JPS5948663A - Arrayed optical type hydrophone system - Google Patents

Arrayed optical type hydrophone system

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Publication number
JPS5948663A
JPS5948663A JP57159212A JP15921282A JPS5948663A JP S5948663 A JPS5948663 A JP S5948663A JP 57159212 A JP57159212 A JP 57159212A JP 15921282 A JP15921282 A JP 15921282A JP S5948663 A JPS5948663 A JP S5948663A
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JP
Japan
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optical fiber
directivity
light
signal
acoustic
Prior art date
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Pending
Application number
JP57159212A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Taisuke Murakami
泰典 村上
Sumio Takahashi
高橋 純夫
Toshiaki Kikuchi
菊地 年晃
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP57159212A priority Critical patent/JPS5948663A/en
Publication of JPS5948663A publication Critical patent/JPS5948663A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
    • G01H9/004Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means using fibre optic sensors

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PURPOSE:To make it possible to detect the directionality of sound components through a signaling optical fiber and to enable the detection of said sound components arriving from a sound arriving direction and a desired direction, by winding up the signaling optical fiber so as to be spaced apart at predetermined intervals at every one winding. CONSTITUTION:When the distance (a) between adjacent one windings of a signaling optical fiber 13 is made equal to the wavelength lambda of a sound wave and the numbers (n) of the coils of the fiber 13 are 20, the directional characteristic is changed as shown by the figure 4. That is, it is understood that the directional characteristic of less than + or -20 deg. is possessed. In addition, when n is 100, the directional characteristic becomes shar as shown by the figure 5 and the directional characteristic of + or -10 deg. or less is shown.

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、光ファイバーを利用して水中音響の検出を
行う光学式ハイド90フオンシステムに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an optical Hyde 90 system that utilizes optical fibers to detect underwater acoustics.

一般に、水中音響の検出には圧電素子を利用した圧電型
ハイドゝロフォンが使用されている。ところで、近年、
光ファイバーおよび光通信システムの進歩につれて、各
種センサに光センサが利用されるようになり、ハイドロ
フォンについてもその利用が考えられている。特に高感
度化が可能な点及び光ファイバーが水中音響に対し透明
であるため種々の機能が附加できる点など期待される面
が多い。すなわち、第1図は従来の光学式ハイド80フ
オンシステムの構成図を示し、レーザー1から出力され
たレーザー発振光L□はこの光L1の進行方向と45度
の角度に配置されたハーフミラ−2によって水平方向と
垂直方向の光に分割され、水平方向の光は参照用光ファ
イバー3へ、垂直方向の光は信号用光ファイバー4へと
夫々導かれる。
Generally, piezoelectric hydrophones that utilize piezoelectric elements are used to detect underwater acoustics. By the way, in recent years,
With the advancement of optical fibers and optical communication systems, optical sensors have come to be used in various types of sensors, and their use in hydrophones is also being considered. In particular, there are many promising aspects such as the possibility of high sensitivity and the fact that various functions can be added because the optical fiber is transparent to underwater acoustics. That is, FIG. 1 shows a configuration diagram of a conventional optical hide 80 phon system, in which the laser oscillation light L□ output from the laser 1 passes through the half mirror 2 arranged at an angle of 45 degrees with the traveling direction of this light L1. The light is split into horizontal and vertical light, and the horizontal light is guided to the reference optical fiber 3, and the vertical light is guided to the signal optical fiber 4.

この参照用光ファイバー3を介した光は直接合波器5へ
導かれ、一方、信号用光ファイバー4を介した光は音響
の伝搬している媒質からなる音響場6を介して合波器5
へと導かれる。合波器5は参照用光ファイバー3および
信号用光ファイバー4を夫々介した光を干渉し、合波光
L2を出力する。
The light that has passed through the reference optical fiber 3 is guided directly to the multiplexer 5, while the light that has passed through the signal optical fiber 4 is guided to the multiplexer 5 via the acoustic field 6 made of the medium in which the sound is propagating.
be led to. The multiplexer 5 interferes with the light that has passed through the reference optical fiber 3 and the signal optical fiber 4, respectively, and outputs a combined light L2.

ところで、参照用光ファイバー3の電界をEr、信号用
光ファイバー4の電界なEsとすると理論上次式が成立
する。
By the way, if the electric field of the reference optical fiber 3 is Er and the electric field of the signal optical fiber 4 is Es, the following equation holds theoretically.

