JPH02107927A - 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、耐環境性が良好な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およ
び光ファイバの伸縮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ザは、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５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したものである。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プラ等の分岐器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６図に示したようにシングルモードファイバ
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
率が変化し、また光ファイバの長さが変化する。一般的
に光ファイバの長さ方向の変化が支配的である。よって
光ファイバセンサ部５内を通過した測定光は、この光フ
ァイバの長さの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ｌＯ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光ファイバ音響センザでは、音響波
が伝播される媒体と光ファイバセンサ部５とを直接接触
させるので、たとえば海中を航行する船舶や魚群等の探
知をする場合には、光ファイバセンサ部５が海水中に長
時間浸漬された状態となる。このような使用情況に備え
て、通常、光ファイバセンサ部５を構成する光ファイバ
の表面は、光ファイバセンサ部５の測定精度を低下させ
ない程度の厚さの保護被膜が形成されているが、海水中
への長時間の浸漬により、保護被膜が劣化され、表面の
微細な傷から光ファイバ内へ海水が侵入し、光ファイバ
センサ部５の特性を低下させ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あ
って、耐環境性が良好な光ファイバ音響センサを提供す
ることを目的としている。

１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、上記光ファイバセンサ部を
、密閉容器の一部に設けられた窓を封止し、かつ音響波
を受けて振動する振動体と、上記密閉容器内部側からこ
の振動体上に取り付けられたシングルモードファイバと
から構成することをその解決手段とした。

［作用］ 密閉容器の一部に設けられた窓を封止し、かつ音響波を
受けて振動する振動体と、」−記密閉容器内部側からこ
の振動体上に取り付けられたシングルモードファイバと
から光ファイバセンサ部を構成したので、シングルモー
ドファイバが海水等の音響波を伝播する媒体中に直接浸
漬されることがなくなり、光ファイバ音響センサの耐環
境性が向上する。

以下、この発明の詳細な説明する。

第１図はこの発明の光ファイバ音響センサの一例を示し
たものである。この光ファイバ音響センサが第５図に示
したものと異なるところは、密閉容器１１内に光ファイ
バ音響センサを収容したところと、この密閉容器１１の
一部に窓１２を設け、この窓１２を音響波によって振動
する振動体１３により封止し、この振動体Ｉ３上に密閉
容器１１内部側よりシングルモードファイバを取り付け
て光ファイバセンサ部５を構成したところである。

密閉容器ＩＩは、その内部側に光ファイバ音響センザを
収容することにより保護するものであって、海水等に対
しても防食性を有し、密閉性の良好なプラスチックや金
属の箱体等からなる。この密閉容器１１の任意の位置に
は任意形状の窓１２が設けられており、この窓１２には
振動体１３が密閉容器１１の密閉性を低下させることな
く、かつ振動可能に取り付けられ、さらにこの振動体１
３上には、密閉容器１１内部側からシングルモードファ
イバ６が取り付けられて、光ファイバセンサ部５を構成
している。第２図はシングルモードファイバ６と振動体
１３とからなる光ファイバセンサ部５の一例を示したも
のである。振動体１３は音響波を受けて振動する剛性を
有する板体であって、密閉容器１１の密閉性を低下させ
ることのないように、窓１２よりも大きな面積を有する
金属やプラスチック等からなるものである。そしてこの
振動体Ｉ３上には、密閉容器１１内部側から導かれたシ
ングルモードファイバ６が矩形渦巻き状に取り付けられ
ている。この光ファイバセンサ部５を構成するシングル
モードファイバとしては、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」二を図るの
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Ｉ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
。

このような光ファイバ音響センサは密閉容器ｌｌ内に収
納されているので、音響波を伝播する媒体と隔てられて
おり、直接接触することがないものの、媒体中を伝播さ
れた音響波は密閉容器１１の一部に取り付けられた振動
体１３を振動させる。

音響波を受けて振動体Ｉ３が振動すると、この振動体１
３上に取り付けられたシングルモードファイバ６も共に
振動する。その結果シングルモードファイバ６が直接音
響波を受けた場合と同様に、シングルモードファイバが
伸縮し、シングルモードファイバ６内を伝送される測定
光が位相変化を起こすので、これにより音響波を測定す
ることができる。

このように、光ファイバセンサ部５を、密閉容器１１の
一部に設けられた窓１２を封止し、かつ音響波を受けて
振動する振動体１３と、密閉容器１１内部側から振動体
１３上に取り付けられたシングルモードファイバとから
構成すると、音響波を伝播する媒体と光ファイバセンサ
部５を構成するシングルモードファイバとが直接接触す
ることがないので、長時間使用する場合にも光ファイバ
センサ部５が劣化することがなくなる。また密閉容器１
１内に光ファイバ音響センサを収容しても、振動体１３
を介して音響波を検出することができるので、耐環境性
が良好で信頼性の高いセンサとすることができる。

さらに振動体１３は密閉容器１１の一部に設けられた窓
Ｉ２に取り付けられているので、窓１２が開口している
方向の音響波しか受けることができなくなるので、光フ
ァイバ音響センサに指向性を付与することができる。

