Способ измерения импульсного давления среды и устройство для его осуществления (варианты)

Способ измерения импульсного давления среды и устройство для его осуществления (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к оптическим интерферометрическим способам измерения импульсных давлений, а также к устройствам для их осуществления и может найти применение при создании систем акустического мониторинга окружающей среды, акустических систем распознавания различных объектов, систем акустического контроля работы двигателей и различного технологического оборудования, в гидроакустике, аэродинамике.

Известны оптические интерферометрические способы измерения импульсных давлений, при которых регистрируются изменения картины интерференции измерительного и опорного лучей, обусловленные изменениями их разности хода, вызванными вариациями давления. Устройства, реализующие эти способы, содержат оптическую и инерционную механическую подсистемы. При этом оптическая подсистема строится на основе оптической схемы того или иного интерферометра. Механическую подсистему устанавливают в измерительное плечо интерферометра. Механическая инерционная подсистема под действием поступающих возмущений давления испытывает переменные упругие деформации. Это вызывает изменения геометрической и оптической длины пути измерительного луча, и сопровождается модуляцией разности фаз между измерительным и опорным лучами интерферометра и регистрируемыми сдвигами полос интерференции в поле фоторегистратора. В [1] оптическая подсистема построена по схеме интерферометра Майкельсона. В качестве инерционной подсистемы используется упругая, отражающая свет мембрана, которую устанавливают в измерительное плечо интерферометра. При поступлении сигнала мембрана деформируется, меняется форма ее отражающей поверхности, соответственно меняется геометрическая и оптическая длина пути луча в измерительном плече. Это приводит к регистрируемой модуляции разности фаз между измерительным и опорным лучами интерферометра. Устройство [1] нечувствительно к электромагнитным помехам, и хорошо работает в узкой области низких частот. Однако при приеме широкополосных сигналов неизбежны искажения в области высоких частот из-за резонаторных свойств мембраны. Ее инерционные свойства обусловливают чувствительность устройства к механическим помехам и вибрациям. В [2] в качестве основы оптической подсистемы используется двухзеркальный автоколлимационный интерферометр с газовым лазером в качестве источника света, а в качестве инерционной механической подсистемы используется акустический элемент в виде стержня. Этот стержень установлен в области измерительного луча интерферометра так, что его продольная ось отклонена от оптической оси лазера. Оба торца стержня плоскопараллельны и отполированы. Ближний к лазеру торец служит отражателем опорного луча. Дальний торец служит как отражателем измерительного луча, так и приемником возмущений давления. При поступлении импульса давления он вызывает смещение отражающего торца и продольную упругую деформацию стержня. При этом изменяется геометрическая и оптическая длина пути измерительного луча. За счет этого меняется фаза измерительного луча, отраженного от дальнего торца, который интерферирует с опорным лучом. Оба луча поворотным зеркалом направляются на фоторегистратор. Данное устройство нечувствительно к электромагнитным возмущениям. Оно также нечувствительно к вибрациям. Его недостаток в том, что длительность регистрируемого сигнала ограничена временем распространения упругого возмущения в стержне. Сигнал большей длительности забивается помехами, обусловленными его отражениями внутри стержня от торцов. Кроме того, стержень обладает резонаторными свойствами, что приводит к искажению спектра регистрируемого сигнала в низкочастотной области. Эти недостатки обусловлены резонаторными и инерционными свойствами принимающих измеряемые импульсные давления механических инерционных подсистем.

Задачей изобретения является обеспечение возможности измерения и регистрации импульсов давлений, а также акустических сигналов произвольной длительности и различного спектрального состава без искажений по амплитуде и спектру в оптически прозрачных средах при условии нечувствительности к вибрациям и электромагнитным помехам.

Поставленная задача решается следующим образом. В предлагаемом способе измерения импульсного давления среды, включающем модуляцию характеристик регистрирующего излучения под действием импульса давления, для модуляции оптической длины пути регистрирующего излучения используют изменения показателя преломления среды под действием возмущений давления в области измерительного луча. При этом, в противоположность известным оптическим интерферометрическим способам измерения давления, в процессе измерений геометрические параметры измерительного луча не изменяются.

