Волоконно-оптический измеритель волнового давления у поверхности моря

 

Изобретение относится к океанографической технике и может быть использовано для измерения параметров ветрового волнения в море. Две волоконные катушки 1,2 интерферометра располагают под ортогонально ориентированными приемными мембранами 4,5, закрепленными в корпусе 3, причем волоконные катушки 1,2 нагружают на эти приемные мембраны. При расположении измерителя в море на одну из мембран (и катушек) будет воздействовать полное давление, на другую - гидростатическое. При этом на выходе интерферометра выделяется сигнал, пропорциональный волновому давлению. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к океанографической технике и может быть использовано для измерения параметров ветрового волнения (высота волн, их период, длина и т.д.) в море.

Известно устройство того же назначения, содержащее преобразователи полного и гидростатического давления, установленные у поверхности моря, а также дифманометр и регистратор [1].

Недостатком известного устройства является отсутствие на его выходе оптического сигнала, который в ближайшем будущем будет основным источником информации, в том числе и океанологии.

Известен измеритель волнового давления у поверхности моря, включающий датчик разности полного и гидростатического давлений, содержащий корпус с первой приемной мембраной, связанной с преобразователем деформаций мембраны в электрический сигнал, и усилитель с регистратором, связанный с преобразователем деформаций [2].

Данное устройство принято за прототип.

Недостатком прототипа как аналога является отсутствие на выходе измерителя оптического сигнала.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является устранение этого недостатка за счет получения на выходе датчика измерителя оптического сигнала.

Отмеченный технический результат достигается за счет того, что в известный измеритель волнового давления у поверхности моря, содержащий корпус с первой приемной мембраной, усилитель и блок обработки информации и регистрации, введена вторая приемная мембрана, расположенная в корпусе ортогонально первой приемной мембране, и две волоконные катушки, объединенные с источником когерентного света и фотоприемником в интерферометр, при этом одна из волоконных катушек снабжена фазосдвигающим устройством, выход фотоприемника соединен с усилителем, а волоконные катушки упруго нагружены на приемные мембраны.

При этом волоконные катушки могут быть намотаны на боковые поверхности двух одинаковых упругих цилиндров.

Причем перед одной из приемных мембран может быть установлен экран, ориентированный в вертикальной плоскости, а корпус может быть закреплен на флюгарке.

Измеритель может дополнительно содержать фильтр высоких частот, включенный между усилителем и блоком обработки информации.

На фиг. 1 представлен корпус и волоконные катушки измерителя; на фиг. 2 - оптическая схема измерителя с функциональными электронными блоками; на фиг. 3 - пример схемы установки измерителя в море.

Волоконно-оптический измеритель волнового давления у поверхности моря содержит (фиг. 1) две волоконные катушки 1, 2, расположенные в корпусе 3 с двумя ортогонально ориентированными приемными мембранами 4, 5.

Мембрана 4 ориентирована горизонтально и является приемником полного давления, мембрана 5 - вертикально и является приемником гидростатического давления. Мембрана 5 может быть перекрыта экраном 6 для защиты ее от влияния давления скоростного напора морского течения. Волоконные катушки 1, 2 могут быть намотаны на боковые поверхности упругих цилиндров (не показаны).

Две волоконные катушки 1, 2 (фиг. 2) объединены с источником 7 когерентного света и фотоприемником 8 в интерферометр Цендера-Маха, содержащий фазосдвигающее устройство 9 в одной из волоконных катушек.

Электронная схема волоконно-оптического измерителя включает в себя усилитель 10, фильтр высоких частот 11 и блок 12 обработки и регистрации.

Измеритель может быть установлен на гидрофизическом буе 13 (фиг. 3), снабженном радиопередатчиком (не показан) с радиоантенной 14, и закреплен на флюгарке так, чтобы на приемную мембрану 5 не воздействовало морское течение.

Волоконно-оптический измеритель работает следующим образом.

Устанавливают предварительно настроенный измеритель в исследуемой области моря. При этом на приемную мембрану 4, а значит и волоконную катушку 1 будет воздействовать полное давление морской среды, включающее гидростатическое давление и волновое давление поверхностных волн 16 (фиг. 3), а на приемную мембрану 5 и волоконную катушку 2 - только гидростатическое давление.

На выходе фотоприемника 8 автоматически выделяется разностный сигнал, несущий информацию о волновом давлении. Сигнал усиливается усилителем 10, обрабатывается и записывается в блоке 12 обработки информации и регистрации.

Наличие же упругих цилиндров (не показаны) позволяет повысить чувствительность и механическую прочность измерителя.

Если в районе регистрации волнового давления морских волн имеется морское течение, то оно будет воздействовать на вертикально ориентированную мембрану 5. Для исключения этого влияния перед мембраной 5 устанавливают специальный экран 6 или используют флюгарку 15. В последнем случае приемную мембрану 5 устанавливают в кормовой части корпуса 3.

Постоянно действующее давление скоростного напора можно также скомпенсировать посредством фазосдвигающего устройства 9, с помощью которого начальную разность фаз интерферирующих лучей в интерферометре предварительно устанавливают равной 90^o.

Пульсации скоростного напора, носящие в отличие от пульсаций волнового давления высокочастотный характер, отфильтровываются фильтром 11 высоких частот.

Что же касается изменений других гидрофизических факторов: температуры, солености, плотности и т.д., то в силу расположения обеих волоконных катушек в исследуемой среде (в одинаковых условиях), эти факторы не будут оказывать влияния на результаты измерений.

Морские гидроакустические шумы также в силу этого обстоятельства не будут оказывать заметного влияния на результаты измерений.

Таким образом, волоконно-оптический измеритель имеет на выходе датчика оптический сигнал и обладает повышенной помехоустойчивостью к влиянию различных гидрофизических и гидроакустических помех.

Формула изобретения

1. Волоконно-оптический измеритель волнового давления у поверхности моря, содержащий корпус с первой приемной мембраной, усилитель и блок обработки информации и регистрации, отличающийся тем, что в него введены вторая приемная мембрана, расположенная в корпусе ортогонально первой приемной мембране, и две волоконные катушки, объединенные с источником когерентного света и фотоприемником в интерферометр, при этом одна из волоконных катушек снабжена фазосдвигающим устройством, выход фотоприемника соединен с усилителем, а волоконные катушки расположены в корпусе и упруго нагружены на приемные мембраны.

2. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что в него введены два одинаковых упругих цилиндра, на поверхности которых намотаны волоконные катушки.

3. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что в него введен экран, установленный перед приемной мембраной, ориентированной в вертикальной плоскости.

4. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен флюгаркой, на которой закреплен корпус.

5. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что в него введен фильтр высоких частот, включенный между усилителем и блоком обработки информации и регистрации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3