Подводное развертывающее устройство

 

Изобретение относится к обнаружению подводных объектов с помощью средств, альтернативных гидроакустическим. Технический результат заключается в расширении области применения на случай "бесшумных" объектов, у которых уровень шумоизлучения равен или ниже уровня морских шумов. Сущность изобретения заключается в том, что волоконно-оптические преобразователи пульсаций температуры располагают в слое скачка скорости звука морской среды. Преобразователи могут чувствовать волну давления и появление спутного следа от подводного объекта при прохождении последнего над волоконно-оптическими преобразователями. 4 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способам обнаружения подводных объектов с помощью средств, альтернативных гидроакустическим.

Известно подводное развертывающее устройство аналогичного назначения, содержащее полый складной растягивающий элемент, на котором закреплены гидрофизические преобразователи, и аккумулятор давления, подключенный к полому складному растягивающемуся элементу [1].

Данное подводное устройство принято за прототип.

Прототип представляет собой автоматическое развертывающее устройство для гидроакустической антенны, использующее энергию самого натурного водоема для развертывания антенны на заданной глубине. То есть аккумулятором давления в прототипе служит сам натурный водоем.

Недостатком прототипа является ограниченность его применения случаями, когда уровень шумоизлучения подводного объекта превышает уровень морских шумов.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является расширение области применения известного устройства на случай "бесшумных" объектов (у которых уровень шумоизлучения равен или ниже уровня морских шумов).

Данный технический результат достигают за счет того, что известное развертывающее устройство, содержащее полый складной растягивающий элемент, на котором закреплены гидрофизические преобразователи, и аккумулятор давления, подключенный к полому складному растягивающемуся элементу, дополнительно содержит волоконно-оптический преобразователь вертикального градиента средней температуры, выполненный в виде двух разнесенных по вертикали волоконных катушек, оптически согласованных с когерентным источником света и фотоприемником в интерферометр Цендера-Маха, причем выход фотоприемника подключен через последовательно соединенные усилитель, фильтр низких частот, нуль индикатор и электрический преобразователь с управляемым входом аккумулятора давления, выполненного преимущественно в виде пневмоаккумулятора, при этом гидрофизические преобразователи выполнены в виде волоконно-оптических преобразователей пульсаций температуры, подключенных выходами через соответствующие последовательно соединенные усилители и фильтры высоких частот к компьютеру и расположены в горизонтальной плоскости симметрично относительно двух волоконных катушек преобразователя вертикального градиента средней температуры.

При этом две разнесенные по вертикали волоконные катушки преобразователя вертикального градиента средней температуры выполнены с возможностью изменения расстояния между катушками.

А каждый из волоконно-оптических преобразователей пульсаций температуры выполнен в виде двух волоконных катушек, оптически согласованных с отдельным когерентным источником света и фотоприемником в интерферометре Цендера-Маха.

Причем в одном варианте обе из волоконных катушек всех интерферометров Цендера-Маха располагают в морской среде, а в другом варианте одну из волоконных катушек интерферометров Цендера-Маха располагают в исследуемой среде, а другую - вне исследуемой среды.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема развертывающего устройства; на фиг.2 - оптико-электронная схема волоконно-оптического преобразователя вертикального градиента средней температуры натурного водоема; на фиг.3 - оптико-электронная схема одного из волоконно-оптических преобразователей пульсаций температуры, закрепленных на развертывающем устройстве, на фиг.4 - общая схема, поясняющая работу устройства (слева), и ход средней температуры Т по глубине z в натурном водоеме (справа).

Развертывающее устройство (фиг.1) выполнено в виде полого складного растягивающегося элемента 1, на котором закреплены гидрофизические преобразователи в виде волоконно-оптических преобразователей 2 пульсаций температуры, и пневмоаккумулятора 3 с электрически управляемым запорным вентилем 4 и пневматически связанным со складным растягивающимся элементом 1, который прикреплен ортогонально к кабель-тросу 5.

На кабель-тросе 5 симметрично относительно плоскости расположения растягивающегося элемента 1 (когда последний находится в развернутом состоянии) закреплены две разнесенные по вертикали волоконные катушки 6, 7, оптически согласованные с когерентным источником 8 (фиг.2) и фотоприемником 9 в интерферометр Цендера-Маха. При этом выход фотоприемника 9 подключен через последовательно соединенные усилители 10, фильтр 11 низких частот (или интегратор), нуль-индикатор 12 и электрический преобразователь 13 к входу пневмоаккумулятора 3.

Для случая, представленного на фиг.1, управляющим входом пневмоаккумулятора 3 является электрический вход запорного вентиля 4.

Элементы 6...13 образуют волоконно-оптический преобразователь вертикального градиента средней температуры. Причем расстояние Δz между волоконными катушками 6, 7 может изменяться.

Как и любой подобный волоконно-оптический преобразователь, устройство включает в себя фазосдвигающее устройство 14, не отображенное в формуле изобретения.

Блоки 12 и 13 могут быть объединены в один, образуя обычный формирователь управляющих сигналов, но с визуальным нуль-индикатором.

Остальные блоки особенностей не имеют.

Как уже отмечалось, на складном растягивающем элементе 1 закреплены волоконно-оптические преобразователи 2 пульсаций температуры. Последние выполнены также в виде пар волоконных катушек 15, 16 (фиг.3), оптически согласованных с когерентным источником 17 света и фотоприемником 18 в интерферометры Цендера-Маха. Выход каждого фотоприемника 18 подключен через последовательно соединенные усилитель 19 и фильтр 20 высоких частот ко входам компьютера 21. Интерферометры Цендера-Маха снабжены фазосдвигающим устройством 22, установленным в одном из плеч интерферометра.

