JP3034816B2 - 干渉光ファイバハイドロホン - Google Patents

干渉光ファイバハイドロホン

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JP3034816B2 JP9049084A JP4908497A JP3034816B2 JP 3034816 B2 JP3034816 B2 JP 3034816B2 JP 9049084 A JP9049084 A JP 9049084A JP 4908497 A JP4908497 A JP 4908497A JP 3034816 B2 JP3034816 B2 JP 3034816B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】この発明は、一般に光ファイバハイドロ
ホンに関するものであり、特定的には中実干渉光ファイ
バハイドロホンに関する。さらにより特定的には、この
発明は、高圧での、高い線形の音響感度および線形加速
に対する低い感度を伴った動作に適した中実干渉光ファ
イバハイドロホンに関する。
【０００２】これまで、光ファイバハイドロホンは、光
干渉計の１つの脚部を形成するある長さの光ファイバで
各々が包まれる２つの同心の中空マンドレルを含んでい
た。外側マンドレルは、その半径が入射音圧に応答して
変化するよう、典型的には薄い壁部を有する。封止され
る空気空洞は２つのマンドレル間に形成される。内側マ
ンドレルは、典型的には、壁部が薄く、その内部は、そ
の半径が音圧下で外側マンドレルのそれから反対の意味
において変化するよう周囲圧力に晒され（「プッシュ−
プル」構成）るか、または壁部が厚く、おそらくは干渉
計のための「基準アーム」として働くよう中実ポッティ
ング成形材料で充填される。
【０００３】空気空洞によって背後から支持される薄い
感知シェルは非常に柔軟であり、感度のよいハイドロホ
ンを提供する。その円筒形は線形加速のためファイバ長
における低い正味変化（つまり低い感度）を与え、これ
はハイドロホンにおいては望ましい。非常な深さへの水
没に耐える能力は、外側シェルが水圧で押し潰されるこ
とに抵抗するのに十分なほど厚くあることを保証するこ
とによって与えられなければならない。
【０００４】この、深さに耐える要件は、マンドレルが
音響信号に応答して示し得る柔軟さを制限する。ゆえ
に、先行技術のハイドロホン技術では、深みで耐えなけ
ればならないアレイに高感度のハイドロホンを展開させ
ることは困難である。
【０００５】これらハイドロホンの製造はさらに、２つ
のマンドレル間の空気空洞が封止されなければならない
ため、時間およびコストがかかる。この封止は、ファイ
バがそれを通って内側マンドレルの外側に達することを
考慮しなければならない。これは繊細な組立プロセスで
あり、この封止での漏れおよびファイバ破損はこれらの
器具の稀な故障メカニズムではない。
【０００６】空気空洞はさらに音響共鳴を支持し得る。
空気中の相対的に低速の音と空気空洞中の音波の高い減
衰とは、これら共鳴を音響検出帯域幅内で確立するよう
協調し得る。このことはハイドロホンの線形動作の周波
数範囲を制限し、いくつかのハイドロホン設計において
は問題を引起こし得る。
【０００７】
【発明の概要】この発明は、感知ファイバおよび基準フ
ァイバによって導かれる信号の干渉構成を使用する。基
準ファイバは剛性の内側円筒体の周囲で巻かれる。先行
技術にあるように、空気で背後から支持される外側シェ
ルで感知する代わりに、柔軟な材料の中実層が基準ファ
イバ上に適用される。干渉計の感知アームは、基準ファ
イバ上に適用される材料の層上に巻線される。外側材料
は、空気で背後から支持されるハイドロホンの音響感度
に匹敵する音響感度を与えるのに十分なほど柔軟であ
る。この発明は、非常な深さでの動作のために意図され
る、空気で背後から支持される設計の感度よりも大きな
感度をもたらす。円筒形状が保持され、したがってこの
発明は加速感度に対して優れた抵抗を有する。
【０００８】先行技術の光ファイバハイドロホンとは異
なり、この発明は高圧下で押し潰されることについての
心配を引起こさない。この装置の組立は、ファイバフィ
ードスルーを伴う空気空洞を封止しなくてもよいことに
より、多いに簡略化される。装置のコストも、その部品
の設計を単純化し、組立プロセスの歩留りを増大させる
ことにより、引下げられる。使用中に装置が漏れを発生
させるという可能性も小さくなり、信頼性も増すはずで
ある。装置の中実の構成も、非常に広域の音響周波数に
わたってどのような音響共鳴活動も防ぐことが期待され
る。
【０００９】この発明に従う干渉光ファイバハイドロホ
ンは剛性のマンドレルを含む。感知アームおよび基準ア
ームを有する光ファイバ干渉計は剛性のマンドレル上に
形成される。干渉計は、音圧を測定するために、光ファ
イバ干渉計から出力される光信号を処理するための装置
を含む。基準アームは、剛性マンドレルの周囲に巻線さ
れ、かつ光ファイバハイドロホンが音響場に晒されても
実質的に一定の光路長を有するよう配されるある長さの
光ファイバを含む。感知アームは、コイルとして形成さ
れ、かつ光ファイバハイドロホンが音響場に晒されると
光路長変化を経験するよう配されるある長さの光ファイ
バを含む。
【００１０】この発明に従う光ファイバハイドロホンは
基準アーム上に置かれる弾性材料を好ましくはさらに含
