JP2012528315A - ベローズ増幅器を有するファイバブラッググレーティングハイドロホン - Google Patents

Abstract

【課題】 既知のハイドロホンに対して改良された感度を有し、かさばらないファイバブラッググレーティングハイドロホンを提供すること。
【解決手段】 本発明は、流体キャビティ（１）と、ブラッググレーティング（３）が組み込まれた光ファイバ（２）とを備え、ブラッググレーティング（３）が流体キャビティ内部に位置するように前記光ファイバ（２）が縦軸（Ｘ）に沿って前記流体キャビティ（１）を通って伸びているファイバブラッググレーティングハイドロホンに関する。本発明によれば、流体キャビティ（１）は圧縮性流体で満たされ、光ファイバ（２）と一体の二つの端部（５ａ、５ｂ）を備えるケーシング（４）により区切られ、ケーシング（４）は縦軸（Ｘ）に沿って伸びる伸縮自在のチューブ（６ａ、６ｂ）により形成された少なくとも一つの部分を備える。伸縮自在のチューブ（６ａ、６ｂ）により形成された部分は二つのケーシング端部（５ａ、５ｂ）の一つと一致する外端を備え、その壁に加えられた圧力差により縦方向に変形可能であり、光ファイバ（２）から抽出された光束の波長変化により測定される光ファイバの長さ変化を生じる。
【選択図】 図１

Description

本発明は特に水中環境における音圧測定の分野に関する。

ハイドロホンのような音響センサは従来、例えば地震波により、あるいは海洋哺乳類や船舶の存在により生じ得る音圧変化を検出するために水中環境において使用される。

それらは音響モニタリングを行うために静的構成で使用されて海底に配備されても、船舶又は潜水艦により曳航されてもよい。

既知の音響センサの多くは、その変形が電子的に測定可能な圧力変化を生じる圧電部品の使用に基づく。

しかしながら、そのようなセンサは現場への設置を必要とし、これは例えば地震センサとして曳航用途にそれらを使用することを難しくする。さらに、圧電部品は電磁的外乱に敏感である。

これらの欠陥を改善するために、ブラッググレーティングを備え、光ファイバに加えられた機械応力に敏感な非常に微細な波長を発光する特性を有するＤＦＢ ＦＬタイプ（「Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｆｉｂｅｒ Ｌａｓｅｒ（分布帰還型ファイバレーザ）」の光ファイバハイドロホンが存在する。発光波長のこれらの変動を測定することにより光ファイバに加えられた応力、従って外圧を推定することが可能となる。

このタイプの音響センサは浸漬部に電子部品がない等の利点（これはそれらの曳航を容易にする）、及び同じファイバに対しいくつかのセンサを多重化する可能性を提供する。

しかしながら、これらの光ファイバセンサは低い圧力変化の検出に対する感度が不十分である。

これらの低い圧力変化を増幅するために、光ファイバに加えられる機械応力を機械的に増幅することが知られている。

光ファイバセンサはエラストマ樹脂で出来た円筒で囲まれた光ファイバを備え、それにより、弾性円筒により発生する剪断応力を光ファイバに加えることにより光ファイバにおける応力を増加する。

しかしながら、そのような技術により小さい音圧変化の検出に必要な感度に到達することは出来ない。さらに、ブラッググレーティングは樹脂内に封入されるので、その動作は変更され、そのレーザ周波数は減少する。

特許文献１は柔軟性支持体に固定された光ファイバを開示している。柔軟性支持体は音響信号を増幅することを可能にする。

非圧縮性流体で満たされた変形可能なケーシングで囲まれたブラッググレーティングが設けられた光ファイバを含む「練り歯磨きチューブ」タイプの音響センサも存在する。レーザファイバは変形可能なケーシングの端部と一体である。

国際公開第２００６／０３４５３８号パンフレット

これらの先行技術のハイドロホンの欠陥は、それらがもたらす感度が低すぎ、またかさばりすぎることにある。

それらが船舶又は潜水艦により曳航されるストリーマとして使用され、音響モニタリング動作が終了したときに、光ファイバは、船舶又は潜水艦と一体のウィンチドラムの周りにハイドロホンと共に巻き取られる。