Обе волоконные катушки 15 и 16 могут располагаться в морской среде 23 (фиг. 4), т.е. вне надводного плавсредства 24. На фиг.3 этот случай представлен условно расположением волоконных катушек 15 и 16 справа от стенки 25.

В другом случае волоконные катушки 15 могут располагаться вне морской среды, а волоконные катушки 16 в морской среде 23. Этот случай условно представлен на фиг.3 изображением волоконной катушки 15 слева, а катушки 16 справа от стенки 26.

Как уже отмечалось, волоконные катушки 6 и 7 (фиг.2) всегда располагают в исследуемой среде (справа от стенки 26).

В первом варианте реализуется случай с волоконно-оптическими преобразователями пульсаций градиента температуры, а во втором - случай с волоконно-оптическими преобразователями пульсаций температуры.

Устройство работает следующим образом.

Подводную систему в свернутом виде (фиг. 1) опускают с надводного плавсредства 24 (фиг. 4) через лебедку 27 на кабель-тросе 5 в исследуемую область натурного водоема 23.

Когда кабель-трос 5 достигнет слоя температурного скачка, включают блоки питания, развертывающего устройства, располагаемые на надводном плавсредстве 24.

При этом на выходе фотоприемника 9 будет присутствовать сигнал, указывающий на наличие градиента температуры на измерительной базе Δz (фиг.1).

Как только преобразователи 2, расположенные на растягивающемся элементе 1, достигнут слоя скачка 28 скорости звука (фиг.4, справа), на выходе фотоприемника 9 появится нулевой сигнал, который зафиксирует нуль-индикатор 12 и преобразует в командный сигнал электрический преобразователь 13 (фиг.3).

Командный сигнал от электрического преобразователя 13 направляется на управляемый вход пневмоаккумулятора 3, т.е. на электрический вход управляемого вентиля 4 (фиг.1).

Это приводит к тому, что растягивающийся элемент 1 под действием сжатого газа от пневмоаккумулятора 3 распрямляется и волоконно-оптические преобразователи 2 (фиг.4) располагаются в зоне расположения слоя 28 скачка скорости звука на растягивающемся элементе 1.

Появление сигнала на выходе нуль-индикатора 12 указывает оператору на необходимость включения электронных блоков волоконно-оптических преобразователей 2.

Подводное устройство становится готовым к работе.

Если "бесшумный" подводный объект 29 появится в зоне морской акватории 23 (фиг.4), то его появление сопровождается наличием в подслое 28 заметного смещения слоев воды и пульсаций температуры за счет спутного следа 30.

Данные изменения гидрофизической обстановки в подслое 28 регистрируются волоконно-оптическими преобразователями 2 пульсаций температуры (градиента пульсаций температуры) и передаются по кабель-тросу 5 на компьютер 21 (фиг. 3).

По полученным сигналам компьютер 21 позволяет рассчитать координаты, геометрические, технические и кинематические характеристики подводного объекта 29.

Для повышения точности и надежности исследований целесообразно использование нескольких растягивающихся элементов 1, располагаемых в виде звезды в плоскости подслоя 28. А также возможно для этой же цели использование множества аналогичных подводных систем, расположенных в различных точках охраняемой морской акватории.

Таким образом, с помощью подводного устройства происходит обнаружение "бесшумных" подводных объектов методом, альтернативным гидроакустическому.

Источники информации 1. Патент 2092940 РФ, кл. H 01 Q 1/34, 1997 - прототип.

Формула изобретения

1. Подводное развертывающее устройство, содержащее полый складной растягивающийся элемент, на котором закреплены гидрофизические преобразователи, и аккумулятор давления, подключенный к полому складному растягивающемуся элементу, отличающееся тем, что дополнительно содержит волоконно-оптический преобразователь вертикального градиента средней температуры, выполненный в виде двух разнесенных по вертикали волоконных катушек, оптически согласованных с когерентным источником света и фотоприемником в интерферометр Цендера-Маха, причем выход фотоприемника подключен через последовательно соединенные усилитель, фильтр низких частот, нуль-индикатор и электрический преобразователь к управляемому входу аккумулятора давления, выполненному преимущественно в виде пневмоаккумулятора, при этом гидрофизические преобразователи выполнены в виде волоконно-оптических преобразователей пульсаций температуры, подключенных выходами через соответствующие последовательно соединенные усилители и фильтры высоких частот к компьютеру и расположенных в горизонтальной плоскости симметрично относительно двух волоконных катушек преобразователя вертикального градиента средней температуры.

2. Подводное развертывающее устройство по п.1, отличающееся тем, что две разнесенные по вертикали волоконные катушки преобразователя вертикального градиента средней температуры выполнены с возможностью изменения расстояния между этими катушками.

3. Подводное развертывающее устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый из волоконно-оптических преобразователей пульсаций температуры выполнен в виде двух волоконных катушек, оптически согласованных с отдельными когерентными источниками света и фотоприемниками в интерферометры Цендера-Маха.

4. Подводное развертывающее устройство по п.3, отличающееся тем, что обе из волоконных катушек интерферометров Цендера-Маха располагают в морской среде.

5. Подводное развертывающее устройство по п.3, отличающееся тем, что одну из волоконных катушек интерферометров Цендера-Маха располагают в морской среде, а другую - вне морской среды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4