JPH06109530A - 光音響センサアレイシステム - Google Patents
光音響センサアレイシステムInfo
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- JPH06109530A JPH06109530A JP26177792A JP26177792A JPH06109530A JP H06109530 A JPH06109530 A JP H06109530A JP 26177792 A JP26177792 A JP 26177792A JP 26177792 A JP26177792 A JP 26177792A JP H06109530 A JPH06109530 A JP H06109530A
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- Japan
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- optical
- sensor array
- coupler
- pulse
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 センシングファイバ及び伝送用光ファイバ上
の雑音発生を軽減し、信号音波の最小検出限界の向上を
図る。 【構成】 光源１１から出力された光パルスＥは、カプ
ラ１２を介して１段目のカプラ２１−１へ送られ、該カ
プラ２１−１で、第１と第２の光パルスに分岐され、該
第１の光パルスがカプラ２２−１へ、第２の光パルスが
遅延ファイバ２４−１へそれぞれ送られる。カプラ２１
−１で分岐された第１の光パルスは、カプラ２２−１で
２つに分岐され、その一方がセンシングファイバ２３Ｓ
−１へ、他方がリファレンスファイバ２３Ｒ−１へそれ
ぞれ送られる。センシングファイバ２３Ｓ−１及びリフ
ァレンスファイバ２３Ｒ−１からの戻りパルスは、カプ
ラ２２−１で結合され、カプラ２１−１，１２を介しＯ
／Ｅ変換器３１で混合され干渉される。このＯ／Ｅ変換
器３１の出力は、位相検出器３２で検波される。
の雑音発生を軽減し、信号音波の最小検出限界の向上を
図る。 【構成】 光源１１から出力された光パルスＥは、カプ
ラ１２を介して１段目のカプラ２１−１へ送られ、該カ
プラ２１−１で、第１と第２の光パルスに分岐され、該
第１の光パルスがカプラ２２−１へ、第２の光パルスが
遅延ファイバ２４−１へそれぞれ送られる。カプラ２１
−１で分岐された第１の光パルスは、カプラ２２−１で
２つに分岐され、その一方がセンシングファイバ２３Ｓ
−１へ、他方がリファレンスファイバ２３Ｒ−１へそれ
ぞれ送られる。センシングファイバ２３Ｓ−１及びリフ
ァレンスファイバ２３Ｒ−１からの戻りパルスは、カプ
ラ２２−１で結合され、カプラ２１−１，１２を介しＯ
／Ｅ変換器３１で混合され干渉される。このＯ／Ｅ変換
器３１の出力は、位相検出器３２で検波される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ソーナのような水中音
響センサアレイ等に用いられ、音波情報を光信号の形で
検出するための光ファイバを利用した多チャネルの光音
響センサアレイシステムに関するものである。
響センサアレイ等に用いられ、音波情報を光信号の形で
検出するための光ファイバを利用した多チャネルの光音
響センサアレイシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば次のような文献に記載されるものがあった。 文献；ジャーナル オブ ライトウェーブ テクノロジ
ー （JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY)、ＬＴ−５
［７］（１９８７−７）ＩＥＥＥ（米）J.L.BROOKS, B.
MOSLEHI, B.Y.KIM and H.J.SHAW “Time-Domein Addres
sing of Remote Fiber-Optic Interferometric Sensor
Arrays”Ｐ．１０１４−１０２３ 図３は、前記文献に記載された従来の多チャネルの干渉
型光音響センサアレイシステムの一例を示す構成図であ
る。この光音響センサアレイシステムは、時分割多重方
式であり、周波数変調（以下、ＦＭという）を施した光
パルスを出力する光源１を有し、その出力側には、複数
の分岐用カプラ２−１，２−２，２−３，…とセンシン
グファイバ３−１，３−２，…とが順次縦続接続されて
いる。各分岐用カプラ２−１，２−２，２−３，…のも
う一方の出力側には、受光用カプラ４−１，４−２，４
−３，…がそれぞれ接続され、それらの出力側に遅延時
間補償用の補償器６が接続されている。補償器６は、入
出力側のカプラ６ａ，６ｂと遅延コイル６ｃとで構成さ
れ、その出力側に、光／電気変換器（以下、Ｏ／Ｅ変換
器という）７が接続されている。Ｏ／Ｅ変換器７の出力
側には、該Ｏ／Ｅ変換器７の電気信号を音圧に変換する
処理器８が接続されている。
例えば次のような文献に記載されるものがあった。 文献；ジャーナル オブ ライトウェーブ テクノロジ
ー （JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY)、ＬＴ−５
［７］（１９８７−７）ＩＥＥＥ（米）J.L.BROOKS, B.
