RU2090983C1 - Fiber-optic hydrophone - Google Patents
Fiber-optic hydrophone Download PDFInfo
- Publication number
- RU2090983C1 RU2090983C1 RU93053289A RU93053289A RU2090983C1 RU 2090983 C1 RU2090983 C1 RU 2090983C1 RU 93053289 A RU93053289 A RU 93053289A RU 93053289 A RU93053289 A RU 93053289A RU 2090983 C1 RU2090983 C1 RU 2090983C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- wavelength
- photodetector
- coherent light
- source
- Prior art date
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 44
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 4
- 229920005594 polymer fiber Polymers 0.000 claims description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012210 heat-resistant fiber Substances 0.000 description 1
- CPBQJMYROZQQJC-UHFFFAOYSA-N helium neon Chemical compound [He].[Ne] CPBQJMYROZQQJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000010979 ruby Substances 0.000 description 1
- 229910001750 ruby Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в гидроакустике для одновременного измерения уровня звукового давления и градиента звукового давления в натурном водоеме. The invention relates to the field of measuring equipment and can be used in sonar for simultaneously measuring the level of sound pressure and the gradient of sound pressure in a natural reservoir.
Известен волоконно-оптический гидрофон [1] (ВОГ), содержащий две волоконные катушки, оптически связанные в интерферометр с источником когерентного света и фотоприемником. Одна из волоконных катушек интерферометра располагается в исследуемой среде, а другая изолирована от нее. Известный ВОГ предназначен для измерения уровня звукового давления. Known fiber optic hydrophone [1] (FOG), containing two fiber coils, optically coupled to the interferometer with a coherent light source and a photodetector. One of the fiber coils of the interferometer is located in the medium under study, and the other is isolated from it. The well-known VOG is designed to measure sound pressure level.
Недостатком известного ВОГ является невозможность с его помощью одновременного измерения уровня звукового давления и градиента звукового давления, а также подверженность известного ВОГ влиянию гидрофизических факторов, в частности, температуры и гидростатического давления. A disadvantage of the known VOG is the impossibility of using it to simultaneously measure the sound pressure level and the sound pressure gradient, as well as the exposure of the known VOG to the influence of hydrophysical factors, in particular, temperature and hydrostatic pressure.
Известен ВОГ, содержащий отстоящие друг от друга на известном расстоянии две волоконные катушки, выполненные из термостойких оптических волокон и оптически связанные в первый интерферометр с первым источником когерентного света и первым фотоприемником, а также первый и второй светоделители, расположенные под углами -45o и +45o к оптической оси [2]
С помощью известного ВОГ [2] можно измерять градиент звукового давления, если волоконные катушки расположить в исследуемой среде, или уровень звукового давления, если в исследуемой среде расположить одну из двух волоконных катушек интерферометра.A FOG is known, containing two fiber coils spaced apart at a known distance, made of heat-resistant optical fibers and optically coupled to the first interferometer with the first coherent light source and the first photodetector, as well as the first and second beam splitters located at angles of -45 o and + 45 o to the optical axis [2]
Using the well-known FOG [2], it is possible to measure the gradient of sound pressure if the fiber coils are located in the test medium, or the sound pressure level if one of the two fiber coils of the interferometer is located in the test medium.
Данный ВОГ принят за прототип. This VOG is taken as a prototype.
Недостатком прототипа является невозможность с его помощью измерять одновременно уровень звукового давления и градиент звукового давления. The disadvantage of the prototype is the inability to use it to simultaneously measure the sound pressure level and the sound pressure gradient.
Техническим результатом, получаемым от применения изобретения является получение возможности одновременного измерения ВОГ уровня звукового давления и градиента звукового давления, т.е. создание комбинированного гидроакустического приемника. The technical result obtained from the application of the invention is to obtain the possibility of simultaneous measurement of VOG sound pressure level and sound pressure gradient, i.e. creation of a combined sonar receiver.