Er=EoeXpCJωt〕…(1) Es=Eo exp(jωt+jkp cos ωst
 +jφ0〕…(2)ここで、Eo expcjωt〕
 は光ファイバー3及び4の入射光を、p cosωs
t  は音響波を、kp cosωstはこの音響波に
よる光波の位相変化分を夫々示している。また、φ0は
参照用光ファイバー3を介した参照光と信号用光ファイ
バー4を介した信号光との残存光路差を位相で示したも
のである。
Er=EoeXpCJωt]…(1) Es=Eo exp(jωt+jkp cos ωst
+jφ0]…(2) Here, Eo expcjωt]
is the incident light of optical fibers 3 and 4, p cosωs
t represents an acoustic wave, and kp cosωst represents a phase change of a light wave due to this acoustic wave. Further, φ0 represents the residual optical path difference between the reference light passing through the reference optical fiber 3 and the signal light passing through the signal optical fiber 4 in terms of phase.

また、参照光と信号光との両光干渉強度工、即ち音響成
分は次式によって示される。
Further, the optical interference intensity between the reference light and the signal light, that is, the acoustic component is expressed by the following equation.

ニー2E ’jC1+cos (kp cosωst+
φo)〕・・・(3)kpは実際には十分小さな値とな
るので次のように近似される。
Knee 2E 'jC1+cos (kp cosωst+
φo)]...(3) Since kp is actually a sufficiently small value, it can be approximated as follows.

I=2E 。(1−kp sin φo  sj、n 
ωst、:)     −(4)このようにして音響成
分が検出される。一方、参照光の周波数をΔωだげ推移
させ、その干渉光強度工′をFM(周波数変調)検波す
ることにより、位相φ0と電界F、oに無関係に音響成
分工′1□を検出することも可能である。すなわち 工’ =2E 己〔1+cos (Δωを十kp co
sωst+φo))  =(5)■/ p卵! =F 
’ω5−kp cosωSt…(6)ここでFはFM受
信器の感度である。
I=2E. (1-kp sin φo sj, n
ωst, :) −(4) In this way, the acoustic component is detected. On the other hand, by shifting the frequency of the reference light by Δω and performing FM (frequency modulation) detection of the interference light intensity factor, it is possible to detect the acoustic component factor ′1□ regardless of the phase φ0 and the electric fields F and o. is also possible. In other words, k' = 2E self [1 + cos (Δω is 10 kp co
sωst+φo)) = (5) ■/ p egg! =F
'ω5-kp cosωSt (6) where F is the sensitivity of the FM receiver.

しかしながら、前述した従来の光学式ノ・イドロフオン
システムにおいては、光フアイバーループ半径と音響周
波数により一意的に決定される指向性を有しており音響
の任意の到来方向は検知できない欠点があった。また、
参考用光ファイバー6と信号用光ファイバー4とが異な
る媒質中におかれるため、外的環境により参照光又は信
号光が影響を受け、この影響による光の変化、即ち出カ
ドリフトが増加して音響成分の検知が不正確になる欠点
があった。
However, the above-mentioned conventional optical no-hydrophone system has a directivity that is uniquely determined by the optical fiber loop radius and acoustic frequency, and has the disadvantage that it cannot detect any direction in which the sound arrives. . Also,
Since the reference optical fiber 6 and the signal optical fiber 4 are placed in different media, the reference light or signal light is affected by the external environment, and the change in light due to this influence, that is, the output drift increases, and the acoustic component is There was a drawback that the detection was inaccurate.

この発明は前記事情に基づいてなされたもので、その目
的とするところは、音響成分の任意指向性を検知でき、
また、外的環境変化に伴う出力ドリフトを軽減した光学
式ハイドゝロフォンシステムを提供することである。
This invention was made based on the above-mentioned circumstances, and its purpose is to be able to detect arbitrary directivity of acoustic components,
Another object of the present invention is to provide an optical hydrophone system that reduces output drift due to external environmental changes.

