SU1638580A1

SU1638580A1 - Устройство дл измерени акустического давлени

Info

Publication number: SU1638580A1
Application number: SU884468078A
Authority: SU
Inventors: Юрий Николаевич Кульчин; Валентин Федорович Обух
Original assignee: Дальневосточный политехнический институт им.В.В.Куйбышева
Priority date: 1988-08-01
Filing date: 1988-08-01
Publication date: 1991-03-30

Abstract

Изобретение относитс к волоконной оптике и когерентной оптоэлектронике и может быть использовано в морском приборостроении , например при разработке гид- рофонов. Целью изобретени вл етс повышение надежности работы датчика и повышение удобства эксплуатации за счет упрощени юстировки. Цель достигаетс тем, что в устройство, содержащее источник 1 когерентного светового излучени , микрообъектив 2 дл ввода излучени в оптическое волокно, волоконный световод 3, намотанный на каркас, и фотоприемник 9. введен пространственный фильтр, ограничивающий вклад мод в картину интерференции , состо щий из апертурной диафрагмы 8 и собирающего объектива, при этом апер- турна диафрагма встроена в состав собирающего объектива 5, установленного на выходе из многомодового волоконного световода 3 и выполненного в виде собирающей линзы 6 и микрообьектива 7. При воздействии акустического давлени волокно 3 прогибаетс в промежутки между радиальными выступами каркаса, что приводит к его удлинению и возникновению дополнительной разности фаз между модами волоконного световода 3. а значит к изменению интерференционного сигнала на выходе устройства , что регистрируетс фотоприемником 9. Введение пространственного фильтра ограничивает вклад мод в картину интерференции, упрощает обработку сигнала . 1 ил. (Л с о ы оо ел 00 о

Description

Изобретение относитс к волоконной оптике и когерентной оптоэлектронике и может быть использовано в морском приборостроении , например, при разработке гидрофонов .

Целью изобретени вл етс повышение надежности работы датчика и упрощение юстировки оптической схемы, а также повышение удобства в эксплуатации путем уменьшени габаритных размеров.

На чертеже представлена принципиальна оптическа схема предлагаемого устройства дл измерени акустического давлени .

Устройство дл измерени акустического давлени содержит оптический квантовый генератор 1, вл ющийс источником когерентного излучени , за которым размещен первый микрообьектив 2 ввода излучени в волоконный световод 3. Волоконный световод 3 навит на каркас 4, имеющий вертикально выступающие ребра, размер и период следовани которых выбираетс в зависимости от диапазона измер емых частот . Собирающий объектив 5 состоит из установленных последовательно собирающей линзы 6 и второго микрообьектива 7 и включает встроенную диафрагму 8. Элементы 6 и 8, расположенные на одной оптической оси, представл ют собой пространственный фильтр, который размещен между выходом торца волоконного световода 3 и регистратором, выполненным например в виде, фотоприемника 9.

Когерентное световое излучение, испускаемое квантовым генератором 1 с помощью микрообъектива 2 вводитс в оптическое волокно 3. В оптическом волокне 3 возбуждаетс широкий спектр направл емых мод. Под воздействием акустического давлени происходит прогиб витков оптического волокна 3 в промежутки между выступами. Это приводит к деформации волоконного световода и к модул ции фаз мод. При излучении на выходном конце волоконного световода 3 моды возбуждают пространственные световые волны под различными углами к оси волокна, в зависимости от номера и типа возбуждающей их моды. Собирающий объектив 5 фокусирует это излучение на фотоприемник 9. На фоточувствительной площадке фотоприемника 9 формируетс картина интерференции волн. Апертурна диафрагма 8, встроенна в объектив 5, выполн ет функцию фильтра низких пространственных частот и отсекает излучение, возбуждаемое модами, замазывающими картину интерференции. Это эквивалентно возбуждению в волоконном световоде 3 лишь требуемой группы мод.