Данный технический результат получают за счет того, что известный ВОГ, содержащий отстоящие друг от друга на известном расстоянии две волоконные катушки, выполненные из термостойких оптических волокон и оптически связанные в первый интерферометр с первым источником когерентного света и первым фотоприемником, а также первый и второй светоделители, расположенные под углами +45o и -45o к оптической оси, дополнительно содержит второй источник когерентного света, второй фотоприемник, два фазосдвигающих устройства и три интерференционных светофильтра, при этом первый и второй источники когерентного света выполнены соответственно на первую и вторую длины волн, волокно первой волоконной катушки выполнено из материала, пропускающего только первую длину волны, а волокно второй волоконной катушки выполнено из материала, пропускающего одновременно первую и вторую длины волн, первый и второй светоделители соответственно установлены перед первым источником когерентного света и перед первым интерференционным светофильтром, который выполнен на первую длину волны и установлен перед первым фотоприемником, а второй и третий интерференционные светофильтры выполнены на вторую длину волны и установлены соответственно между светоделителями и перед вторым фотоприемником, причем второй источник когерентного света и второй фотоприемник через вторую волоконную катушку, первый светоделитель, второй интерференционный светофильтр, второй светоделитель и третий интерференционный светофильтр оптически связаны во второй интерферометр, а фазосдвигающие устройства установлены в первой и второй волоконных катушках.This technical result is obtained due to the fact that the well-known FOG, containing two fiber coils spaced apart at a known distance, made of heat-resistant optical fibers and optically coupled to the first interferometer with the first source of coherent light and the first photodetector, as well as the first and second beam splitters disposed at angles of +45 o and -45 o to the optical axis, further comprising a second coherent light source, the second photodetector, the two phase-shifting devices and three interference CBE Ofiltra, wherein the first and second coherent light sources are made to the first and second wavelengths respectively, the fiber of the first fiber coil is made of material that transmits only the first wavelength, and the fiber of the second fiber coil is made of material that transmits simultaneously the first and second wavelengths, the first and second beam splitters are respectively mounted in front of the first coherent light source and in front of the first interference optical filter, which is made at the first wavelength and installed per ed by the first photodetector, and the second and third interference light filters are made at the second wavelength and installed respectively between the beam splitters and before the second photodetector, the second coherent light source and the second photodetector through the second fiber coil, the first beam splitter, the second interference light filter, the second beam splitter and the third interference a light filter is optically coupled to a second interferometer, and phase shifting devices are installed in the first and second fiber coils.
Кроме того, ВОГ может дополнительно содержать третью волоконную катушку, изготовленную из материала, пропускающего вторую длину волны, и оптически связанную через светоделители, второй и третий интерференционные светофильтры со вторым источником когерентного света и вторым фотоприемником. In addition, the VOG can additionally contain a third fiber coil made of a material that transmits the second wavelength and optically coupled through beam splitters, a second and third interference filter with a second source of coherent light and a second photodetector.
Вторая и третья волоконные катушки могут быть выполнены из кварцевого волокна, а первая из полимерного волокна, при этом первый источник когерентного света выполнен на длину волны
Изобретение поясняется чертежом. На фиг.1 представлена оптическая схема ВОГ; на фиг.2, 3 диаграммы, поясняющие работу гидрофона.The second and third fiber coils can be made of silica fiber, and the first of polymer fiber, while the first coherent light source is made at a wavelength
The invention is illustrated in the drawing. Figure 1 presents the optical scheme of VOG; figure 2, 3 diagrams explaining the operation of the hydrophone.
Гидрофон содержит отстоящие друг от друга на известном расстоянии Δx две волоконные катушки 1 и 2, выполненные из термостойких оптических волокон, например, покрытые, как в прототипе, тонким слоем термопластика. Волоконная катушка 1 выполнена из материала, пропускающего первую длину волны λ1 а волоконная катушка 2 выполнена из материала, пропускающего длины волн λ1 и λ2
Обе волоконные катушки 1 и 2 оптически связаны в первый интерферометр с источником 3 когерентного света, излучающего на длине волны λ1 и фотоприемником 4 через вводное и выводное оптические устройства 5, 6.The hydrophone contains two fiber coils 1 and 2 spaced apart from each other at a known distance Δx, made of heat-resistant optical fibers, for example, coated, as in the prototype, with a thin layer of thermoplastic. The fiber spool 1 is made of a material transmitting a first wavelength of λ 1 and the fiber spool 2 is made of a material that transmits a wavelength of λ 1 and λ 2
Both fiber coils 1 and 2 are optically coupled into the first interferometer with a coherent light source 3 emitting at a wavelength of λ 1 and a photodetector 4 through an input and output optical device 5, 6.
Имеется также источник 7 когерентного света на длину волны λ2 и фотоприемник 8, оптически связанные с волоконной катушкой 2 и светоделители 9, 10 во второй интерферометр (светоделители 9, 10 установлены под углами -45o и +45o к оптической оси первого интерферометра).There is also a source of coherent light 7 at a wavelength of λ 2 and a photodetector 8, optically coupled to a fiber coil 2 and beam splitters 9, 10 into a second interferometer (beam splitters 9, 10 are installed at angles of -45 o and +45 o to the optical axis of the first interferometer) .