以下、この発明の一実施例につき第2図ないし第6図に
基づいて説明する。第2図はこの発明のアレイ状ハイド
ロ7オンシステムの概略構成図を示し、レーザー11か
ら出力されたレーザー発振光L3はハーフミラ−12に
よって2分割され、一方の光は直角に反射して信号用光
ファイバー16へ、他方の光はそのまま進行して参照用
光ファイバー14に夫々導かれる。この信号用光ファイ
バー16はn個の光フアイバーループ17により構成さ
れ、隣り合う個々の光フアイバーコイルは距離aだけ離
れ、音響伝搬媒質で満たされている音響場15中に配置
されている。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be explained based on FIGS. 2 to 6. FIG. 2 shows a schematic configuration diagram of the arrayed Hydro 7 ON system of the present invention, in which the laser oscillation light L3 output from the laser 11 is split into two by a half mirror 12, and one of the lights is reflected at right angles for signal use. The other light continues to the optical fiber 16 and is guided to the reference optical fiber 14, respectively. This signal optical fiber 16 is composed of n optical fiber loops 17, and adjacent individual optical fiber coils are separated by a distance a and placed in an acoustic field 15 filled with an acoustic propagation medium.

一方、参照用光ファイバー14は直接合波器16に導ひ
かれる。参照用光ファイバー14を介した参照光波およ
び信号用光ファイバー16を介した信号光波は合波器1
5に導かれる。合波器15は導かれた参照光および信号
光を干渉し、この結果、合波光L4を出力する。
On the other hand, the reference optical fiber 14 is directly guided to the multiplexer 16. The reference light wave via the reference optical fiber 14 and the signal light wave via the signal optical fiber 16 are transmitted to the multiplexer 1.
5. The multiplexer 15 interferes with the guided reference light and signal light, and as a result outputs a combined light L4.

第6図は信号用光ファイバー13のファイバーコイル列
の詳細な構成図を示し、この場合各1巻きのコイルは同
じ感度を有しており、この感度を位相変化に換算すると
kp sinωst  であると仮定する。ここでp 
sinωstは音響波を表わし、kは比例定数でファイ
バーの音響検出感度に相当している。参照用光ファイバ
ー13の1巻きのファイバー ニア イル13aを基準
とし、他のファイバーコイルに相互作用を及ぼす音響の
位相遅れをφとすると、参照光波の電界Erと信号光波
の電界Esは次式によって示される。すなわち、 ・・・(7) E r=E o exp(jωt+jφo〕−(8)φ
=(2πa/λs ) cosθ        ・−
(9)ここで、前記ファイバーコイル列の中心を通る線
−(第3図中一点鎖線によって示す)を2とすると、θ
は音響到来方向又と2とのなす角である。
FIG. 6 shows a detailed configuration diagram of the fiber coil array of the signal optical fiber 13. In this case, it is assumed that each coil of one turn has the same sensitivity, and that this sensitivity is converted into a phase change by kp sinωst. do. Here p
sinωst represents an acoustic wave, and k is a proportionality constant that corresponds to the acoustic detection sensitivity of the fiber. When the one-turn fiber coil 13a of the reference optical fiber 13 is used as a reference and the phase delay of the acoustic wave that interacts with other fiber coils is φ, the electric field Er of the reference light wave and the electric field Es of the signal light wave are expressed by the following equation. It will be done. That is, ... (7) E r = E o exp (jωt + jφo] - (8) φ
= (2πa/λs) cosθ ・−
(9) Here, if the line passing through the center of the fiber coil array - (indicated by the dashed line in FIG. 3) is 2, then θ
is the angle formed by the sound arrival direction or 2.

また、λSは音響波の波長である。なお、他は(2)式
の場合の説明と同様であるから省略する。
Further, λS is the wavelength of the acoustic wave. Note that the other explanations are the same as those for equation (2), and will therefore be omitted.

また、前記合波光L4の強度工は次式によって示される
Further, the intensity of the combined light L4 is expressed by the following equation.

一φo)〕 ・・・(10) cosα=〔1−cosφ+cos(n−1)φ−co
s nφj/2  (1−CO8$)(t−c’os 
nチー  ・・・αυsinα=(sinφ+5in(
n−1)φ−5innφ〕/2Fフ=iで==π   
・・・(12)を超えることができず、かつkpは現実
に十分小さい値なので(10)式は次式のように展開さ
れる。す・・・(13) したがって、(13)式のようにθの大きさによって合
成波光L4の強度T′ が変化する指向性の存在するハ
イドロフオンが構成されることになる。
1φo)] ...(10) cosα=[1-cosφ+cos(n-1)φ-co
s nφj/2 (1-CO8$) (t-c'os
n chi...αυsinα=(sinφ+5in(
n-1)φ-5innφ]/2F=i==π
... (12) cannot be exceeded, and since kp is actually a sufficiently small value, equation (10) is expanded as shown below. (13) Therefore, a hydrophon with directivity in which the intensity T' of the composite wave light L4 changes depending on the magnitude of θ is constructed as shown in equation (13).

