RU71163U1 - Мобильный лазерный гидрофон - Google Patents

Мобильный лазерный гидрофон Download PDF

Info

Publication number
RU71163U1
RU71163U1 RU2007139123/22U RU2007139123U RU71163U1 RU 71163 U1 RU71163 U1 RU 71163U1 RU 2007139123/22 U RU2007139123/22 U RU 2007139123/22U RU 2007139123 U RU2007139123 U RU 2007139123U RU 71163 U1 RU71163 U1 RU 71163U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
piezoceramic
reflector
laser
frequency
optical
Prior art date
Application number
RU2007139123/22U
Other languages
English (en)
Inventor
Григорий Иванович Долгих
Станислав Григорьевич Долгих
Original Assignee
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН)
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 Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) filed Critical Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН)
Priority to RU2007139123/22U priority Critical patent/RU71163U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU71163U1 publication Critical patent/RU71163U1/ru

Links

Landscapes

  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Полезная модель направлена на обеспечение мобильности лазерного гидрофона при сохранении высокой точности измерения низкочастотных и сверх низкочастотных вариаций давления фонового уровня, легко настраиваемого, компактного и надежного в работе. Указанный технический результат достигается за счет изменения оптической схемы равноплечего интерферометра Майкельсона, в которой неподвижный отражатель выполнен в виде пьезокерамического основания, состоящего из двух не контактирующих между собой пьезокерамических элементов, на одном из которых установлено плоско-параллельное зеркало. Неподвижный отражатель соединен с системой регистрации, выполненной с возможностью изменения длины оптического пути. Источник излучения представляет собой лазерный диод с долговременной частотной нестабильностью не более 10-4, а подвижный отражатель, являющийся одновременно чувствительным элементом и выполнен в виде съемной мембраны с нанесенным светоотражающим покрытием. Устройство дополнительно может быть снабжено температурным зондом.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно, к устройствам для измерения вариаций давления жидкостей и может быть использовано в океанологии, гидрофизике и гидроакустике.
Известен ряд устройств измерения давления жидкости в низкочастотной области с использованием различных оптических измерительных систем, в том числе с использованием систем на основе интерферометра Майкельсона (п. РФ №2113697, п. РФ №2159925, п. РФ №45528).
Однако известные устройства стационарны, имеют большие геометрические размеры, массивны, сложны в юстировке, что приводит к нестабильности в работе и при этом не обеспечивает требуемой точности измерений низкочастотных и сверх низкочастотных вариаций давления фонового уровня.
Наиболее близким к заявляемому является лазерно-интерференционный гидрофон (п. РФ №58216, опубл. 10.11.2006). Гидрофон представляет собой герметичный корпус с системой компенсации внешнего давления. В корпусе размещена оптическая система, выполненная по схеме равноплечего интерферометра Майкельсона. Оптическая система состоит из источника монохроматического излучения, в качестве которого установлен лазерный диод с долговременной частотной нестабильностью не более 10-4, коллиматора и интерферометра, содержащего светоделитель, линзу, подвижный отражатель, являющийся одновременно чувствительным элементом гидрофона, неподвижный отражатель в виде двух плоско -параллельных зеркал, установленных на пьезокерамических основаниях под углом 90" друг к другу и связанных с системой регистрации, которая выполнена с возможностью изменения длины оптического пути, проходимого опорным лучом за счет цепи обратной связи. Подвижный отражатель оптической системы представляет собой мембрану с нанесенным светоотражающим покрытием, которая выполнена съемной и одновременно является одним из торцов корпуса. Оптическая часть установлена на оптической скамье, изготавливаемой из материала с малым тепловым расширением.
Однако известный гидрофон, выполненный на основе равноплечего интерферометра Майкельсона, оптическая схема которого включает фокусирующую линзу и неподвижный отражатель в виде двух плоско - параллельных зеркал, установленных на пьезокерамических основаниях под углом 90° друг к другу, громоздко, имеет большие геометрические размеры, массивно, сложно в юстировке,
