DE69729069T2

DE69729069T2 - Flexible verbindung für hydrophonanordnung

Info

Publication number: DE69729069T2
Application number: DE69729069T
Authority: DE
Inventors: H. Agop CHERBETTCHIAN; P. William DEBLEY
Original assignee: Litton Systems Inc
Current assignee: Northrop Grumman Guidance and Electronics Co Inc
Priority date: 1996-09-26
Filing date: 1997-09-03
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2017-09-04
Also published as: US5748565A; JP3620746B2; NO982130D0; DE69729069D1; KR19990067301A; WO1998014031A1; AU719382B2; JP2000501917A; EP0875125A4; EP0875125A1; AU4644597A; KR100580040B1; RU98112017A; CA2236226A1; EP0875125B1; NO982130L; CA2236226C

Description

Bezug auf verwandte Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung beansprucht Priorität gemäß 35 U.S.C. 119 von der provisorischen Patentanmeldung Seriennr. 60/026 771 der Erfinder Agop H. Cherbettchian und William P. Debley mit dem Titel "Flexible Interlink for Hydrophone Array", eingereicht am 26. September 1996.
Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, welche dazu dient, eine Mehrzahl von Sensoren eines Hydrophons zu verbinden und zum Fluchten zu bringen. Insbesondere betrifft diese Erfindung eine Vorrichtung, die mit Sensoren des Typs mit im Wesentlichen röhrenförmigem länglichen Dorn zu verwenden ist.
Technischer Hintergrund
Ein Typ eines faseroptischen Hydrophons besteht aus einer Mehrzahl von röhrenförmigen Sensoren, welche jeweils koaxiale innere und äußere Dorne beinhalten, wobei der innere Dorn als Bezugsdorn dient und der koaxiale äußere Dorn als Sensordorn dient. Die Lehre einer derartigen Anordnung findet sich beispielsweise im US-Patent Seriennr. 5 317 544 von Maas et al. mit dem Titel "Multiple Segment Fiber Optic Hydrophone".
Die Sensoren eines derartigen Hydrophons sind miteinander verbunden, wobei eine einzelne Faser üblicherweise auf den Sensordorn eines jeden Sensors gewickelt ist und eine zweite Faser üblicherweise auf den Referenzdorn eines jeden Sensors gewickelt ist. Auf diese Weise erzielt das Hydrophon, das eine Mehrzahl von Sensoren aufweist, die Ende-an-Ende angeordnet sind und im Inneren eines länglichen Gummischlauches gehalten werden, erhöhte Empfindlichkeit.
Es ist erforderlich, eine Einrichtung bereitzustellen, welche zum Verbinden benachbarter Sensoren dient und einen festen und vorbestimmten Abstand zwischen benachbarten Sensoren aufrechterhält. Andernfalls wären die feinen optischen Fasern bruchgefährdet; weiter bestimmt der Abstand zwischen Sensoren die Erfassungsfrequenz, die ein kritischer Parameter der Vorrichtung ist. Da das Hydrophon an Bord eines Schiffes auf eine Spule gewickelt gelagert wird und bei Betrieb abgespult ist, muss die Anordnung biegsam sein.
In der Vergangenheit wurden biegsame Verbindungen zwischen Hydrophon-Sensoren des zuvor beschriebenen Typs mittels Aluminiumstangen bereitgestellt. Derartige Stangen wurden mit den Innendornen benachbarter Sensoren mittels einer relativ komplexen mechanischen Anordnung verbunden, die an jedem Ende der Stange (die so bearbeitet ist, dass sie gerändelte gegenüberliegende Enden aufweist) ein Adapterstück aus Hartgummi (dessen Abmessungen so sind, dass es fest in den Innendom passt, und das ein stiftartiges gerändeltes Ende beinhaltet), ein muffenartiges Gummi-Kniestück sowie ein Paar von Bördelringen beinhaltet, welche die gegenüberliegenden Enden des Gummi-Kniestücks an den gerändelten Enden der Stange und des Adapters befestigen. Da die Trennungsabstände zwischen den Sensoren die Frequenzempfindlichkeit des Hydrophons bestimmen, ist es möglich, dass dadurch relativ enge Abstände der Sensoren diktiert werden, die eine entsprechende Vielzahl an Verbindungen erforderlich machen, von denen jede wie zuvor beschrieben zahlreiche Einzelteile benötigt.
