Волоконно-оптический пеленгатор гидроакустического маяка

 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано аквалангистами для определения пеленга на гидроакустический маяк в морской среде. Существо изобретения заключается в том, что на определенном расстоянии друг от друга располагают две волоконно-оптические катушки, оптически согласованные с источником когерентного света и фотоприемником в интерферометр. Плоская звуковая волна от гидроакустического маяка приходит одновременно на обе катушки только в случае, если ее фронт будет параллелен базе измерения. В этом случае на выходе интерферометра наблюдается нулевая разность фаз, а значит, и нулевой выходной сигнал, регистрируемый стрелочным нуль-органом и головными телефонами аквалангиста. При отклонении аквалангиста от направления заданного пеленга на выходе прибора появляется сигнал тем больший, чем больше величина данного отклонения. Достигаемым техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и расширение области применения устройства на случай любых излучаемых гидроакустическим маяком сигналов. 3 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано аквалангистами для определения пеленга на гидроакустический маяк в морской среде.

Известно устройство того же назначения, содержащее волоконно-оптический интерферометр, выполненный в виде оптически согласованных источника когерентного света, двух волоконных катушек и фотоприемника, а также усилитель, подключенный входом к выходу фотоприемника, а выходом - к полосовому фильтру [1]. Данное устройство принято за прототип.

Волоконные катушки в прототипе расположены соосно и выполнены с шагом намотки витков, подчиняющемуся синусоидальному закону, при этом витки обеих катушек пространственно сдвинуты относительно друг друга на половину шага намотки в направлении оси катушек.

Недостатком прототипа является сложность его изготовления, связанная с синусоидальным законом намотки волоконных катушек. А также ограниченность его применения случаем только одной определенной частоты работы гидроакустического маяка.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является устранение данных недостатков прототипа, т.е. упрощение конструкции и расширение области применения прототипа на случай любых излучаемых гидроакустическим маяком сигналов.

Данный технический результат достигают за счет того, что в известном волоконно-оптическом пеленгаторе гидроакустического маяка, содержащем волоконно-оптический интерферометр, выполненный в виде оптически согласованных источника когерентного света, двух волоконных катушек и фотоприемника, а также усилитель, подключенный входом к выходу фотоприемника, а выходом - к полосовому фильтру, волоконные катушки равномерно намотаны на две одинаковые полусферы, расположенные на определенном расстоянии друг от друга, при этом интерферометр пеленгатора снабжен фазосдвигающим устройством, расположенным в одной из волоконных катушек, а сам пеленгатор снабжен нуль-индикаторами, подключенными к выходу полосового фильтра.

Расстояние между центрами полусфер превышает не менее чем в пять раз диаметр полусфер.

Источник когерентного света может быть выполнен импульсным с возможностью регулировки длительности и скважности генерируемых импульсов.

А нуль-индикаторы могут быть выполнены в виде стрелочного прибора и головного телефона.

На фиг. 1 представлена оптико-электронная схема пеленгатора; на фиг.2, а-в, 3 - диаграммы, поясняющие принцип работы пеленгатора.

Волоконно-оптический пеленгатор гидроакустического маяка (не показан) содержит волоконно-оптический интерферометр, выполненный в виде оптически согласованных источника 1 когерентного света, двух аналогичных волоконных катушек 2, 3 и фотоприемника 4, а также фазосдвигающего устройства 5, установленного, например, в катушке 3 (фиг.1).

Источник 1 когерентного света, выполненный, например, в виде светодиода, подключен к источнику 6 питания, который позволяет задавать различные режимы излучения светодиода: непрерывный или импульсный с различной длительностью и частотой следования импульсов.

Электронная схема пеленгатора включает в себя усилитель 7 фототока, подключенный входом к выходу фотоприемника 4, выполненного, например, в виде фотодиода. Имеются также полосовой фильтр 8, настроенный на частоту работы маяка (не показан), и индикаторы 9, 10, выполненные соответственно в виде стрелочного прибора 9 с подсветкой шкалы и головных телефонов 10 (наушников).

Стрелочный индикаторный прибор 9 может одеваться на руку аквалангиста.

Полусферы 11, 12 (фиг. 2, а) разнесены на расстояние R друг от друга (между центрами полусфер), которое превышает диаметр d полусфер не менее чем в пять раз. Это позволяет избавиться от самовлияния волоконных катушек 2, 3, намотанных равномерно на полусферы 11, 12, при приеме плоских фронтов акустических волн маяка. Расстояние R условно названо базой пеленгатора.

Максимальное расстояние R ограничивается практическими возможностями транспортировки пеленгатора подводным носителем, а также удобствами эксплуатации прибора.