先行技術のハイドロホンは大きい寸法を有しているので、それらは大きい直径のドラムの使用を必要とし、均一な光ファイバ巻き線を得ることを妨げる。

出願人は従って既知のハイドロホンに対して改良された感度を有し、かさばらないファイバブラッググレーティングハイドロホンを開発することを試みた。

そのような装置は本発明により提供される。

本発明は、流体キャビティと、ブラッググレーティングが組み込まれた光ファイバとを備え、前記ブラッググレーティングが流体キャビティ内部に位置するように前記光ファイバが縦軸（Ｘ）に沿って前記流体キャビティを通って伸びているファイバブラッググレーティングハイドロホンに関する。

本発明によれば、
−前記流体キャビティは圧縮性流体で満たされ、光ファイバと一体の二つの端部を備えるケーシングにより区切られ、
−前記ケーシングは縦軸（Ｘ）に沿って伸びる伸縮自在のチューブにより形成された少なくとも一つの部分を備え、伸縮自在のチューブにより形成された前記部分は二つのケーシング端部の一つと一致する外端を備え、その壁に加えられた圧力差により縦方向に変形可能であり、光ファイバから抽出された光束の波長変化により測定される光ファイバの長さ変化を生じる。

本発明は従って既知のハイドロホンに対して改良された感度を有するファイバブラッググレーティングハイドロホンを提供し、５００を超える利得に到達することを可能にする。

本発明はまた、小径（１０ｍｍ未満）で小型の柔軟性ハイドロホンを提供し、曳航されるストリーマとして使用されるときにそれを小径のウィンチドラムの周りに巻き取ることを可能にする。

実際、伸縮自在のチューブ又はベローズの軸方向柔軟性はその長さにわたりハイドロホンのわずかな曲がりを許す。

さらに、伸縮自在のチューブにより形成された部分が同じ方向に変形できるということにより、ハイドロホンは、それが船舶又は潜水艦により曳航されるときの加速度計のノイズに鈍感である。

種々の可能な実施形態において、本発明の装置はまた以下の特性により定義されてもよく、これらは単独で考慮されても、その何れかの技術的に可能な組合せで考慮されてもよく、それらはそれぞれ特有の利点を提供する。すなわち
−前記ケーシングは伸縮自在のチューブにより形成された二つの部分と、伸縮自在のチューブにより形成された前記部分を分離する中間部とを備え、伸縮自在のチューブにより形成された部分の外端のそれぞれは、ケーシングの二つの端部の一つとそれぞれ一致し、
−ケーシングの中間部は剛性であり、
−ケーシングの中間部はその中心に位置して光ファイバが通過する壁を備え、
−前記光ファイバは支点を介して前記壁と一体である。

この支点は節点を形成し、有効周波数帯域を高周波に向かってずらすことを可能にする。それはまた、ハイドロホンがストリーマに使用されるときにハイドロホンの機械強度を高めることを可能にする。

−前記光ファイバはプレストレスト光ファイバであり、前記光ファイバは二つのケーシング端部の間で張力が保持され、
−ファイバブラッググレーティングハイドロホンは流体キャビティと協同する少なくとも一つの静圧フィルタを備え、各静圧フィルタには流体キャビティの内部と外部間の流体連通をもたらすことができるオリフィスが設けられ、
−各静圧フィルタは変形可能な外側ケーシングと伸縮自在のチューブの一方の外壁とにより区切られたタンクを備え、前記タンクは前記オリフィスを介して流体キャビティと流体連通し、前記変形可能な外側ケーシングはケーシングに密封固定される。

静圧フィルタは静圧（浸漬）又は温度変化の間、ハイドロホンを圧力補償することを可能にする。圧力又は温度の緩やかな変化の間、内圧と外圧を平衡させることをめざして流体キャビティとタンクの間に流れが作られる。従って、非常に低い周波数は除去される。静圧フィルタのオリフィスサイズは低カットオフ周波数、従ってハイドロホンの作動帯域の下限を決定する。