Для развязки обоих интерферометров по длинам волн λ1 и λ2 имеется три интерференционных светофильтра 11, 12, 13. Причем светофильтр 13 пропускает длину волны λ1 но не пропускает длину волны λ2 а светофильтры 11, 12, напротив, пропускают длину волны λ2 задерживая длину волны λ1 (на фиг. 1 обозначены длины волн, пропускаемые светофильтрами и волоконными катушками).For decoupling both interferometers at wavelengths λ 1 and λ 2, there are three interference filters 11, 12, 13. Moreover, filter 13 transmits wavelength λ 1 but does not pass wavelength λ 2 and filters 11, 12, in contrast, pass wavelength λ 2 delaying the wavelength λ 1 (in Fig. 1 shows the wavelengths transmitted by filters and fiber coils).
Интерференционный светофильтр 13 на длину волны λ1 располагают перед фотоприемником 4, интерференционные светофильтры 11 и 12 на длину волны λ2 располагают соответственно между светоделителями 9 и 10 и перед фотоприемником 8.The interference filter 13 at a wavelength of λ 1 is placed in front of the photodetector 4, the interference filter 11 and 12 at a wavelength of λ 2 are located respectively between the beam splitters 9 and 10 and in front of the photodetector 8.
В волоконных катушках 1 и 2 установлены фазосдвигающие устройства 14, 15. In the fiber coils 1 and 2, phase-shifting devices 14, 15 are installed.
Волоконные катушки устанавливаются вне специального носителя (на чертеже не показан) с возможностью контактирования с исследуемой средой. Все остальные элементы ВОГ устанавливаются внутри носителя (на фиг. 1 под позицией 16 показана стенка носителя, разделяющая указанные части ВОГ). Fiber coils are installed outside a special carrier (not shown in the drawing) with the possibility of contacting with the test medium. All other elements of the VOG are mounted inside the carrier (in Fig. 1, under 16, the wall of the carrier separating these parts of the VOG is shown).
Между светоделителями 9 и 10 может быть расположена третья волоконная катушка (на фиг. 1 не показана) на длину волны λ2 для выравнивания оптических путей в плечах второго интерферометра.Between the beam splitters 9 and 10, a third fiber coil (not shown in FIG. 1) can be located at a wavelength of λ 2 to align the optical paths in the arms of the second interferometer.
В частном случае вторую и третью волоконные катушки выполняют из кварцевого волокна, а первую из полимерного волокна, при этом источник 3 когерентного света выполняют на длину волны
Такой подбор материала и источников света позволяет реализовать признаки основного пункта формулы изобретения, поскольку коэффициент поглощения кварцем излучения на первой и второй длинах волн равен соответственно 6 и 10 дБ/км, а у полимерного волокна 8 и 60 дБ/км соответственно. То есть кварцевое волокно пропускает обе длины волны практически одинаково, а полимерное пропускает лишь первую длину волны. Such a selection of material and light sources makes it possible to realize the features of the main claim, since the absorption coefficient of quartz radiation at the first and second wavelengths is 6 and 10 dB / km, respectively, and for a polymer fiber, 8 and 60 dB / km, respectively. That is, a quartz fiber transmits both wavelengths almost equally, and a polymer transmits only the first wavelength.
Волоконно-оптический гидрофон работает следующим образом. Fiber optic hydrophone works as follows.
Перед началом работы в исследуемой среде устанавливают рабочие точки A1 и A2 на выходных кривых 18, 19 интерферометров (фиг. 2, 3) в положение, соответствующее первоначальной разности фаз интерферирующих лучей, равной π/2 Данная операция осуществляется с помощью фазосдвигающих устройств 14, 15.Before starting work in the test medium, the operating points A 1 and A 2 are set on the
Затем устанавливают чувствительный элемент ВОГ (волоконные катушки 1, 2) в исследуемой области натурного водоема. Звуковая волна 17 воздействует сначала на волоконную катушку 2. При этом на фотоприемнике 4 выделяется сигнал, пропорциональный градиенту звукового давления Δp/Δx а на фотоприемнике 8 пропорциональный уровню звукового давления Δp
На диаграммах фиг. 2 и 3 уровень звукового давления Δp входного сигнала обозначен под позицией 20, а градиент звукового давления Δp/Δx под позицией 21. Выходные сигналы с фотоприемников 8 и 4 обозначены соответственно позициям 22, 23.Then establish the sensitive element of the VOG (fiber coils 1, 2) in the studied area of the natural reservoir. The sound wave 17 acts first on the fiber coil 2. In this case, a signal proportional to the sound pressure gradient Δp / Δx is emitted on the photodetector 4 and proportional to the sound pressure level Δp on the photodetector 8
In the diagrams of FIG. 2 and 3, the sound pressure level Δp of the input signal is indicated at 20, and the sound pressure gradient Δp / Δx at 21. The output signals from the photodetectors 8 and 4 are indicated at 22, 23, respectively.
