RU2105961C1 - Fiber-optical hydrophone with compensation of hydrophysical interference - Google Patents

Abstract

FIELD: underwater acoustics, measurement of noise emission of various objects under sea conditions. SUBSTANCE: low and high frequency filters are placed across output of fibrous interferometer. Recorder of level of sound pressure is mounted after high-frequency filter and feedback system after low-frequency filter. System optimizes voltage proportional to pulsations of velocity pressure with source of electric energy. Object fibrous coil of interferometer is interference fitted onto bimetal form heated from source of electric energy controlled by feedback unit of hydrophone. EFFECT: improved functional stability. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в морских условиях для измерения шумоизлучения различных объектов. The invention relates to the field of hydroacoustics and can be used in marine conditions for measuring noise of various objects.

Известен волоконно-оптический гидрофон (ВОГ), содержащий волоконные предметную и опорную катушки, объединенные в интерферометр [1]
Недостатком известного ВОГ является зависимость его показаний от влияния гидрофизических факторов, таких как гидростатическое давление, температура, скоростной напор, а также зависимость от пульсаций этих величин.Known fiber optic hydrophone (FOG) containing fiber subject and support coils, combined into an interferometer [1]
A disadvantage of the well-known FOG is the dependence of its readings on the influence of hydrophysical factors, such as hydrostatic pressure, temperature, pressure head, and also the dependence on the pulsations of these quantities.

Известен ВОГ с компенсацией гидрофизических помех, содержащий предметную и опорную волоконные катушки, оптически согласованные с источником когерентного света и фотоприемником, усилитель, подключенный к выходу фотоприемника, и регистратор, причем предметная волоконная катушка интерферометра намотана с натягом на боковую поверхность цилиндрического корпуса, а опорная расположена рядом с боковой поверхностью корпуса и защищена от воздействия упругих пульсаций среды [2]
Данный гидрофон принят за прототип.A FOG with hydrophysical interference compensation is known, comprising an object and reference fiber coils optically matched with a coherent light source and a photodetector, an amplifier connected to the output of the photodetector, and a recorder, the object interferometer fiber coil being wound with an interference fit on the side surface of the cylindrical body, and the reference one is located near the side surface of the housing and is protected from the effects of elastic pulsations of the medium [2]
This hydrophone is taken as a prototype.

Недостатком прототипа является влияние на его показания пульсаций скоростного напора потока, воздействующих на предметное волокно. The disadvantage of the prototype is the effect on its testimony of the pulsations of the high-speed pressure flow affecting the subject fiber.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является устранение влияния на показания гидрофона пульсаций давления скоростного напора потока жидкости. The technical result obtained from the implementation of the invention is to eliminate the influence on the hydrophone readings of pressure pulsations of the pressure head of the fluid flow.

Данный технический результат достигается тем, что известный ВОГ с компенсацией гидрофизических помех, содержащий предметную и опорную волоконные катушки, оптически согласованные с источником когерентного света и фотоприемником в интерферометр, усилитель, подключенный к выходу фотоприемника, и регистратор, причем предметная волоконная катушка интерферометра намотана с натягом на боковую поверхность цилиндрического корпуса, а опорная расположена рядом с боковой поверхностью корпуса и защищена от воздействия упругих пульсаций среды, дополнительно содержит источник тока, фильтрат высоких частот, фильтрат низких частот, блок обратной связи и второй регистратор, при этом выход усилителя через фильтр высоких частот соединен с первым регистратором, а через последовательно соединенные фильтр низких частот и блок обратной связи со вторым регистратором и управляющим входом источника тока, подключенного выходом к цилиндрическому корпусу, выполненному биметаллическим. This technical result is achieved by the fact that the well-known FOG with compensation of hydrophysical interference, containing a subject and reference fiber coils, optically matched with a coherent light source and a photodetector into an interferometer, an amplifier connected to the output of the photodetector, and a recorder, and the subject fiber coil of the interferometer is tightened on the side surface of the cylindrical body, and the support is located next to the side surface of the body and is protected from the effects of elastic pulsations of the medium, additionally contains a current source, a high-pass filtrate, a low-pass filtrate, a feedback unit and a second recorder, while the amplifier output is connected to the first recorder through a high-pass filter, and through a low-pass filter and a feedback unit with a second recorder and control input connected in series a current source connected by an output to a bimetallic cylindrical body.

На фиг. 1 представлена функциональная схема ВОГ; на фиг. 2 его оптическая схема. In FIG. 1 shows a functional diagram of VOG; in FIG. 2 its optical scheme.