また、参照光の周波数をΔω変化させ、前記(5)−(
6)式で示したと同様にしてFM検波により電界EO残
存位相差φ0とは無関係に合波光L4の強度工FMを求
めることができる。□すなわち、となる。
In addition, the frequency of the reference light is changed by Δω, and the above (5) −(
In the same manner as shown in equation 6), the intensity factor FM of the combined light L4 can be determined by FM detection regardless of the residual phase difference φ0 of the electric field EO. □In other words, it becomes.

このような計算によりアレイ構造における指向特性が次
式のように得られる。
By such calculation, the directivity characteristic in the array structure can be obtained as shown in the following equation.

φ−(2πa/λs ) cosθ         
−−−(+6)又光フアイバーコイル自体指向特性を有
していることが知られており次式で表わされる。
φ−(2πa/λs) cosθ
---(+6) It is also known that the optical fiber coil itself has directional characteristics, which is expressed by the following equation.

F(θ)= l Jo((2πr/λs ) sinθ
’:ll    ・−(17)ここでrは1つのファイ
バコイルの半径である。
F(θ)=l Jo((2πr/λs) sinθ
':ll .-(17) where r is the radius of one fiber coil.

つまり前述のように構成されたアレイ状ノ・イト90フ
オンの指向特性は下式のように表わされる。
In other words, the directivity characteristics of the arrayed nodes 90 configured as described above are expressed as shown below.

D(θ)−A(θ)・F(θ)       ・・・(
国最初にA(θ)について計算する。
D(θ)-A(θ)・F(θ)...(
Country First, calculate A(θ).

今前記信号用光ファイバー16の隣り合う1まき間の距
離aが音響波の波長と等しくする。つまり9式において
a/λs=i  とする。そして前記信号用光ファイバ
16のコイルの数nを20とするとアレイ構造による指
向特性A(θ)は第4図に示すように変化する。第4図
によれば±20度弱の指向特性を有することがわかる。
Now, the distance a between adjacent strands of the signal optical fibers 16 is made equal to the wavelength of the acoustic wave. That is, in equation 9, a/λs=i. When the number n of coils of the signal optical fiber 16 is set to 20, the directivity characteristic A(θ) due to the array structure changes as shown in FIG. According to FIG. 4, it can be seen that it has a directivity characteristic of a little less than ±20 degrees.

又n=100とすればその指向特性はより第5図に示す
ようにより鋭くなり±10度以下の指向特性を示すよう
になる。又第6図のように検出音響周波数もしくはファ
イバコイル間隔を変化させることにより任意方向の指向
性を示すようになる。又、0度方向の指向性に着目する
と(151、(16)式よりa/λSが整数となった時
くり返しその方向に指向性が現われる。
If n=100, the directional characteristic becomes even sharper as shown in FIG. 5, exhibiting a directional characteristic of ±10 degrees or less. Furthermore, as shown in FIG. 6, by changing the detected acoustic frequency or the fiber coil spacing, directivity in any direction can be exhibited. Also, when focusing on the directivity in the 0 degree direction, from equation (151, (16)), when a/λS becomes an integer, directivity repeatedly appears in that direction.

又ファイバーコイルの指向性F(θ)は(17)式より
θ=0で常に最大感度を有しくr/λS)が大きくなる
につれサイト90−ブの数が増加し、θ=0°方向の指
向性が鋭くなる。(18)式に示されるようにアレイ状
光ファイバーハイドロフオンはA(θ)とF(θ)の積
で表わされるため、ファイバーコイル間隔、ファイバ・
−コイル半径音響周波数の組みあわせにより、いろいろ
な指向性を持ったハイドロフォンが構成される。
In addition, the directivity F(θ) of the fiber coil always has the maximum sensitivity at θ=0 according to equation (17).As r/λS) increases, the number of sites increases, and the Directivity becomes sharper. As shown in equation (18), the arrayed optical fiber hydrophon is expressed as the product of A(θ) and F(θ), so the fiber coil spacing, the fiber
- Hydrophones with various directivity are constructed by combining coil radius and acoustic frequency.

実施例について2−6のべる。Examples 2-6 are described below.

