устройство для одновременной трансляции сигналов в оптическом и радиочастотном диапазонах излучения
Классы МПК: | H01P3/16 диэлектрические волноводы, те без продольного проводника G02B6/02 оптическое волокно с оболочкой |
Автор(ы): | Бликов Антон Олегович (RU), Ерунов Сергей Владимирович (RU), Зотов Дмитрий Евгеньевич (RU), Калашников Денис Александрович (RU), Михайлов Анатолий Леонидович (RU), Мишанов Алексей Владимирович (RU), Назаров Дмитрий Витальевич (RU), Огородников Владимир Александрович (RU), Орехов Юрий Иванович (RU), Родионов Алексей Вячеславович (RU), Седов Александр Анатольевич (RU), Федоров Алексей Викторович (RU), Финюшин Станислав Александрович (RU), Хворостин Владимир Николаевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики"-ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2012-10-04 публикация патента:
20.07.2014 |
Изобретение относится к области измерений кинематических параметров движущейся поверхности в быстропротекающих процессах. Технический результат - обеспечение возможности производить измерения кинематических параметров фиксированного участка (точки) движущейся поверхности. Для этого устройство содержит диэлектрический волновод в виде полого цилиндра с отверстиями в стенке для ввода расположенных на расстоянии друг относительно друга ОВЛС. Выводы ОВЛС размещены в цилиндрической втулке из материала волновода. Втулка установлена вплотную в полости волновода и выступает за его пределы на расстояние h. Напротив втулки соосно ей установлена оптическая линза. Расстояния и h выбраны из условия соизмеримости с заданной длиной волны радиоизлучения . Для обеспечения соосности ОВЛС и оптической оси линзы волновод установлен с возможностью юстировки соосности. Для защиты информационного радиоволнового излучения от паразитного отражения волновод установлен в трубку из пористого диэлектрического материала с низким значением диэлектрической проницаемости. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Формула изобретения
1. Устройство для одновременной трансляции сигналов в оптическом и радиочастотном диапазонах излучения, содержащее диэлектрический волновод, внутри которого размещены оптические волоконные линии связи (ОВЛС), отличающееся тем, что волновод выполнен в виде полого цилиндра с отверстиями в стенке для ввода расположенных на расстоянии друг относительно друга ОВЛС, выводы которых размещены в цилиндрической втулке, выполненной из материала волновода, установленной вплотную в его полости и выступающей за пределы волновода на расстояние h, при этом напротив втулки соосно ей установлена оптическая линза, а указанные расстояния выбраны из условия соизмеримости с заданной длиной волны радиоизлучения .
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что волновод установлен с возможностью юстировки соосности ОВЛС и оптической оси линзы, например, с помощью шарнирной системы.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что волновод установлен в трубку из пористого диэлектрического материала с низким значением диэлектрической проницаемости.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области измерений кинематических параметров движущейся поверхности в быстропротекающих процессах.
В ряде измерений, особенно в быстропротекающих, например взрывных процессах, с целью исключения потери информации в качестве обязательного условия выдвигается требование дублирования результатов с использованием методов, основанных на различных физических принципах. Так, при исследовании динамики движения объектов, например, разгоняемых с помощью взрывчатых веществ лайнеров (пластин, оболочек) до скоростей 0,1-10 км/с, используются методики непрерывной во времени регистрации перемещений - X(t) и скоростей - V(t), основанные на радио- (Koch В. Reflexiv de micro-ondes par des phenomenes de detonation // C.R. Acad. Sci. Paris, 1953, v.236, p.661-663) и лазерной интерферометрии (Barker L.M., Hollenbach R.E. Laser interferometer for measuring high velocities of any reflecting surface // J. Appl. Phys., 1972, v.43, p.4669-4675). Совместное использование этих методик для случая высокой плоскостности (симметричности) движения исследуемой поверхности позволяет получать, наряду с дублированием результатов, принципиально новую информацию, например, о характеристиках (сжимаемость, проводимость) газовой среды, в которой движется исследуемая поверхность (Огородников В.А., Михайлов А.Л., Пешков В.В. и др. О влиянии проводимости ударно-сжатого газа на регистрацию параметров движения лайнера с помощью интерферометрических методов // ЖЭТФ, 2012, т.141, вып.1, с.182-188).
Однако используемые в этой работе устройства трансляции радио- и оптического излучения выполняли в виде отдельных волноводов, зондирующих независимые участки движущейся поверхности. Поэтому в случае несимметричности движения исследуемой поверхности не обеспечивается дублирование регистрируемой информации с независимых участков, так как они будут иметь различные кинематические параметры.
Известен патент DE № 3338798А1, МКИ3 H01P 3/16, опубл. 09.05.1985, в котором описано устройство для передачи сигналов с различной длиной волны, выбранное в качестве прототипа. Указанное устройство реализовано в виде волновода из диэлектрического материала для передачи высокочастотного радиосигнала в миллиметровом диапазоне, внутри которого в продольном направлении выполнены пазы круглого поперечного сечения, в которых расположены оптические волоконные линии связи (ОВЛС) для передачи оптических сигналов. Такой волновод позволяет передавать сигналы различных частотных диапазонов с длиной волн в миллиметровой и оптической области без взаимного влияния друг на друга. Во избежание потерь на лучеиспускание высокочастотной энергии на волновод наносится металлическое покрытие.