Abgesehen von der Notwendigkeit, zahlreiche Einzelteile herzustellen und zusammenzubauen, wird das Verfahren des Standes der Technik weiter durch teure und zeitaufwendige Bearbeitungsschritte in Bezug auf die Herstellung der Aluminiumstangen und den teuren Zusammenbau behindert, der bedingt ist durch die Notwendigkeit, viele arbeitsaufwendige Bördelprozesse durchzuführen. Weiter sind, ungeachtet der Verwendung des Bördelns, für das Befestigen der Anordnungen an den Sensoren ein Verkleben und die damit verbundene Abbindezeit erforderlich. Dadurch wird ein Automatisieren des Zusammenbauprozesses eines eine Mehrzahl von Sensoren aufweisenden Hydrophons unmöglich gemacht.
Offenbarung der Erfindung
Die zuvor beschriebenen und weitere Nachteile des Standes der Technik werden durch die vorliegende Erfindung angegangen, die in einem ersten Aspekt eine Vorrichtung bereitstellt, welche einen ersten Sensor des Typs, der mindestens einen zylindrischen Dorn beinhaltet, mit einem zweiten Sensors des Typs verbindet, welcher ebenfalls mindestens einen zylindrischen Dorn beinhaltet, wobei eine übliche optische Faser auf derartige Dorne gewickelt ist. Eine derartige Vorrichtung beinhaltet ein biegsames längliches Element. Einrichtungen sind an den Enden des Elementes vorgesehen, welche dazu dienen, mit einem derartigen Sensor in Eingriff zu kommen. Jede der Eingreifeinrichtungen beinhaltet Einrichtungen zur Verriegelung auf einem Sensor.
In einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung ein Hydrophon bereit, welches eine Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Verbinden von mindestens zwei Sensoren beinhaltet. Ein derartiges Hydrophon beinhaltet eine Mehrzahl von Sensoren, von denen jeder mindestens einen zylindrischen Dorn beinhaltet. Derartige Sensoren sind im Inneren eines biegsamen hohlen Gehäuses fluchtend ausgerichtet. Eine Einrichtung zum Verbinden benachbarter Sensoren ist vorgesehen. Eine derartige Einrichtung beinhaltet ein biegsames längliches Element mit einer Einrichtung, um mit einem Sensor in Eingriff zu kommen, der sich an jedem Ende des Elementes befindet. Jede Eingreifeinrichtung beinhaltet Einrichtungen zur Verriegelung auf einem Sensor.
Die zuvor beschriebenen und weitere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung klarer hervorgehen. Diese Beschreibung hat als Anlage einen Satz von Zeichnungsfiguren. Bezugszeichen der Zeichnungsfiguren, deren Entsprechung sich im Beschreibungstext findet, sind auf die verschiedenen Merkmale der Erfindung gerichtet, wobei sich sowohl im Beschreibungstext als auch in den Zeichnungsfiguren gleiche Bezugszeichen auf gleiche Merkmale beziehen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Hydrophon-Verbindungsstücks in Übereinstimmung mit der Erfindung;
2 ist ein Querschnitt eines Verbindungsstücks in Übereinstimmung mit der Erfindung, das an einem Ende mit einem Hydrophon verbunden ist;
3 ist ein Aufriß eines Endflansches eines Verbindungsstücks in Übereinstimmung mit der Erfindung; und
4(a) und 4(b) sind ein Aufriß bzw. eine Seitenansicht einer Rückhalte-Unterlegscheibe in Übereinstimmung mit der Erfindung.
Bester Modus zur Ausführung der Erfindung
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Hydrophon-Verbindungsstücks 10 in Übereinstimmung mit der Erfindung. Das Verbindungsstück 10 beinhaltet einen Formkörperabschnitt, der im Wesentlichen ein längliches mittleres Element 14 beinhaltet, das in Endflanschanordnungen 16, 18 von größerem Durchmesser und einer oder mehreren an dem/den Ende(n) angebrachten Rückhalte-Unterlegscheibe(n) 20 endet (Unterlegscheibe am gegenüberliegenden Ende nicht dargestellt).
Die metallischen Rückhalte-Unterlegscheibe(n) 20 wird/werden an dem/den Flanschen) des Formkörpers während des Spritzgießprozesses befestigt. Der Körper ist vorzugsweise aus einem spritzgießfähigen thermoplastischen Gummi ausgebildet, beispielsweise einem, der unter der Handelsbezeichnung "Santoprene" von Monsanto Corporation vertrieben wird. Ein Härtewert von 90 A, gemessen mit einem Härteprüfer, ist geeignet.