ненадежно в работе, устанавливается стационарно.
Задачей заявляемой полезной модели является обеспечение мобильности лазерного гидрофона при сохранении высокой точности измерения низкочастотных и сверхнизкочастотных вариаций давления фонового уровня, легко настраиваемого, компактного и надежного в работе.
Поставленная задача решается лазерным гидрофоном, представляющим собой герметичный корпус, содержащий системы регистрации и компенсации внешнего давления, оптическую систему на основе равноплечего интерферометра Майкельсона, включающую лазерный диод с долговременной частотной нестабильностью не более 10-4, коллиматор, неподвижный отражатель, соединенный с системой регистрации, выполненной с возможностью изменения длины оптического пути и включающей фотодетектор и блок накопления и хранения информации, подвижный отражатель, являющийся одновременно и чувствительным элементом, представляющим собой одну из сторон корпуса, выполненную в виде съемной мембраны с нанесенным светоотражающим покрытием, при этом неподвижный отражатель выполнен в виде пьезокерамического основания, состоящего из двух не контактирующих между собой пьезокерамических элементов, на одном из которых установлено плоско-параллельное зеркало.
Для учета влияния температуры на измеряемую величину вариаций давления и, следовательно, повышения точности измерений, заявляемое устройство может быть дополнительно снабжено температурным зондом для компенсации погрешностей, связанных с воздействием температурных колебаний окружающей среды. Температурный зонд осуществляет непрерывное измерение температуры окружающей среды и передает эти данные в систему регистрации, которая осуществляет вычисление необходимых поправок и вводит их в выходной сигнал системы регистрации для регистрации температурной погрешности измерений.
Система компенсации внешнего давления может быть выполнена любым известным способом, например, путем установления в корпусе между мембраной и оптической системой параллельно мембране перегородки, изготовленной либо из металла с прозрачным окном для прохождения измерительного луча, либо целиком из прозрачного материала. Для создания в этом новом отсеке давления, равного постоянному внешнему давлению, в корпусе предусмотрен герметизируемый штуцер, через который закачивается/откачивается газ под давлением, равным среднему внешнему давлению жидкости на внешней поверхности мембраны.
Использование в гидрофоне предложенной оптической схемы равноплечего
интерферометра с исключением фокусирующей линзы и изменением конструкции неподвижного отражателя позволило минимизировать количество составляющих его элементов за счет исключения системы настройки фокусного расстояния линзы и системы настройки расположения зеркал неподвижного отражателя, добиться компактности, мобильности, простоты в настройке и обслуживании заявляемого гидрофона при сохранении высокой точности измерения низкочастотных и сверх низкочастотных вариаций давления на уровне фоновых колебаний.
Заявляемый лазерный гидрофон позволяет измерять вариации давления жидкостей, например, на глубинах до 1000 м с точностью 0,001 Па в частотном диапазоне 0-1000 Гц.
На фиг. приведена блок-схема оптической системы заявляемого лазерного гидрофона, состоящая из полупроводникового лазера (1), коллиматора (2), и интерферометра, выполненного по схеме равноплечего интерферометра Майкельсона, который включает светоделитель (3), подвижный отражатель (мембрана) (4), неподвижный отражатель (5), состоящий из плоско-параллельного зеркала (6) и не контактирующих между собой пьезокерамических элементов (7) и (8), системы регистрации (9), включающей блок (10) накопления и хранения информации и фотодетектор (11).
Оптическая система размещена на оптической скамье в герметичном корпусе, (на фиг. не показаны).
Как правило, для сохранения высокой чувствительности гидрофона в качестве пьезокерамических элементов целесообразно использовать пьезокерамические цилиндр, на который устанавливают плоско-параллельное зеркало, и диск или два цилиндра.