Для осуществления этого способа предлагается устройство в двух вариантах. В первом из них устройство содержит источник света и фотоприемник, которые соединены двухплечевым волоконным интерферометром. Во втором варианте используют двухплечевой волоконный поляризационный интерферометр, выполненный так, что измерительный и опорный лучи характеризуются круговой поляризацией в противоположных направлениях. На вход интерферометра подают циркулярно поляризованный свет. На выходе интерферометра оба луча соединяются, и суммарное излучение характеризуется линейной поляризацией. Прежде, чем попасть в фотоприемник, суммарное излучение проходит через анализатор, определяющий поворот плоскости поляризации. В первом и во втором варианте измерительное плечо интерферометра выполнено с открытым в исследуемую оптически прозрачную среду разрывом, края которого скрепляют, как одно целое. Через этот разрыв беспрепятственно проходят поступающие возмущения давления, которые требуется измерить. Возмущения давления обусловливают изменения показателя преломления среды, благодаря чему, при их прохождении через указанный разрыв осуществляется безинерционная модуляция оптической длины пути измерительного луча. При этом в процессе измерений геометрические параметры измерительного луча не меняются. Это обеспечивается тем, что края разрыва закрепляют, как одно целое, чем также обеспечивается нечувствительность к вибрациям. Геометрическая длина пути измерительного луча может изменяться только в процессе настройки. В первом варианте изменения оптической длины пути измерительного луча под действием возмущений давления сопровождаются регистрируемой модуляцией разности фаз между измерительным и опорным лучами. Во втором - эти изменения сопровождаются поворотами плоскости поляризации суммарного излучения, которые в фотоприемнике регистрируются, как изменения интенсивности.

Вариант первый. Устройство для осуществления способа измерения импульсного давления содержит источник излучения и фотоприемник, соединенные двухплечевым волоконным интерферометром с краями открытого в среду с возмущениями давления разрыва измерительного плеча, закрепленными в жестком корпусе (в дальнейшем называется приемным) с пропускающим регистрируемые возмущения окном, в котором модулятором разности фаз между опорным и измерительным лучами служит среда между краями разрыва. Этот корпус ограничивает зону измерений. В нем закреплены, как одно целое, края разрыва волоконного канала измерительного плеча так, чтобы измерительный луч проходил поперек пропускного окна. Приемный корпус может быть выполнен однопроходным - в нем измерительное излучение проходит один раз, либо многопроходным - излучение в нем проходит более одного раза. В опорное плечо интерферометра может быть вставлен вспомогательный корпус, такой же, как приемный корпус в измерительном плече, но закрытый от воздействий возмущений давления. Возмущения давления изменяют показатель преломления среды и при прохождении сквозь пропускное окно вызывают изменения оптической длины пути измерительного луча. Это сопровождается регистрируемой модуляцией разности фаз между опорным и измерительным лучом интерферометра. При этом геометрическая длина пути измерительного луча не меняется.

Вариант второй. Устройство для осуществления способа измерения импульсного давления содержит источник излучения и фотоприемник, соединенные двухплечевым волоконным поляризационным интерферометром с краями открытого в среду с возмущениями давления разрыва измерительного плеча, закрепленными в приемном корпусе с пропускающим регистрируемые возмущения окном, в котором модулятором угла поворота плоскости поляризации суперпозиции опорного и измерительного лучей служит среда между краями разрыва. Интерферометр выполнен так, что по обоим его плечам распространяется циркулярно поляризованное излучение с противоположными направлениями циркуляции. Перед входом в фоторегистратор световые потоки двух плеч соединяются, и суммарное излучение оказывается плоскополяризованным. Угол поворота плоскости поляризации результирующего излучения зависит от разности фаз между измерительным и опорным лучами. Под воздействием поступающих импульсов давления, беспрепятственно проходящих через разрыв измерительного плеча интерферометра, меняется показатель преломления среды. Соответственно этому меняется оптическая длина пути измерительного луча в зоне измерений, меняется разность фаз между измерительным и опорным лучами и угол поворота плоскости поляризации суммарного излучения. При этом геометрическая длина пути измерительного луча не меняется. Таким образом осуществляется безинерционная модуляция угла поворота плоскости поляризации суммарного излучения. Эта модуляция регистрируется фотоприемником, как вариации интенсивности излучения.