み、感知アームは、感知アームと基準アームとが同心で
あるように弾性材料上に巻線されるコイルである。弾性
材料はウレタンまたは他の同様の材料を含んでもよい。
【００１１】感知アームコイルは弾性材料に包み込ま
れ、従来にあるように基準アームと同心である代わりに
それから間隔を取って置かれてもよい。
【００１２】この発明の目的を理解し、その構造および
動作方法をより完全に理解することは、以下の好ましい
実施例の説明を研究し、添付の図面を参照することによ
ってなされるだろう。
【００１３】
【好ましい実施例の説明】図１は、この発明に従う中実
光ファイバハイドロホンを形成する際に用いられてもよ
い光ファイバマッハ・ツェンダー干渉計のための基本的
構造を示す。この発明は、任意のタイプの光ファイバ干
渉計を用いて実施されてもよく、図１に示される特定の
構造に限定されるものではない。
【００１４】光信号源１２は光信号を光ファイバ１４に
入力し、次いでその光信号を光ファイバ結合器１６に導
く。この光ファイバ結合器は、光ファイバ１４を介して
光ファイバ結合器１６に導かれる光信号の部分が光ファ
イバ１８に結合されるよう構成される光ファイバ１４と
第２の光ファイバ１８とを含む。光ファイバ１４および
１８は光信号を第２の光ファイバ結合器２０へ導き、そ
こで、光ファイバ１８により導かれた光信号の部分は光
ファイバ１４に結合される。光ファイバ１４および１８
に沿って伝搬された光信号の結合は干渉パターンを生ず
る。結合された光信号は光検出器２２へ向けられ、それ
は干渉パターンにおける光学的強度を示す電気信号を生
ずる。
【００１５】マッハ・ツェンダー干渉計１０では、光フ
ァイバ結合器１６と２０との間にある光ファイバ１４お
よび１８の部分は、感知アーム２４および基準アーム２
６とそれぞれ呼ばれる。感知アームが音響場に晒される
と、その場の変化は感知アーム２４の光路長において変
化を生ずる。感知アーム２４と基準アーム２６との間で
光路差に変化があると干渉パターンが変わり、それは光
検出器２２からの電気信号出力を変化させる。光ファイ
バハイドロホンでは、光検出器２２からの電気出力は音
響場の強度を示すよう較正される。
【００１６】この発明では、感知アーム２４および基準
アーム２６はマンドレル構造上に巻線される。図２は、
この発明に従う光ファイバハイドロホンに含まれてもよ
い中実マンドレル３０を示す。図２の感知アーム２４お
よび基準アーム２６は図１のマッハ・ツェンダー干渉計
により例示される光干渉計に含まれるよう配される。マ
ンドレル３０は、好ましくは、端部フランジ３４および
３６を伴う中実ロッド３２として形成される。光ファイ
バ干渉計の基準アーム２６は好ましくは、好適な金属ま
たは他の十分に剛性の材料で形成されてもよいロッド３
２上に直接にウエット巻線される。次いでポッティング
材料４０が基準アーム２６上に適用される。ウレタン等
の材料から形成される弾性層４２が基準アーム２６上に
適用される。次いで感知アーム２４が弾性層４２上に巻
線され、次いでさらなる弾性層４４で被覆される。
【００１７】上述したように感知アーム２４と基準アー
ム２６とがしっかりと取付けられたマンドレル３０は水
中に浸されて音響場を受ける場合、基準アーム２６の長
さは、それが剛性ロッド３２上に巻線されているため、
安定している。音響場の変化は感知アーム２４の長さに
変化を引起こし、これが、図１を参照して上に説明した
ように、感知アームの光路長を変化させ、音響場強度の
変化を測定すべく処理されるであろう光信号を生じさせ
る。
【００１８】図３は、感知アームおよび基準アームが図
２に示されるように同心とならないよう横方向に分離さ
れる、この発明の実施例を示す。基準アーム２６は、端
部フランジ５４および５６を有する剛性ロッド５２を含
む中実マンドレル５０上に巻線されかつ材料５７でポッ
ティングされる。感知アーム２４は折り畳み可能なマン
ドレル５８上に巻線され、次いで、感知アーム２４がマ
ンドレル５８の形状を保つようウレタン等の材料６０で
ポッティングされる。
【００１９】図４を参照すると、マンドレル５８は感知
コイルの中心から取除かれ、これによって感知アーム２
４の内側に空洞６２が残る。空洞６２は、感知アーム２
４が完全に包み込まれるよう、ウレタン６４または他の
同様の材料で好ましくは充填される。基準アーム２６は
剛性の中実マンドレル５８上に巻線されポッティングさ
れるので、音響場に晒されても基準アームの光路長への
影響は全くない。感知アーム２４は、ウレタン等の可撓
性材料で包まれており、音響場にさらされることに応答
して光路長の変化を経験する。
【００２０】図５は、中実マンドレルの代わりに用いら
れてもよい、壁部が厚い中空マンドレル７０を示す。マ
ンドレル７０は、光ファイバ結合器１６および２０を収
めるために用いられてもよい中央空洞７２を有する。マ
ンドレル７０の円筒形壁部７４は、水中においてこの発
明が用いられる深さにまでそれが沈められた際にたわみ
を生じないほど十分厚くあるべきである。光ファイバ結
合器１６および２０は空洞７２の内側に収められてもよ
い。マンドレル７０が十分に剛性でない場合、それは剛
性のポッティング材料７４で充填されるべきである。こ
の発明は、内側マンドレルの大部分がとにかく中実であ
り、光ファイバ結合器は端部の２つのマンドレル内また
はマンドレルより向こうにある別個のハウジングにのみ