ハイドロホンは０．４Ｈｚないし１０ｋＨｚの広い音響周波数範囲内で使用可能である。

ハイドロホンは水中環境に浸漬されて静的構成で使用されるときは、静圧フィルタは波とうねりの効果を弱めることを可能にする。

−ファイバブラッググレーティングハイドロホンは、ケーシングと静圧フィルタにより形成されたユニットを囲む柔軟性かつ密封性外側ケーシングを備え、前記外側ケーシングは流体で満たされて前記流体キャビティの外部の圧力変化を伝達し、
−流体キャビティの圧縮性流体は１．５ＧＰａ未満、好ましくは０．５ＧＰａの圧縮弾性率を有する。

本発明は以下の添付図面を参照してより詳細に述べられる。

本発明の第１の実施形態による、ファイバブラッググレーティングハイドロホンの縦断面を示す。 本発明の第２の実施形態による、ファイバブラッググレーティングハイドロホンの縦断面を示す。 静圧フィルタを有するハイドロホンの縦断面を示す。 及び 一方は矩形断面リングを有し、他方は三角形断面リングを有する可能な伸縮自在チューブの例を示す。

図１は本発明の第１の実施形態による、ファイバブラッググレーティングハイドロホンの縦断面を示す。

ファイバブラッググレーティングハイドロホンは圧縮性流体で満たされて二つの端部５ａ、５ｂを備えるケーシング４により区切られた流体キャビティ１を備える。

ファイバブラッググレーティングハイドロホンはまたブラッググレーティング３が組み込まれた光ファイバ２を備え、レーザ空洞を形成する。ブラッググレーティング３は光ファイバ２に光蝕刻されてもよい。

光ファイバ２は、ブラッググレーティング３が流体キャビティ１内に位置するように縦軸（Ｘ）に沿って流体キャビティ１を通って伸びている。ケーシング４の二つの端部５ａ、５ｂは光ファイバ２と一体である。

ケーシング４は縦軸（Ｘ）に沿って伸びる伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂにより形成された少なくとも一つの部分を備える。伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂにより形成された部分は二つのケーシング端部５ａ、５ｂの一つと一致する外端を備える。伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂは、縦軸（Ｘ）に沿って折り畳んだり広げたりできる柔軟性ベローズを形成する。

図１ないし３の例において、ケーシング４は伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂにより形成された二つの部分と、伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂにより形成された部分を分離する中間部７とを備える。これらの部分６ａ、６ｂ、７は一緒に密封組立される。

伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂにより形成された部分の外端のそれぞれは、ケーシング４の二つの端部５ａ、５ｂの一つにそれぞれ一致する。

各伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂの内端は中間部７の端部に密封固定される。

各伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂの外端はケーシングの端部５ａ、５ｂの一つを形成する。

伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂと中間部７により形成されたユニットは好ましくは対称である。

二つの伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂは互いに同一である。ブラッググレーティング３はケーシング４の中心、すなわち中間部７の中心に位置する。

伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂは直径ｄ１の一連の外側リング（又は螺旋）１７を備え、これらはｄ１より小さい直径ｄ２の内側リング（又は螺旋）１８により互いに連結され、鋸歯状部を形成する。

図１ないし３において、これらの外側及び内側リング１７、１８は丸みを帯びた表面を有する。各伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂは４つの外側リング１７と５つの内側リング１８を備える。得られる利得は外側及び内側リング１７、１８の数の関数である。リングが多ければ多いほど、利得は大きくなる。

各伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂ又はベローズの形状、外形及び厚さはその機械的柔軟性と軸方向変形に影響を与える。

各伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂの他の形式も可能である。

図４は矩形断面の外側１７及び内側１８リングを備える各伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂを示す。

図５は三角形断面の外側１７及び内側１８リングを備える各伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂを示す。

各伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂの外形は最小の径方向変位に対する最大の軸方向変位と、流体の体積の最小変化に対する最大の軸方向変位をもたらさなければならず、これは流体の弾性と圧縮性に無関係である。