В измерительное плечо может быть вставлен указанный выше приемный корпус, в котором зафиксирован, как одно целое, разрыв волоконного канала интерферометра. В опорное плечо интерферометра может быть вставлен вспомогательный корпус, такой же, как приемный корпус в измерительном плече, но закрытый от воздействий исследуемого возмущения давления.

Технический результат от использования изобретения заключается в обеспечении возможности измерения быстропеременных импульсов давления произвольной длительности с широкополосным спектром без искажений по амплитуде и спектру, в нечувствительности к вибрациям и электромагнитным помехам, в упрощении конструкции устройства для осуществления измерений импульсного давления, поскольку изымается из его состава механическая инерционная подсистема, в повышении его жесткости и устойчивости по отношению к внешним воздействиям.

Указанный результат достигается тем, что регистрируемая модуляция оптической длины пути измерительного излучения в устройстве осуществляется при прохождении возмущений давления через открытый разрыв измерительного плеча интерферометра за счет обусловленного ими изменения показателя преломления среды. Причем, края разрыва жестко закрепляют, как одно целое, так, что их движение под влиянием измеряемого возмущения давления или вибраций не оказывает влияния на геометрические параметры измерительного луча и на процесс измерения. Этим обеспечивается также нечувствительность предлагаемого устройства к механическим помехам и вибрациям.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображено во фронтальной плоскости относящееся к варианту 1 заявленное устройство с цельным однопроходным приемным корпусом, собранным в измерительном плече волоконного интерферометра с фазовой модуляцией;

на фиг.2 изображен во фронтальной плоскости приемный корпус с зеркальным блоком с четной кратностью отражений измерительного луча, используемый в заявленных устройствах вариантов 1, 2;

на фиг.3 изображен во фронтальной плоскости составной однопроходной приемный корпус, используемый в заявленных устройствах вариантов 1, 2;

на фиг.4 изображен во фронтальной плоскости составной трехпроходный приемный корпус с двумя уголковыми отражателями, используемый в заявленных устройствах вариантов 1, 2;

на фиг.5 изображено относящееся к варианту 1 заявленное устройство, в котором в обоих плечах интерферометра используются одинаковые зеркальные блоки с четным числом отражений или одинаковые составные корпуса с четным числом уголковых отражателей, или одинаковые цельные однопроходные корпуса;

на фиг.6 изображено во фронтальной плоскости относящееся к варианту 1 заявленное устройство с цельным двухпроходным приемным корпусом, содержащим зеркальный элемент, собранным в измерительном плече волоконного интерферометра с фазовой модуляцией;

на фиг.7 изображен во фронтальной плоскости приемный корпус с зеркальным блоком с нечетной кратностью отражений, используемый в заявленных устройствах вариантов 1, 2;

на фиг.8 изображен во фронтальной плоскости составной четырехпроходный приемный корпус с тремя уголковыми отражателями, используемый в составе заявленного устройства варианта 1;

на фиг.9 изображено относящееся к варианту 1 заявленное устройство, в котором в обоих плечах интерферометра используются одинаковые зеркальные блоки с нечетной кратностью отражений или одинаковые составные корпуса с нечетным числом уголковых отражателей, или цельные двухпроходные корпуса;

на фиг.10 изображено во фронтальной плоскости относящееся к варианту 2 заявленное устройство с цельным однопроходным приемным корпусом, собранным в измерительном плече волоконного интерферометра с поляризационной модуляцией;

на фиг.11 изображено относящееся к варианту 2 заявленное устройство, в котором в обоих плечах интерферометра используются одинаковые зеркальные блоки с четной кратностью отражений или одинаковые составные корпуса с четным числом уголковых отражателей, или одинаковые цельные однопроходные корпуса;

на фиг.12 изображено во фронтальной плоскости относящееся к варианту 2 заявленное устройство с цельным двухпроходным приемным корпусом, содержащим зеркальный элемент, собранным в измерительном плече волоконного интерферометра с поляризационной модуляцией;

на фиг.13 изображено во фронтальной плоскости относящееся к варианту 2 заявленное устройство с составным четырехпроходным приемный корпусом с тремя уголковыми отражателями, собранным в измерительном плече волоконного интерферометра с поляризационной модуляцией;

на фиг.14 изображено относящееся к варианту 2 заявленное устройство, в котором в обоих плечах интерферометра используются одинаковые зеркальные блоки с нечетной кратностью отражений или одинаковые составные корпуса с нечетным числом уголковых отражателей, или одинаковы цельные двухпроходные корпуса;

на фиг.15 изображена схема измерения импульсного давления с помощью предлагаемого устройства.