Недостатком описанного устройства, выбранного в качестве прототипа, является то, что в случае его использования для измерения кинематических параметров движущейся поверхности несоосное взаимное расположение ОВЛС и волновода приводит к тому, что будут диагностироваться различные участки поверхности. При измерении кинематических параметров асимметрично движущейся исследуемой поверхности различные ее участки имеют различные скорости. В этом случае возникает необходимость использования устройства для трансляции (подвода и вывода) радио- и оптического излучения с фиксированного участка (точки) исследуемой поверхности.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании устройства одновременной трансляции сигналов в оптическом и радиочастотном диапазонах излучения к исследуемой поверхности, с помощью которого обеспечивается дублирование результатов измерения ее кинематических параметров в виде X(t) и V(t) зависимостей.
Технический результат, достигаемый при осуществлении заявляемого изобретения, заключается в обеспечении возможности производить измерения кинематических параметров фиксированного участка (точки) движущейся поверхности.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для одновременной трансляции сигналов в оптическом и радиочастотном диапазонах излучения, содержащем диэлектрический волновод, внутри которого размещены ОВЛС, новым является то, что диэлектрический волновод выполнен в виде полого цилиндра с отверстиями в стенке для ввода расположенных на расстоянии друг относительно друга ОВЛС, выводы которых размещены в цилиндрической втулке, выполненной из материала волновода, установленной вплотную в его полости и выступающей за пределы волновода на расстояние h, при этом напротив втулки соосно ей установлена оптическая линза, а указанные расстояния выбраны из условия соизмеримости с заданной длиной волны радиоизлучения .
Для обеспечения соосности ОВЛС и оптической оси линзы волновод установлен с возможностью юстировки соосности, например с помощью шарнирной системы.
Для защиты информационного (отраженного от исследуемой поверхности) радиоволнового излучения от паразитного сигнала волновод установлен в трубку из пористого диэлектрического материала с низким значением диэлектрической проницаемости.
Выполнение волновода в виде полого цилиндра из фторопласта формирует радиосигнал требуемой конфигурации. Размещение ОВЛС внутри волновода и расположение их выводов в цилиндрической втулке из материала волновода, установленной вплотную в его полости, обеспечивает зондирование и прием лазерного излучения соосно радиоизлучению. Установка оптической линзы напротив втулки соосно ей обеспечивает фокусировку лазерного излучения как на участке исследуемой поверхности (при зондировании), так и на выводах ОВЛС (при сборе отраженного сигнала). Это обеспечивает возможность измерения кинематических параметров фиксированного участка исследуемой поверхности. Расстояния и h выбраны из условия соизмеримости с заданной длиной волны радиоизлучения на основе проведенных расчетов по минимизации влияния элементов передачи оптического излучения на конфигурацию радиочастотного сигнала.
На фиг.1 изображена конструкция устройства для одновременной трансляции сигналов в оптическом и радиочастотном диапазонах излучения. На фиг.2 представлена схема взаимного расположения ОВЛС внутри волновода.
Устройство состоит из фторопластовой трубки 1, которая служит волноводом для трансляции зондирующего и отраженного радиоволнового излучения с заданной длиной волны . Ввод ОВЛС 2 во фторопластовую трубку осуществляется через отверстия на ее боковой поверхности, расположенные в ряд с шагом . Внутри фторопластовой трубки 1 соосно и вплотную монтируется фторопластовая втулка 3, в которой путем вклеивания устанавливаются концы ОВЛС 2, например, в форме «ромашка» (фиг.2) и полируются для сокращения потерь лазерного излучения при подаче (зондировании) и сборе отраженного излучения. Торец втулки 3 выступает за торец фторопластовой трубки 1 на расстояние . Для фокусировки лазерного излучения на исследуемой поверхности 8 используется короткофокусная двояковыпуклая оптическая линза 4 из кварца, например, марки КУ-1, установленная напротив втулки 3 соосно ей. Для защиты информационного радиоволнового излучения от паразитного сигнала фторопластовая трубка 1 устанавливается в пенопластовую трубку 5. Для конструктивной жесткости пенопластовая трубка 5 устанавливается в стальную трубку 6, которая монтируется соосно с оптической линзой 4 и устанавливается в шарнирную систему 7 для юстировки соосности ОВЛС 2 и оптической оси линзы 4.
Заявленное устройство работает следующим образом. На выбранную точку исследуемой поверхности 8 перед началом ее движения через ОВЛС 2 подаются оптический (посредством линзы 4), а через фторопластовую трубку 1 - радиосигналы. При движении исследуемой поверхности 8 за счет эффекта Доплера происходит сдвиг частот подаваемых оптического и радиосигналов с их последующей интерференцией. Регистрируемые с помощью датчиков интерферометрических систем сигналы используются для получения информации о траектории (X-t) и скорости (V-t) выделенной точки поверхности.
Проведенные испытания заявленного устройства подтвердили возможность измерения кинематических параметров заданной точки исследуемой поверхности, что позволило обеспечить дублирование результатов измерения с помощью оптического и радиочастотного сигналов независимо от асимметричности движения указанной поверхности.
Класс H01P3/16 диэлектрические волноводы, те без продольного проводника
Класс G02B6/02 оптическое волокно с оболочкой