軸方向変位は内側リング１８に対して最大でなければならず、これは最小の体積変化を生じる。

平面壁は、伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂの剛性を減ずるために縦軸（Ｘ）に対して出来るだけ垂直でなければならない。これらの平面壁の表面積はできるだけ大きくなければならない。

外側リング１７は径方向の力に対してできるだけ耐性をもたねばならず、それにより、伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂの径方向圧縮を制限し、従って流体の体積変化を制限する。

伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂの鋸歯状部は縦軸（Ｘ）に沿って非対称でなければならない。内側リング１８は外側リング１７より広くなければならず、それにより、流体キャビティ１の内部容積を最大限に増加する。

伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂは螺旋又はコイル状の外側リング１７及び内側リング１８を備えてもよい。

この例において、光ファイバ２は３ないし４.５ｎｍ／ＭＰａの感度、１２５μｍの直径及び５０ＧＰａないし９０ＧＰａの、好ましくは７０ＧＰａに等しいヤング率を有する。

ケーシング４の二つの端部５ａ、５ｂは光ファイバ２が通され、後者と一体である。それらは例えば溶着や接着により光ファイバ２に固定されてもよい。溶着はフェルールを付けたレーザ溶着でも、付けないレーザ溶着でもよい。接着はポリアミド塗膜接着でもエポキシ接着剤接着でもよい。

伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂにより形成された部分はそれぞれ縦方向に変形可能であり、すなわち、その壁に加えられる圧力差によりそれらの長さを変化でき、光ファイバ２から抽出された光束の波長変化により測定される光ファイバ２の長さ変化を生じる。より正確には、これは測定されるレーザ空洞の長さ変化である。

各伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂは機械増幅器を形成し、光ファイバ２の変形を増幅する。

波長と圧力変化の関係は以下のように表わされる。

Δλ＝Ｓ_ｏｐｔＧ_ｍｅｃａΔＰ

ただし、ΔＰは構造に加えられる圧力であり、Ｓ_ｏｐｔは「剥き出しの」ブラッググレーティングの感度であり、Ｇ_ｍｅｃａは所望の機械的利得である。

光ファイバ２の光ポンピングは例えば９８０ｎｍのレーザダイオードにより行われてもよい。光ファイバ２から抽出された光束は光ファイバ２の伸縮の関数である波長を有する。波長変化は例えばマッハツェンダー干渉計により測定される。

伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂは主として縦軸（Ｘ）に沿って変形可能であり、径方向にはほとんど変形不可能である。

外圧Ｐ_ｅが内圧Ｐ_ｉより高いときは、伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂは圧縮され、これは流体キャビティ１の容積を減じ、光ファイバ２（又はレーザ空洞）の収縮を生じる。

外圧Ｐ_ｅが伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂの壁１９に加えられ、一方、内圧Ｐ_ｉは伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂの内壁２０に加えられる。

また逆に、外圧Ｐ_ｅが内圧Ｐ_ｉより低いときは、伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂは伸張し、光ファイバ２の伸張を生じる。

ハイドロホンの長さは測定される音響波長より短い。圧力場は均一であると考えられる。

その結果、静的構成において、伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂは同時に圧縮又は伸張される。

伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂは例えば金属やポリマで出来ていてもよい。

ケーシング４の中間部７は剛性でも、柔軟性でもよい。剛性ケーシング４の場合、それは例えばチタンで出来ていてもよい。

流体キャビティ１の圧縮性流体は１．５ＧＰａより低い、好ましくは１.５より低い圧縮弾性率を有する。

圧縮性流体は例えば、１ＧＰａの圧縮弾性率を有するペルフルオロヘキサン（Ｃ_６Ｆ_１４）のようなフッ化炭素系であってもよい。

図１ないし３の例において、使用される流体は３Ｍ社により供給される不活性フッ素である。

二つの伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂの外端のそれぞれ、すなわちケーシング４の端部５ａ、５ｂは二つの個々の先端１４ａ、１４ｂで終了してもよい。これらの先端１４ａ、１４ｂは剛性であり、光ファイバ２と一体である。

