JPH02103422A - 光ファイバ音響センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、良好な指向性を存する光ファイバ音響セン
サに関する。

［従来の技術］ 水中を移動する魚群等の音響波を発生する物体の探索に
使用される検出器として、光ファイバの光弾性効果によ
って測定光に生じる位相変化を検出し、これによって音
響波を検知する光ファイバ音響センサがある。この種の
光ファイバ音響センサは、測定光の位相変化を検出する
ために種々の干渉計が用いられているほかは、いずれも
ほぼ類似の構成を有しているので、以下マツハツエンダ
干渉計を用いた光ファイバ音響センサを例にとって説明
する。

第４図は、マツハツエンダ干渉計を用いた従来の光ファ
イバ音響センサの一例を示すものである。

図中符号ｌはＨｅ−Ｎｅレーザ等よりなる光源であり、
この光源１より出射された光は光ファイバカブラ等の分
岐器２によって参照光と測定光とに分岐されて、それぞ
れ参照用光路３と測定用光路４へと伝送される。この測
定用光路４中には、第５図に示したように光ファイバ６
を互いに接触しないようにコイル状に巻回してなる巻回
体７からなる光ファイバセンサ部５が設けられている。

この光ファイバセンサ部５に音響波が与えられると、光
ファイバの光弾性効果により、光ファイバのコアの屈折
率が変化すると共に、光ファイバの長さが変化する。一
般に光ファイバの長さ変化が支配的であるので、光ファ
イバセンサ部５内を通過した測定光は、この光ファイバ
の長さ変化により位相が変化する。そしてこの後に設け
られた合波器８にて、位相が変化した測定光と参照光と
が合波されると、２波の位相差に基づき干渉が生じる。

この干渉をフォトダイオード等の検出器９で受光し、電
気変換を行いアンプ１０にて増幅し出力値を得て、この
出力値により音響波を計測できるようになっている。

［発明が解決しようとする課題］ ところがこのような従来の光ファイバ音響センサの光フ
ァイバセンサ部５は、第５図に示したように光ファイバ
６をコイル状に単純に巻回した巻回体７によって構成さ
れているので、光ファイバセンサ部５を取り巻く環境の
音響波をすべて検出し、測定の指向性が無く、複数個の
音源から音響波の発生があった場合には測定精度が低下
するという問題があった。

この発明は上記課題を解決するためになされたもので、
良好な指向性を有する光ファイバ音響センサを堤供する
ことを目的としている。

［課題を解決するための手段］ この発明の光ファイバ音響センサは、光源から入射した
測定光を光ファイバセンサ部の光弾性効果および光ファ
イバの伸縮によって位相変化させ、この位相変化を参照
光との干渉を用いて音響波を検出する光ファイバ音響セ
ンサにおいて、光ファイバセンサ部を、シングルモード
ファイバを互いに接触しないようにコイル状に巻回して
なる巻回体により構成し、この巻回体の一部を遮蔽した
こと、あるいは光ファイバセンサ部を、シシグルモドフ
ァイバを互いに接触しないようにコイル状に巻回してな
る巻回体により構成し、この巻回体の直径を測定する音
響波の波長の１／２としたことをその解決手段とした。

［作用　］ 請求項１記載の光ファイバ音響センサにあっては、光フ
ァイバ音響センサを構成する巻回体の一部を遮蔽したの
で、光ファイバ音響センナがこの方向からの音響波を検
出することがなくなり、その指向性を向上させることが
できる。

また請求項２記載の光ファイバ音響センサにあっては、
光ファイバ音響センサを構成する巻回体の巻回直径を、
測定する音響波の波長の１／２としたので巻回体の径方
向に与えられる音響波の位相が光ファイバ内を伝送され
る測定光の位相に対して逆位相となるので、巻回体に光
弾性効果を発生させにくく、その結果光ファイバ音響セ
ンサの指向性が向上する。