アレイ構造においては必ずθ−90°方向に指向性を有
するが、r/λSを適当な値にすることによりCF(θ
)〕   −〇とすることが可能となりθ=900 θ−90°方向の指向性を抑えることができる。
An array structure always has directivity in the θ-90° direction, but by setting r/λS to an appropriate value, CF(θ
)] -0, and the directivity in the θ=900 θ−90° direction can be suppressed.

又アレイ状光フアイバーハイド90フオンのθ=0゜方
向の指向性は、ファイバーコイル配列におけるコイル数
のnの増加により鋭いものとなるが、nの増加が困難な
場合前述したようにファイバーコイル半径rを大きくし
、同様にOC方向の指向性を鋭くすることもできる。又
、コイル配列による指向性を再現したい場合ファイバー
コイル半径rを小さくし、ファイバーコイル個有の指向
性を一様にすることもできる。
Furthermore, the directivity in the θ=0° direction of the arrayed optical fiber hide 90 phon becomes sharper as the number n of the coils in the fiber coil arrangement increases, but if it is difficult to increase the number of coils, as mentioned above, the fiber coil radius It is also possible to similarly sharpen the directivity in the OC direction by increasing r. Furthermore, if it is desired to reproduce the directivity due to the coil arrangement, the radius r of the fiber coil can be made small to make the directivity unique to the fiber coil uniform.

実際の応用・例について次にのべる。Actual applications and examples will be discussed next.

前述したようにアレイ状光フアイバーハイド80フオン
はa/λS及びr/λS及びnを変化させることにより
高い感度を示す音響到来角及びその指向性の鋭さを変化
させることができるため、単なる水中音響の検知のみな
らず超音波を利用した海底探査などのレーダーとして利
用できる。
As mentioned above, the arrayed optical fiber hide 80 phon can change the angle of arrival of sound and the sharpness of its directivity, which exhibits high sensitivity, by changing a/λS, r/λS, and n. It can be used not only for detection but also as a radar for underwater exploration using ultrasonic waves.

又、θ−0°方向の指向性が、検知音響周波数が整数倍
変化することにより、必ず現われることにより水中音響
の高調波成分の検出も可能となる。
Further, since the directivity in the θ-0° direction always appears when the detected acoustic frequency changes by an integral multiple, it is also possible to detect harmonic components of underwater sound.

このように光フアイバーコイルは水中音響に関しては透
明な物質であり上記のよりなアレイ配列が可能であるが
、従来の圧電型ハイドロフオンでは、水中音響に関し透
明でないためこのような配列は不可能である。
In this way, optical fiber coils are transparent materials with respect to underwater acoustics, and the above-mentioned array arrangement is possible, but with conventional piezoelectric hydrophons, such an arrangement is not possible because they are not transparent with respect to underwater acoustics. be.

前述のアレイ状光フアイバーハイド90フオンは、信号
用光ファイバーのみを信号検出用に用いていたが、外的
環境の変化による出カドリフトの軽減、及び感度の向上
を目ざすため参照用光ファイバーをも、信号検出ファイ
バーと同じ音響到来媒質中に置いた差動型光ファイバー
ハイド80フオンシステムも構成できる。
The above-mentioned arrayed optical fiber hide 90 unit used only the signal optical fiber for signal detection, but in order to reduce output drift due to changes in the external environment and improve sensitivity, the reference optical fiber was also used for signal detection. A differential fiber optic hide 80 phon system placed in the same acoustic arrival medium as the detection fiber can also be constructed.

構成図を第7図に示す。前述した第2図のアレイ状光フ
ァイバーハイドゝロフォンと原理は同じである。
A configuration diagram is shown in FIG. The principle is the same as the arrayed optical fiber hydrophone shown in FIG. 2 described above.

レーザー18から出力されたレーザー発振光L5はハー
フミラ−12によって2分割され一方の光は直角に反射
して信号用光ファイバー20へ他方の光はそのまま進行
して参照用光ファイバー21にそれぞれ導かれる。この
信号用光ファイバー20は、n個の光フアイバーループ
24により構成され、隣り合う個々の光フアイバーコイ
ルは距離aだげ離れ、音響伝搬媒質で満たされている音
響場22中に配置されている。
The laser oscillation light L5 outputted from the laser 18 is divided into two parts by the half mirror 12, one of the lights is reflected at right angles, the other light goes directly to the signal optical fiber 20, and is guided to the reference optical fiber 21, respectively. This signal optical fiber 20 is composed of n optical fiber loops 24, and adjacent individual optical fiber coils are separated by a distance a and placed in an acoustic field 22 filled with an acoustic propagation medium.