図１ないし３の例において、二つの伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂは円形断面を有し、中間又は中心部７は円形断面チューブの形をしている。二つの先端１４ａ、１４ｂは円筒形状を有する。ハイドロホンは概ね管形状を有する。

ハイドロホンを組み立てる可能な方法によれば、二つの伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂは中間部７の両側にぴったりと嵌められる。

二つの先端１４ａ、１４ｂは次いで伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂのそれぞれの外端にぴったりと嵌められる。

光ファイバ２は、次いで二つの先端１４ａ、１４ｂに通されて主軸（Ｘ）に沿ってケーシング４を通って伸びている。

ケーシング４が管形状を有するこの例において、主軸（Ｘ）は縦方向中心軸である。光ファイバ２はケーシング４の中心を通過する。

ファイバブラッググレーティングハイドロホン又はレーザハイドロホンの動作原理はレーザ空洞（ブラッググレーティング３）の伸張に基づく。

ブラッググレーティング３の形状と媒質の屈折率はレーザ空洞の共振周波数、従ってその波長を決定する。レーザ空洞に加えられる径方向の圧力はその形状を変化させ、ファイバのシリカ内に応力を誘発する。レーザ空洞における伸張及び応力レベルは形状と媒質屈折率をそれぞれ変化させる。これらの変化は共振周波数の、従ってレーザ波長の変化を誘発する。光ファイバハイドロホンは音波を検出するためにこの特性を使用する。

ハイドロホンの感度は比ε_Ｘ／Ｐ_ｅにより特徴付けられ、ここでε_ｘは光ファイバ（レーザ空洞）の軸方向伸張であり、Ｐ_ｅは外圧である。ファイバ単独の場合、理論的感度はε_Ｘ／Ｐ_ｅ＝２ν／Ｅ＝４．７ｘ１０^−１２であり、ここでＥとνはそれぞれシリカのヤング率とポアッソン比である。

伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂ、圧縮性流体及びケーシング４は外圧Ｐ_ｅに対するこの感度を増すための機械的増幅器を形成する。

そのような増幅器は軸方向変形を増幅することを可能にし、一方、径方向変形は非常に低いままである。

ハイドロホンの動作中に、低周波音波はハイドロホンの周りに圧力の局部変化を生じる。

外圧（Ｐ_ｅ）は従って流体キャビティ１内の圧力（Ｐ_ｉ）とは違ってくる。

流体キャビティ１はその圧縮率を介して、その容積変化によりその圧力を外圧と平衡させる傾向にある。すなわち、

ただし、χ_ｓは流体の断熱圧縮率、Ｖは流体キャビティ１の容積、ｄＶはキャビティの容積変化である。

ハイドロホン形状は光ファイバ２を強制的に軸方向に変形する。

局部的には、伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂの一方に対し容積変化は以下の形をとる。

ただし、Ｓ_ａｘは伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂの軸に直交する表面積であり、Ｒは伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂの外側半径であり、ｌはその長さである。

ここで、

かつ

ただし、ｋ_ａｘとｋ_ｒａｄはそれぞれ流体の軸方向と径方向の剛性であり、Ｓ_ｒは伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂの周面積であり、Ｐは入射圧力である。

伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂはｋ_ａｘ≪ｋ_ｒａｄにより変形を軸方向に向ける。

利得はまた機械的増幅器による光ファイバの軸方向変形と、剥き出しの状態におけるこのファイバに対する圧力による後者の軸方向変形との比として表わされてもよい。

以下の実施形態はハイドロホンに対するあり得る大きさの例を与える。

中間部７は１０ｍｍの外径を有してもよい。

伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂは例えば１０ｍｍの外径を有する外側リングを有してもよい。

一般的に、伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂの外側リングと中間部７は１０ｍｍ未満の外径を有してもよい。

光ファイバは１２５μｍの直径を有してもよく、ブラッググレーティング３は５０ｍｍの長さにわたり伸びていてもよい。圧縮性流体の圧縮弾性率は１ＧＰａであってもよい。これらのパラメータは８００の利得に到達することを可能にする。