Уравнивание длин плеч интерферометра с необходимой точностью производится предварительно при сборке гидрофона, например, следующим образом. Сначала выполняют уравнивание механическим способом с помощью линейных измерительных систем и юстировочных механизмов. Затем производят более точное выравнивание с использованием стандартных электрических систем. Например, устанавливают лазерный диод на пьезокерамическое основание, на которое подают сигнал специальной формы, меандр или синусоидальный и изменением длин одного из плеч интерферометра добиваются на выходе системы регистрации гидрофона амплитуды сигнала близкой к нулю, что соответствует уравниванию длин плеч интерферометра с точностью не менее 10-4 м.
Устройство работает следующим образом.
Луч от полупроводникового лазера (1) попадает на коллиматор (2), где преобразуется в параллельный пучок и расширяется до размеров, приемлемых при настройке интерференции. Далее луч направляется на плоскопараллельный светоделитель (3), где расщепляется на два пучка. Один из них отражается от подвижного отражателя (4), представляющего собой светоотражающее покрытие, нанесенное на мембрану, попадает на светоделитель (3), затем на фотодетектор (11) и в место прихода опорного луча от зеркала (6). В данном месте лучи совмещаются котировочными болтами (болты на фиг. не показаны), образуя интерференционную картину. Интерференционная картина настраивается на пятно-минимум, в месте расположения которого находится фото детектор (11). Под воздействием вариаций внешнего давления возникают смещения подвижного отражателя (4) относительно его положения равновесия, вследствие чего изменяется оптическая длина, проходимая измерительным лучом, что приводит к изменению интенсивности света в месте нахождения фотодетектора (11). Для измерения изменений оптического пути с системы регистрации (9) на пьезокерамический элемент (8) подается высокочастотный сигнал раскачки и сигнал обратной связи для поддержания интерференционной картины на максимуме, который поступает на пьезокерамический элемент (7), на котором укреплено отражающее плоско-параллельное зеркало (6) неподвижного отражателя опорного луча, и этим изменяет оптическую длину, проходимую опорным лучом. Интенсивность пятна в месте нахождения фотодетектора (11) поддерживается неизменной за счет обратной связи. Величина сигнала, подаваемого на пьезокерамический элемент (7), пропорциональна изменению оптической длины измерительного луча, и соответственно, является мерой смещения подвижного отражателя (4) относительно положения равновесия.
В качестве источника монохроматического света в заявляемом устройстве устанавливают полупроводниковые лазерные диоды, имеющие долговременную нестабильность по частоте не более 10-4, например, HLDPM12-655-5.
Выполнение чувствительного элемента в виде съемной мембраны (4) позволяет устанавливать мембраны различной толщины, т.е. измерять вариации давления с высокой точностью в заданном интервале давлений.
Например, в конкретном случае использования в качестве чувствительного элемента круглой мембраны диаметром 0.1 м, толщиной 0.1 мм, возможно измерить вариации давления жидкости с точностью 0.0015 Па в частотном диапазоне от 0 до 1000 Гц.
Система регистрации (9) выполнена с возможностью изменения оптической
длины пути, проходимого опорным лучом за счет цепи обратной связи воздействующей на одно из зеркал оптической системы. В качестве системы регистрации на базе, например, микропроцессора ATMEGA16, применена система экстремального регулирования с системой учета скачкообразных переходов между соседними интерференционными максимумами автоматическим введением расчетных поправок температурной погрешности. Кроме того, система регистрации (9) дополнительно содержит блок (10) накопления и хранения информации, представляющий собой жесткий диск или флэш-память.
Таким образом, изменение оптической схемы равноплечего интерферометра Майкельсона, выполненной с минимизацей конструктивных элементов интерферометра, позволяет получить заявленный технический результат: мобильность, компактность, автономность оптического измерителя вариаций давления жидкости, одновременно обладающего высокой точностью измерения низкочастотных и сверхнизкочастотных вариаций давления фонового уровня, а также добиться снижения стоимости его изготовления.