На чертежах не показаны вспомогательные устройства - коллиматоры для ввода излучения в волокно и компенсаторы для компенсации разности хода лучей в плечах интерферометров при отсутствии возмущений давления.

Вариант 1. Основу всех разновидностей устройства по данному варианту составляет двухплечевой волоконный интерферометр, собранный по схеме интерферометра Маха-Цендера, соединяющий источник света 1 и фотоприемник 2 (фиг.1, 5, 6, 9). Измерительное плечо интерферометра образовано волокнами 3 и 4. Их торцы закреплены в кольцеобразном приемном корпусе 5, пропускное окно 6 которого ограничивает зону измерений. Опорное плечо интерферометра образовано волокном 7. Разветвители 8 и 9 типа 1×2 соединяют оба плеча. В качестве светоделителя используется разветвитель 8, на который подается когерентное излучение от источника 1. На выходе интерферометра для соединения измерительного и опорного лучей используется разветвитель 9. Разновидности устройства различаются компоновкой - источник света 1 и фотоприемник 2 могут располагаться по разные стороны зоны измерений (фиг.1, 5) или по одну сторону (фиг.6, 9). Различаются они также конструкциями применяемых приемных корпусов, устанавливаемых в измерительное плечо и конструкциями корпусов, устанавливаемых в опорное плечо.

В измерительное плечо интерферометра вставлен приемный корпус, который выполнен однопроходным (фиг.1). В окно 6 кольцеобразного приемного корпуса может быть вставлен зеркальный блок 10 (фиг.2) цилиндрической формы с открытыми торцами для пропускания регистрируемого возмущения давления. Его внутренность используется как пропускное окно. Зеркальный блок 10 выполнен с двумя отражающими элементами - плоскопараллельными зеркальными пластинками 11 и 12, установленными так, что их отражающие поверхности параллельны его оси (фиг.2). Они могут быть установлены так, что их отражающие поверхности равноудалены от оси блока, как это показано на фиг.2, хотя и не обязательно. Зеркальные пластинки выполнены из материала, обладающего максимальным коэффициентом отражения для используемого излучения. Зеркальный блок, показанный на фиг.2, установлен так, что обеспечивает четное число отражений регистрирующего излучения в нем. Он служит для регулирования числа проходов и длины геометрического пути измерительного луча без изменения размера зоны измерений и может быть установлен с возможностью поворота вокруг продольной оси. В этом случае источник света 1 и фотоприемник 2 располагаются по разные стороны от приемного корпуса. С целью регулирования размера зоны измерений и геометрической длины пути измерительного луча в ней приемный корпус выполнен составным без отражателей (см. фиг.3), состоящим из неподвижной части 5 и подвижной 13, которая может смещаться по направлению луча так, что изменяется размер пропускного окна 6 прямоугольной формы. В рабочем положении обе части фиксируются, как одно целое. Подводящее волокно 3 закреплено в стенке части 5, а отводящее 4 в подвижной части 13 (или наоборот) таким образом, что излучение, выходящее из торца волокна 3, после прохождения через окно 6 попадает в торец волокна 4. Для увеличения геометрической длины пути луча в нем составной корпус выполняют многопроходным. Такой корпус показан на фиг.4. Трехкратное прохождение измерительного луча в нем обеспечивается двумя уголковыми отражателями 14, один из которых установлен в стенке неподвижной части 5, а другой - в стенке подвижной части 13 так, что луч, выходящий из торца подводящего волокна 3, после всех отражений попадает в торец отводящего волокна 4. Все проходы луча совершаются по направлениям, параллельным боковым стенкам части 5, вдоль которых возможно перемещение части 13. От такой замены конфигурация устройства, показанная на фиг.1, не изменяется.