異なる利得を与える他の寸法もあり得る。

一般的に、本発明によるハイドロホンは５００より高い利得に到達することを可能にする。

光ファイバ２はプレストレスト光ファイバである。

可能な実施形態によれば、このプレストレスはケーシング４（又は伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂ）の二つの端部５ａ、５ｂにより与えられる。

機械的増幅器が組み込まれると、ブラッググレーティング３が流体キャビティ１の中心に位置するように、光ファイバ２が伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂの先端１４ａ、１４ｂに設けられたオリフィス１５に通される。

光ファイバ２は次いで溶着又は接着により先端１４ａ、１４ｂの内の一方の端部に固定される。

光ファイバ２の一方の側が固定されると、光ファイバ２を引っ張ることにより、較正されたプレストレスが他方の側に加えられる。

光ファイバ２には張力がかけられ、それは溶着又は接着により他方の先端１４ａ、１４ｂの端部に溶着又は接着される。

光ファイバ２は次いでケーシング４の二つの端部５ａ、５ｂの間で張力がかけられる。

このようにして、ケーシング４の端部５ａ、５ｂの各側の光ファイバ２の張力の完全な平衡が得られる。

光ファイバ２は次いで切断されて両側がクラッド付き光ファイバと結合される。

そのようなプレストレスは光ファイバ２が強い音圧で折り重なるのを避けることを可能にする。

光ファイバ２に加えられるプレストレスは、装置が許容できる最大変形より高くなるように計算される。従って、光ファイバ２にはハイドロホン動作の間、常に張力がかかることになる。

ファイバに加え得る最大のプレストレスは２Ｎであり、これは直径１２５μｍの光ファイバ２に対する最大応力σ＝Ｆ／ｓ_{ｆｉｂｒｅ}＝１．６３×１０^８Ｐａに相当する。

光ファイバ２のヤング率は７０ＧＰａであるので、光ファイバ２の最大膨張動作変形は従ってε_ｐｃ＝σ／Ｅ＝２．３×１０^−３となる。ハイドロホンの最大動作音圧は従って、

すなわち、

の最大動作音圧である。

可能な実施形態（図解せず）によれば、光ファイバ２の張力は、流体キャビティ１の両側に配置されて中間部７に支持される保持手段により保持される。

実施形態によれば、ファイバブラッググレーティングハイドロホンはそれぞれケーシング４の伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂの一つに関連する少なくとも一つの静圧フィルタ１０ａ、１０ｂを備える。

図３の実施形態に図解されるように、ハイドロホンは中間部７の両側に配置された二つの静圧フィルタ１０ａ、１０ｂを備える。

各静圧フィルタ１０ａ、１０ｂは変形可能な外側ケーシング１２ａ、１２ｂと伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂの一方とにより区切られたタンク１１ａ、１１ｂを有する。

タンク１１ａ、１１ｂは各先端１４ａ、１４ｂを通っているオリフィス１３ａ、１３ｂにより流体キャビティ１と流体連通している。変形可能な外側ケーシング１２ａ、１２ｂは伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂの一つを密封して囲む。

静圧フィルタ１０ａ、１０ｂの変形可能な外側ケーシング１２ａ、１２ｂは円筒形状を有し、例えばポリマで出来ていてもよい。

タンク１１ａ、１１ｂと流体キャビティ１は同じ圧縮性流体で満たされる。

各変形可能な外側ケーシング１２ａ、１２ｂは圧縮性流体により圧力変化を伸縮自在のチューブの６ａ、６ｂの一つに伝達する。

静圧フィルタ１０ａ、１０ｂのオリフィス１３ａ、１３ｂは２０μｍないし１００μｍ、好ましくは５０μｍに等しい直径を有する。

静圧フィルタ１０ａ、１０ｂは温度又は浸漬の変化に従う緩やかな圧力変化後に内部流体を静水圧にすることを可能にする。従って、静水圧を克服し、この圧力付近の圧力変化のみを考慮に入れることを可能にする。これらの静圧フィルタが非常に低い周波数の検出に対して限界を示すことに注目すべきである。実際、静圧フィルタの反応時間はハイドロホンにより測定可能な最低周波数を決定する。静圧フィルタはハイパスフィルタである。従って、音波の周波数が静圧フィルタのカットオフ周波数より低ければ、それはこの音波に対して影響はない。