収められる、延長された、可撓性の、空間的に重くされ
た光ファイバ干渉ハイドロホンにおいて使用するのに特
に十分に好適である。
【００２１】光ファイバハイドロホンのスケールファク
タは典型的には入射音圧に対する干渉計出力のラジアン
の比として表わされる。約１５００フィートの深さに対
応する約７００ｐｓｉの公称周囲圧力では、この発明に
従って形成される光ファイバハイドロホンのスケールフ
ァクタは、耐高圧性のために設計される、空気で背後か
ら支持されるマンドレルを伴って構築されるほとんど同
一サイズの装置のスケールファクタよりも０．３ｄＢ大
きかった。
【００２２】ここに開示される構造および方法はこの発
明の原理を説明する。この発明はその精神または本質的
な特徴から逸脱することなしに他の特定の形式で実施さ
れてもよい。記載される実施例は、すべての面におい
て、制限的なものではなくむしろ例示的であり例証的な
ものとして考えられるべきである。したがって、前述の
記載よりもむしろ前掲の特許請求の範囲がこの発明の範
囲を規定する。ここに記載される実施例に対する、特許
請求の範囲と等価である意味および範囲内に入る修正物
はすべてこの発明の範囲内に包含される。
【図面の簡単な説明】
【図１】音圧における変化を感知するために用いられて
もよいマッハ・ツェンダー干渉計構造を示す図である。
【図２】感知ファイバおよび基準ファイバが中実マンド
レル上に巻線される、この発明の第１の実施例を示す図
である。
【図３】基準アームコイルは剛性マンドレル上に形成さ
れ、感知アームコイルはそれからポッティング後に除去
されるマンドレル上に形成される、この発明の第２の実
施例に従う光ファイバハイドロホンを形成する際のステ
ップを示す図である。
【図４】図３のステップに従って形成される光ファイバ
ハイドロホンを示す図である。
【図５】中空の剛性マンドレル上に形成される、この発
明に従う光ファイバハイドロホンを示す図である。
【符号の説明】
２４ 感知アーム ２６ 基準アーム ３０ 中実マンドレル ３２ ロッド ４０ ポッティング材料 ４４ 弾性材料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン・エフ・ケピ アメリカ合衆国、91335 カリフォルニ ア州、レセダ、ナンバー・437、コービ ン・アベニュ、7240 (56)参考文献 特開 平７−98204（ＪＰ，Ａ) 米国特許5317544（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01H 9/00 H04R 1/44 H04R 23/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 剛性のマンドレルと、 光ファイバ干渉計とを含み、前記光ファイバ干渉計は、
    感知アームと、基準アームと、音圧を測定するために前
    記光ファイバ干渉計から出力される光信号を処理するた
    めの装置とを含み、 前記基準アームは、前記剛性マンドレルの周囲に巻線さ
    れ、前記光ファイバハイドロホンが音響場に晒されても
    実質的に一定の光路長を有するよう配されるある長さの
    光ファイバを含み、 前記感知アームは、コイルとして形成され、前記光ファ
    イバハイドロホンが音響場に晒されると光路長変化を受
    けるように配されるある長さの光ファイバを含み、 前記基準アーム上に置かれる弾性材料をさらに含み、前
    記感知アームは前記感知アームと前記基準アームとが同
    心であるように前記弾性材料上にコイル巻線される、干
    渉光ファイバハイドロホン。
  2. 【請求項２】 前記弾性材料はウレタンを含む、請求項
    １に記載の干渉光ファイバハイドロホン。
JP9049084A 1996-03-06 1997-03-04 干渉光ファイバハイドロホン Expired - Lifetime JP3034816B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/611803 1996-03-06
US08/611,803 US5625724A (en) 1996-03-06 1996-03-06 Fiber optic hydrophone having rigid mandrel

Publications (2)

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JPH1030955A JPH1030955A (ja) 1998-02-03
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JP9049084A Expired - Lifetime JP3034816B2 (ja) 1996-03-06 1997-03-04 干渉光ファイバハイドロホン

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US (1) US5625724A (ja)
EP (1) EP0794414B1 (ja)
JP (1) JP3034816B2 (ja)
KR (1) KR970066607A (ja)
AU (1) AU720000B2 (ja)
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