers can be made as flat sections directly on the surface of a spherical body in the manufacture of the body itself, for example, by milling and subsequent grinding and polishing methods, or in another way, depending on the material of the body used. Or they can be flat mirrors mounted on the surface of the body.

Соколебания сферического тела сопровождаются изменениями расстояний между зеркальными поверхностями, имеющимися на сферическом теле, и интерферометрами X1, Х2, Y и Z (на фиг. интерферометр Z не показан), закрепленными на держателе 1. В связи с тем, что сферическое тело обладает упругими характеристиками, под действием переменного давления в акустическом поле, изменяется его радиальный размер, что также ведет к изменению расстояний между интерферометрами и зеркалами, установленными на сферическом теле. Измерения вышеназванных расстояний осуществляется лазерными интерферометрами, причем чувствительность интерферометров высока, а динамический диапазон не ограничен сверху за счет внутреннего устройства интерферометра. Таким образом, все интерферометры формируют на выходах сигнал, пропорциональный перемещениям зеркал, закрепленных на сферическом теле. Перемещения эти представляют собой сумму от колебательного движения сферического тела и деформации тела под действием давления в акустическом поле. Для разделения этих сигналов вдоль оси X установлено два интерферометра. Обозначим как Р величину мгновенной деформации сферического тела под действием давления в акустическом поле и будем считать величину Р положительной при деформации сжатия. Обозначим как Sx величину мгновенного перемещения сферического тела при соколебаниях с окружающей средой вдоль оси X и будем считать величину Sx положительной при смещении сферического тела влево. Присвоим сигналам интерферометров названия, совпадающие с названиями интерферометров. Тогда, при расположении интерферометров как показано на фиг., получим, что сигнал интерферометра X1 будет равен P-Sx, а сигнал интерферометра Х2 будет равен P+Sx. Суммируя сигналы интерферометров получим Х1+Х2=2Р. Вычитая сигналы интерферометров получим Х2-Х1=2Sx. Обозначая перемещения сферического тела вдоль осей Y и Z как Sy и Sz соответственно, получим Sy=Y-P, Sz=Z-P. Таким образом, получены сигналы пропорциональные компонентам вектора колебательного смещения сферического тела и пропорциональные давлению акустического поля. Дифференцируя сигналы, пропорциональные компонентам смещения сферического тела, получаем сигналы, пропорциональные компонентам вектора колебательной скорости.The vibrations of a spherical body are accompanied by changes in the distances between the mirror surfaces on the spherical body and the interferometers X1, X2, Y and Z (not shown in the interferometer Z) mounted on the holder 1. Due to the fact that the spherical body has elastic characteristics , under the influence of variable pressure in an acoustic field, its radial size changes, which also leads to a change in the distances between interferometers and mirrors mounted on a spherical body. Measurement of the above distances is carried out by laser interferometers, and the sensitivity of the interferometers is high, and the dynamic range is not limited from above due to the internal structure of the interferometer. Thus, all interferometers generate a signal at the outputs proportional to the movements of the mirrors mounted on a spherical body. These displacements represent the sum of the oscillatory motion of a spherical body and the deformation of the body under the influence of pressure in an acoustic field. Two interferometers are installed to separate these signals along the X axis. We denote by P the value of the instantaneous deformation of a spherical body under the action of pressure in an acoustic field and we assume that the value of P is positive under compression deformation. We denote by Sx the instantaneous displacement of the spherical body during oscillations with the environment along the X axis and we assume that Sx is positive when the spherical body is displaced to the left. The names of the interferometers are the same as the names of the interferometers. Then, with the arrangement of the interferometers as shown in Fig., We obtain that the signal of the interferometer X1 will be equal to P-Sx, and the signal of the interferometer X2 will be equal to P + Sx. Summing the signals of interferometers, we obtain X1 + X2 = 2P. Subtracting the signals of the interferometers, we obtain X2-X1 = 2Sx. Denoting the displacements of the spherical body along the Y and Z axes as Sy and Sz, respectively, we obtain Sy = Y-P, Sz = Z-P. Thus, signals are obtained proportional to the components of the vector of vibrational displacement of the spherical body and proportional to the pressure of the acoustic field. Differentiating signals proportional to the components of the displacement of the spherical body, we obtain signals proportional to the components of the vibrational velocity vector.

Устройство интерферометра таково, что он осуществляет относительные измерения перемещений, при этом за нулевое перемещение принимается положение тел, существовавшее на момент начала работы интерферометра. Поэтому, если интерферометры включают при глубине погружения приемника, равной нулю, то после погружения приемника на рабочую глубину, сигнал Р будет иметь составляющую, пропорциональную текущей глубине погружения.The device of the interferometer is such that it carries out relative measurements of displacements, while the position of the bodies that existed at the time the interferometer began to work is taken as the zero displacement. Therefore, if the interferometers are turned on at a receiver immersion depth of zero, then after immersing the receiver at the working depth, the signal P will have a component proportional to the current immersion depth.

