JP6083074B2 - 温度又は静圧の影響を受けない全光ハイドロホン - Google Patents
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Description
−光ファイバ要素が内部に配置されるキャビティを形成する、略円筒形の中空剛性体と、
−剛性体の両端部を封止するように構成され設計され、光ファイバ要素が横断する2つの端部キャップであって、前記光ファイバ要素は、横断ポイントの高さにおいて端部キャップに固定されて、永久的にピンと張られる、2つの端部キャップと、
を備える。
−端部キャップの変形が、光ファイバ要素の長さを変動させる、ハイドロホンが浸漬される外部媒質により及ぼされる圧力の変動、
−端部キャップの変形が、光ファイバ要素の長さを変動させる、ハイドロホンが浸漬される外部媒質の温度の変動であって、これらの温度変動の結果としてのレーザキャビティの放射周波数の変動を補償する、外部媒質の温度の変動
を受けた場合、長手方向変形を示すように構成される。
−キャビティと外部媒質とを連通させるとともに、外部媒質とキャビティ内に含まれる流体との間で静圧平衡を達成するように構成される貫通オリフィス。
周波数fHは可能な限り低い。
−壁を構成する材料の厚さが、端部キャップの側壁が剛性体の内壁としっかりと(漏れない)接触して、剛性体と端部キャップとのしっかりとしたリンクを保証するように決定される、第1のセグメントB、
−材料の厚さが、端部キャップの側壁が、温度変動の作用下で長手方向に自在に変形することができるように定義される、第2のセグメントC
を備える。
−センサの主要要素を構成する光ファイバキャビティの伸張及び/又は収縮により、軸方向弾性変形に関連付けられた、レーザキャビティの放射周波数の変動を利用する圧力センサ機能、
−測定値を搬送する光信号を伝送する機能、
−ハイドロホンの能動部である、光ファイバ要素12により構成されるブラッグ格子により与えられる波長選択性による多重化機能。
−目標とするハイドロホン感度を達成するため、外部媒質により光ファイバ要素12に及ぼされる動的圧力により生じる変形の十分な機械的増幅、
−所与の遮断周波数未満の周波数の圧力変動の場合、光ファイバ要素12からなるレーザキャビティを、ハイドロホンを囲む媒質の圧力と平衡圧にすることを目的としたローパス静水フィルタリング、
−温度に伴う光ファイバレーザキャビティ12の放射周波数の変動の補償、
−装置の対称面が全体として、寄生加速度の影響の受けやすさを最小に抑えることができる。
−円筒体13を封止するという従来の機能であって、その目的は、内部媒質が、ハイドロホンの構造に作られるオリフィス16を介してのみ、外部媒質と直接連通するように、キャビティ11を密閉することである、機能、
−キャビティ11内に収容された光ファイバ要素、特にレーザキャビティを形成する要素12をピンと張った状態に保つ機能、
−媒質の温度変動の関数として、光ファイバ要素に与えられる引っ張りを調整する機能、
−ハイドロホンに及ぼされる動的圧力変動の作用下で、キャビティ11内に収容される光ファイバ要素12の長さを変更できるようにするピストン機能、を満たすように構成され、圧力の増大は、キャビティ11の内部に向かう、端部キャップ又は少なくとも端部キャップの内端部の変位として、及び光ファイバ要素12にかけられる張力の低減として現れ、圧力の低減は、逆の変位として、及び光ファイバ要素12にかけられる張力の増大として現れる。
−キャビティ内部の圧力及び外部媒質の圧力が同一である、図1に示される静止状態。この状態では、外部媒質及び内部媒質の端部キャップ、特に壁22に及ぼす拘束は平衡し、いかなる変形も(すなわち、伸張も圧縮も)受けない。
−外部媒質により及ぼされる圧力が高速増大を受けて、図3において矢印31で示される、結果として生じる圧力を出現させる、図3に示される第1の動的状態。この結果として生じる圧力の影響は、端部キャップ14及び15の弾性壁22の変形を生じさせることであり、この変形は、例としてとられる好ましい実施形態の場合、ハイドロホンのキャビティ内部での端部キャップの弾性壁22の湾曲Δx2として現れる。キャビティの容積の低減を誘導し、その結果、内圧を増大させるこの変形は、内圧及び外圧が再び平衡するまで続く。図3では、端部キャップの初期位置は破線で表される。
