SU1040441A1 - Оптическое устройство дл анализа акустических сигналов - Google Patents

Abstract

ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА АКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержащее оптически соединенные лазер коллиматор, светоделительную пласЧ тину, неподвижный отражатель, фокусирующую линзу, .матрицу фотодиодов, а также акустооптический датчик с упругой мембраной с зеркальным покрытием , отличающеес  тем, что, с целью получени  спектральных характеристик акустических сигналов сложной формы в жидкой или газообразной среде, акустооптический датчик выполнен в виде герметичной емкости, заполненной жидкой средой, одна из стенок которой имеет два окна, закрытых мембранами, между которыми к этой стенке прикреплена торцом упруга  мембрана с зеркгшьным покрытием, дел ща  емкость на две сообщающиес  . между собой камеры и выполненна  из i резины переменной толщины. . А / N

Description

- Фt/г. / Изобретение относитс  к прибороV строению и может быть использовано при изготовлении акустоэлектрических преобразователей дл  использова ни  их в услови х жидкой и газообразной среды, в частности, дл  спек рального анализа акустических колебаний , распростран ющихс  в этих средах, ,в реаль ном масштабе времени Известны оптические устройства на основе интерферометров Майкельсона дл  анализа состо ни  (качеств отражающей поверхности), содержащие подвижный и неподвижный отражатели и сменные светоделители Щ . Данные приборы позвол ют решать различные задачи в таких област х .науки и техники, как оптика, аэроди намика, физика плазмы, радиоастроно ми . Однако ими невозможно производить спектральное разложение акусти ческих сигналов в реальном масштаб времени, обеспечива  при этом доста точную чувствительность и точность. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  оптическое устройство дл  анализа акустических сигналов, в ко тором дл  анализа акустических сигналов одно из зеркал оптической сис темы интерферометра выполнено в .виде коллодиевой мембраны с зеркальны покрытием, второе зеркгшо частично пропускает свет. Луч света от лазера идет на коллодиевую мемб рану, многократно отражаетс  и на выходе дает интерференцион- ную картину. Колебани  мембраны с определенной частотой вызывают изме нение интерференционной картины, ко торое регистрируетс  электрооптичес ким прибором, преобразующим эти изменени  в электрические сигналы. По ним определ ют направление и амплитуду смещени  интерференционных полос , а следовательно, и акустических сигналов, поступающих на мембрану f2 Недостатком известного устройстна  вл етс  невозможность получени  спектральных характеристик исследуемого акустического сигнала сложной формы в жидкой или в газообразной среде. Цель изобретени  - получение спектральных характеристик акустических сигналов сложной формы в жидкой или газообразной среде. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в оптическом устройстве дл  анализа акустических сигналов, содержащем оптически соединенные лазер , коллиматор, светоделительную пластину, неподвижный отражатель, фокусирующую линзу, матрицу фотодиодов , а Также акустооптический датчик с мембраной с зеркальным покрытием , акустооптический датчик выполнен в виде герметичной емкости, заполненной жидкой средой, одна и стенок которой имеет два окна, зак-i рытых мембранами, между, которыми к этой стенке прикреплена торцом упруга  мембрана с зеркальным покрытием, дел ща  емкость на две сообщающиес  между собой камеры и выполненна  из резины переменной толщины. Подаваемые через одно из окон акустические сигналы со скоростью звука в жидкой среде передаютс  на мембрану с зеркальным покрытием, заставл   колебатьс  те участки ее, частота собственных колебаний которых равна частоте коле.баний акустического сигнала. При этом лучи, отража сь от неровностей, возникших в мембране, дают на выходе интерференционную картину. Колебани  мембраны происход т в зависимости от спектра частот подаваемого на нее акустического сигнала Предлагаема  конструкци  оптического устройства позвол ет производить анализ спектра акустических сигналов с высокой точностью и в широком диапазоне частот, определ ющимс  толщиной мембраны, практически 10 Гц - 30 кГц. Оптическое устройство также может определ ть амплитуду анализируемого акустического сигнала. На фиг.1 показана оптическа  схема устройства дл  анализа спектра ; акустических сигналов; на фиг.2 жидкостна  герметична  емкость, общий вид; на фиг.З - схематическое изображение работы оптического устройства . Устройство состоит из лазера 1, оптической системы 2, создающей плоско-параллельный пучок монохроматического света (коллиматора), светоотделительной пластины 3, неподвижного отражател  4, фокусирующей линзы 5, фотодиодной матрицы 6 и акустооптического датчика 7, содерЖсицего зеркальную мембрану 8. Зеркальна  мембрана .8 выполнена из резины , с переменной толщиной и погонной жесткостью, снабжена светоотражающим покрытием и помещена в герметичной прозрачной емкости 9 (фиг.2), заполненной прозрачной жидкостью, например водой, спиртом, форма емкости 9 - пр моугольный параллелепипед . В одном из основс1ний емкости 9 размещены два окна 10 и 11 закрытые упругими пленками. Зеркальна  мембрана 8 одним своим концом неподвижно закреплена на том осйовании емкости, где имеютс  окна 10 и 11, таким образом, что делит емкость 9 на две равные части. Второй конец мембраны 8 образует с противоположным основанием емкости 9 зазор 12. Устройство работает следующим образом.