MOSLEHI, B.Y.KIM and H.J.SHAW “Time-Domein Addres
sing of Remote Fiber-Optic Interferometric Sensor
Arrays”Ｐ．１０１４−１０２３ 図３は、前記文献に記載された従来の多チャネルの干渉
型光音響センサアレイシステムの一例を示す構成図であ
る。この光音響センサアレイシステムは、時分割多重方
式であり、周波数変調（以下、ＦＭという）を施した光
パルスを出力する光源１を有し、その出力側には、複数
の分岐用カプラ２−１，２−２，２−３，…とセンシン
グファイバ３−１，３−２，…とが順次縦続接続されて
いる。各分岐用カプラ２−１，２−２，２−３，…のも
う一方の出力側には、受光用カプラ４−１，４−２，４
−３，…がそれぞれ接続され、それらの出力側に遅延時
間補償用の補償器６が接続されている。補償器６は、入
出力側のカプラ６ａ，６ｂと遅延コイル６ｃとで構成さ
れ、その出力側に、光／電気変換器（以下、Ｏ／Ｅ変換
器という）７が接続されている。Ｏ／Ｅ変換器７の出力
側には、該Ｏ／Ｅ変換器７の電気信号を音圧に変換する
処理器８が接続されている。
【０００３】図４は、補償器６から出力される光パルス
Ｈ２−１ｂ，Ｈ２−２ｂの出力波形図である。図４中の
Ｔは、遅延時間である。この図を参照しつつ、図３に示
す光音響センサアレイシステムの動作を説明する。光源
１より光パルスが送出されると、その光パルスが分岐用
カプラ２−１で第１と第２の光パルスＨ２−１ａ，Ｈ２
−１ｂの２出力に分割される。第２の光パルスＨ２−１
ｂは、直ちに受光用カプラ４−１を介して、補償器６及
びＯ／Ｅ変換器７側へ戻される。この第２の光パルスＨ
２−１ｂは、センシングファイバ３−１の光パルスの位
相を検出するための参照光（リファレンス光）となる。
分岐用カプラ２−１から出力される第１の光パルスＨ２
−１ａは、センシングファイバ３−１へ送られる。セン
シングファイバ３−１に音圧が印加されていると、その
光ファイバの屈折率及びファイバ長が変化し、伝搬光の
位相が変化するため、該位相変化を利用して音波情報を
検出することができる。
Ｈ２−１ｂ，Ｈ２−２ｂの出力波形図である。図４中の
Ｔは、遅延時間である。この図を参照しつつ、図３に示
す光音響センサアレイシステムの動作を説明する。光源
１より光パルスが送出されると、その光パルスが分岐用
カプラ２−１で第１と第２の光パルスＨ２−１ａ，Ｈ２
−１ｂの２出力に分割される。第２の光パルスＨ２−１
ｂは、直ちに受光用カプラ４−１を介して、補償器６及
びＯ／Ｅ変換器７側へ戻される。この第２の光パルスＨ
２−１ｂは、センシングファイバ３−１の光パルスの位
相を検出するための参照光（リファレンス光）となる。
分岐用カプラ２−１から出力される第１の光パルスＨ２
−１ａは、センシングファイバ３−１へ送られる。セン
シングファイバ３−１に音圧が印加されていると、その
光ファイバの屈折率及びファイバ長が変化し、伝搬光の
位相が変化するため、該位相変化を利用して音波情報を
検出することができる。
【０００４】第１の光パルスＨ２−１ａは、さらに分岐
用カプラ２−２で第１と第２の光パルスＨ２−２ａ，Ｈ
２−２ｂの２出力に分割され、第２の光パルスＨ２−２
ｂが補償器６及びＯ／Ｅ変換器７側へ戻され、第１の光
パルスＨ２−２ａが次段のセンシングファイバ３−２へ
と、次々に送られていく。センシングファイバ３−１等
のファイバ長は、伝搬時間がＴ秒となるように設定され
ている。補償器６は、遅延コイル６ｃと入出力段に設け
られたカプラ６ａ，６ｂとで構成され、第２の光パルス
Ｈ２−１ｂの第２パルスと第２の光パルスＨ２−２ｂの
第１パルスとを時間的に重なり合わせ、その重ね合った
光パルスを出力する。補償器６から出力された光パルス
は、Ｏ／Ｅ変換器７で混合され、干渉作用によって位相
が検出され、処理器８で音圧に変換される。他のセンシ
ングファイバ３−２等の音圧も、前記と同様にして算出
される。
用カプラ２−２で第１と第２の光パルスＨ２−２ａ，Ｈ
２−２ｂの２出力に分割され、第２の光パルスＨ２−２
ｂが補償器６及びＯ／Ｅ変換器７側へ戻され、第１の光
パルスＨ２−２ａが次段のセンシングファイバ３−２へ
と、次々に送られていく。センシングファイバ３−１等
のファイバ長は、伝搬時間がＴ秒となるように設定され
ている。補償器６は、遅延コイル６ｃと入出力段に設け