Пеленгатор работает следующим образом. Перед эксплуатацией волоконно-оптический интерферометр пеленгатора настраивают с помощью фазосдвигающего устройства 5 на разность фаз интерферирующих лучей, равной /2. При этом рабочая точка D на выходной кривой 13 интерферометра располагается в середине квазилинейного участка МК (фиг.3).

Поскольку в процессе эксплуатации пеленгатора обе волоконные катушки находятся практически в одинаковых условиях (температура, гидростатическое давление), то рабочая точка D не смещается от своего первоначального положения под действием гидрофизических факторов (фототок на выходе интерферометра в отсутствии гидроакустического сигнала будет равен i₀).

Амплитуда Р поступающего на вход интерферометра гидроакустического сигнала 14 (например, гармонической формы зависит от величины азимутального угла (фиг.2).

Если фронт АВ плоской волны параллелен отрезку R, соединяющему центры полусфер 11, 12 (фиг.2,а), угол будет равен нулю. При этом сигнал 15 на выходе интерферометра также будет равен нулю, поскольку разность фаз равна нулю.

При отклонении базы пеленгатора R вправо или влево фронт АС плоской волны будет достигать волоконных катушек 2, 3 в разное время, при этом на выходе интерферометра будет зафиксирована разность фаз: = кRsin, где к - волновое число падающей плоской волны.

Данное соотношение вытекает из прямоугольного треугольника АВС (фиг.2,а) и представлено графически в декартовых (фиг.2,б) и полярных координатах (фиг.2,в).

Разность фаз будет преобразоваться интерферометром в гармоническую составляющую фототока 15 с амплитудой (i₂-i₁)/2 (фиг.3) и частотой f, на которой работает гидроакустический маяк.

Полосовой фильтр 8 (фиг.1) в этом случае целесообразно предварительно настроить на частоту f работы маяка (не показан). Тогда полезный сигнал 15 будет уверенно выделяться на фоне помех.

Сигнал 15 после усиления усилителем 7 и выделения его полосовым фильтром 8 поступает на индикаторы 9,10. При этом, если оператор-гидроакустик или аквалангист услышит в наушниках 10 тональный звук соответствующей частоты f или увидит отклонение стрелки индикатора 9 от нулевого положения, то производится операция рыскания прибором (поворот базы в пеленгаторе вправо-влево) до момента нахождения направления, при котором угол =0. Таким образом, выбор направления движения подводного объекта (не показан) ведется по нулевому сигналу. Поскольку в области нулевого значения зависимость () имеет максимальную производную, то настройка на пеленг с помощью данного прибора будет достаточно точной.

С другой стороны, направления = невозможно спутать с направлением на пеленг, поскольку из-за экранировки одной волоконной катушки другой в этих положениях наблюдается характерный сбой в работе интерферометра.

Ухо человека более чувствительно к появлению прерывистого, а не тонального сигнала. Поэтому в ряде случаев гидроакустический маяк заставляют работать в режиме генерации последовательности импульсов 16 (фиг.3). При этом на выходе интерферометра появляется последовательность импульсов 17.

Работа пеленгатора в данном режиме повторяет описанный выше. Однако с целью экономии электропитания (прибор работает в автономном режиме) целесообразно источник 1 когерентного света перевести в режим генерации последовательности когерентных импульсов с длительностью и частотой следования, равной длительности и частоте следования генерируемых гидроакустическим маяком импульсов.

Данная операция осуществляется перед эксплуатацией прибора ручкой настройки длительности и скважности импульсов на источнике 6 питания светодиода.

Таким образом, в отличие от прототипа заявленный пеленгатор работает на любых сигналах гидроакустического маяка и значительно более прост по конструкции, за счет этого и достигается поставленный технический результат.

Источники информации.

1. Патент 2105990 РФ, кл. G 01 S 3/80, 1998 - прототип.

Формула изобретения

1. Волоконно-оптический пеленгатор гидроакустического маяка, содержащий волоконно-оптический интерферометр, выполненный в виде оптически согласованных источника когерентного света, двух волоконных катушек и фотоприемника, а также усилитель, подключенный входом к выходу фотоприемника, а выходом - к полосовому фильтру, отличающийся тем, что волоконные катушки равномерно намотаны на две одинаковые полусферы, расположенные на определенном расстоянии друг от друга, при этом интерферометр пеленгатора снабжен фазосдвигающим устройством, расположенным в одной из волоконных катушек, а сам пеленгатор снабжен нуль-индикаторами, подключенными к выходу полосового фильтра.

2. Волоконно-оптический пеленгатор по п.1, отличающийся тем, что расстояние между центрами полусфер превышает не менее чем в пять раз диаметр полусфер.

3. Волоконно-оптический пеленгатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что источник когерентного света выполнен импульсным с возможностью регулировки длительности и скважности генерируемых импульсов.

4. Волоконно-оптический пеленгатор по п.1, отличающийся тем, что нуль-индикаторы выполнены в виде стрелочного прибора и головного телефона.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3