Идущий от лазера 1 через оптическую систему 2 пучок света раздел етс  светоделительной пластиной 3 на два одинаковых по интенсивности, один из которых -отражаетс  от неподвижного зеркала 4,. а второй - от зеркальной мембраны 8, оба луча проход т через, фокусирующую линзу 5, при этом на фотодйодной матрице 6 локализуетс  йктерференционна  кар- тина, выражающа  распределение нагф же ни   на выходе каждого фотодиода.

При подаче исследуемого акустического сигнала через окно 11 на мембране 8 колеблютс  те участки ее, собственна  ча.стота колебаний которых равна частотам, присутств щим в спектре акустического сигнала.

При помощи линзы 5 на поверхности фотодиодной матрицы 6 создаетс  изрб ражение .мембраны 8.

Рассто: ние от светоделитедьноЯ пластины 3 Ло пассивного отраж ател  4 равно рассто нию от зеркальной поверхности Мембраны 8 до светоделйтельиой пластины 3. Рассто ние от / зеркальной поверхности мембраны 8 ДО линзы 5 и от линзы 5 До фотодиодной матрицы 6 должно быть равно двум фокусным рассто ни м.

Под воздействием исследуемого акустического сигнала сложной формы на упругую пленку окна 11 в жидкости возникают колебани , передающиес  со скоростью звука на упругую мембрану 8. При этом она совершает колебани . Максимальной будет амплитуда этих колебаний на тех участках мембраны 8, собственна  частота колеба|нй  которых совпё1дает с частотой

0 . гармонических составл ющих сложного акустического сигнала.

f

Предлагаемое оптическое устройство Дл  анализа спектра акустических сигналов обеспечивает проведение

5 спектрального анализа акустического сигнала сложной формы в реальном масштабе времени и с чувствительностью , определ ющейс  длиной волны лазера. Наличие упругой мембраны с

0 зеркальным покрытием и её размещение в герметичной емкости с жидкой средой позвол ет получить достоверные данные о спектре исследуемых акустических сигналов, об их частоте и

5 амплитуде, а также позвол ет проводить спектральный анализ акустических сигналов, улавливаемых как в жидкой, так и в- газообразной среде.

(6f/f.J

Claims (1)

1. ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА АКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержащее оптически соединенные лазер, коллиматор, светоделительную плас- тину, неподвижный отражатель, фокусирующую линзу, матрицу фотодиодов, а также акустооптический датчик с упругой мембраной с зеркальным покрытием, отличающееся тем, что, с целью получения спектральных характеристик акустических сигналов сложной формы в жидкой или газообразной среде, акустооптический датчик выполнен в виде герметичной емкости, заполненной жидкой средой, одна из стенок которой имеет два окна, закрытых мембранами, между которыми к этой стенке’ прикреплена торцом упругая мембрана с зеркальным покрытием, делящая емкость на две сообщающиеся . между собой камеры и выполненная из § резины переменной толщины.

   SU,, 1040441