られたカプラ６ａ，６ｂとで構成され、第２の光パルス
Ｈ２−１ｂの第２パルスと第２の光パルスＨ２−２ｂの
第１パルスとを時間的に重なり合わせ、その重ね合った
光パルスを出力する。補償器６から出力された光パルス
は、Ｏ／Ｅ変換器７で混合され、干渉作用によって位相
が検出され、処理器８で音圧に変換される。他のセンシ
ングファイバ３−２等の音圧も、前記と同様にして算出
される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成のシステムでは、信号音波の印加されたセンシングフ
ァイバ通過の光パルスとリファレンス光のパルスとでは
部分的ではあるが別々の経路を通過する。例えば、光パ
ルスＨ２−２ｂは、光パルスＨ２−１ｂに比べてセンシ
ングファイバ３−１、分岐用カプラ２−２、及び受光用
カプラ４−２と、別経路を通過することになる。そのた
め、センシングファイバ３−１，３−２，…及び伝送用
の光ファイバ上に振動または温度等の外乱が加わったと
き、光パルスは音圧に応答すると同時に、外乱にも応答
し、処理器８で算出される音圧情報の中で雑音として加
算される。この雑音は、信号音波の最小検出限界を劣化
させることになり、従来の構成でそれらを解決すること
が困難であった。本発明は、前記従来技術が持っていた
課題として、センシングファイバ及び伝送用光ファイバ
上の雑音発生の問題を軽減し、信号音波の最小検出限界
の良好な光音響センサアレイシステムを提供するもので
ある。
成のシステムでは、信号音波の印加されたセンシングフ
ァイバ通過の光パルスとリファレンス光のパルスとでは
部分的ではあるが別々の経路を通過する。例えば、光パ
ルスＨ２−２ｂは、光パルスＨ２−１ｂに比べてセンシ
ングファイバ３−１、分岐用カプラ２−２、及び受光用
カプラ４−２と、別経路を通過することになる。そのた
め、センシングファイバ３−１，３−２，…及び伝送用
の光ファイバ上に振動または温度等の外乱が加わったと
き、光パルスは音圧に応答すると同時に、外乱にも応答
し、処理器８で算出される音圧情報の中で雑音として加
算される。この雑音は、信号音波の最小検出限界を劣化
させることになり、従来の構成でそれらを解決すること
が困難であった。本発明は、前記従来技術が持っていた
課題として、センシングファイバ及び伝送用光ファイバ
上の雑音発生の問題を軽減し、信号音波の最小検出限界
の良好な光音響センサアレイシステムを提供するもので
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、前記課題
を解決するために、ＦＭ変調を施した光パルスを用い、
音波を光の形で検出する複数個のセンサを時分割多重で
アレイ化した光音響センサアレイシステムにおいて、１
本の伝送用光ファイバに複数個の分岐用カプラを用いて
前記センサを複数個分岐接続し、かつその各センサの反
射出力を入力側に戻す接続構成としている。第２の発明
では、第１の発明と同様の光音響センサアレイシステム
において、前記各センサは、センシングファイバ及びリ
ファレンスファイバを有し、その両ファイバとも音波に
対して極性反転の振動モード、及び環境の外乱に対して
同一位相の振動モードとなるように実装した構造にして
いる。
を解決するために、ＦＭ変調を施した光パルスを用い、
音波を光の形で検出する複数個のセンサを時分割多重で
アレイ化した光音響センサアレイシステムにおいて、１
本の伝送用光ファイバに複数個の分岐用カプラを用いて
前記センサを複数個分岐接続し、かつその各センサの反
射出力を入力側に戻す接続構成としている。第２の発明
では、第１の発明と同様の光音響センサアレイシステム
において、前記各センサは、センシングファイバ及びリ
ファレンスファイバを有し、その両ファイバとも音波に
対して極性反転の振動モード、及び環境の外乱に対して
同一位相の振動モードとなるように実装した構造にして
いる。
【０００７】
【作用】第１の発明によれば、以上のように光音響セン
サアレイシステムを構成したので、光ファイバを用いた
音響センサのアレイ化に対して、１本の伝送用光ファイ
バに分岐用カプラを用いて複数個のセンサを分岐接続
し、その各センサの反射出力を入力側に戻す接続構成
は、センシング光及びリファレンス光が同一の伝送用光
ファイバ上を通過し、該伝送用光ファイバ上に加わる振
