DE3042794C2 - Lichtleiterhydrofon - Google Patents
LichtleiterhydrofonInfo
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
- G01H9/004—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means using fibre optic sensors
-
- G—PHYSICS
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L11/00—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
- G01L11/02—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means
- G01L11/025—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means using a pressure-sensitive optical fibre
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Lichtleiterhydrofon zur Schallquellenortung mit mindestens einem von kohärentem
Licht durchstrahlten Lichtleiter in Form einer Flachspule bzw. -spirale und einer Einrichtung zur
Messung der Phasenverschiebung des Lichtes nach dem Durchgang durch den Lichtleiter.
Es ist bekannt, daß Druckschwankungen, also beispielsweise Schallwellen, welche auf einen Lichtleiter
einwirken, aufgrund des photoelastischen Effektes bei monochromatischem Licht meßbare Phasenverschiebungen
verursachen. Die Messung der Phasenverschiebung kann beispielsweise durch die Überlagerung eines
Meßstrahles mit einem Referenzstrahl auf einem optoelektrischen Detektor erfolgen, wobei das Interferenzbild
bzw. -signal die Frequenz der Druckschwankungen wiedergibt. Dabei hat sich herausgestellt, daß
die Phasenverschiebung proportional zum Produkt aus der verursachten Brechzahländerung und der wirksamen
Weglänge (akustooptische Wechselwirkungslänge) ist. Seitdem Lichtleitfasern mit geringer Dämpfung zur
Verfügung stehen, besteht die Möglichkeit, die akustooptische Wechselwirkurigslänge mit geringem Aufwand
zu erhöhen. Bei Untersuchungen mit derartigen Lichtleiterhydrofonen wurde festgestellt, daß die durch
den fotoelastischen Effekt — also durch Kompression und Dilatation der Faser verursachte Änderungen des
Brechungsindex — bewirkten Phasenverschiebungen aufgrund der gleichfalls verursachten Längenänderungen
der Faser weitgehend kompensiert werden. Die Empfindlichkeit der untersuchten Lichtleiterhydrofone
lag also stark unter den erwarteten Werten. Andererseits. wurde festgestellt, daß der fotoelastische Effekt
stark von der Orientierung der Lichtleitfaser zur Richtung der Druckwelle abhängig ist, so daß aus
diesem Grund eine bevorzugte Anwendung des Effektes für Sonargerätc in Frage käme. Ein derartiges Gerät ist
aus der US-PS 41 62 397 bekannt, wobei der Lichtleiter als Flachspule bzw. -spirale ausgebildet ist. Zur
Richtungsdetektion von Schallwellen sind zwei parallele Spulen mit einem geringen gegenseitigen Abstand
vorgesehen. Das optische Signal beider Spulen wird auf Phasenunterschiede überprüft, so daß akustische Druckunterschiede
bzw. der Druckgradient ermittelt werden können. Eine Empfindlichkeitserhöhung durch eine
Vergrößerung der Lichtleiteriänge und damit des Spulendurchmessers ist nur insoweit möglich, als keine
Integration über verschiedene Phasenflächen einer akustischen Welle auftritt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Weg zu finden, mit dem sowohl die Empfindlichkeit als auch die
Richtungsabhängigkeit eines Lichtleiterhydrofons gesteigert werden kann. Diese Aufgabe erfüllt ein nach
einem der Patentansprüche ausgebildetes Lichtleiterhydrofon.
Durch die Anpassung der durch die Lichtleiterspule bzw. -spirale bestimmten Fläche an die Form der
Wcllenfront kann einmal die Faserlänge und damit die Empfindlichkeit wesentlich erhöht werden, ohne daß
der Lichtleiter mit seinem wirksamen Bereich über die Länge der für eine Sonaranwendung interessierenden,
kürzesten Schallwellen hinausragt, wodurch sonst eine Integration über verschiedene Phasenflächen und damit
eine Empfindlichkeitseinbuße zustande käme. Die optimale Anpassung wird durch eine maximale Modulation
des Lichtes angezeigt. Aus der Krümmung der Spulen- bzw. Spiralenfläche bei maximalem Ausgangssignal
kann weiterhin die Entfernung einer Schallquelle bestimmt werden.