非常に低い周波数はこの方法により除去される。静圧フィルタの孔径は低カットオフ周波数、従ってハイドロホンの作動帯域の下限を決定する。オリフィス１３ａ、１３ｂが小さければ小さいほど、カットオフ周波数は低くなる。

カットオフ周波数は１０Ｈｚより低く、好ましくは０．４Ｈｚに等しい。

ハイドロホンは０．４Ｈｚないし１０ｋＨｚの周波数帯域の音波の検出を可能にする。

例えば伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂ及び光ファイバ２のようなハイドロホンを形成する要素は０．４Ｈｚないし１０ｋＨｚの周波数範囲外の共振周波数を有する。

静圧フィルタ１０ａ、１０ｂのオリフィス１３ａ、１３ｂはケーシング４の内側と静圧フィルタ１０ａ、１０ｂのタンク１１ａ、１１ｂの内側との間の圧力平衡と、温度補償を行うことを可能にし、可変深さにおけるハイドロホンの浸漬中の圧力と温度の緩やかな変化に対しハイドロホンを鈍感にする。

ハイドロホンが水中環境に浸漬され、静的構成で使用されるときは、静圧フィルタ１０ａ、１０ｂは波とうねりの効果を弱めることを可能にする。

図２に図解される可能な実施形態によれば、ケーシングの中間部７はその中心に位置する壁１６を備える。この壁１６は密封性であってもなくてもよい。

この壁１６はそれを径方向に剛性にすることによりケーシングの中間部７の効果を制限することを可能にする。この場合、二つの伸縮自在のチューブ６ａ、６ｂのみが作動する。

光ファイバ２はこの壁１６の中心にある支点８を介して壁１６と一体であり、そのような点は節点を形成する。

この接点は光ファイバ２の自然共鳴を２倍にする効果を有し、これは作動帯域を限定する要因になり得る。光ファイバ２の固有振動数は必ずハイドロホンの作動帯域外になければならない。

この支点８は有効周波数帯域を高周波に向かってずらすことを可能にする。それはまた、ハイドロホンがストリーマに使用されるときにハイドロホンの機械強度を高めることを可能にする。

光ファイバ２はそのとき三つの支点又は節点を介してケーシング４と一体である。

ケーシング４の外面に溝が設けられて外部光ファイバを収容してもよく、これが例えば他の音響圧力センサと接続されてもよい。

ファイバブラッググレーティングハイドロホンは、ケーシング４と静圧フィルタ１０ａ、１０ｂを囲む柔軟性かつ密封性外側ケーシング（図示せず）を備える。外側ケーシングは円筒形であり、流体で満たされて前記流体キャビティ１の外部の圧力変化を伝達する。

この流体は例えばキャスタオイルであってもよい。外側ケーシングはポリマ、例えばハイパロン（登録商標）で出来ていてもよい。

従って、本発明は５００を超える高利得、従って既知のハイドロホンが到達するものより高い音響感度に到達することを可能にする。

本発明はまた、既知のハイドロホンのものに対して小さい（１０ｍｍ未満の）直径、従って小さい大きさを有するハイドロホンを提供する。

１ 流体キャビティ
２ 光ファイバ
３ ブラッググレーティング
４ ケーシング
５ ケーシング端部
６ 伸縮自在のチューブ
７ 中間部
８ 支点
１０ 静圧フィルタ
１１ タンク
１２ 変形可能な外側ケーシング
１３ オリフィス
１４ 先端
１５ オリフィス
１６ ケーシングの壁
１７ 外側リング
１８ 内側リング
１９ 伸縮自在のチューブの外壁
２０ 伸縮自在のチューブの内壁

Claims (10)