Wie zu sehen ist verläuft eine im Wesentlichen helixförmige Nut 22 im Wesentlichen über die Länge des Verbindungsstücks 10 und überspannt dabei im Wesentlichen sowohl das mittlere Element 14 als auch die Endflansche 16 und 18. Helixförmige Nuten 24 und 26, deren Verlaufsrichtung zur Verlaufsrichtung der helixförmigen Hauptnut 22 entgegengesetzt ist und die jeweils über ca. eine halbe Windung des Umfangs der Endflansche 16 und 18 verlaufen, sind für eine Richtungsumkehr einer von einem dahinter liegenden, benachbarten Hydrophon kommenden Faser vorgesehen. Eine solche Situation wird in dem Fall angetroffen, dass eine geradzahlige Anzahl von Windungslagen in einem dahinter liegenden Hydrophon verwendet wird, um Genauigkeitsanforderungen zu genügen. Auch wenn die optische Faser vom "falschen" Ende eines solchen Hydrophons kommt, kann sie schrittweise und gelenkt zurückgeführt werden, indem sie eine der Nuten 24 oder 26 durchquert und dann in die Hauptnut 18 eintritt und abwärts geführt wird, ohne dass eine schädliche extreme oder abrupte Biegung in die optische Signalübertragungsfaser eingebracht wird. Die sich verjüngenden inneren Flächen der Endflansche erleichtern weiter ein allmähliches Überleiten der optischen Faser.
Eine Öffnung 28 markiert das äußere Ende eines durch den Endflansch 16 hindurch verlaufenden innenliegenden Kanals. hingegen markiert eine Öffnung 30 das innere Ende eines gleichartigen durch den Endflansch 18 verlaufenden Kanals. Derartige Kanäle sind vorgesehen, um nach dem Anbringen der Verbindungsstücke Epoxy oder ein anderes dämpfendes Material in den innenliegenden Referenzdorn eines koaxiale zylindrische Dorne aufweisenden, verbundenen Hydrophons einzuspritzen, beispielsweise dem, dessen Lehre aus dem US-Patent 5 317 544 von Maas et al. mit dem Titel "Multiple Segment Fiber Optic Hydrophone" hervorgeht.
2 ist ein Querschnitt eines Endes des Verbindungsstücks 10, welches mit dem ein Gegenstück bildenden Ende eines Hydrophons 32 in Eingriff ist. Wie zu sehen ist, ist der Endflansch 16 in das Ende 34 des Hydrophons 32 aneinanderstoßend eingepresst. Die Unterlegscheibe 20, deren gegenüberliegende radiale Finger überspannende Hauptdurchmesser größer sind als der Innendurchmesser eines Innen- oder Referenzdorns 36, fasst an ihren radial am weitesten außen liegenden Stellen die Innenfläche des Innendorns 36 und ist gegen diesen als Folge einer Reihe von Gestaltungsmerkmalen federnd vorgespannt. Bezug nehmend auf 2, in Verbindung mit den 4A und 4B, die einen Aufriß und eine Seitenansicht der typischen Rückhalte-Unterlegscheibe 20 darstellen, ist zu erkennen, dass die Finger 38 bis 48, die sich ausgehend von einem Innenring 50 der Unterlegscheibe in radialer Richtung erstrecken, nach vorne geneigt sind. Da sie weiter gegen das elastische Material des Endflansches 16 stoßen und etwas größere Radialstrecken überspannen (z. B. beträgt der Durchmesser der Unterlegscheibe 0,576'' gegenüber einem Durchmesser von 0,565'' der Formfinger und einem Innendurchmesser von 0,568'' des Innendoms des Hydrophons) als sowohl die Trägerfinger 51 des Formkörpers des Verbindungsstücks als auch der Innendurchmesser des Innendorns 36 und da sie aus Federstahl (vorzugsweise schwarzvergütetem Stahl) hergestellt sind, wird nach dem Einführen des Verbindungsstücks 10 eine reaktive Rückhaltekraft erzeugt, die zum Inneren des Innendorns 36 hin wirkt, so dass der in 2 dargestellte Presssitz erzielt wird. Derartige Faktoren, sowie auch die Tendenz der Federstahl-Unterlegscheibe, sich geradlinig auszurichten (unterstützt durch die Elastizität der Formfinger 50, siehe 1), bewirken, dass sich die Finger der Unterlegscheibe 20 in die Innenfläche des Innendorns 36 eingraben, was ein Trennen des Verbindungsstücks 10 vom Hydrophon 32 als Folge axialer Spannung zwischen diesen verhinder.
In 3, die einen Aufriß des Verbindungsstücks 10 darstellt, ist in Kombination mit der perspektivischen Ansicht von 1 ein Längskeil 52 im Form-Endflansch 16 ausgebildet. Der Längskeil steht über die Formfinger 51 des Endflansches und somit über die Stelle vor, an der sich die Unterlegscheibe 20 befindet, um eine Rotation der Unterlegscheibe 20 um die Längsachse des Verbindungsstückes zu verhindern.