Die Erfindung wird im weiteren anhand des in der Figur teilweise schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Figur zeigt eine Anordnung mit zwei als ringförmige Flachspulen ausgebildeten Lichtleiterhydrofonen
20 und 21, welche bezüglich einer Achse 22 konzentrisch angeordnet sind und einen sich deutlich
voneinander unterscheidenden Durchmesser haben. Beide Lichtleiterspulen 20 und 21 sind auf einer
gemeinsamen Plattform 23 angeordnet, welche über Stellglieder 24 und 25 kardanisch aufgehängt und
bewegbar ist. Während die innere Spule 20 fest mit der Plattform 23 verbunden ist, ist die äußere Spule 21
gegenüber der Plattform 23 bzw. der Spule 20 über ein Stellglied 26 axial verschiebbar. Diese Anordnung
entspricht derjenigen einer großen scheibenförmigen Flachspule, deren Fläche sphärisch krümmbar ist.
Unter der Annahme, daß von einer Schallquelle ausgehende Wellenfronten 27 in größerer Entfernung
von der Schallquelle als kugelförmig angesehen werden können, besteht nun aufgrund der gezeigten Ausführung
die Möglichkeit, Wellenfronten konstanter Phase großräumig zu erfassen, womit die Kugelförmige
Wellenfront durch die Angabe zweier Kreise auf der Front eindeutig bestimmt ist. Dazu werden die
Stellglieder 24, 25 und 26 so bewegt, daß auf beiden Lichtleiterspulen 20 und 21 ein maximales Signal anliegt.
In diesem Fall wirkt der photoelastische Effekt kohärent auf die gesamte Faserlänge beider Spulen, so daß am
Ausgang eines z. B. aus der obengenannten US-PS 41 62 397 bekannten und daher nicht weiter dargestellten,
mit den Spulen 20 und 21 verbundenen Detektors ein maximaler Modulationshub nachweisbar ist. Durch
Auslesung der momentanen Stellgliedkonfiguration lassen sich dann sowohl Richtung als auch Entfernung
der Schallquelle nach den Regeln der Geometrie bestimmen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentansprüche:1. Lichtleiterhydrofon zur Schallquellenortung mit mindestens einem von kohärentem Licht durchstrahlten Lichtleiter in Form einer Flachspule bzw. -spirale und einer Einrichtung zur Messung der Phasenverschiebung des Lichtes nach dem Durchgang durch den Lichtleiter, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachspule bzw. -spirale zur Anpassung an die Kontur der Schallwellen Stellglieder aufweist, mittels welcher die Krümmung der durch die Flachspule bzw. Spirale bestimmten Flächen veränderbar ist.2. Lichtleiterhydrofon nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei koaxial angeordnete Flachspulen bzw. -spiralen (20, 22), deren Mittelpunkte durch Stellglieder (24, 25) längs de. gemeinsamen Achse (22) verschiebbar sind.21)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19803042794 DE3042794C2 (de) | 1980-11-13 | 1980-11-13 | Lichtleiterhydrofon |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19803042794 DE3042794C2 (de) | 1980-11-13 | 1980-11-13 | Lichtleiterhydrofon |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3042794A1 DE3042794A1 (de) | 1982-06-03 |
DE3042794C2 true DE3042794C2 (de) | 1983-03-24 |
Family
ID=6116666
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19803042794 Expired DE3042794C2 (de) | 1980-11-13 | 1980-11-13 | Lichtleiterhydrofon |
Country Status (1)
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-
1980
- 1980-11-13 DE DE19803042794 patent/DE3042794C2/de not_active Expired
Also Published As
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