動等の外乱に対し、同一モード（コモンモード）にする
働きがある。第２の発明によれば、各センサをセンシン
グファイバ及びリファレンスファイバとも音波に対して
極性反転の振動モード、及び環境の外乱に対して同一位
相の振動モードとなるように実装した構造は、コモンモ
ードで振動等の外乱が加わるように動作する。これによ
り、センシングファイバ及び伝送用光センサファイバ上
の雑音発生の軽減化が図れ、信号音波の最小検出限界の
良好な音響センサアレイシステムの提供が行える。従っ
て、前記課題を解決できるのである。
サアレイシステムを構成したので、光ファイバを用いた
音響センサのアレイ化に対して、１本の伝送用光ファイ
バに分岐用カプラを用いて複数個のセンサを分岐接続
し、その各センサの反射出力を入力側に戻す接続構成
は、センシング光及びリファレンス光が同一の伝送用光
ファイバ上を通過し、該伝送用光ファイバ上に加わる振
動等の外乱に対し、同一モード（コモンモード）にする
働きがある。第２の発明によれば、各センサをセンシン
グファイバ及びリファレンスファイバとも音波に対して
極性反転の振動モード、及び環境の外乱に対して同一位
相の振動モードとなるように実装した構造は、コモンモ
ードで振動等の外乱が加わるように動作する。これによ
り、センシングファイバ及び伝送用光センサファイバ上
の雑音発生の軽減化が図れ、信号音波の最小検出限界の
良好な音響センサアレイシステムの提供が行える。従っ
て、前記課題を解決できるのである。
【０００８】
【実施例】図１は、本発明の実施例を示す多チャネルの
干渉型光音響センサアレイシステムの構成図である。こ
の光音響センサアレイシステムは、時分割多重方式であ
り、光パルスを送出すると共に戻りパルスを分離受信す
るパルス発生手段１０を有し、その入出力端側にはセン
サアレイ２０が接続され、さらに該パルス発生手段１０
の出力端側に、光位相検出手段３０が接続されている。
パルス発生手段１０は、制御信号ＣＳに基づき、パルス
幅ｄのＦＭ変調波の光パルスＥを発生する光源１１を有
し、その出力側に、送受用カプラ１２が接続されてい
る。送受用カプラ１２は、光源１１からの光パルスＥを
入出力端からセンサアレイ２０へ送出すると共に、該セ
ンサアレイ２０からの戻りパルスを出力端から光位相検
出手段３０へ送出する機能を有している。
干渉型光音響センサアレイシステムの構成図である。こ
の光音響センサアレイシステムは、時分割多重方式であ
り、光パルスを送出すると共に戻りパルスを分離受信す
るパルス発生手段１０を有し、その入出力端側にはセン
サアレイ２０が接続され、さらに該パルス発生手段１０
の出力端側に、光位相検出手段３０が接続されている。
パルス発生手段１０は、制御信号ＣＳに基づき、パルス
幅ｄのＦＭ変調波の光パルスＥを発生する光源１１を有
し、その出力側に、送受用カプラ１２が接続されてい
る。送受用カプラ１２は、光源１１からの光パルスＥを
入出力端からセンサアレイ２０へ送出すると共に、該セ
ンサアレイ２０からの戻りパルスを出力端から光位相検
出手段３０へ送出する機能を有している。
【０００９】センサアレイ２０は、送受用カプラ１２か
らの光パルスを第１と第２の光パルスに分岐する複数の
分岐用カプラ２１−１，２１−２，２１−３，…と、該
第１の光パルスを分岐する複数のセンサ用カプラ２２−
１，２２−２，２２−３，…と、先端にミラーと同等な
完全反射体２３Ｓａが付加されたファイバ等からなる複
数のセンシングファイバ２３Ｓ−１，２３Ｓ−２，２３
Ｓ−３，…と、先端に完全反射体２３Ｓｂが付加された
ファイバ等からなる複数のリファレンスファイバ２３Ｒ
−１，２３Ｒ−２，２３Ｒ−３，…と、該第２の光パル
スを所定時間遅らせる複数の遅延ファイバ２４−１，２
４−２，２４−３，…とで、構成されている。光位相検
出手段３０は、送受用カプラ１２の出力端からの戻りパ
ルスを検出するもので、その戻りパルスを検波して電気
信号に変換するＯ／Ｅ変換器３１と、該検波出力から位
相を検出する位相検出器３２とで構成されている。
らの光パルスを第１と第２の光パルスに分岐する複数の
分岐用カプラ２１−１，２１−２，２１−３，…と、該
第１の光パルスを分岐する複数のセンサ用カプラ２２−
１，２２−２，２２−３，…と、先端にミラーと同等な
完全反射体２３Ｓａが付加されたファイバ等からなる複
数のセンシングファイバ２３Ｓ−１，２３Ｓ−２，２３