В опорном плече интерферометра, образованном волокнами 15 и 16 (фиг.5) установлен вспомогательный корпус, идентичный по числу отражений и геометрической длине луча приемному в измерительном плече. Этот второй корпус содержит полость 17, такого же размера, что и пропускное окно 6 приемного корпуса. При этом полость 17 закрыта с торцов так, чтобы исключить влияние поступающих возмущений давления на часть среды, заключенную в ней. Полость 17 на фиг.5 показана пунктиром. В ней среда находится в тех же условиях что и внешняя среда - при той же температуре, влажности и том же значении равновесного давления. В окно 6 и полость 17 могут быть вставлены одинаковые зеркальные блоки, подобные показанному на фиг.2, так, что длины геометрических путей лучей в них одинаковы. В составе данного устройства применяют также составные корпуса с нечетным числом проходов лучей в них, подобные показанным на фиг.3, 4. Они устанавливаются так, что длины геометрических путей лучей в них одинаковы. Таким путем достигается лучшее исходное фазовое равновесие обоих плеч интерферометра. Оба корпуса устройства могут быть выполнены, как одно целое, как это показано на фиг.5. Но они могут быть пространственно разделены. При этом корпус опорного плеча может быть сориентирован ребром навстречу возмущениям для уменьшения влияния их на оптические свойства среды внутри его.

В измерительном плече интерферометра устройства установлен приемный кольцеобразный корпус 5 с пропускным окном 6 радиуса R и отражательным элементом 18 (фиг.6). Торцы подводящего волокна 3 и отводящего 4 в этом случае закрепляют с одной стороны корпуса 5 так, что луч, выходящий из торца волокна 3 после отражения от элемента 18 попадает в торец отводящего волокна 4. В этом случае источник излучения 1 и фоторегистратор располагаются по одну сторону от приемного корпуса. Такая конфигурация позволяет создать более компактное устройство.

В окно 6 корпуса 5 вместо одного отражательного элемента вставлен зеркальный блок 10, показанный на фиг.7. Он идентичен блоку, показанному на фиг.2, но установлен так, что обеспечивает нечетное число отражений измерительного луча в нем. При этом общая конфигурация устройства, показанная на фиг.5, не изменится. В корпусе 5 с одной стороны пропускного окна 6 закреплены торцы подводящего 3 и отводящего 4 волокон измерительного плеча. С целью регулирования в процессе эксплуатации кратности отражений и геометрической длины пути луча в блоке его устанавливают с возможностью поворота в корпусе 5 вокруг продольной оси. В составе устройства данной конфигурации с целью регулирования размера зоны измерений и геометрической длины пути измерительного луча используют составной корпус, выполненный многопроходным с четным числом проходов измерительного луча в нем. Такой четырехпроходной корпус с прямоугольным пропускным окном 6, состоящий из неподвижной части 5 и подвижной 13, показан на фиг.8. Четырехкратное прохождение измерительного луча обеспечивают три уголковых отражателя 14, один из которых установлен в стенке неподвижной части 5, а два других в стенке подвижной части 13 так, что измерительный луч, выходящий из торца подводящего волокна 3 после всех отражений попадает в торец отводящего волокна 4. Волокна 3 и 4 закреплены в стенке неподвижной части корпуса 5. Все проходы луча совершаются по направлениям, параллельным боковым стенкам части 5, вдоль которых возможно перемещение части 13. В рабочем положении части 13 и 5 фиксируются, как одно целое.