Таким образом, ВОГ позволяет получить по существу комбинированный приемник двух основных параметров звуковой волны: уровня звукового давления и градиента звукового давления. ВОГ действует как два независимых интерферометра, работающих на двух длинах волн λ1 и λ2 Комбинация интерференционных светофильтров 11, 12, 13 полностью "развязывает" интерферометры по спектральному признаку.Thus, FOG allows you to get essentially a combined receiver of two basic parameters of the sound wave: the sound pressure level and the sound pressure gradient. FOG acts as two independent interferometers operating at two wavelengths λ 1 and λ 2. The combination of interference light filters 11, 12, 13 completely “decouples” the interferometers according to the spectral characteristic.
С другой стороны, выполнение волоконных катушек из термостойких волокон предохраняет ВОГ от воздействия температурных помех. On the other hand, the implementation of fiber coils of heat-resistant fibers protects the VOG from the effects of temperature interference.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93053289A RU2090983C1 (en) | 1993-11-26 | 1993-11-26 | Fiber-optic hydrophone |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93053289A RU2090983C1 (en) | 1993-11-26 | 1993-11-26 | Fiber-optic hydrophone |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93053289A RU93053289A (en) | 1996-07-20 |
| RU2090983C1 true RU2090983C1 (en) | 1997-09-20 |
Family
ID=20149663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93053289A RU2090983C1 (en) | 1993-11-26 | 1993-11-26 | Fiber-optic hydrophone |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2090983C1 (en) |
-
1993
- 1993-11-26 RU RU93053289A patent/RU2090983C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Патент США N 4162393, кл. H 04 B 9/00, 1979. 2. Заявка Франции N 2490912, кл. H 04 R 1/44, 1982. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4320475A (en) | Monomodal optical fibre hydrophone operating by the elastooptical effect | |
| US4238856A (en) | Fiber-optic acoustic sensor | |
| Brooks et al. | Time-domain addressing of remote fiber-optic interferometric sensor arrays | |
| US6201912B1 (en) | Birefringent fiber grating sensor and detection system | |
| US5341205A (en) | Method for characterization of optical waveguide devices using partial coherence interferometry | |
| ATE27489T1 (en) | FIBER OPTIC MEASUREMENT DEVICE. | |
| GB2284256A (en) | Wavelength addressed network of fibre optic interferometric sensors | |
| KR910017213A (en) | Optical fiber interferometer system, optical fiber preparation method, noise suppression method in system and variation detection method in sample | |
| EA012960B1 (en) | Optical fiber gyroscope with combination of low polarization optical path and polarization maintaining optical path | |
| JPS59180329A (en) | Fiber optical measuring device | |
| GB2202324A (en) | Optical fibre sensing system | |
| US5327215A (en) | Sensor having optical passive ring resonator using sagnac effect | |
| US4430565A (en) | Correlating fiber optical measuring device | |
| US4974961A (en) | Optical fibre measuring system | |
| US4380394A (en) | Fiber optic interferometer | |
| CA1141190A (en) | Apparatus for determining the refractive index profile of optical fibres | |
| US4283144A (en) | Method of fiber interferometry zero fringe shift referencing using passive optical couplers | |
| EP0078931A1 (en) | Angular rate sensor | |
| RU2090983C1 (en) | Fiber-optic hydrophone | |
| GB2117132A (en) | Interferometer | |
| US6270254B1 (en) | Extended range fiber-optic temperature sensor | |
| SU1638580A1 (en) | Acoustic pressure gauge | |
| SU811118A1 (en) | Apparatus for determining pulsations of optical refraction index gradient | |
| EP0079945A1 (en) | Fiber optic interferometer | |
| RU2087859C1 (en) | Device registering changes of optical length of fibre-optical interferometer |