Ｓ−３，…と、先端に完全反射体２３Ｓｂが付加された
ファイバ等からなる複数のリファレンスファイバ２３Ｒ
−１，２３Ｒ−２，２３Ｒ−３，…と、該第２の光パル
スを所定時間遅らせる複数の遅延ファイバ２４−１，２
４−２，２４−３，…とで、構成されている。光位相検
出手段３０は、送受用カプラ１２の出力端からの戻りパ
ルスを検出するもので、その戻りパルスを検波して電気
信号に変換するＯ／Ｅ変換器３１と、該検波出力から位
相を検出する位相検出器３２とで構成されている。
【００１０】図２は、図１のセンシングファイバ及びリ
ファレンスファイバの取付構造の一例を示す図である。
例えば、センシングファイバ２３Ｓ−１及びリファレン
スファイバ２３Ｒ−１は、２つの円盤状の振動板４１，
４２にそれぞれ円形状に接着剤等で固定されている。こ
の振動板４１，４２は、円筒形の架台５０で上下に支持
されている。
ファレンスファイバの取付構造の一例を示す図である。
例えば、センシングファイバ２３Ｓ−１及びリファレン
スファイバ２３Ｒ−１は、２つの円盤状の振動板４１，
４２にそれぞれ円形状に接着剤等で固定されている。こ
の振動板４１，４２は、円筒形の架台５０で上下に支持
されている。
【００１１】次に、図１及び図２に示す光音響センサア
レイシステムの動作を説明する。図１に示すパルス発生
手段１０内の光源１１は、制御信号ＣＳにより、次式の
ようなパルス幅ｄのＦＭ変調波の光パルスＥを発生す
る。 Ｅ＝Ｅ0 ・ｃｏｓ［２πｖｔ＋（ｆd ／ｆ0 ）・ｃｏｓ２πｆ0 ｔ］ 但し、ｆ0 ；ＦＭ変調波の変調周波数 ｆd ；最大周波数偏移 ｖ ；光波の周波数 この光パルスＥは、送受用カプラ１２を介してセンサア
レイ２０内の１段目の分岐用カプラ２１−１へ送られ、
その分岐用カプラ２１−１で、第１と第２の光パルスに
分岐され、該第１の光パルスがセンサ用カプラ２２−１
へ、第２の光パルスが遅延ファイバ２４−１へそれぞれ
送られる。分岐用カプラ２１−１で分岐された第１の光
パルスは、センサ用カプラ２２−１で２つに分岐され、
その一方がセンシングファイバ２３Ｓ−１へ、他方がリ
ファレンスファイバ２３Ｒ−１へそれぞれ送られる。
レイシステムの動作を説明する。図１に示すパルス発生
手段１０内の光源１１は、制御信号ＣＳにより、次式の
ようなパルス幅ｄのＦＭ変調波の光パルスＥを発生す
る。 Ｅ＝Ｅ0 ・ｃｏｓ［２πｖｔ＋（ｆd ／ｆ0 ）・ｃｏｓ２πｆ0 ｔ］ 但し、ｆ0 ；ＦＭ変調波の変調周波数 ｆd ；最大周波数偏移 ｖ ；光波の周波数 この光パルスＥは、送受用カプラ１２を介してセンサア
レイ２０内の１段目の分岐用カプラ２１−１へ送られ、
その分岐用カプラ２１−１で、第１と第２の光パルスに
分岐され、該第１の光パルスがセンサ用カプラ２２−１
へ、第２の光パルスが遅延ファイバ２４−１へそれぞれ
送られる。分岐用カプラ２１−１で分岐された第１の光
パルスは、センサ用カプラ２２−１で２つに分岐され、
その一方がセンシングファイバ２３Ｓ−１へ、他方がリ
ファレンスファイバ２３Ｒ−１へそれぞれ送られる。
【００１２】センシングファイバ２３Ｓ−１及びリファ
レンスファイバ２３Ｒ−１では、次のように動作する。
即ち、図２において、信号の音圧が印加された状態で
は、例えば音波の圧縮時に振動板４１，４２が内側に圧
縮され、センシングファイバ２３Ｓ−１が縮み、リファ
レンスファイバ２３Ｒ−１が伸び、入力された光パルス
の位相の極性が反転するため、干渉時に位相が２倍とな
って音圧換算値も２倍と高くなる。また、外乱として上
下振動が加わった状態では、上下の振動板４１，４２が
同一振動モード（コモンモード）となる。そのため、セ
ンシングファイバ２３Ｓ−１及びリファレンスファイバ
２３Ｒ−１の光パルスが同位相となり、干渉時に外乱が
キャンセルされ、結果的に振動による妨害雑音が除去さ
れる。
レンスファイバ２３Ｒ−１では、次のように動作する。
即ち、図２において、信号の音圧が印加された状態で
は、例えば音波の圧縮時に振動板４１，４２が内側に圧
縮され、センシングファイバ２３Ｓ−１が縮み、リファ
レンスファイバ２３Ｒ−１が伸び、入力された光パルス
の位相の極性が反転するため、干渉時に位相が２倍とな
って音圧換算値も２倍と高くなる。また、外乱として上
下振動が加わった状態では、上下の振動板４１，４２が
同一振動モード（コモンモード）となる。そのため、セ