Claims

Vorrichtung zur Verbindung eines ersten Sensors des Typs, der wenigstens einen zylindrischen Dorn einschließt mit einem zweiten Sensor des Typs, der wenigstens einen zylindrischen Dorn mit einer normalen optischen Faser einschließt, die auf jeden der besagten Dorne aufgewickelt ist, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch; a) ein flexibles Langelement (14); b) Mittel zum Einrasten eines Sensors, die sich an jedem Ende (34) des besagten Elements befinden; und c) besagte Mittel, Verriegelungsmittel (20) einschließen.
Vorrichtung wie in Anspruch 1 beansprucht, die Teil eines Hydrophons (32) bildet, mit einer Vielheit von Sensoren, wobei jeder der besagten Sensoren wenigstens einen zylindrischen Dorn einschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass besagtes Verriegelungsmittel eine federnde Metallunterlegscheibe (20) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Unterlegscheibe eine Vielheit radial gerichteter Finger (38–48) einschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der besagten radial gerichteten Finger radial nach außen geneigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass besagtes Einrastmittel einschließt: a) ein Endelement (16) mit vergrößertem Durchmesser, wobei besagtes Endelement mit besagtem Langelement integral ist; und b) ein konisches Übergangselement, das mit besagtem Langelement integral ist und zwischen diesem und besagtem Endelement liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine kontinuierliche Spiralnut (22), die sich über die Oberflächen des besagten Langelements, der besagten Endelemente und der besagten Übergangselemente zur Aufnahme besagter normalen optischen Faser erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein spiralförmiges Gegensinn-Nutsegment (24, 26), das sich über die Oberflächen jedes der besagten Endelemente erstreckt und sich mit der besagten Spiralnut schneidet.
Vorrichtung nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sie thermoplastischen Formgummi umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine axial gerichtete Öffnung (50), die sich durch jedes der besagten End- und Übergangselemente erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass: a) jedes der besagten Endelemente eine im Wesentlichen planare Oberfläche aufweist; b) besagte Unterlegscheibe an der im Wesentlichen planaren Oberfläche des besagten Endelements fixiert ist; c) besagte im Wesentlichen planare Oberfläche eine Vielheit von radial gerichteten Abschnitten (59) einschließt ; und d) jeder der besagten radial gerichteten Abschnitte mit einem radial gerichteten Finger (38–48) der besagten Unterlegscheibe fluchtet.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass besagtes Endelement weiter einschließt: a) einen axial gerichteten Keil (52); und b) besagter Keil an besagtem Endelement fixiert ist; und c) besagter Keil zwischen einem Paar besagter radial gerichteter Abschnitte positioniert ist und sich darüber hinaus erstreckt.