ВОГ содержит предметную и опорную волоконные катушки 1 и 2, оптически согласованные с источником 2 когерентного света и фотоприемником 4 в интерферометр (фиг. 1 и 2). Предметная волоконная катушка 1 интерферометра намотана с натягом на боковую поверхность цилиндрического корпуса 5, выполненного биметаллическим и установленного на держателе 6. Опорная волоконная катушка 2 установлена рядом с предметной, но не закреплена на корпусе 5 и защищена от воздействия упругих пульсаций, (опорная волоконная катушка на фигуре не показана). FOG contains a subject and reference fiber coils 1 and 2, optically matched with a source of coherent light 2 and a photodetector 4 in the interferometer (Fig. 1 and 2). The subject fiber coil 1 of the interferometer is wound tightly on the side surface of the cylindrical body 5, made bimetallic and mounted on the holder 6. The reference fiber coil 2 is installed next to the subject, but not fixed on the case 5 and is protected from the effects of elastic pulsations, (the reference fiber coil on not shown).

ВОГ также содержит усилитель 7, фильтр 8 высоких частот, фильтр 9 низких частот, блок 10 обратной связи, источник 11 тока и регистраторы 12 и 13. VOG also contains an amplifier 7, a high-pass filter 8, a low-pass filter 9, a feedback unit 10, a current source 11, and recorders 12 and 13.

Схема электрических соединений представлена на фиг. 1. The electrical connection diagram is shown in FIG. one.

Электронные блоки особенностей не имеют. Вместе с источником 3 когерентного света и фотоприемником 4 они расположены на носителе (на чертеже не показан, а на фиг. 2 под позицией 14 представлена стенка носителя). Electronic components have no features. Together with the coherent light source 3 and the photodetector 4, they are located on the carrier (not shown in the drawing, but in Fig. 2 under the position 14 the carrier wall is shown).

Гидрофон работает следующим образом. The hydrophone works as follows.

Располагают подводную часть ВОГ в заданной области натурного водоема (или буксируют его с известной скоростью за носителем). Настраивают начальную разность фаз интерферирующих лучей в интерферометре с помощью источника 11 тока равной 90 (для скорости потока или заданной скорости буксировки). Требуемое изменение сдвига фаз происходит из-за того, что при подаче тока на биметаллический корпус 5 последний разогревается и изгибается. Это приводит к дополнительному натягу волокна в предметной волоконной катушке 1 и изменению оптического пути для одного из интерферирующих лучей. The VOG submarine is located in a predetermined area of the natural reservoir (or towed at a known speed behind the carrier). The initial phase difference of the interfering rays in the interferometer is adjusted using a current source 11 equal to 90 (for a flow velocity or a given towing speed). The required change in the phase shift occurs due to the fact that when current is supplied to the bimetallic housing 5, the latter warms up and bends. This leads to an additional tightness of the fiber in the subject fiber coil 1 and a change in the optical path for one of the interfering rays.

При этом в потоке жидкости на предметную волоконную катушку будут дополнительно воздействовать два вида пульсаций: пульсаций давления скоростного напора v/2 и пульсаций звукового давления. In this case, in the fluid flow, two types of pulsations will additionally affect the object fiber coil: pressure pulsations of the pressure head v / 2 and sound pressure pulsations.

Пульсации гидрофизической природы носят низкочастотный характер (до 100 Гц), акустический высокочастотный (выше 100 Гц). В связи с чем их можно выделить с помощью фильтров 8 и 9 высоких и низких частот. Ripples of a hydrophysical nature are of a low-frequency nature (up to 100 Hz), acoustic high-frequency (above 100 Hz). In this connection, they can be distinguished using filters 8 and 9 high and low frequencies.

Пульсации скоростного напора, по амплитуде значительно превышающие пульсации звукового давления (на один-два порядка), смещают рабочую точку на выходной кривой интерферометра. При этом на выходе фотоприемника 4 появляются низкочастотные импульсы фототока, усиливаемые усилителем 7 и выделяемые фильтром 9 низких частот. The pulsations of the velocity head, in amplitude significantly exceeding the pulsations of sound pressure (by one or two orders of magnitude), shift the operating point on the output curve of the interferometer. In this case, low-frequency pulses of the photocurrent appear at the output of the photodetector 4, amplified by the amplifier 7 and allocated by the low-pass filter 9.