ンシングファイバ２３Ｓ−１及びリファレンスファイバ
２３Ｒ−１の光パルスが同位相となり、干渉時に外乱が
キャンセルされ、結果的に振動による妨害雑音が除去さ
れる。
【００１３】このようなセンシングファイバ２３Ｓ−１
及びリファレンスファイバ２３Ｒ−１の動作により、該
センシングファイバ２３Ｓ−１通過の光パルスＥ
1 （ｔ）、及びリファレンスファイバ２３Ｒ−１通過の
光パルスＥ2 （ｔ）がそれぞれ次式のようになる。 Ｅ1 （ｔ）＝Ｅ1 ・ｃｏｓ ［２πｖｔ＋（ｆd ／ｆ0 ）・ｃｏｓ２πｆ0 ｔ＋Δφ／２］ Ｅ2 （ｔ）＝Ｅ2 ・ｃｏｓ ［２πｖｔ＋（ｆd ／ｆ0 ）・ｃｏｓ２πｆ0 ｔ−Δφ／２］ 但し、Δφ／２；信号音圧による光パルスの位相変化量 これらの戻りパルスは、センサ用カプラ２２−１で結合
され、分岐用カプラ２１−１及び送受用カプラ１２を介
して光位相検出手段３０内のＯ／Ｅ変換器３１で混合さ
れ、干渉することになる。Ｏ／Ｅ変換器３１の出力電流
ｉは、センシングファイバ２３Ｓ−１のファイバ長をＬ
1 、及びリファレンスファイバ２３Ｒ−１のファイバ長
をＬ2 とすると、次式で表わせる。 ｉ＝Ａ｜Ｅ1 （ｔ＋Ｌ1 ／ｃ）＋Ｅ2 （ｔ＋Ｌ2 ／ｃ）｜2 ＝Ｂ＋Ｆ・ｃｏｓ（Ｄ・ｃｏｓ２πｆ0 ｔ＋Δφ） 但し、ｃ；ファイバ内の光速 Ａ，Ｂ，Ｆ；比例定数 ここで、Ｄは、
及びリファレンスファイバ２３Ｒ−１の動作により、該
センシングファイバ２３Ｓ−１通過の光パルスＥ
1 （ｔ）、及びリファレンスファイバ２３Ｒ−１通過の
光パルスＥ2 （ｔ）がそれぞれ次式のようになる。 Ｅ1 （ｔ）＝Ｅ1 ・ｃｏｓ ［２πｖｔ＋（ｆd ／ｆ0 ）・ｃｏｓ２πｆ0 ｔ＋Δφ／２］ Ｅ2 （ｔ）＝Ｅ2 ・ｃｏｓ ［２πｖｔ＋（ｆd ／ｆ0 ）・ｃｏｓ２πｆ0 ｔ−Δφ／２］ 但し、Δφ／２；信号音圧による光パルスの位相変化量 これらの戻りパルスは、センサ用カプラ２２−１で結合
され、分岐用カプラ２１−１及び送受用カプラ１２を介
して光位相検出手段３０内のＯ／Ｅ変換器３１で混合さ
れ、干渉することになる。Ｏ／Ｅ変換器３１の出力電流
ｉは、センシングファイバ２３Ｓ−１のファイバ長をＬ
1 、及びリファレンスファイバ２３Ｒ−１のファイバ長
をＬ2 とすると、次式で表わせる。 ｉ＝Ａ｜Ｅ1 （ｔ＋Ｌ1 ／ｃ）＋Ｅ2 （ｔ＋Ｌ2 ／ｃ）｜2 ＝Ｂ＋Ｆ・ｃｏｓ（Ｄ・ｃｏｓ２πｆ0 ｔ＋Δφ） 但し、ｃ；ファイバ内の光速 Ａ，Ｂ，Ｆ；比例定数 ここで、Ｄは、
【数１】 となり、所要の値となるように（Ｌ2 −Ｌ1 ）、ｆd 等
を設定する。この場合、リファレンスファイバ２３Ｒ−
１のファイバ長Ｌ2 とセンシングファイバ２３Ｓ−１の
ファイバ長Ｌ1 との差（Ｌ2 −Ｌ1 ）は、極力小さく設
定する。例えば、数ｃｍとなる。Ｏ／Ｅ変換器３１の出
力電流ｉは、位相検出器３２で検波されて光パルスの位
相変化量Δφが検出され、信号音圧に換算されることに
なる。分岐用カプラ２１−１の出力端に接続された遅延
ファイバ２４−１は、往復伝搬遅延がＴ秒となるように
設定されている。そのため、分岐用カプラ２１−１で分
岐された第２の光パルスは、遅延ファイバ２４−１でＴ
／２秒遅延された後、２段目の分岐用カプラ２１−２へ
送られ、前記と同様の動作により、信号音圧が検出され
ていく。
を設定する。この場合、リファレンスファイバ２３Ｒ−
１のファイバ長Ｌ2 とセンシングファイバ２３Ｓ−１の
ファイバ長Ｌ1 との差（Ｌ2 −Ｌ1 ）は、極力小さく設
定する。例えば、数ｃｍとなる。Ｏ／Ｅ変換器３１の出
力電流ｉは、位相検出器３２で検波されて光パルスの位
相変化量Δφが検出され、信号音圧に換算されることに
なる。分岐用カプラ２１−１の出力端に接続された遅延
ファイバ２４−１は、往復伝搬遅延がＴ秒となるように
設定されている。そのため、分岐用カプラ２１−１で分
岐された第２の光パルスは、遅延ファイバ２４−１でＴ
／２秒遅延された後、２段目の分岐用カプラ２１−２へ
送られ、前記と同様の動作により、信号音圧が検出され
ていく。
【００１４】以上のように、本実施例では、次のような
利点を有している。 （ａ） センシングファイバ２３Ｓ−１及びリファレン
スファイバ２３Ｒ−１からなるセンサ（他のセンサも同
様）の構造は、図２に示すように、振動等の外乱に対し
て各ファイバの振動変位が同一となるよう設定したた
め、外乱雑音がコモンモードとなり、結果的に外乱の影