Claims (3)

1. Лазерный гидрофон, представляющий собой герметичный корпус, содержащий системы регистрации и компенсации внешнего давления, оптическую систему на основе равноплечего интерферометра Майкельсона, включающую лазерный диод с долговременной частотной нестабильностью не более 10-4, коллиматор, неподвижный отражатель, соединенный с системой регистрации, выполненной с возможностью изменения длины оптического пути и включающей фотодетектор и блок накопления и хранения информации, подвижный отражатель, являющийся одновременно чувствительным элементом, представляющим собой одну из сторон корпуса, выполненную в виде съемной мембраны с нанесенным светоотражающим покрытием, отличающийся тем, что неподвижный отражатель выполнен в виде пьезокерамического основания, состоящего из двух не контактирующих между собой пьезокерамических элементов с установленным на одном из них плоскопараллельным зеркалом.
2. Лазерный гидрофон по п.1, отличающийся тем, что в качестве пьезокерамических элементов используют пьезокерамические цилиндр и диск, при этом плоскопараллельное зеркало установлено на цилиндре.
2. Лазерный гидрофон по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит температурный зонд, соединенный с системой регистрации.
Figure 00000001
RU2007139123/22U 2007-10-22 2007-10-22 Мобильный лазерный гидрофон RU71163U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007139123/22U RU71163U1 (ru) 2007-10-22 2007-10-22 Мобильный лазерный гидрофон

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007139123/22U RU71163U1 (ru) 2007-10-22 2007-10-22 Мобильный лазерный гидрофон

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU71163U1 true RU71163U1 (ru) 2008-02-27

Family

ID=39279240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007139123/22U RU71163U1 (ru) 2007-10-22 2007-10-22 Мобильный лазерный гидрофон

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU71163U1 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU171583U1 (ru) * 2016-12-26 2017-06-06 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) Лазерный гидрофон
RU2624786C1 (ru) * 2016-10-17 2017-07-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" Устройство для измерения аэродинамического давления на тоннельные сооружения
RU173567U1 (ru) * 2016-12-26 2017-08-30 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) Оптический измеритель давления
RU2742935C1 (ru) * 2020-06-16 2021-02-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) Лазерно-интерференционный гидрофон

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2624786C1 (ru) * 2016-10-17 2017-07-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" Устройство для измерения аэродинамического давления на тоннельные сооружения
RU171583U1 (ru) * 2016-12-26 2017-06-06 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) Лазерный гидрофон
RU173567U1 (ru) * 2016-12-26 2017-08-30 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) Оптический измеритель давления
RU2742935C1 (ru) * 2020-06-16 2021-02-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) Лазерно-интерференционный гидрофон

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102003935B (zh) 一种激光跟踪仪测量中环境补偿的方法
CN100462674C (zh) 光学系统中的光学轴与机械轴之间夹角的精确测量方法
CN101650169A (zh) 一种刮刀平整度检测系统
CN102901463B (zh) 轴锥镜面形的测量装置和测量方法
RU71163U1 (ru) Мобильный лазерный гидрофон
RU155509U1 (ru) Лазерно-интерференционный гидрофон с системой термостабилизации
CN103322933A (zh) 非接触式光学镜面间隔测量装置
CN102519424A (zh) 一种加速度计安装工装角度变化监测系统
Tilford Three and a half centuries later-the modern art of liquid-column manometry
CN107450287B (zh) 调焦调平测量装置及方法
JP3897655B2 (ja) 線膨張係数測定装置
CN109798883B (zh) 一种高精度二维平移台垂直度检测方法及装置
CN109631767A (zh) 测距装置和测距方法
JP5704150B2 (ja) 白色干渉装置及び白色干渉装置の位置及び変位測定方法
US4509858A (en) Compact, linear measurement interferometer with zero abbe error
RU58216U1 (ru) Лазерно-интерференционный гидрофон
RU2625000C1 (ru) Лазерно-интерференционный измеритель градиента давления в жидкости
CN114485964A (zh) 一种激光波长测量系统、激光波长计算方法及计算系统
RU171583U1 (ru) Лазерный гидрофон
RU81326U1 (ru) Мобильный лазерный нанобарограф
RU80939U1 (ru) Мобильный лазерный интерферометр
RU216568U1 (ru) Мобильный лазерный интерферометр
CN104266583A (zh) 多自由度测量系统
RU173567U1 (ru) Оптический измеритель давления
CN104596635A (zh) 基于分节psd的差动式振动加速度传感器

Legal Events

Date Code Title Description
PD1K Correction of name of utility model owner
QB1K Licence on use of utility model

Free format text: LICENCE

Effective date: 20120823