−外部媒質により及ぼされる圧力が高速低減を受けて、図4では矢印41で示される、結果として生じる圧力を出現させる、図4に示される第2の動的状態。この結果として生じる圧力の影響は、端部キャップ14及び15の変形を生じさせることであり、この変形は、例としてとられる好ましい実施形態の場合、端部キャップの弾性壁22の湾曲Δx3として現れる。キャビティの容積の増大を誘導し、その結果、内圧を低減させるこの変形は、内圧及び外圧が再び平衡するまで続く。図4では、端部キャップの初期位置は破線で表される。
Claims (19)
- レーザキャビティを形成する光ファイバに内接するブラッグ格子を有するアクティブ光ファイバ要素(12)を備えるタイプのレーザキャビティハイドロホンであって、流体が充填されたキャビティ(11)を形成する機械的構造を備え、前記キャビティ(11)内部に、前記光ファイバ要素(12)が前記キャビティの長軸に沿って配置され、前記機械的構造が、
−前記光ファイバ要素(12)が内部に配置される前記キャビティ(11)を形成する略円筒形中空剛性体(13)と、
−前記剛性体(13)の端部を封止するように構成され設計されるとともに、前記光ファイバ要素(12)が横切る2つの端部キャップ(14、15)であって、前記光ファイバ要素(12)が、横切るポイントの高さで前記端部キャップ(14、15)に固定されて、前記光ファイバ要素(12)に永久的に張力がかかり、
前記2つの端部キャップ(14、15)のそれぞれが、前記剛性体(13)にしっかりと結合される部分及び前記レーザキャビティハイドロホンが浸漬される外部媒質により及ぼされる圧力変動を受けた場合に変形可能な変形可能壁(22)を備える可動部を示し、前記端部キャップの前記変形が、前記光ファイバ要素(12)の長さを変動させ、前記変形可能壁(22)が、前記キャビティの内部に向けられる内面(221)及び前記キャビティの外部に向けられる外面(222)を示し、前記変形可能壁(22)が、前記レーザキャビティハイドロホンが浸漬される前記外部媒質の温度変動の影響下で、その内面(221)が前記キャビティの長軸に沿って前記剛性体(13)に対して並進移動するように構成され、前記並進移動は、前記光ファイバ要素(12)の長さを変動させ、前記長さの変動は少なくとも部分的に、これらの温度変動の結果としての前記レーザキャビティの放射周波数の変動を補償する、2つの端部キャップ(14、15)と、
−前記キャビティ(11)と前記外部媒質との連通を可能にするとともに、前記外部媒質と前記キャビティ(11)に含まれる前記流体との間で静圧の平衡を達成するように構成される貫通オリフィス(16)と、
をさらに備える、レーザキャビティハイドロホン。 - 前記変形可能壁(22)は、前記レーザキャビティハイドロホンが浸漬される前記外部媒質の温度変動の影響下で、前記剛性体(13)に対して並進移動可能である、請求項1に記載のレーザキャビティハイドロホン。
- 前記端部キャップは、一端部において開放された円筒形の中空体に形成され、前記円筒形の中空体の側面を構成する側壁(21)を備え、
前記端部キャップは、前記キャビティ内に挿入されて、前記キャビティの端部を封止するように構成され、前記端部キャップは、前記側壁(21)と、前記キャビティの長軸に直交し、前記剛性体(13)内に挿入される前記端部キャップの端部を封止する弾性端壁(D22)とを含んで構成され、前記弾性端壁は前記変形可能壁(D22)であり、前記側壁(21)はセグメントCを備え、
前記セグメントCは、前記弾性端壁(D)に接続しており、前記剛性体(13)には接続していないことを特徴とする、請求項2に記載のレーザキャビティハイドロホン。 - 前記剛性体(13)及び前記2つの端部キャップ(14、15)が、前記レーザキャビティハイドロホンが、寄生加速度の影響の受けやすさを最小に抑えるように配置された対称面を示すように構成されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載のレーザキャビティハイドロホン。
- 前記剛性体(13)の寸法が、形成される前記キャビティ(11)が前記光ファイバ要素(12)を収容することができるように定義され、前記端部キャップ(14、15)が、前記外部媒質により及ぼされる圧力の動的変動の作用下で、前記光ファイバ要素(12)に長さ変動を生じさせるのに十分な変形を受け、前記長さ変動により、圧力の動的変動に対する前記レーザキャビティハイドロホンの所望の感度を得ることが可能であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載のレーザキャビティハイドロホン。