Наряду с приемным корпусом в измерительном плече в опорном плече интерферометра установлен идентичный ему по длине геометрического пути луча вспомогательный корпус (фиг.9). Этот второй корпус содержит полость 17, такого же размера, что и пропускное окно 6. При этом полость 17 закрыта с торцов так, чтобы исключить влияние поступающих возмущений давления на часть среды, заключенную в нем. Полость 17 на фиг.11 показана пунктиром. В ней среда находится в тех же условиях что и внешняя среда - при той же температуре, влажности и том же значении равновесного давления. В окно 6 и полость 17 могут быть вставлены одинаковые зеркальные элементы, как на фиг.6, а также зеркальные блоки с нечетным числом отражений, подобные показанному на фиг.7. В качестве корпусов могут быть применены составные корпуса с четным числом проходов лучей в них, подобные показанному на фиг.8. И зеркальные блоки, и составные корпуса должны быть установлены так, чтобы длины геометрических путей лучей в них в обоих плечах интерферометра были одинаковы. Применением вспомогательного корпуса достигается лучшее исходное фазовое равновесие обоих плеч интерферометра. Оба корпуса на фиг.9 изображены, как одно целое, хотя они могут быть разделены и пространственно разнесены. Корпус опорного плеча может быть сориентирован ребром навстречу возмущениям для уменьшения влияния их на оптические свойства среды внутри его. При таких заменах общая конфигурация устройства, показанная на фиг.9, остается без изменений.

Вариант 2. Устройство по данному варианту включает двухплечевой волоконный поляризационный интерферометр, собранный по схеме интерферометра Маха-Цендера, соединяющий источник излучения 1 и фотоприемник 2 (фиг.10-13). Для получения циркулярно поляризованного излучения на выходе источника излучения 1 установлены поляризатор 19 и четвертьволновая пластинка 20 (фиг.10-13). Для разделения потока излучения между измерительным и опорным плечами используют светоделитель, в качестве которого применяют либо разветвитель 8 типа 1×2 (фиг.12), либо полупрозрачное зеркало 21 (фиг.10, 11, 13, 14). При каждом отражении направления циркулярной поляризации сменяется на противоположное. Устройство выполнено так, чтобы разница числа отражений измерительного и опорного луче была нечетной, благодаря чему измерительный и опорный лучи на выходе из интерферометра поляризованы по кругу в противоположных направлениях. Плечи интерферометра соединены разветвителем 9 типа 1×2, в котором соединяются измерительный и опорный лучи. Поскольку эти лучи поляризованы по кругу в противоположных направлениях, суммарное излучение поляризовано линейно. На выходе интерферометра установлен анализатор 22, определяющий поворот плоскости поляризации суммарного луча. Разновидности устройства данного варианта различаются конструкцией приемных корпусов, устанавливаемых в разрыве измерительного плеча интерферометра и общей конфигурацией - источник света 1 и фотоприемник 2 могут располагаться по разные стороны от приемного корпуса (фиг.10), либо по одну сторону (фиг.12, 13).

Устройство, показанное на фиг.10 характеризуется тем, что в измерительное плечо интерферометра установлен однопроходной приемный корпус 5 с пропускным окном 6. Источник света 1 и фотоприемник 2 расположены по обе стороны от него. В этот корпус с целью увеличения геометрической длины пути измерительного луча в зоне измерений вставляют зеркальный блок с четным числом отражений (см. фиг.2) и, соответственно, нечетным числом проходов измерительного луча в нем. Для регулирования кратности отражений и геометрической длины пути луча в этом блоке в процессе эксплуатации его устанавливают с возможностью поворота вокруг продольной оси. Приемный корпус может также быть выполнен составным без отражателей (см. фиг.3) либо с четным числом уголковых отражателей 14 в нем и нечетным числом проходов измерительного луча в нем аналогично корпусу, показанному на фиг.4. От такой замены конфигурация устройства не изменяется.

