акустическая волоконно-оптическая антенна
Классы МПК: | G01S3/80 с использованием инфразвуковых, звуковых или ультразвуковых колебаний G01H9/00 Измерение механических колебаний или ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых колебаний с использованием средств, чувствительных к излучению, например оптических средств G01J1/04 оптические и механические |
Автор(ы): | Акопов Л.И. (RU), Бегиашвили Георгий Андреевич (GE), Бегиашвили Андрей Георгиевич (GE), Гватуа Шалико Шилович (GE) |
Патентообладатель(и): | Акопов Леонид Иванович (RU), Бегиашвили Георгий Андреевич (GE), Бегиашвили Андрей Георгиевич (GE), Гватуа Шалико Шилович (GE) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2002-08-19 публикация патента:
10.08.2004 |
Изобретение относится к системам дистанционного измерения статического и акустического давления, приема и пеленгации шумовых и эхолокационных сигналов звуковых, низких звуковых и инфразвуковых частот в гидроакустических системах и сейсмической разведке, в системах охраны объектов на суше и в водной среде. Техническим результатом является использование дополнительного второго канала измерения с функцией уменьшения оптических потерь с ростом интенсивности акустического сигнала, а также обеспечение суммирования выходных сигналов двух каналов измерения. Акустическая волоконно-оптическая антенна (АВОА) для френелевской зоны дифракции, размещенная в газообразной или жидкой среде, содержащая оптический канал, состоящий из входных и выходных многомодовых ВС и соединенных с ними аналогичными световодами распределенными вдоль них ВОД микроизгибного типа, причем используется второй дополнительный оптический канал, в первом канале размещены ВОД без микроизгибов, а во втором канале - ВОД с предварительно созданными в них микроизгибами, входные ВС первых датчиков каждого канала подключены к направленному ответвителю, а выходные ВС последних ВОД каждого канала подключены к отдельным фотоприемникам, выходы которых соединены с входами дифференциального усилителя. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
1. Акустическая волоконно-оптическая антенна (АВОА) для френелевской зоны дифракции, размещенная в газообразной или жидкой среде, содержащая оптический канал, состоящий из входных и выходных многомодовых волоконных световодов (ВС) и соединенных с ними аналогичными световодами, распределенными вдоль них волоконно-оптических датчиков (ВОД) микроизгибного типа, отличающаяся тем, что расстояния между равноудаленными ВОД выбраны равными половине длины волны акустического сигнала на низшей частоте рабочего диапазона с одновременным удовлетворением условию целочисленной кратности длине затухания звука в данной среде, используется второй дополнительный оптический канал, причем в первом канале размещены ВОД без микроизгибов, а во втором канале - ВОД с предварительно созданными в них микроизгибами, причем динамические диапазоны ВОД обоих каналов равны по абсолютной величине и противоположны по знаку, причем входные ВС первых датчиков каждого канала подключены к направленному ответвителю, а выходные ВС последних ВОД каждого канала подключены к отдельным фотоприемникам, выходы которых соединены с входами дифференциального усилителя.2. Акустическая волоконно-оптическая антенна по п.1, отличающаяся тем, что предварительно созданные микроизгибы в одном из ВОД пары осуществлены обращением кинематической схемы известных ВОД микроизгибного типа.3. Акустическая волоконно-оптическая антенна по п.1, отличающаяся тем, что в обоих каналах антенны дополнительно установлены один или несколько волоконно-оптических усилителей в соответствии с рабочей длиной волны и требуемыми коэффициентами усиления.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к волоконно-оптическим сенсорным системам и может использоваться в системах дистанционного измерения статического и акустического давления, приема и пеленгации шумовых и эхолокационных сигналов звуковых и инфразвуковых частот в гидроакустических системах и сейсморазведке, в системах охраны объектов на суше и в водной среде, например нефте - и газопроводов.Известны гидроакустические системы с гибкими протяженными антеннами с равномерно установленными по длине антенны пьезокерамическими или волоконно-оптическими гидрофонами или группами гидрофонов для пеленгации шумящих объектов, например подводных лодок (А.А. Гуревич и др. Гидроакустические системы с гибкими протяженными буксируемыми антеннами. - Судостроение за рубежом. № 10, 1984 г., стр.34-55).Известен волоконно-оптический датчик микроизгибного типа, в котором многомодовый волоконный световод располагается между парой гребенчатых пластинок, и при приложении акустического давления в волоконном световоде (ВС) образуются микроизгибы с периодом гребней пластинок (Appl. Opt., 1980, v.19, N 19, рр.3265-3267). Из-за изгибов возникают потери интенсивности света в ВС, а величина модуляции интенсивности света ставится в соответствие с приложенным давлением.Наиболее близким техническим решением и принятым за прототип к предлагаемому устройству является волоконно-оптический датчик, в котором на цилиндрический сердечник с продольными гребнями навит многомодовый ВС, причем между гребнями расстояние может быть как равным, так и изменяющимся вдоль длины датчика (US Patent N 4524436, 18.06.1985).Недостатками прототипа, а также аналогов являются необоснованная для френелевской зоны дифракции сложность обработки информационных сигналов методами корреляционного анализа с целью обнаружения местоположения источника акустических сигналов, а также малая величина динамического диапазона волоконно-оптических датчиков акустической антенны.Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является упрощение системы обработки принимаемых информационных сигналов для френелевской зоны дифракции при пеленгации источников акустических сигналов, расширение динамического диапазона и увеличение чувствительности акустической антенны.Данная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в использовании дополнительного второго канала измерения с функцией уменьшения оптических потерь с ростом интенсивности акустического сигнала, а также в обеспечении суммирования выходных сигналов двух каналов измерения.Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что указанный технический результат достигается благодаря тому, что для френелевской зоны дифракции в акустической волоконно-оптической антенне (АВОА), размещаемой в газообразной или жидкой среде, расстояние между равноудаленными волоконно-оптическими датчиками (ВОД) выбирается равным половине длины волны акустического сигнала на низшей частоте рабочего диапазона с одновременным условием целочисленной кратности длине затухания звука в данной среде, а акустический датчик представляет собою парный ВОД с предварительно созданными в одном из них микроизгибами обращением кинематической схемы известных ВОД микроизгибного типа, соответствующих максимуму динамического диапазона другого. Входные ВС каждого датчика пары подключены к направленному ответвителю, их выходные ВС подключены к отдельным фотоприемникам, выходы которых соединены с входами дифференциального усилителя, причем в обоих каналах антенны дополнительно могут быть установлены один или несколько волоконно-оптических усилителей в соответствии с рабочей длиной волны и требуемыми коэффициентами усиления.