В случае необходимости исключить влияние температуры, изменения которой приведут к изменению расстояний между интерферометрами и зеркалами, можно установить в непосредственной близости от устройства температурный датчик, сигналы которого будут использованы для вычисления компенсирующей поправки.If it is necessary to exclude the influence of temperature, changes of which will lead to a change in the distances between interferometers and mirrors, you can install a temperature sensor in the immediate vicinity of the device, whose signals will be used to calculate the compensating correction.

Что касается применяемых интерферометров с системой регистрации, основанной на удержании максимума интерференционной картины с помощью схемы компенсации разности хода лучей с возможностью подсчета интерференционных максимумов, то они могут быть любого подходящего типа, например, интерферометр по схеме Майкельсона. В этом случае верхняя граница динамического диапазона определяется лишь емкостью счетчика интерференционных максимумов, которая может быть легко выполнена настолько большой, насколько это необходимо для получения динамического диапазона, и намного превышающей диапазон измеряемого параметра, реально встречающийся в природе. Таким образом, оказывается возможным измерить незначительные изменения, например, размера сферического тела под действием давления в акустическом поле, и в то же время измерять гораздо более существенные изменения этого же размера под действием гидростатического давления. То же самое касается и измерений малых перемещений сферического тела в процессе соколебаний с окружающей средой под действием акустического поля и существенно больших перемещений сферического тела под действием турбулентности в потоке движущейся жидкости, чем достигается помехоустойчивость без потери чувствительности.As for the used interferometers with a registration system based on maintaining the maximum of the interference pattern using a compensation scheme for the difference in the rays with the ability to calculate interference maxima, they can be of any suitable type, for example, a Michelson-based interferometer. In this case, the upper limit of the dynamic range is determined only by the capacity of the counter of interference maxima, which can be easily made as large as necessary to obtain a dynamic range, and far exceeding the range of the measured parameter, which is actually found in nature. Thus, it is possible to measure minor changes, for example, the size of a spherical body under pressure in an acoustic field, and at the same time measure much more significant changes of the same size under the influence of hydrostatic pressure. The same applies to measurements of small displacements of a spherical body during oscillations with the environment under the action of an acoustic field and significantly larger displacements of a spherical body under the influence of turbulence in a moving fluid flow, which ensures noise immunity without loss of sensitivity.

В качестве источника когерентного излучения может быть использован лазер, подходящий по своим характеристикам, таким как габаритные размеры, стабильность частоты и энергопотребление, которые должны быть определены сообразно поставленным задачам при проектировании приемника, в частности можно использовать выпускаемые промышленностью в большом ассортименте полупроводниковые лазеры, отличающиеся малыми габаритами, например, типа cobolt DPL.As a source of coherent radiation, a laser can be used that is suitable for its characteristics, such as overall dimensions, frequency stability, and energy consumption, which must be determined in accordance with the assigned tasks when designing the receiver, in particular, semiconductor lasers manufactured by the industry in a large assortment, characterized by small dimensions, for example, type cobolt DPL.

Таким образом, за счет применения соколеблющегося тела без внутренней структуры достигается уменьшение габаритов и, за счет этого, расширение частотного диапазона в область высоких частот; а за счет применения лазерных интерферометров с системами регистрации, использующих подсчет интерференционных максимумов, имеющих практически неограниченный динамический диапазон, достигается помехоустойчивость, расширение частотного диапазона в область низких частот (нижняя частота определяется временем наблюдения и для практического применения может быть принята равной нулю) и получение без дополнительного оборудования сигналов пропорциональных акустическому давлению и гидростатическому давлению, что позволяет определять глубину погружения приемника.Thus, due to the use of a shaky body without an internal structure, a reduction in size is achieved and, due to this, an extension of the frequency range to the high frequency region; and due to the use of laser interferometers with registration systems that use the calculation of interference maxima with an almost unlimited dynamic range, noise immunity is achieved, the frequency range is extended to the low-frequency region (the lower frequency is determined by the observation time and can be taken to be zero for practical use) and obtained without additional equipment signals proportional to acoustic pressure and hydrostatic pressure, which allows you to determine hl immersing receiver bin.

Claims

A combined vector receiver whose spherical body with near-zero buoyancy is mounted in the holder using elastic elements and is equipped with four flat mirrors located along the axes of a rectangular coordinate system so that two of them are located on the same axis on different sides of the spherical body, and the other two are placed each on one of the remaining axes, while the holder is equipped with four laser interferometers with a recording system that uses the calculation of interference maxima, and set so that the mirrors are reflectors of their measuring rays.