|
|
|
ОПТОВОЛОКОННЫЕ МИКРОФОНЫПри проведении прямых акустических измерений в условиях агрессивной окружающей среды, к примеру, в турбореактивных или ракетных двигателях, требуются датчики, способные выдерживать высокие температуры нагрева и сильные вибрации. Данные результатов измерений, проведенных в таких неблагоприятных условиях, необходимы для гидродинамических расчетов, акустического тестирования конструкций и определения уровня шума двигателей. Для этих целей наилучшим образом подходят оптоволоконные интерферометрические микрофоны. Интерферометр отслеживает отклонения диафрагмы, которые напрямую связаны с величиной акустического давления. Датчик все время охлаждается водой для обеспечения защиты от перегрева оптических материалов и для стабилизации механических свойств диафрагмы.
Рис. 12.2. Оптоволоконный интерферометрический микрофон. Перемещение медной диафрагмы преобразуется в интенсивность света на детекторе
Рис. 12.3. Зависимость интенсивности излучения от фазы
отраженного света
Для получения интерференции между падающими и отраженными лучами света два световода соединяются вместе методом сплавления и на небольшом участке разъединяются, образуя клин (рис. 12.2). Световоды помещены в трубку из нержавеющей стали, охлаждаемую водой. Внутреннее пространство трубки заполняется эпоксидной смолой, а конец трубки тщательно полируется так, чтобы были видны оптоволокна. На часть другого конца трубки (тот, на котором световоды соединены вместе) наносится слой А1, формирующий отражающее зеркало. Открытая половина световода является чувствительной частью микрофона, а закрытая — эталонной. Такой датчик обладает очень низкой температурной чувствительностью, что достигается близким расположением друг к другу чувствительной и эталонной частей конструкции. Излучение лазера (лазерного диода, работающего на длине волны 1.3 мкм) попадает в один из световодов и проходит через место соединения с другим оптоволокном на конец трубки. Часть излучения отражается от алюминиевого зеркала, а часть выходит за пределы световода и частично отражается от диафрагмы. Часть отраженного излучения, попавшего в выходной световод, доходит до поверхности детектора. В зависимости от положения диафрагмы будет меняться фазовый сдвиг между сигналами, отраженными от алюминиевого зеркала и медной диафрагмы. На пути к детектору эти две отраженных волны интерферируют друг с другом, что приводит к модуляции интенсивности света, поступающего на детектор. Таким образом микрофон преобразует перемещение диафрагмы в интенсивность света. Теоретически, коэффициент сигнал/шум такого датчика составляет порядка 70–80 дБ, что позволяет детектировать перемещение диафрагмы, равное 1А (10~10М). На рис. 12.3 отображена типовая зависимость оптической интенсивности и детектора от фазы интерференционного сигнала. Для получения линейной передаточной функции рабочую точку необходимо выбирать вблизи середины интервала интенсивности, где наблюдается максимальная чувствительность и наилучшая линейность. Положение рабочей точки и величина наклона регулируются при помощи подстройки длины волны лазерного диода. Для сохранения пропорциональности датчика необходимо, чтобы отклонение диафрагмы не превышало четверти рабочей длины волны. Диафрагма диаметром 1.25 мм изготавливается из медной фольги толщиной 0.05 мм. Использование меди обусловлено ее хорошей теплопроводностью и сравнительно низким коэффициентом упругости. Небольшой модуль упругости позволяет изготавливать более толстые диафрагмы, обеспечивающие лучшую теплоотдачу при сохранении таких же собственных частот и отклонений. Давление 1.4 кПа приводит к отклонению центральной части диафрагмы на 39 нм, что гораздо меньше четверти рабочей длины волны (1300 нм). Максимальная частота, которая может быть принята оптическим микрофоном, ограничена 100 кГц, что намного превышает требуемый рабочий диапазон при проведении акустического тестирования конструкций. .
Информация исключительно в ознакомительных целях. При использовании материалов этого сайта ссылка обязательна.Правообладатели статей являются их правообладателями. |
По вопросам размещения статей пишите на email:
|
