УСТРОЙСТВО ОПТИЧЕСКОЙ ПОДВОДНОЙ СВЯЗИ

Полезная модель относиться к технике оптической подводной связи, и может быть использовано водолазами при работе под водой.
Известно устройство для подводной электромагнитной связи. Катанович А.А. и др. Патент РФ на ПМ №92404 от 2-.03.2010 г. Кл. В63С 11/26.
Устройство состоит из закрепленного на шлеме водолазного снаряжения микрофона и ларингофона, а также связанного с ними приемопередатчика с преобразователем сигналов и с блоком питания, и соединенный с преобразователем сигналов телефон, расположенный в резиновых раковинах, прикрепленный к шлему водолазного снаряжения, при этом приемопередатчик с преобразователем сигналов выполнены электрическими.
Недостатками этого устройство является то, что оно для связи водолазов использует УКВ радиосвязь. А, как известно радиосвязь под водой имеет низкую надежность, она подвержена преднамеренным и непреднамеренным помехам, не работает в условиях магнитных бурь и имеет низкую скрытность.
Целью полезной модели является повышения надежности связи, безопасности и удобства работы.
Поставленная цель достигается тем, что устройство оптической подводной связи, содержащее закрепленные на шлеме водолазного снаряжения микрофон и ларингофон, связанный с ним приемопередатчик с преобразователем сигналов и с блоком питания, и соединенный с преобразователем сигналов телефон, расположенный в резиновых раковинах, прикрепленных к шлему водолазного снаряжения, причем приемопередатчик с преобразователем сигналов выполнены оптическими, а устройство снабжено излучателями, связанными с приемопередатчиком, и системой стабилизации их положения, выполненной в виде закрепленной на шлеме водолазного снаряжения посредством поворотного основания сферической оболочки, заполненной иммерсионной жидкостью, и расположенной внутри оболочки герметичной сферической капсулы с противовесом, при этом излучатели размещены внутри герметической сферической капсулы вдоль радиусов сферы.
На фиг.1 изображена схема приемо-передающего тракта предложенного устройства.
В нее входит:
1 - ларингофон, предназначенный для преобразования акустического сигнала в оптический;
2 - усилитель мощности-модулятор, предназначенный для усиления сигналов и выработки соответствующего типа сигналов модуляции для источника излучения;
3 - световодный диод, типа АЛ-107-Б, служащий для преобразования электрического сигнала в оптический и наоборот или полупроводниковый лазер с длиной волны излучения λ=0,45-0,55 мкм.;
4 - усилитель звуковой частоты-модулятор служащий для демодуляции и последующего усиления сигналов звуковых частот;
5 - телефон служит для преобразования электрического сигнала в акустический;
6 - источник питания.
Ларингофоны 1 электрически соединены с усилителем мощности - модулятором 2, который последовательно соединен со светоизлучающим диодом 3. светодиод 3 (фотодиод 3) соединен также последовательно с усилителем - демодулятором 4 и головными телефонами 5. Источник питания 6 соединен с усилителем - модулятором 2 и усилителем - демодулятором 4.
На фиг.2 представлена схема расположения светоизлучающих элементов 3 блока оптической связи, показанного на фиг.1.
На фиг.2 обозначены:
3 - приемо-передающие приборы;
7 - сферическая капсула, служащая для размещения приборов 3;
8 - противовес, служащий для обеспечения стабильного положения капсулы 7 при изменении положения защитной оболочки 9;
9 - прозрачная сферическая оболочка, служащая для размещения и защиту капсулы 7 от гидростатического давления и формирования диаграммы направленности приема-передачи приборов 3;
10 - иммерсионная жидкость, служащая для обеспечения оптических свойств оболочки 9 и воды и плавучести сферической капсулы 7;
11 - поворотное основание, служащее для предварительной ориентации путем вращения оболочки 9 в горизонтальном положении;
12 - сальники, служащие для обеспечения герметичного ввода-вывода информационных и питающих проводов 13.
1
2
n
α, α…α - плоские углы соответствующих телесных углов излучения и приема отдельных приборов 3;
А - плоский угол соответствующего тесного угла суммарного излучения и приема для всех приборов, расположенных в капсуле 7.
Устройство работает следующим образом.