響が軽減される。 （ｂ） センシングファイバ２３Ｓ−１及びリファレン
スファイバ２３Ｒ−１からなるセンサ（他のセンサも同
様）は、図１に示すように反射型構造であり、伝送用の
光ファイバが１本となり、センシング光及びリファレン
ス光とも同一伝送路を通過するため、該伝送路で発生す
る外乱のキャンセルが可能となる。このように、センサ
上及び伝送用光ファイバ上での外乱等の影響が共に軽減
されるので、ソーナのような水中音響センサアレイ等と
して種々の応用が可能である。
利点を有している。 （ａ） センシングファイバ２３Ｓ−１及びリファレン
スファイバ２３Ｒ−１からなるセンサ（他のセンサも同
様）の構造は、図２に示すように、振動等の外乱に対し
て各ファイバの振動変位が同一となるよう設定したた
め、外乱雑音がコモンモードとなり、結果的に外乱の影
響が軽減される。 （ｂ） センシングファイバ２３Ｓ−１及びリファレン
スファイバ２３Ｒ−１からなるセンサ（他のセンサも同
様）は、図１に示すように反射型構造であり、伝送用の
光ファイバが１本となり、センシング光及びリファレン
ス光とも同一伝送路を通過するため、該伝送路で発生す
る外乱のキャンセルが可能となる。このように、センサ
上及び伝送用光ファイバ上での外乱等の影響が共に軽減
されるので、ソーナのような水中音響センサアレイ等と
して種々の応用が可能である。
【００１５】（ｃ） センサの構造を、図２に示すよう
に、通常のセンシングファイバ２３Ｓ−１とリファレン
スファイバ２３Ｒ−１との両方に音圧が印加されるよう
にし、さらに、誘起される光パルスの位相変化が反転す
るように設定したため、音圧感度が２倍となる。 なお、本発明は上記実施例に限定されず、例えば図１の
パルス発生手段１０、センサアレイ２０、及び光位相検
出手段３０を他の構成に変形したり、あるいは図２のセ
ンサ構造を他の構造に変更する等、種々の変形が可能で
ある。
に、通常のセンシングファイバ２３Ｓ−１とリファレン
スファイバ２３Ｒ−１との両方に音圧が印加されるよう
にし、さらに、誘起される光パルスの位相変化が反転す
るように設定したため、音圧感度が２倍となる。 なお、本発明は上記実施例に限定されず、例えば図１の
パルス発生手段１０、センサアレイ２０、及び光位相検
出手段３０を他の構成に変形したり、あるいは図２のセ
ンサ構造を他の構造に変更する等、種々の変形が可能で
ある。
【００１６】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、第１の発明
によれば、各センサを反射型構造にし、それらを１本の
伝送用光ファイバに接続したので、センシング光及びリ
ファレンス光とも同一伝送路を通過し、該伝送路で発生
する外乱のキャンセルが可能となる。第２の発明によれ
ば、センサの構造を、振動等の外乱に対して、各ファイ
バの振動変位が同一となるよう設定したため、外乱雑音
はコモンモードとなり、結果的に外乱の影響を軽減でき
る。従って、センサ上及び伝送用光ケーブル上での外乱
等の影響を共に軽減できる。また、センサの構造を、例
えばセンシングファイバとリファレンスファイバとの両
方に音圧が印加されるような構成にし、さらに誘起され
る光パルスの位相変化が反転するように設定すれば、音
圧感度が２倍となって従来よりも高感度な音波情報の検
出が可能となる。
によれば、各センサを反射型構造にし、それらを１本の
伝送用光ファイバに接続したので、センシング光及びリ
ファレンス光とも同一伝送路を通過し、該伝送路で発生
する外乱のキャンセルが可能となる。第２の発明によれ
ば、センサの構造を、振動等の外乱に対して、各ファイ
バの振動変位が同一となるよう設定したため、外乱雑音
はコモンモードとなり、結果的に外乱の影響を軽減でき
る。従って、センサ上及び伝送用光ケーブル上での外乱
等の影響を共に軽減できる。また、センサの構造を、例
えばセンシングファイバとリファレンスファイバとの両
方に音圧が印加されるような構成にし、さらに誘起され
る光パルスの位相変化が反転するように設定すれば、音
圧感度が２倍となって従来よりも高感度な音波情報の検
出が可能となる。
【図１】本発明の実施例を示す光音響センサアレイシス
テムの構成図である。
テムの構成図である。
【図２】図１のセンシングファイバ及びリファレンスフ
ァイバの取付構造を示す図である。
ァイバの取付構造を示す図である。