なお光ファイバセンサ部５は、第２図に示したように矩
形の振動体１３に矩形渦巻き状にシングルモードファイ
バ６を取り付けたちの以外にも、音響波を受けて振動す
る振動体１３と、この振動体１３上に密閉容器ＩＩ内部
側から取り付けられたシングルモードファイバ６であれ
ば特に限定されるものではなく、たとえば円板状の振動
体Ｉ３上に編み目状やループ状等にシングルモードファ
イバ６を取り付けたもの等により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。

またこの例では、密閉容器ｌｌ内に光ファイバ音響セン
サの全部を収納したが、光ファイバセンサ部５のみを密
閉容器ｌｌ内に収容し、光ファイバセンサ部５のみを海
水等の音響波の媒体中に浸漬し、遠隔操作により音響波
の測定を行っても良い また窓１２が形成された密閉容器１１の外壁には、窓１
２を囲むように集波体１４を設けても良い。第３図およ
び第４図は、この集波体１４の一例を示したもので、第
３図に示したものは窓１２を底面とする円錐体、第４図
に示したものは円柱の内部側を円錐台状にくりぬき、こ
の円錐台の上底面を窓１２としたホーン状体からなる。

このように窓Ｉ２に集波体１４を取り付けると、媒体中
を伝播される音響波を効率良く集波し、振動体１３に伝
えることができるので、光ファイバセンサ部５の音響波
の検出感度を向上させることができ好適である。さらに
このような集波体１４を設けると、集波体Ｉ４が開口し
ている方向から伝播される音響波を他方向の音響波に比
べて効率良く集波することができるので、光ファイバ音
響センサの指向性をさらに向上させることができる。

［実施例］ （実施例１） コア径８μｍ１　クラツド径１２５μｍ１被覆外径０．
４ｍｍの応力付与型偏波面保持ファイバ２．０ｍと、厚
さ０．７５ｍｍ、−辺の長さが７５ｍｍの正方形のプラ
スチック板とを用意し、このプラスデック板上に第２図
に示したような矩形渦巻き状に上記応力付与型偏波面保
持ファイバを取り付けて光ファイバセンサ部とした。ま
たプラスデック製の箱体からなる密閉容器を用意し、こ
の一部に一辺の長さが７０ｍｍの正方形の窓を形成し、
この密閉容器内に上記プラスデック板を光ファイバが内
部側になるように密封して取り付け、第１図に示した光
ファイバ音響センサを作成した。このようにして得られ
た光ファイバ音響センザに空気中で周波数３．６ｋｌ−
１ｚ、音圧５．２ＸＩ０５７ｚＰａ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サ部は振動板の厚さ
方向に対して高い指向性を示すことが確認できた。

次にこの光ファイバ音響センサが高い指向性を示す２７
０°の方向から周波数３．６ｋＨｚの音響波を音圧を徐
々に変化させて、干渉計の出力を測定した。この結果を
第８図に示した。この結果より、音響波の音圧と干渉計
の出力とは良好な直線性を示し、この光ファイバ音響セ
ンサは振動板を介在させても音響波の検出を十分に行う
ことができ、実用に適するものであることが確認できた
。

［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、上記
光ファイバセンサ部を、密閉容器の一部に設けられた窓
を封止し、かつ音響波を受けて振動する振動体と、上記
密閉容器内部側からこの振動体上に取り付けられたシン
グルモードファイバとから構成したものであるので、音
響波を伝播する媒体中に光ファイバ音響センサが直接暴
露されないので、光ファイバの劣化が抑制され、光ファ
イバ音響センサの寿命と信頼性とを向上させることがで
きる。また振動体を介して音響波を検出することができ
るので、音響波に対する感度も十分であり、実用に適し
たものとなる。

さらにこの発明の光ファイバ音響センサは、密閉容器内
に収納されたものであるので、測定中に突起物等により
光ファイバ音響センザが破壊されることがないと共に、
光ファイバセンサ部を構成するシングルモードファイバ
に特別の被覆等を施す必要がなくなるので、材料の選択
度が広くなり、測定する音響波や媒体に適合した材料を
用いることができる。

また光ファイバセンサ部を、密閉容器に形成された窓を
封止する振動板と、シングルモードファイバとによって
構成したので、振動板の厚さ方向のみの音響波を測定で
き、光ファイバ音響センザに高い指向性を付与すること
ができる。

さらに密閉容器に形成された窓の外部に音響波を効率良
く集波する集波体を設けると、高感度で指向性の高い測
定を行うことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の光ファイバ音響センサの一例を示し
た概略構成図、第２図は第１図に示した光ファイバ音響
センサに好適に用いられる光ファイバセンサ部を示した
概略構成図、第３図および第４図はいずれも第１図に示
した光ファイバ音響センサに取り付けられる集波体の一
例を示した概略断面図、第５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６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７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８図は第２図に示した光ファイバセンサ部に音圧
を変化させて音響波を与えたときの出力の変化を示した
グラフである。 ｌ・・・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、 ・・密閉容器、 ・窓、 ３・・・振動体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、 上記光ファイバセンサ部を、密閉容器の一部に設けられ
   た窓を封止し、かつ音響波を受けて振動する振動体と、
   上記密閉容器内部側からこの振動体上に取り付けられた
   シングルモードファイバとから構成することを特徴とす
   る光ファイバ音響センサ