以下、この発明の詳細な説明する。

第１図および第２図はいずれもこの発明の請求項１記載
の光ファイバ音響センサの光ファイバセンサ部５の一例
を示したもので、この光ファイバセンサ部５は、いずれ
も１本のシングルモードファイバ６を各ターンが互いに
接触しないようにコイル状に巻回してなる巻回体７に、
遮蔽体１１を取り付けてなるものである。この巻回体７
を形成するシングルモード光ファイバ６としては、通常
のＳｉｎ、等からなる石英系のファイバにシリコーン樹
脂等からなる一次被覆、ポリエステル樹脂やナイロン樹
脂等よりなる二次被覆を施したものを用いることができ
るが、より高感度を得るためには、このような被覆がな
されていないファイバを用いることが望ましく、また温
度特性の向上を図るのであれば、金属被覆を施したメタ
ルファイバを用いることもできる。さらに測定光と参照
光との干渉を効率良く、かつ安定に生じさせるためには
、偏波面保持ファイバを用いることが望ましく、例えば
応力付与型、楕円コア型、矩形コア型、楕円クラッド型
等の偏波面保持ファイバを好適に用いることができる。

この際には光源ｌより出射された偏波光の偏波面を正確
に偏波面保持ファイバの偏波面に一致させる必要がある
ので、光源ｌと分岐器２との間に光ファイバ偏光子等を
設けることが望ましい。遮蔽体１１は、音響波が伝播さ
れる媒質から巻回体７の一部を遮蔽することによって、
一方向の音響波のみが巻回体７に伝播されるようにする
ものであり、第１図に示した光９アイバセンサ部５にあ
っては箱体であり、第２図に示したものにあっては管体
である。第１図に示した遮蔽体１１は、金属、合成樹脂
、セラミックス等の音響波の伝播を妨げる材料からなり
、その−辺が巻回体７の高さと等しくかつ他辺が巻回体
７の直径に等しいもので、測定する音響波が伝播される
方向にのみ開口した箱体からなる。また第２図に示した
遮蔽体１１は、第１図の遮蔽体ｉｔと同様に金属、合成
樹脂、セラミックス等の管体からなるもので、この中に
巻回体７を挿入した後、巻回体７の各ターンの同じ部位
に巻回された弧部分の遮蔽体１１をそれぞれ除去し、巻
回体７の一方向のみが暴露されるようにしたものである
。このようにすると、巻回体７の一方向のみの音響波が
巻回体７に伝播され、遮蔽体１１が取り付けられた部分
には音響波が伝播されないので、この光ファイバセンサ
部５で測定できる音響波の方向が限定され、指向性を有
するようになる。

なお遮蔽体！ｌは第１図に示した箱体や第２図に示した
管体以外にも、巻回体７の一方向のみを暴露し、それ以
外の部分を遮蔽できるような構造であれば、これらに限
られるものではなく、たとえば巻回体７の一部のみを残
してゲル状の球体中に埋設して光ファイバセンサ部５を
構成しても良いのは言うまでもない。

第３図はこの発明の請求項２記載の光ファイバ音響セン
サの光ファイバセンサ部５を示したものである。この光
ファイバセンサ部５は、シングルモード光ファイバ６を
互いに接触しないようにコイル状に巻回してなる巻回体
７のコイル直径を、測定する音響波の波長λの１／２と
し、かっこの光ファイバセンサ部５の巻回体７の径方向
が、測定する音響波の進行方向と直角となるように配置
したものである。このようにすると光ファイバセンサ部
５の径方向の音響波の位相は、光ファイバ音響センサ５
内を伝播される測定光と逆位相となり、光ファイバセン
サ部５の径方向と直角となる方向の音響波が測定光に与
える位相変化に比較して感度が低下する。これにより光
ファイバセンサ部５に指向性を付与することができる。

また第１図ないし第３図に示した巻回体７を２個以上連
続して接続し、光ファイバセンサ部５を構成すれば、測
定する音響波の指向性をより向上させることができ、好
適である。

さらに光ファイバセンサ部５の巻回体７のコイル形状や
巻回のピッチを変更することにより、光ファイバセンサ
部５の指向性を変更することができ、所望の指向性を示
す光ファイバ音響センサを容易に得ることができる。

［実施例］ （実施例１） コア径８μｍ１クラツド径１２５μｍ１被覆外径０．４
ａｕｎの応力付与型偏波面保持ファイバを２ｍ用意した
。この光ファイバを直径５０ｍｍで互いに接触しないよ
うにコイル状に巻回して、その片側半分をプラスチック
テープを用いて遮蔽し、第２図に示したような光ファイ
バセンサ部を構成した。