同様に参照用光ファイバー21もn個の光フアイバール
ープによりなりその1巻き1巻きは夫々信号用光ファイ
バー20のファイバールーズの中央に配置され、最後の
1巻きが右端にやはり等間隔をなすように配置される。
Similarly, the reference optical fiber 21 is made up of n optical fiber loops, each of which is placed in the center of the fiber loop of the signal optical fiber 20, and the last turn is placed at the right end at equal intervals. be done.

結果、参照用光ファイA−2L信号用光ファイバー20
のn対のコイルが構成され、それぞれ音響場22中に配
列されている。ここで信号光波電界Es及び参照光波電
界Erは次式によって示される。
As a result, reference optical fiber A-2L signal optical fiber 20
n pairs of coils are constructed, each arranged in the acoustic field 22. Here, the signal light wave electric field Es and the reference light wave electric field Er are expressed by the following equations.

Es=Eo exp[jωt+j2 (kp)sin(
ω5t1=1 +φ(i−1)):]  ・・・a匂 Er、=Eo exp[jωt+j、Z  (kp)s
in(ω5t1=1 十φ(i−1)十φ/2)+jφ0〕  ・・・(社)
φ:(2πa/λs ) cosθ        −
(2])文字は前回の計算の場合と同じである。
Es=Eo exp[jωt+j2 (kp) sin(
ω5t1=1 +φ(i-1)):] ...a Er,=Eo exp[jωt+j, Z (kp)s
in(ω5t1=1 10φ(i-1)10φ/2)+jφ0] ...(company)
φ: (2πa/λs) cosθ −
(2]) The characters are the same as in the previous calculation.

ここで、参照光の光周波数をΔω変化させ合波ωs c
os(ωst+φ/4+α)・・・(22)と計算され
る。
Here, the optical frequency of the reference light is changed by Δω, and the multiplexing ωs c
It is calculated as os(ωst+φ/4+α) (22).

ここで04)式と比較すると感度が2倍になるという利
点を有することがわかる。
Here, when compared with formula 04), it can be seen that it has the advantage of doubling the sensitivity.

角度依存性A’ (θ)は、以下のように表わされ第4
.5.6図と同じように第8.9.10図のように計算
される。指向性の式は、(17)、(1印式と同じよう
に D′(θ)−A’ (θ)F(θ)        ・
・・(23)と表わされる。差動型の構成にした時の指
向性の特徴としてθ−90’方向には指向性はないこと
、又θ−00方向に指向性をもつ時の音響周波数は、基
本波の奇数次高調波のみであることである。又1、  
参照用ファイバーが信号用ファイバーと同一媒質中にお
かれているため外部ドリフトによる出力変動が軽減され
るという利点も有している。
The angle dependence A' (θ) is expressed as follows and the fourth
.. It is calculated as shown in Figure 8.9.10 in the same way as Figure 5.6. The directivity formula is (17), (Similar to the 1-mark formula, D'(θ)-A' (θ)F(θ) ・
...(23) is expressed. Characteristics of the directivity when using a differential configuration are that there is no directivity in the θ-90' direction, and when there is directivity in the θ-00 direction, the acoustic frequency is an odd harmonic of the fundamental wave. only. Also 1,
Since the reference fiber is placed in the same medium as the signal fiber, it also has the advantage of reducing output fluctuations due to external drift.

以上説明したようにこの発明によれば、信号用光ファイ
バーを1巻きごとに所定間隔離間して巻回したから、こ
の信号用光ファイバーを介し、音響成分の指向性を検知
することができる。その指向性も、ファイバーコイル半
径、コイル間隔、コイル数を変化させることにより、種
々の特徴を附加できる。したがって、音響成分を検知す
ることによりその音響の到来方向もしくは所要の方向か
ら到来する音響成分も併せて知ることかできる。
As explained above, according to the present invention, since the signal optical fiber is wound with a predetermined spacing between each turn, the directivity of the acoustic component can be detected through the signal optical fiber. Various features can be added to the directivity by changing the fiber coil radius, coil spacing, and number of coils. Therefore, by detecting a sound component, it is also possible to know the direction of arrival of the sound or the sound component arriving from a desired direction.