1. 流体キャビティ（１）と、ブラッググレーティング（３）が組み込まれた光ファイバ（２）とを備え、前記ブラッググレーティング（３）が前記流体キャビティ（１）内部に位置するように前記光ファイバ（２）が縦軸（Ｘ）に沿って前記流体キャビティ（１）を通って伸びているファイバブラッググレーティングハイドロホンであって、
   −前記流体キャビティ（１）は圧縮性流体で満たされ、前記光ファイバ（２）と一体の二つの端部（５ａ、５ｂ）を備えるケーシング（４）により区切られ、
   −前記ケーシング（４）は縦軸（Ｘ）に沿って伸びる伸縮自在のチューブ（６ａ、６ｂ）により形成された少なくとも一つの部分を備え、前記伸縮自在のチューブ（６ａ、６ｂ）により形成された前記部分は二つのケーシング端部（５ａ、５ｂ）の一つと一致する外端を備え、その壁に加えられた圧力差により縦方向に変形可能であり、前記光ファイバ（２）から抽出された光束の波長変化により測定された前記光ファイバ（２）の長さ変化を生じる
   ことを特徴とするファイバブラッググレーティングハイドロホン。
2. 前記ケーシング（４）は伸縮自在のチューブ（６ａ、６ｂ）により形成された二つの部分と、伸縮自在のチューブにより形成された前記部分を分離する中間部（７）とを備え、伸縮自在のチューブ（６ａ、６ｂ）により形成された前記部分の外端のそれぞれは、前記ケーシング（４）の前記二つの端部（５ａ、５ｂ）の一つとそれぞれ一致することを特徴とする請求項１に記載のファイバブラッググレーティングハイドロホン。
3. 前記ケーシングの前記中間部（７）は剛性であることを特徴とする請求項２に記載のファイバブラッググレーティングハイドロホン。
4. 前記ケーシングの前記中間部（７）はその中心に位置して前記光ファイバ（２）が通過する壁（１６）を備えることを特徴とする請求項２又は３の何れか一つに記載のファイバブラッググレーティングハイドロホン。
5. 前記光ファイバ（２）は前記壁（１６）と一体であることを特徴とする請求項４に記載のファイバブラッググレーティングハイドロホン。
6. 前記光ファイバ（２）はプレストレスト光ファイバであり、前記光ファイバ（２）は二つのケーシング端部（５ａ、５ｂ）の間で張力が保持されることを特徴とする請求項１ないし５の何れか一つに記載のファイバブラッググレーティングハイドロホン。
7. 前記流体キャビティ（１）と協同する少なくとも一つの静圧フィルタ（１０ａ、１０ｂ）を備え、各静圧フィルタ（１０ａ、１０ｂ）には流体キャビティ（１）の内部と外部間の流体連通をもたらすことができるオリフィス（１３ａ、１３ｂ）が設けられることを特徴とする請求項１ないし６の何れか一つに記載のファイバブラッググレーティングハイドロホン。
8. 各静圧フィルタ（１０ａ、１０ｂ）は変形可能な外側ケーシング（１２ａ、１２ｂ）と前記伸縮自在のチューブ（６ａ、６ｂ）の一方の外壁とにより区切られたタンク（１１ａ、１１ｂ）を備え、前記タンク（１１ａ、１１ｂ）は前記オリフィス（１３ａ、１３ｂ）を介して前記流体キャビティ（１）と流体連通し、前記変形可能な外側ケーシング（１２ａ、１２ｂ）は前記ケーシング（４）に密封固定されることを特徴とする請求項７に記載のファイバブラッググレーティングハイドロホン。
9. 前記ケーシング（４）と前記静圧フィルタ（１０ａ、１０ｂ）により形成されたユニットを囲む柔軟性かつ密封性外側ケーシングを備え、前記外側ケーシングは流体で満たされて前記流体キャビティ（１）の外部の圧力変化を伝達することを特徴とする請求項１ないし８の何れか一つに記載のファイバブラッググレーティングハイドロホン。
10. 前記流体キャビティ（１）の圧縮性流体は１．５ＧＰａ未満の圧縮弾性率を有することを特徴とする請求項１ないし９の何れか一つに記載のファイバブラッググレーティングハイドロホン。

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