Волоконно-оптический гидрофон

• Автор: Плотников, Михаил Юрьевич
• Шифр специальности: 05.11.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 155 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Обзор литературы
Раздел 1Л. Современные схемы построения волоконно-оптических гидроакустических датчиков
Раздел 1.2. Методы демодуляции интерференционных сигналов
Раздел 1.3. Конструкции чувствительных элементов волоконно-оптических гидрофонов
Раздел 1.4. Единицы измерения чувствительности гидрофонов
Выводы по главе
ГЛАВА 2. Моделирование чувствительного элемента волоконно-оптического гидрофона
Раздел 2.1. Построение математической модели чувствительного элемента
Раздел 2.2. Временной анализ деформации чувствительного элемента
Раздел 2.3. Частотный анализ деформации чувствительного элемента
Раздел 2.4. Модель нового чувствительного элемента волоконно-оптического гидрофона
Выводы по главе
ГЛАВА 3. Математический анализ и моделирование схем гомодинной демодуляции сигналов
Раздел 3.1. Схема гомодинной демодуляции на основе перекрестного перемножения
Раздел 3.2. Схема гомодинной демодуляции на основе вычисления значений функции арктангенса
Раздел 3.3. Сравнение рассмотренных схем гомодинной демодуляции
Выводы по главе
ГЛАВА 4. Экспериментальное исследование алгоритмов гомодинной демодуляции
Раздел 4.1. Схема макета волоконно-оптического датчика гидроакустического давления
Раздел 4.2. Реализация на ПЛИС алгоритмов гомодинной демодуляции сигналов

Раздел 4.3. Методика проведения экспериментального исследования алгоритмов демодуляции
Раздел 4.4. Результаты экспериментального сравнения алгоритмов гомодинной демодуляции
Выводы по главе
ГЛАВА 5. Создание и экспериментальное исследование волоконно-оптического гидрофона
Раздел 5.1. Схема действующего макета волоконно-оптического гидрофона
Раздел 5.2. Реализация на ПЛИС выбранного алгоритма демодуляции сигналов
Раздел 5.3. Создание нового чувствительного элемента волоконно-оптического гидрофона
Раздел 5.4. Методика проведения испытаний макета волоконно-оптического гидрофона
Раздел 5.5. Экспериментальные результаты оценки параметров волоконно-оптического гидрофона
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Акустические волны, в отличие от электромагнитных, способны распространяться в водной среде на значительные расстояния. Поэтому в водной среде большинство дистанционных измерений осуществляется с помощью средств гидроакустики. Так, например, гидролокация позволяет решать задачи судоходства военных и гражданских судов, а компактные и протяженные гидроакустические системы активно используются для геофизической разведки углеводородов на арктическом морском шельфе, в системах мониторинга и охраны акваторий морских портов, а также для осуществления гидроакустической связи.
Долгое время гидроакустические измерения проводились с использованием приборов, построенных на пьезокерамических чувствительных элементах. Однако такие чувствительные элементы обладают некоторыми существенными
недостатками - они имеют большой вес и объем, и их достаточно сложно мультиплексировать.
Поэтому в последнее время все более широкое распространение получают гидроакустические системы, построенные на основе волоконно-оптических интерферометрических датчиков. Эта тенденция обусловлена рядом преимуществ волоконно-оптических интерферометрических датчиков над традиционными -они обладают высокой чувствительностью, устойчивы к электромагнитным помехам, электрически пассивны, имеют малые вес и объем и легко
мультиплексируются.
Однако, несмотря на значительные успехи в области построения
современных волоконно-оптических измерительных гидроакустических систем,
все еще существует ряд проблем, связанных с созданием волоконно-оптических
гидрофонов, обладающих высокой чувствительностью и большим динамическим
диапазоном в широкой полосе частот. Поэтому детального исследования требуют
вопросы обеспечения высокой чувствительности волоконно-оптических
гидроакустических датчиков, определения оптимальных алгоритмов демодуляции
сигналов и их параметров, обеспечивающих достижение заданных значений

Раздел 1.2. Методы демодуляции интерференционных сигналов
1.2.1. Интерференционные сигналы в двухлучевых интерферометрах
Появление интерференционных волоконно-оптических гидроакустических систем послужило стимулом для развития многочисленных методов демодуляции интерференционных сигналов [1].
Основными требованиями к алгоритмам демодуляции сигналов являются восстановление измеряемого фазового сигнала по интерференционному сигналу и обеспечение возможности регистрации измеряемых фазовых сигналов с амплитудой, превышающей период интерференционной картины для увеличения динамического диапазона волоконно-оптического датчика (см. рисунок 1.20). Последнее требование связано с тем, что в двухлучевых интерферометрах интенсивность интерференционного сигнала определяется выражением [2]:
/ = 1Х + /2 + 2л[1Т2С05ср, (2)
где I] и 12 — интенсивности интерферирующих лучей, ф - разность фаз между плечами интерферометра. Т.е. сигнал интерферометра является периодической функцией от разности фаз между его плечами.
При этом ф (разность фаз между плечами интерферометра) можно записать

ср = ср5 + (рв, (3)
где (р3 - разность фаз, вызываемая воздействием на чувствительное волокно интерферометра измеряемой величины, а <р0 - текущее положение рабочей точки интерферометра.
Сигналы интерферометра с входным воздействием для различных положений рабочей точки представлены на рисунке 1.20.