又高調波測定も可能となる。また、参照用光ファイバー
を1巻きごとに所定間隔離間して巻回すると共に、この
1巻きと信号用光ファイバーの1巻きとを一定間隔有し
て交互に前記音響伝搬媒質中に配列し差動型にしたから
、前記音響の検知方法に比べ、感度は2倍となると共に
、外的環境の変化に伴う出カドリフトを軽減して音響成
分検知の精度を高めることができる。又θ−90°方向
の指向性をなくすことができ、奇数次高調波のみの測定
の可能となる。また、信号用光ファイバーの1巻きごと
の所定間隔あるいは信号用光ファイバーおよび参照用光
フアイバー間の一定間隔を変えることにより前記指向性
を変えることができ、また、音響伝搬媒質中を伝搬する
音響の検知音響周波数を可変することによっても前記指
向性を変えることができるから、単なる水中音響測定装
置のみならず、超音波を用いた海底探査などのレーダー
に使用できるなど広い用途に供される。このような利点
を有する構造は、現状の水中音響に対し不透明な圧電型
ノ・イドロフオンでは不可能であり、光ファイバーを使
用したからこそ可能となったものである。
It also becomes possible to measure harmonics. Further, each turn of the reference optical fiber is wound with a predetermined spacing between each turn, and one turn of the reference optical fiber and one turn of the signal optical fiber are alternately arranged in the acoustic propagation medium at a constant interval. Therefore, the sensitivity is twice as high as that of the sound detection method described above, and the output drift caused by changes in the external environment can be reduced to improve the accuracy of sound component detection. Furthermore, directivity in the θ-90° direction can be eliminated, making it possible to measure only odd harmonics. Furthermore, the directivity can be changed by changing the predetermined interval between each winding of the signal optical fiber or the fixed interval between the signal optical fiber and the reference optical fiber, and it is also possible to detect the sound propagating in the acoustic propagation medium. Since the directivity can also be changed by varying the acoustic frequency, it can be used not only as a simple underwater acoustic measuring device but also for a wide range of applications such as radars for seabed exploration using ultrasonic waves. A structure with such advantages is not possible with the current piezoelectric hydrophon, which is opaque to underwater acoustics, and was made possible only by using optical fibers.

4、 、[:図面の簡単な説明〕 第1図は従来の光学式ハイドロ7オンシステムの概略構
成図、第2図はこの発明のアレイ状光学式ハイドロフオ
ンシステムの一実施例を示す概略構成図、第3図は信号
用の各ファイバーの配列状態図、第4図、第5図は第2
図の場合においてa/λs=1としかつ信号用ファイノ
ミ−コイル数が夫々20,100の場合における指向特
性図、第6図は第2図の場合において音響波長λSある
いはファイバ一対間隔aを変化させた場合の指向特性図
、第7図は差動型アレイ状光ファイパーツ・イドロフオ
ンの構成図であり、第8図、第9図は、第7図において
a/λs=1とし、かつファイバーコイル対数が20.
10’0の場合における指向特性図、第10図は、a/
λSを変化させた時の指向特性図である。
4, , [: Brief description of the drawings] Fig. 1 is a schematic configuration diagram of a conventional optical hydro-on system, and Fig. 2 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the arrayed optical hydro-on system of the present invention. Figures 3 and 3 are arrangement diagrams of each fiber for signal, Figures 4 and 5 are
In the case shown in the figure, the directional characteristics are shown when a/λs = 1 and the number of signal fine coils is 20 and 100, respectively. Figure 6 shows the directional characteristic diagram when the acoustic wavelength λS or the fiber pair spacing a is changed in the case of Figure 2. Fig. 7 is a configuration diagram of a differential array-like optical fiber part idrophon, and Fig. 8 and Fig. 9 show a directivity characteristic diagram when a/λs = 1 in Fig. 7, and a fiber coil The logarithm is 20.
The directivity diagram in the case of 10'0, Fig. 10, shows a/
It is a directional characteristic diagram when changing λS.

11・・・L/−f−112・・・ノ1−フミラー、1
4・・・参照用光ファイバー、16・・・信号用光ファ
イバー、15・・・音響場、16・・・合波器、17・
・・ファイバーコイル、18・・・レーザー、19・・
・ハーフミラ−120・・・信号用光ファイバー、21
・・・参照用光ファイバー、22・・・音響場、26・
・・合波器。
11...L/-f-112...No1-fmirror, 1
4... Reference optical fiber, 16... Signal optical fiber, 15... Acoustic field, 16... Multiplexer, 17...
...Fiber coil, 18...Laser, 19...
・Half mirror 120...Signal optical fiber, 21
...Reference optical fiber, 22...Acoustic field, 26.
...Multiplexer.