【図３】従来の光音響センサアレイシステムの構成図で
ある。
ある。
【図４】図３の光パルス出力波形図である。
１０ パルス発生手
段 １１ 光源 １２ 送受用カプラ ２０ センサアレイ ２１−１，２１−２，２１−３ 分岐用カプラ ２２−１，２２−２，２２−３ センサ用カプ
ラ ２３Ｓ−１，２３Ｓ−２，２３Ｓ−３ センシングフ
ァイバ ２３Ｒ−１，２３Ｒ−２，２３Ｒ−３ リファレンス
ファイバ ２３Ｓａ，２３Ｓｂ 完全反射体 ２４−１，２４−２，２４−３ 遅延ファイバ ３０ 光位相検出手
段 ３１ Ｏ／Ｅ変換器 ３２ 位相検出器
段 １１ 光源 １２ 送受用カプラ ２０ センサアレイ ２１−１，２１−２，２１−３ 分岐用カプラ ２２−１，２２−２，２２−３ センサ用カプ
ラ ２３Ｓ−１，２３Ｓ−２，２３Ｓ−３ センシングフ
ァイバ ２３Ｒ−１，２３Ｒ−２，２３Ｒ−３ リファレンス
ファイバ ２３Ｓａ，２３Ｓｂ 完全反射体 ２４−１，２４−２，２４−３ 遅延ファイバ ３０ 光位相検出手
段 ３１ Ｏ／Ｅ変換器 ３２ 位相検出器
Claims (2)
- 【請求項１】 周波数変調を施した光パルスを用い、音
波を光の形で検出する複数個のセンサを時分割多重でア
レイ化した光音響センサアレイシステムにおいて、 １本の伝送用光ファイバに複数個の分岐用カプラを用い
て前記センサを複数個分岐接続し、かつその各センサの
反射出力を入力側に戻す接続構成にしたことを特徴とす
る光音響センサアレイシステム。 - 【請求項２】 周波数変調を施した光パルスを用い、音
波を光の形で検出する複数個のセンサを時分割多重でア
レイ化した光音響センサアレイシステムにおいて、 前記各センサは、センシングファイバ及びリファレンス
ファイバを有し、その両ファイバとも音波に対して極性
反転の振動モード、及び環境の外乱に対して同一位相の
振動モードとなるように実装した構造にしたことを特徴
とする光音響センサアレイシステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26177792A JPH06109530A (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 光音響センサアレイシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26177792A JPH06109530A (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 光音響センサアレイシステム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06109530A true JPH06109530A (ja) | 1994-04-19 |
Family
ID=17366558
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26177792A Pending JPH06109530A (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 光音響センサアレイシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06109530A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11110673A (ja) * | 1997-07-31 | 1999-04-23 | Litton Syst Inc | 非音響型光圧力センサーまたは非音響型光圧力センサーのｔｄｍ（時分割多重送信）アレイを用いた圧力計測装置とその方法 |
-
1992
- 1992-09-30 JP JP26177792A patent/JPH06109530A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11110673A (ja) * | 1997-07-31 | 1999-04-23 | Litton Syst Inc | 非音響型光圧力センサーまたは非音響型光圧力センサーのｔｄｍ（時分割多重送信）アレイを用いた圧力計測装置とその方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19981215 |