Рассто ние от выходного торца световода 3 до апертурной диафрагмы 8 и диаметр апертурной диафрагмы 8 выбираетс в соответствии с параметрами волоконного световода 3, длины волны излучени и геометрических размеров схемы, при которых достигаетс максимальное отношение сигнал/шум и определ етс из услови : 2nD d

0

,17 -А

где R - рассто ние от выходного торца волоконного световода до апертурной диафрагмы;

d - диаметр апертурной диафрагмы;

5 Я- длина волны используемого излучени ;

D - диаметр сердцевины волоконного световода.

Величина акустического давлени из0 мер етс по изменению интенсивности в выделенной картине интерференции.

В качестве примера конкретного выполнени разработан датчик на основе много- модового кварцевого волоконного

5 световода, имеющего ступенчатый профиль распределени показател преломлени по сечению с диаметрами сердцевины, оболочки и защитного чехла соответственно равными 50,125 и 480 мкм. Длина волоконного

0 световода, навитого на каркас, составила 12 м. Каркас имеет три радиальных выступа, размещенных под углом 120° Друг к другу, к которым волоконный световод прикреплен влагостойким клеем. В качестве источника

5 когерентного излучени использовалс лазер ЛГ-52-2 с длиной волны излучени Я 0,63 мкм.

Ввод излучени в многомодовый волоконный световод осуществл етс микрообъ0 ективом 010. Пространственный фильтр состо л из объектива с фокусным рассто нием 5 см, в который была встроена апер- турна диафрагма с диаметром 1,2 мм (определенным по формуле), установленна

5 вплотную к передней собирающей линзе объектива по его оси. Рассто ние от выходного торца волоконного световода до апертурной диафрагмы с 7 см. Чувствительность датчика составл ла 120 дБ по отношению к по0 роговому уровню чувствительности 1 В/мкПа. Чувствительность датчика не мен лась при изменении температуры в диапазоне 10-70°С.

Таким образом, предлагаемое устройство имеет небольшие размеры пространст5 венного фильтра вклада мод в картину интерференции, простую юстировку, заключающуюс только в выборе рассто ни от выходного торца световода и, как следствие , высокую надежность, особенно в уело516385806

ви х вибрации, что значительно повышает личающеес тем, что с целью повыше- удобство в эксплуатации.15 ни надежности и удобства в эксплутации

путем упрощени юстировки, в нем апертурФормула изобретени на диафрагма установлена между собирающей линзой и вторым микрообъективом

Устройство дл измерени акустическо- вплотную к поверхности собирающей линзы го давлени , содержащее волоконно-опти- 20 и на рассто нии R от выходного торца све- ческий датчик давлени в виде товода, которое удовлетвор ет условию

размещенного на каркасе многомодовогоD 2 О d

к -

световода, входной торец которого через2,17 Я

первый микрообъектив оптически св зан сгде D - диаметр сердцевины волоконного

источником когерентного излучени , а вы- 25 световода:

ходной через собирающую линзу и второйd - диаметр апертурной диафрагмы;

микрообьектив - с регистратором, и апер-А-длина волны излучени когерентного

турную диафрагму, установленную на однойисточника

оптической оси с собирающей линзой, о т

Claims

Формула изобретения

Устройство для измерения акустического давления, содержащее волоконно-опти- 20 ческий датчик давления в виде размещенного на каркасе многомодового световода, входной торец которого через первый микрообъектив оптически связан с источником когерентного излучения, а вы- 25 ходной через собирающую линзу и второй микрообъектив - с регистратором, и апертурную диафрагму, установленную на одной оптической оси с собирающей линзой, о т личающееся тем, что с целью повышения надежности и удобства в эксплутации путем упрощения юстировки, в нем апертурная диафрагма установлена между собирающей линзой и вторым микрообъективом вплотную к поверхности собирающей линзы и на расстоянии R от выходного торца световода, которое удовлетворяет условию _п _ 2 πϋ · d ^R 2,17 λ где D - диаметр сердцевины волоконного световода;

d - диаметр апертурной диафрагмы;

Λ-длина волны излучения когерентного источника.