Блок 10 обратной связи отрабатывает соответствующее управляющее напряжение, подаваемое на управляющий вход источника 11 тока, который в свою очередь направляет на биметаллический корпус 5 ток, разогревающий его. При этом происходит прогиб корпуса 5 и дополнительный натяг или ослабление волокна предметной волоконной катушки до тех пор пока рабочая точка на рабочей кривой интерферометра не возвратиться на свое прежнее место. The feedback unit 10 processes the corresponding control voltage supplied to the control input of the current source 11, which in turn directs the current heating it to the bimetallic housing 5. In this case, the casing 5 is deflected and an additional tension or weakening of the fiber of the object fiber spool occurs until the operating point on the working curve of the interferometer returns to its previous place.

Пульсации звукового давления также выделяются на выходе фотоприемника 4 в виде высокочастотных пульсаций импульсов тока. После усиления в усилителе 7 эти пульсации отфильтровываются фильтром 8 высоких частот и регистрируются регистратором 13. При этом пульсации давления скоростного напора могут регистрироваться дополнительным регистратором 12, установленным на выходе блока 10 обратной связи. Sound pressure pulsations are also distinguished at the output of photodetector 4 in the form of high-frequency pulsations of current pulses. After amplification in the amplifier 7, these pulsations are filtered out by a high-pass filter 8 and registered by the registrar 13. In this case, the pressure pulsations of the high-pressure head can be registered by an additional recorder 12 installed at the output of the feedback unit 10.

ВОГ должен проходить предварительную градуировку по уровню звукового давления и, если необходимо, по давлению пульсаций скоростного напора. FOG must be pre-calibrated by sound pressure level and, if necessary, by pressure pulsation of the pressure head.

Пульсации температуры исследуемой среды не будут оказывать влияния на результаты измерений, поскольку обе катушки интерферометра расположены рядом в воде. По этой же причине на результаты измерений не будут оказывать изменения различных статистических параметров: гидростатического давления, температуры, солености. Ripples in the temperature of the medium under study will not affect the measurement results, since both interferometer coils are located next to each other in water. For the same reason, the measurement results will not be affected by changes in various statistical parameters: hydrostatic pressure, temperature, salinity.

Таким образом, в предложенном гидрофоне устранено влияние всех гидрофизических факторов на результаты измерения полезного сигнала. Thus, in the proposed hydrophone the influence of all hydrophysical factors on the results of measuring the useful signal is eliminated.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки
1. Патент США N 4162997, кл. 250 199 (H 04 B 9/00, G 01 V 1/00), 1979.Sources of information taken into account when preparing the application
1. US patent N 4162997, CL. 250 199 (H 04 B 9/00, G 01 V 1/00), 1979.

2. Патент Канады N 1124384, кл. 349 57 (G 01 V 1/38), 1982. 2. Canadian patent N 1124384, CL 349 57 (G 01 V 1/38), 1982.

Claims (1)

Волоконно-оптический гидрофон с компенсацией гидрофизических помех, содержащий предметную и опорную волоконные катушки, оптически согласованные с источником когерентного света и фотоприемником в интерферометр, усилитель, подключенный к выходу фотоприемника, и регистратор, причем предметная волоконная катушка интерферометра намотана с натягом на боковую поверхность цилиндрического корпуса, а опорная расположена рядом с боковой поверхностью корпуса и защищена от воздействия упругих пульсаций среды, отличающийся тем, что дополнительно содержит источник тока, фильтр высоких частот, фильтр низких частот, блок обратной связи и второй регистратор, при этом выход усилителя через фильтр высоких частот соединен с первым регистратором, а через последовательно соединенные фильтр низких частот и блок обратной связи с вторым регистратором и управляющим входом источника тока, подключенного выходом к цилиндрическому корпусу, выполненному биметаллическим. A fiber optic hydrophone with hydrophysical interference compensation, containing a subject and reference fiber coils optically matched with a coherent light source and a photodetector into an interferometer, an amplifier connected to the output of the photodetector, and a recorder, the subject interferometer fiber coil being wound with interference on the side surface of a cylindrical body and the support is located next to the side surface of the housing and is protected from the effects of elastic pulsations of the medium, characterized in that the additional but it contains a current source, a high-pass filter, a low-pass filter, a feedback unit and a second recorder, while the amplifier output is connected to the first recorder through a high-pass filter, and through a low-pass filter and a feedback unit with a second recorder and control input connected in series a current source connected by an output to a bimetallic cylindrical body.

Images