Сигнал звуковой частоты от ларингофонов усиливается усилителем мощности-модулятором 2, преобразуется в вид, соответствующий типу используемой модуляции и подается на излучатель 3. Модулированный световой сигнал распространяется в воде в пределах деятельности водолазов несколько десятков метров, преобразуется в электрический сигнал приемником другого водолаза, демодулируется, усиливается усилителем-демодулятором 4 и воспроизводится в виде звукового сигнала телефоном 5. Питание устройства осуществляется батареей 6.
Возможность вступление в оптический контакт и ведение связи с использованием предлагаемого устройства обеспечивается выбором энергетических показателей, диаграмм направленности приема -излучающих приборов и стабилизацией их положения в пространстве независимо от положения водолаза.
Угол расходимости излучения светодиодов различных типов с встроенными линзами (единая конструкция) составляет 30-60°, полупроводниковых лазеров 6-15°.
Расположенные вдоль расходящихся радиусов сферической капсулы светодиоды в количестве 4-8 штук (в зависимости от первичной диаграммы направленности) позволяет получить величину угла расходимости суммарную излучения А=120°.
С учетом форм тела, яркости направленных источников в морской воде за счет рассеяния практическая ширина диаграммы направленности при этом будет составлять А=180°, т.е. обеспечивается связь во всей передней полусфере.
Стабилизация положения диаграммы направленности приемо-излучающих приборов 3 достигается тем, что сферическая капсула 7 с приборами под действием противовеса, будучи погруженной в иммерсионную жидкость, сохраняет свое положение независимо от положения водолаза.
Энергетический потенциал приемо-излучающего устройства позволяет обеспечить связь в зоне, превышающей размеры зоны взаимной деятельности при производстве работ (ремонт оборудования под водой, снятие судовых винтов и их осмотр и т.д.)
Действительно, для обеспечения надежной связи в лазерных системах обычно допускается соотношение сигнал/шум на входе приемника N≥10.
Требуемые значения мощности излучения для обеспечения работоспособности системы можно определить с помощью схемы (фиг.3,а).
o
o
np
2
-3
-2
2
Пусть оптический приемник ПРМ одного из водолазов и один из излучателей ПРД другого водолаза, погруженных на глубину L, находятся на расстоянии R друг от друга. На границу раздела воздействует солнечное фоновое излучение со спектральной плотностью мощности засветки S(λ). Мощность этой засветки, воздействующей на приемник, можно оценить для реальных значений S(λ)=0,2074 Вт/м/мкм, полосы пропускания фильтра Δλ=5·10 мкм; S=1·10 м, показателя вертикального ослабления воды ε=0,005 1/м для λ=0,48 мм (см. Ерлов Е.Г. Оптика моря. Л., 1980 г.);
ф
-3
0,15
-2
-6
P=0,2·5·10·e-·1·10=1·10 Вт
Мощность излучения на входе приемного устройства (см. Лазерные системы связи. М.: Связь, 1972 г.) определяется как
прд
-1
С учетом принятых значений исходных данных Р=1·10 Вт и R=10 м, α=0,5 рад
пр
пор
-8
Полученное значение Р значительнее превышает значение пороговой мощности современных фотодиодов различных типов Р 1·10 Вт.
При мощности источника в несколько милливатт в сине-зеленом участке видимого спектра на глубинах до 50 м можно осуществлять связь водолазов на расстояниях 10-20 м.
Таким образом предлагаемое устройство без взаимного предварительного поиска в пределах передней полусферы позволяет вступать в оптический контакт и осуществлять связь в зоне совместных работ водолазов (см. фиг.3,а). Связь с водолазом, находящимся в задней полусфере при необходимости может быть осуществлена путем поворота на 180° сферической оболочки 8 на поворотном основании.
Тактико-экономическая эффективность.
Предложенное устройство позволяет обеспечить обмен информацией между водолазами, работающими совместно в легководолазном снаряжении под водой без соединительных проводов. При этом вследствие того, что в зоне работ водолазы находятся обычно лицом друг к другу предварительный поиск корреспондентов не требуется, что обеспечивается выбранными диаграммами приемо-излучателей.
Устройство позволяет организовать конференц. Связь внутри группы водолазов, при этом обеспечивается высокая надежность связи, безопасность и удобства работы водолазов.