На фиг.11 показано устройство, в опорном плече интерферометра которого установлен вспомогательный корпус, идентичный по кратности отражений и по геометрической длине луча в нем приемному корпусу, установленному в измерительном плече. Этот второй корпус содержит полость 17, такого же размера, что и пропускное окно 6 приемного корпуса. При этом полость 17 закрыта с торцов так, чтобы исключить влияние поступающих возмущений давления на часть среды, заключенную в нем. Полость 17 на фиг.11 показана пунктиром. В ней среда находится в тех же равновесных условиях, что и внешняя среда - при той же температуре, влажности и при том же значении равновесного давления. Применением этого корпуса достигается лучшее исходное фазовое равновесие обоих плеч интерферометра. Волокно 15 служит для подвода излучения к нему. Прошедшее через него излучение попадает в торец отводящего волокна 16. Корпус опорного плеча может быть сориентирован ребром навстречу возмущениям для уменьшения влияния их на оптические свойства среды внутри его. При данной конфигурации устройства в два плеча могут быть вставлены одинаковые однопроходные корпуса (см. фиг.1). В них могут быть вставлены одинаковые зеркальные блоки с четным числом отражений (см. фиг.2). Могут также быть применены одинаковые составные корпуса с нечетным числом проходов луча, подобные показанным на фиг.3, 4. При этом пропускное окно 6 и полость 17 имеют форму в виде прямоугольника. И зеркальные блоки, и составные корпуса устанавливаются так, что длины геометрических путей и кратности отражений лучей в них в обоих плечах интерферометра были одинаковы. Поэтому здесь в качестве светоделителя используют полупрозрачное зеркало 21. Этим обеспечивается различие на единицу кратностей отражений измерительного и опорного лучей, благодаря чему они на выходе из интерферометра циркулярно поляризованы в противоположных направлениях, и суммарное излучение линейно поляризовано.

В измерительное плечо для удвоения геометрической длины пути луча устанавливают цельный кольцеобразный приемный двухпроходной корпус 5 с пропускным окном 6 и отражательным элементом 18 (фиг.12). В корпусе закреплены торцы подводящего волокна 3 и отводящего 4 на одной стороне пропускного окна так, что измерительный луч, выходящий из торца волокна 3, отражается от элемента 18 и попадает в торец волокна 4. В корпус 5 с целью увеличения геометрической длины пути луча в зоне измерений без увеличения ее размера вставляют зеркальный блок так, что он обеспечивает нечетное число отражений измерительного луча в нем (см. фиг.7), если это требуется, то и с возможностью поворота вокруг продольной оси. Это позволяет регулировать в процессе эксплуатации геометрическую длину пути измерительного луча в измерительной зоне без изменения ее размеров, а также кратность его отражений в блоке. Волокно 7 является опорным плечом интерферометра. В качестве светоделителя используется разветвитель 8. Опорный луч не претерпевает отражений. Измерительный луч претерпевает либо одно отражение от элемента 18 (фиг.12), либо нечетное число отражений, если используется зеркальный блок, показанный на фиг.7. Благодаря этому измерительный и опорный лучи на выходе из интерферометра циркулярно-поляризованы в противоположных направлениях. Разветвитель 9 соединяет измерительный луч с опорным, и суммарное излучение поляризовано линейно.

В измерительное плечо интерферометра с целью регулирования размера зоны измерений и геометрической длины пути луча в ней устанавливают четнопроходной составной корпус. Пример такого устройства с четырехпроходным составным приемным корпусом 5 с подвижной частью 13 и пропускным окном 6 показан на фиг.13. Три уголковых отражателя 14, один из которых установлен в стенке корпуса 15, а два других в стенке части 13, обеспечивают четырехкратное прохождение и шестикратное отражение измерительного луча в нем. Поэтому в качестве светоделителя здесь используют полупрозрачное зеркало 21, в котором однократное отражение претерпевает опорный луч. В результате этот луч поляризован по кругу в направлении, противоположном направлению поляризации измерительного луча. Опорный луч подается через волокно 7 опорного плеча на разветвитель 9, где соединяется с измерительным лучом. Далее суммарное плоскополяризованное излучение подается на анализатор 22 и на фоторегистратор 2.

