УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОЙ ТРАНСЛЯЦИИ СИГНАЛОВ В ОПТИЧЕСКОМ И РАДИОЧАСТОТНОМ ДИАПАЗОНАХ ИЗЛУЧЕНИЯ
APPARATUS FOR SIMULTANEOUS TRANSMISSION OF SIGNALS IN OPTICAL AND RADIO-FREQUENCY RANGES

Изобретение относится к области измерений кинематических параметров движущейся поверхности в быстропротекающих процессах.
В ряде измерений, особенно в быстропротекающих, например взрывных процессах, с целью исключения потери информации в качестве обязательного условия выдвигается требование дублирования результатов с использованием методов, основанных на различных физических принципах. Так, при исследовании динамики движения объектов, например, разгоняемых с помощью взрывчатых веществ лайнеров (пластин, оболочек) до скоростей 0,1-10 км/с, используются методики непрерывной во времени регистрации перемещений - X(t) и скоростей - V(t), основанные на радио- (Koch В. Reflexiv de micro-ondes par des phenomenes de detonation // C.R. Acad. Sci. Paris, 1953, v.236, p.661-663) и лазерной интерферометрии (Barker L.M., Hollenbach R.E. Laser interferometer for measuring high velocities of any reflecting surface // J. Appl. Phys., 1972, v.43, p.4669-4675). Совместное использование этих методик для случая высокой плоскостности (симметричности) движения исследуемой поверхности позволяет получать, наряду с дублированием результатов, принципиально новую информацию, например, о характеристиках (сжимаемость, проводимость) газовой среды, в которой движется исследуемая поверхность (Огородников В.А., Михайлов А.Л., Пешков В.В. и др. О влиянии проводимости ударно-сжатого газа на регистрацию параметров движения лайнера с помощью интерферометрических методов // ЖЭТФ, 2012, т.141, вып.1, с.182-188).
Однако используемые в этой работе устройства трансляции радио- и оптического излучения выполняли в виде отдельных волноводов, зондирующих независимые участки движущейся поверхности. Поэтому в случае несимметричности движения исследуемой поверхности не обеспечивается дублирование регистрируемой информации с независимых участков, так как они будут иметь различные кинематические параметры.
3
Известен патент DE № 3338798А1, МКИ H01P 3/16, опубл. 09.05.1985, в котором описано устройство для передачи сигналов с различной длиной волны, выбранное в качестве прототипа. Указанное устройство реализовано в виде волновода из диэлектрического материала для передачи высокочастотного радиосигнала в миллиметровом диапазоне, внутри которого в продольном направлении выполнены пазы круглого поперечного сечения, в которых расположены оптические волоконные линии связи (ОВЛС) для передачи оптических сигналов. Такой волновод позволяет передавать сигналы различных частотных диапазонов с длиной волн в миллиметровой и оптической области без взаимного влияния друг на друга. Во избежание потерь на лучеиспускание высокочастотной энергии на волновод наносится металлическое покрытие.
Недостатком описанного устройства, выбранного в качестве прототипа, является то, что в случае его использования для измерения кинематических параметров движущейся поверхности несоосное взаимное расположение ОВЛС и волновода приводит к тому, что будут диагностироваться различные участки поверхности. При измерении кинематических параметров асимметрично движущейся исследуемой поверхности различные ее участки имеют различные скорости. В этом случае возникает необходимость использования устройства для трансляции (подвода и вывода) радио- и оптического излучения с фиксированного участка (точки) исследуемой поверхности.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании устройства одновременной трансляции сигналов в оптическом и радиочастотном диапазонах излучения к исследуемой поверхности, с помощью которого обеспечивается дублирование результатов измерения ее кинематических параметров в виде X(t) и V(t) зависимостей.