На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого устройства. Оно состоит из направленного ответвителя 1, предназначенного для разделения входного излучения на два оптических канала. В каждом из каналов расположены на равном расстоянии друг от друга оптически соединенные ВОД давления микроизгибного типа. Число датчиков в обоих каналах одинаково. Причем в первом канале размещены ВОД 2 без микроизгибов, а во втором канале - ВОД 3 с предварительно созданными в них микроизгибами. Тем самым акустические датчики 2 и 3 представляют собой фактически парный датчик давления, и стрела прогиба ВС в микроизгибе во втором канале при отсутствии акустического давления равна стреле прогиба ВС в микроизгибе первого канала при наличии акустического давления величиной, соответствующей максимальному значению на краю динамического диапазона. Выходы последних ВОД каждого канала оптически сопряжены с оптическими входами фотоприемников 4 и 5. Подключение направленного ответвителя 1, ВОД 2 и 3 к оптическому кабелю и фотоприемникам 4 и 5 осуществлено посредством, например, оптических разъемов или сварочных стыков. Электрические выходы фотоприемников соединены с входами дифференциального усилителя 6.Устройство работает следующим образом. Световой сигнал интенсивностью J0 поступает в направленный ответвитель 1, после которого интенсивностью Jвx=0,5J0 без учета потерь в ответвителе 1 и отрезках ВС поступает через входные отрезки ВС в оба канала АВОА, соответственно. Далее, пройдя М штук парных акустических ВОД 2 и 3, через выходные отрезки ВС 7 и 8 интенсивностями J1 и J2 поступают на два фотоприемника 4 и 5 соответственно. С фотоприемников электрические сигналы I1 и I2 поступают на вход дифференциального усилителя 6, разностный выходной сигнал которого величиной![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234044/916.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234044/916.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234045/946.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234043/945.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234043/945.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234044/916.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234044/916.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234045/946.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234044/916.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234044/916.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234044/916.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234105/961.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234044/916.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234105/964.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234105/2234105-2t.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234044/916.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234105/964.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234085/8804.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234044/916.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234044/916.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234105/964.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234044/916.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234105/964.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234044/916.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234044/916.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234105/964.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234085/8804.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234044/916.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234105/964.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234044/916.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234044/916.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234105/964.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234105/964.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234044/916.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234044/916.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234085/8804.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234085/8804.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234105/923.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234101/948.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234044/916.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234069/960.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234105/923.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234076/8776.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234105/923.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234069/960.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234076/8776.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234079/931.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234101/948.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234076/8776.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234076/955.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234043/945.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234105/2234105-3t.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234079/931.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234105/2234105-4t.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234079/931.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234043/945.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234076/8776.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234076/8776.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234105/964.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234044/916.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234105/964.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234044/916.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234044/916.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234105/964.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234105/2234105-5t.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234105/964.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234044/916.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234105/964.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234105/964.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234085/8804.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234076/955.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234043/945.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234105/964.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234085/8804.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234076/955.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234043/945.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234105/964.gif)
![акустическая волоконно-оптическая антенна, патент № 2234105](/images/patents/234/2234085/8804.gif)
Класс G01S3/80 с использованием инфразвуковых, звуковых или ультразвуковых колебаний
Класс G01H9/00 Измерение механических колебаний или ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых колебаний с использованием средств, чувствительных к излучению, например оптических средств
Класс G01J1/04 оптические и механические