- 前記キャビティ(11)は、圧力の変動の影響下で、第1の周波数F1および第2の周波数F2においてそれぞれ2つの共振ピークを示すか、または第2の周波数F2において1つの共振ピークを示し、
前記レーザキャビティハイドロホンは、前記第2の周波数F2よりも低い周波数で観測される、前記圧力の変動の周波数範囲(53)において、略一定の感度を有することを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載のレーザキャビティハイドロホン。 - 前記端部キャップ(14、15)の側壁(21)が第1のセグメントBを備え、前記第1のセグメントBにおいて、前記側壁を構成する材料の厚さが、前記端部キャップの前記側壁(21)が前記剛性体(13)の内壁に密に接触して、前記剛性体(13)と前記端部キャップ(14、15)との間に剛性リンクを保証するように決定されることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載のレーザキャビティハイドロホン。
- 前記端部キャップの側壁が、端部セグメントAをさらに備え、前記端部セグメントAの厚さが、前記端部キャップ(14、15)が前記剛性体(13)に配置される場合、前記剛性体(13)の前記端部に当接するショルダを画定することを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載のレーザキャビティハイドロホン。
- 前記キャビティ(11)の寸法並びに前記剛性体(13)及び前記端部キャップ(14、15)を構成する材料の性質が、前記第2の周波数が、可能な限り最も高くなるように決定されることを特徴とする、請求項6に記載のレーザキャビティハイドロホン。
- 前記光ファイバ要素(12)を収容する前記キャビティ(11)が、気泡発泡体を含み、前記発泡体に前記キャビティ(11)内に含まれる前記流体が浸され、前記発泡体を構成する材料が、前記光ファイバ要素(12)の固有共振モードを減衰させるように定義されることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか一項に記載のレーザキャビティハイドロホン。
- 前記貫通オリフィス(16)が、前記剛性体(13)の前記壁を通って作られる円形オリフィスであることを特徴とする、請求項1〜12のいずれか一項に記載のレーザキャビティハイドロホン。
- 前記貫通オリフィス(16)が、端部キャップ(14、15)の前記側壁(21)の厚さにおいて長手方向に作られる円形オリフィスであることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか一項に記載のレーザキャビティハイドロホン。
- 前記剛性体(13)又は前記端部キャップが全体的又は部分的に、多孔質材料から作られ、前記貫通オリフィス(16)が前記多孔質材料の孔からなることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか一項に記載のレーザキャビティハイドロホン。
- 前記端部キャップが、前記端部キャップを作る材料に関して、前記キャビティの軸に沿った前記端部キャップ(14、15)の前記変形可能壁(22)の前記内面(21)の変位が、前記光ファイバ要素(12)の長さを変動させ、この長さ変動が、前記温度変動の結果としての前記レーザキャビティの放射周波数の変動を実質的に補償するように寸法決めされることを特徴とする、請求項1〜16のいずれか一項に記載のレーザキャビティハイドロホン。
- 前記可動部は、温度変動の影響下で、前記長軸に沿って伸張又は収縮することができ、前記レーザキャビティハイドロホンが浸漬される前記外部媒質の温度変動の影響下で、前記可動部の伸張又は収縮によって、前記内面(221)が、前記キャビティの長軸に沿って前記剛性体(13)と並進移動可能であることを特徴とする、請求項1〜17のいずれか一項に記載のレーザキャビティハイドロホン。
- 前記可動部の材料及び幾何学的形状は、前記光ファイバ要素(12)の長さの変動が、少なくとも部分的に、前記温度変動の結果としての前記レーザキャビティの放射周波数の変動を補償するようなものであることを特徴とする、請求項18に記載のレーザキャビティハイドロホン。
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