Технический результат, достигаемый при осуществлении заявляемого изобретения, заключается в обеспечении возможности производить измерения кинематических параметров фиксированного участка (точки) движущейся поверхности.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для одновременной трансляции сигналов в оптическом и радиочастотном диапазонах излучения, содержащем диэлектрический волновод, внутри которого размещены ОВЛС, новым является то, что диэлектрический волновод выполнен в виде полого цилиндра с отверстиями в стенке для ввода расположенных на расстоянии δ друг относительно друга ОВЛС, выводы которых размещены в цилиндрической втулке, выполненной из материала волновода, установленной вплотную в его полости и выступающей за пределы волновода на расстояние h, при этом напротив втулки соосно ей установлена оптическая линза, а указанные расстояния выбраны из условия соизмеримости с заданной длиной волны радиоизлучения λ.
Для обеспечения соосности ОВЛС и оптической оси линзы волновод установлен с возможностью юстировки соосности, например с помощью шарнирной системы.
Для защиты информационного (отраженного от исследуемой поверхности) радиоволнового излучения от паразитного сигнала волновод установлен в трубку из пористого диэлектрического материала с низким значением диэлектрической проницаемости.
Выполнение волновода в виде полого цилиндра из фторопласта формирует радиосигнал требуемой конфигурации. Размещение ОВЛС внутри волновода и расположение их выводов в цилиндрической втулке из материала волновода, установленной вплотную в его полости, обеспечивает зондирование и прием лазерного излучения соосно радиоизлучению. Установка оптической линзы напротив втулки соосно ей обеспечивает фокусировку лазерного излучения как на участке исследуемой поверхности (при зондировании), так и на выводах ОВЛС (при сборе отраженного сигнала). Это обеспечивает возможность измерения кинематических параметров фиксированного участка исследуемой поверхности. Расстояния δ и h выбраны из условия соизмеримости с заданной длиной волны радиоизлучения λ на основе проведенных расчетов по минимизации влияния элементов передачи оптического излучения на конфигурацию радиочастотного сигнала.
На фиг.1 изображена конструкция устройства для одновременной трансляции сигналов в оптическом и радиочастотном диапазонах излучения. На фиг.2 представлена схема взаимного расположения ОВЛС внутри волновода.
Устройство состоит из фторопластовой трубки 1, которая служит волноводом для трансляции зондирующего и отраженного радиоволнового излучения с заданной длиной волны λ. Ввод ОВЛС 2 во фторопластовую трубку осуществляется через отверстия на ее боковой поверхности, расположенные в ряд с шагом δ≈λ. Внутри фторопластовой трубки 1 соосно и вплотную монтируется фторопластовая втулка 3, в которой путем вклеивания устанавливаются концы ОВЛС 2, например, в форме «ромашка» (фиг.2) и полируются для сокращения потерь лазерного излучения при подаче (зондировании) и сборе отраженного излучения. Торец втулки 3 выступает за торец фторопластовой трубки 1 на расстояние δ≈λ. Для фокусировки лазерного излучения на исследуемой поверхности 8 используется короткофокусная двояковыпуклая оптическая линза 4 из кварца, например, марки КУ-1, установленная напротив втулки 3 соосно ей. Для защиты информационного радиоволнового излучения от паразитного сигнала фторопластовая трубка 1 устанавливается в пенопластовую трубку 5. Для конструктивной жесткости пенопластовая трубка 5 устанавливается в стальную трубку 6, которая монтируется соосно с оптической линзой 4 и устанавливается в шарнирную систему 7 для юстировки соосности ОВЛС 2 и оптической оси линзы 4.
Заявленное устройство работает следующим образом. На выбранную точку исследуемой поверхности 8 перед началом ее движения через ОВЛС 2 подаются оптический (посредством линзы 4), а через фторопластовую трубку 1 - радиосигналы. При движении исследуемой поверхности 8 за счет эффекта Доплера происходит сдвиг частот подаваемых оптического и радиосигналов с их последующей интерференцией. Регистрируемые с помощью датчиков интерферометрических систем сигналы используются для получения информации о траектории (X-t) и скорости (V-t) выделенной точки поверхности.
Проведенные испытания заявленного устройства подтвердили возможность измерения кинематических параметров заданной точки исследуемой поверхности, что позволило обеспечить дублирование результатов измерения с помощью оптического и радиочастотного сигналов независимо от асимметричности движения указанной поверхности.