特許出願人 住友電気工業株式会社 (外4名) 9oリ    60″    3F     D   
  、5Q”     6F     ”40−革、 
10 音1)j寸力食1由(θ) 沓vX村方虹10) 音電)j牛方悄負(θ2
Patent applicant: Sumitomo Electric Industries, Ltd. (4 others) 9o Ri 60″ 3F D
, 5Q"6F" 40-Leather,
10 sound 1) j sun power food 1 yu (θ) kutsu v

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)  光源から出力される光を分割し、一方の光を
参照用光ファイバーを介し、他方の光を音響伝搬媒質中
に設けられた信号用光ファイバーを介して合波器へと導
き、ここで両光を干渉させることにより前記音響伝搬媒
質中を伝搬する音響を検知する光学式ハイドロフォンシ
ステムにおいて、前記信号用光ファイバーを1巻きごと
に所定間隔離間して巻回し、光ファイメーループの指向
性に附加しアレイ構造による鋭い指向性を持たせたこと
を特徴とするアレイ状光学式ハイドロ7オンシステム。
(1) The light output from the light source is split, one light is guided through a reference optical fiber, and the other light is guided through a signal optical fiber provided in an acoustic propagation medium to a multiplexer. In an optical hydrophone system that detects sound propagating in the acoustic propagation medium by interfering both lights, the signal optical fiber is wound with a predetermined distance between each turn, and the directivity of the optical fiber loop is adjusted. In addition to this, the arrayed optical Hydro 7-on system is characterized by having sharp directivity due to the array structure.
(2)前記参照用光ファイバーを1巻きごとに所定間隔
離間して巻回すると共に、この1巻きと前記信号用光フ
ァイバーの1巻きとを一定間隔有して交互に前記音響伝
搬媒質中に配列し、外的環境変化による出カド8リフト
を軽減させ、前記音響の検知に指向性を持たせかつ感度
を増倍させたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の差動型アレイ状光学式ハイド80フオンシステム。
(2) Each turn of the reference optical fiber is wound with a predetermined spacing between each turn, and each turn of the reference optical fiber and one turn of the signal optical fiber are alternately arranged at a constant interval in the acoustic propagation medium. , the differential array type according to claim 1, characterized in that the output lift due to changes in the external environment is reduced, the detection of the sound is made directional, and the sensitivity is multiplied. Optical hide 80 phon system.
(3)前記信号用光ファイバーの前記所定間隔あるいは
前記信号用光ファイバーおよび前記参照用光フアイバー
間の前記一定間隔を変えることにより前記指向性を可変
することを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2
項記載のアレイ状光学式ハイド80フオンシステム。
(3) The directivity is varied by changing the predetermined interval between the signal optical fibers or the constant interval between the signal optical fiber and the reference optical fiber. Second
Arrayed optical hide 80 phon system as described in .
(4)前記音響伝搬媒質中を伝搬する音響の検知音響周
波数を可変することにより前記指向性を可変することを
特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項記載のア
レイ状光学式ハイドロ7オンシステム。
(4) The arrayed optical hydrometer according to claim 1 or 2, wherein the directivity is varied by varying the detection acoustic frequency of the sound propagating in the acoustic propagation medium. 7 on system.
(5)アレイの軸方向の指向性は検知音響周波数が整数
倍されることにより再現されることにより高調波成分の
検出も可能としたことを特徴とする特許請求の範囲第1
項又は第2項記載のアレイ状光学式ハイド90フオンシ
ステム。
(5) The axial directivity of the array is reproduced by multiplying the detected acoustic frequency by an integer, thereby making it possible to detect harmonic components as well.
The arrayed optical hide 90 phon system according to item 1 or 2.
JP57159212A 1982-09-13 1982-09-13 Arrayed optical type hydrophone system Pending JPS5948663A (en)

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JP (1) JPS5948663A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021084940A1 (en) * 2019-10-29 2021-05-06 日本電気株式会社 Acoustic sensor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021084940A1 (en) * 2019-10-29 2021-05-06 日本電気株式会社 Acoustic sensor

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