Разновидность устройства, показанная на фиг.14, отличается тем, что в опорном плече интерферометра установлен вспомогательный корпус, идентичный по числу отражений и геометрической длине луча в нем приемному корпусу в измерительном плече. Этот второй корпус содержит полость 17 (изображена штриховой линией), такого же размера, что и пропускное окно 6. При этом полость 17 закрыта с торцов так, чтобы исключить влияние поступающих возмущений давления на часть среды, заключенную в нем. Полость 17 на фиг.13 показана пунктиром. В ней среда находится в тех же условиях что и внешняя среда - при той же температуре, влажности и том же значении равновесного давления. Применением этого корпуса достигается лучшее исходное фазовое равновесие обоих плеч интерферометра. К нему излучение подводится посредством подводящего волокна 15. Прошедшее через него излучение попадает в торец отводящего волокна 16, соединенного с разветвителем 9. Корпус опорного плеча может быть сориентирован ребром навстречу возмущениям для уменьшения влияния их на оптические свойства среды внутри его. При данной конфигурации устройства в два плеча могут быть вставлены корпуса с одним отражательным элементом (см. фиг.12) или корпус с зеркальным блоком с нечетным числом отражений (см. фиг.7), или составные корпуса с четным числом проходов луча, подобные показанному на фиг.8. И зеркальные блоки, и составные корпуса устанавливаются так, что длины геометрических путей и кратности отражений лучей в них в двух плечах интерферометра были одинаковы. В качестве светоделителя здесь используется полупрозрачное зеркало 21. Этим обеспечивается различие на единицу кратностей отражений измерительного и опорного лучей, благодаря чему они на выходе из интерферометра циркулярно поляризованы в противоположных направлениях. А суммарное излучение характеризуется линейной поляризацией.

Измерение импульсного давления с помощью предлагаемого устройства поясняется фиг.15. Здесь 5 - приемный корпус в поперечном разрезе с пропускным окном 6 диаметром 2R. Размер зоны измерений l=2R. 3 - подводящее волокно, 4 - отводящее волокно. Тремя параллельными стрелками показано направления распространения измеряемых возмущений давления. Дуга 23 обозначает фронт поступающего возмущения давления от точечного источника, от которого приемный корпус расположен на расстоянии R_f. Соответственно, радиус фронта возмущения также равен R_f. Расходящиеся пунктирные линии обозначают расходящийся пучок света 24, выходящий из торца подводящего волновода 3. Угол Ψ характеризует расходимость пучка. Сплошные параллельные линии 25 и 26, расстояние между которьми равно d (диаметр сердцевины волокна 4) ограничивают часть пучка, поступающую в фотоприемник. Величина d характеризует разрешающую способность устройства во времени. Шаг по времени, с которым устройство прописывает временной профиль возмущения, ограничен соотношением:

Δ t ≥ d C ,

где С - скорость звука в среде.

Если, например, средой является воздух при нормальных условиях и С=360 м/с, а d=0,2 мм, то Δt≥5,5·10^-7 с.

В рабочее положение приемный корпус 5 устройства устанавливают таким образом, чтобы точки фронта одновременно достигали периметра пропускного окна радиуса R. Если же фронт плоский или R_f>>R, то приемный корпус устанавливают так, что плоскость его пропускного окна параллельна плоскости фронта. Если же источник возмущения вытянут вдоль некоторой оси и форма фронта возмущений близка к цилиндрической и не применяется зеркальный блок, то форма пропускного окна может быть в виде прямоугольной щели с осью, совпадающей с осью проходящего через окно пучка света. В этом случае в рабочее положение приемный корпус устанавливают так, что оптическая ось окна параллельна оси источника возмущений. При наличии зеркального блока в рабочее положение приемный корпус устанавливают, как в предыдущих случаях. Если фронт поступающего возмущения плоский, то удаление r₀ приемного корпуса от источника возмущения не влияет на точность измерений амплитуды, и его можно устанавливать на любом удалении, до которого доходят регистрируемые возмущения. Если же фронт возмущения характеризуется конечным радиусом кривизны, то погрешность устройства зависит от его удаления от источника возмущения. С увеличением удаления фронт возмущения приближается к плоскому, и погрешность измерений амплитуды возмущения уменьшается., По мере приближения к источнику возмущения эта погрешность растет. Граничный случай наступает, когда фронт одновременно достигает трех точек - краев линии 25 и середины линии 26, расстояние между которыми равно d. Этот случай показан на фиг.15. Граничное значение R₀ удаления r₀ определяется соотношением:

R 0 = R 2 − d 2 d .                                           ( 1 )

В случае составного приемного корпуса с прямоугольным пропускным окном (см. фиг.3, 4, 8) в качестве R можно использовать радиус окружности, вписанной в пропускное окно. При r₀<R₀ результаты измерения амплитуды возмущения сильно искажены, хотя результаты по спектральному составу могут быть правильными. Поэтому приемный корпус устройства следует устанавливать так, чтобы его расстояние от локального источника возмущения давления удовлетворяло условию r