この光ファイバセンサ部を用いて第４図に示した光ファ
イバ音響センサを構成し、これに周波数３゜６ｋＨｚ、
音圧２．５ＸＩＯ５μＰａの音響波を４方向からそれぞ
れ付与して、干渉計での出力特性を各方向について調べ
た。この結果を第６図に示した。なお第６図中の角度は
、図中に併せて示した光ファイバセンサ部の各方向を示
している。

この結果より、この光ファイバセンサ部はプラスチック
テープによって遮蔽されていない方向へ対して高い指向
性を示すことが確認できた。

（実施例２） 実施例１で用いたと全く同様の応力付与型偏波面保持フ
ァイバを２ｍ用意し、直径が測定音響波の波長１７０ｍ
ｍの１／２の８５ｍｍと、なるように、コイル状に巻回
して第３図に示したような光ファイバセンザ部を構成し
た。これに周波数２ｋＨｚ。

音圧２．５Ｘ１０’μＰａの音響波を４方向からそれぞ
れ付与して、干渉計での出力特性を各方向について調べ
た。この結果を第７図に示した。なお第７図中の角度は
、図中に併せて示した光ファイバセンサ部の各方向を示
している。

この結果より、この光ファイバセンナ部はコイルの長さ
方向に沿って高い指向性を示すことが確認できた。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の光ファイバ音響センサ
は、光源から入射した測定光を光１ファイバセンザ部の
光弾性効果および光ファイバの伸縮によって位相変化さ
せ、この位相変化を受けた測定光と参照光との干渉によ
り音響波を検出する光ファイバ音響センサにおいて、光
ファイバセンサ部を、シングルモードファイバを互いに
接触しないようにコイル状に巻回してなる巻回体により
構成し、この巻回体の一部を遮蔽したもの、あるいは光
ファイバセンサ部を、シングルモードファイバを互いに
接触しないようにコイル状に巻回してなる巻回体により
構成し、この巻回体の直径を測定する音響波の波長の１
／２としたものであるので、高い指向性を示すものとな
る。

またこの発明の光ファイバセンサ部を２個以上連続して
接続し、光ファイバ音響センサを構成すれば、測定する
音響波の指向性をより向上させることができる。

さらに光ファイバセンサ部の巻回体のコイル形状や巻回
のピッチを変更することにより、光ファイバセンサ部の
指向性を変更することができ、所望の指向性を示す光フ
ァイバ音響センサを容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はいずれもこの発明の光ファイバ音
響センサの光ファイバセンサ部の一実施例をそれぞれ示
した概略構成図、第４図は従来の光ファイバ音響センサ
の一例を示した概略構成図、第５図は従来の光ファイバ
センサ部の一例を示した概略構成図、第６図は第２図に
示した光ファイバセンサ部の指向性を示したグラフ、第
７図は第３図に示した光ファイバセンサ部の指向性を示
したグラフである。 １・・・光源、 ５・・・光ファイバセンサ部、 ６・・・シングルモード光ファイバ、 ７・・・巻回体、 １１・・・遮蔽体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源から入射した測定光を光ファイバセンサ部の
   光弾性効果および光ファイバの伸縮によって位相変化さ
   せ、この位相変化を受けた測定光と参照光との干渉によ
   り音響波を検出する光ファイバ音響センサにおいて、 光ファイバセンサ部を、シングルモードファイバを互い
   に接触しないようにコイル状に巻回してなる巻回体によ
   り構成し、この巻回体の一部を遮蔽したことを特徴とす
   る光ファイバ音響センサ（２）光源から入射した測定光
   を光ファイバセンサ部の光弾性効果および光ファイバの
   伸縮によって位相変化させ、この位相変化を受けた測定
   光と参照光との干渉により音響波を検出する光ファイバ
   音響センサにおいて、 光ファイバセンサ部を、シングルモードファイバを互い
   に接触しないようにコイル状に巻回してなる巻回体によ
   り構成し、この巻回体の直径を測定する音響波の波長の
   １／２としたことを特徴とする光ファイバ音響センサ