3.2. Датчики акустических полей с модуляцией интенсивности

Рассмотрение ВОД ФВ удобнее всего начать с датчиков акустических полей, поскольку в этой области достигнуты наибольшие успехи Кроме того, из-за разнообразия конструктивных решений анализ этого класса датчиков наиболее сложен и дает полное представление о возможностях ВОД ФВ с модуляцией интенсивности.

Весь класс акустических ВОД с модуляцией интенсивности можно разбить на два подкласса. Для первого, более обширного подкласса характерно, что оптическое волокно в области датчика имеет разрыв и модуляция амплитуды световой волны осуществляется в рабочем пространстве датчика вне оптического волокна. Датчики второго подкласса — безразрывные, модуляция света в них происходит за счет изменяющихся под действием внешнего акустического поля условий распространения света в волокне.

В обоих подклассах датчиков акустические колебания преобразуются в механические перемещения деталей датчика, которые, в свою очередь, приводят к изменению функции пропускания

где — суммарная интенсивность светового потока на входе, а — на выходе датчика.

Очевидно, что основной характеристикой датчика акустических давлений является чувствительность

показывающая, насколько сильно меняется функция пропускания при единичных изменениях давления Переменный оптический сигнал на выходе датчика

и глубина модуляции интенсивности света

определяют полезный сигнал, выделяемый на фотодетекторе и несущий информацию об акустическом воздействии. В выражении (3.2) второй член в основном определяется конструкцией механических частей датчика, преобразующих изменения внешнего давления в механические смещения. Эта конструкция может содержать элементы, позволяющие усилить или ослабить внешнее воздействие, а также оптимизировать конструкцию применительно к конкретным условиям (например, для работы в разреженных средах, т. е. в устройствах типа микрофона, или в жидкостях — гидрофонный режим).

Частотная характеристика датчика также во многом определяется его механической частью — массой, упругостью, формой и резонансными частотами подвижных элементов ВОД.

Однако, хотя конструкция механической части определяет в большой степени достижимые предельные параметры ВОД, мы не будем останавливаться на этом вопросе, посколвку он достаточно изучен и стоит в стороне от тематики данной книги. Интересующиеся могут обратиться к работе 174].

Вопросы, непосредственно связанные с оптической проблематикой, в частности с применением оптических волокон, могут быть изучены при анализе первого сомножителя в выражении (3 2). Этот член характеризует скорость изменения функции оптического пропускания датчика при механическом смещении подвижного элемента, связанного с преобразованием акустического давления в перемещения.

Табл. 3.3 дает представление о порогах чувствительности и динамических диапазонах различных ВОД акустических полей. Частотный диапазон и минимально обнаружимое акустическое давление зависят не только от оптической схемы датчика, хотя согласно формуле (3.2) чувствительность к давлению тем выше, чем больше чувствительность к смещениям т. е. модуляционная функция. Поэтому, на наш взгляд, приведенные в табл. 3 3 значения не являются

Таблица 3.3. (см. скан) Акустические ВОД с модуляцией интенсивности [19]

предельными и могут быть улучшены за счет совершенствования конструкции.