JPS63172928A - Optical fiber hydrophone - Google Patents

Optical fiber hydrophone

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JPS63172928A
JPS63172928A JP453887A JP453887A JPS63172928A JP S63172928 A JPS63172928 A JP S63172928A JP 453887 A JP453887 A JP 453887A JP 453887 A JP453887 A JP 453887A JP S63172928 A JPS63172928 A JP S63172928A
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phase
optical fiber
signal
gammat
sin
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洋三 西浦
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PURPOSE:To eliminate the need for phase compensation by giving a sin (GAMMAt) signal a saw-tooth phase shift, detecting GAMMAt which is a component of its interference light with a sin GAMMAt ana a cos (GAMMAt) signal synchronously, and summing their squares and extracting the square root. CONSTITUTION:The sin GAMMAt generated by an oscillator 13 is shifted in phase in a sine-wave shape by a saw-tooth wave generating circuit 12 so as to increase in phase continuously from 0 to 2mpi while its period is 2pi/(mGAMMA). A phase modulator 11 increases the phase at a rate GAMMAt and resets the phase to 0 when t=2pi/(mGAMMA). Them interference light contains a component GAMMAt. This is detected synchronously by synchronization detecting circuits 15 and 16 with the sin GAMMAand cos GAMMAt signals. Those synchronously detected signals are squared by squaring circuits 17 and 18 and added by an adding circuit 19 and a square root arithmetic circuit 20 extracts the square root.

Description

【発明の詳細な説明】 ■技術分野 この発明は、位相補償を不要としたホモダイン方式の光
ファイバハイドロフォンに関t−る。
Detailed Description of the Invention (1) Technical Field The present invention relates to a homodyne optical fiber hydrophone that does not require phase compensation.

光ファイバハイドロフォンは、光ファイバを用いて水中
音響の大きさを検出する装置である。
An optical fiber hydrophone is a device that uses optical fibers to detect the magnitude of underwater sound.

センシングコイルを有する信号用光ファイバと、参照用
光ファイバを組合わせ、単色光源とビームスプリッタ、
光検出器とを用いてマツハツエンダ型の干渉計を作る。
A signal optical fiber with a sensing coil and a reference optical fiber are combined, a monochromatic light source and a beam splitter,
Build a Matsuhatsu Enda-type interferometer using a photodetector.

センシングコイルは水中に漬けて、音波の圧力変動を感
受する。圧力変動によって、光ファイバの屈折率と、長
さが変化する。
The sensing coil is immersed in water and senses pressure fluctuations from sound waves. Pressure fluctuations change the refractive index and length of the optical fiber.

このため、センシングコイルを通過する光の位相が変動
する。参照用光ファイバを通った光と、信号用光ファイ
バを通った光を干渉させると、干渉光の強度の中に位相
変動が入ってくる。
Therefore, the phase of light passing through the sensing coil varies. When the light that has passed through the reference optical fiber and the light that has passed through the signal optical fiber are caused to interfere, phase fluctuations will occur in the intensity of the interference light.

この位相変動の大きさを検出する事により、音波の強さ
を検出できる。
By detecting the magnitude of this phase variation, the strength of the sound wave can be detected.

ところが、温度変化によって、信号用ファイバ、参照用
光ファイバともに屈折率、長さが変化する。
However, due to temperature changes, the refractive index and length of both the signal fiber and the reference optical fiber change.

このため、信号光、参照光の位相差Vが温度によって変
動してしまう。これはかなり大きいものである。位相差
F(τ)を検出し、位相補償Φ(τ)を行ない、F(τ
)−Φ(τ)=一定となるようにするのが従来の方法で
ある。
Therefore, the phase difference V between the signal light and the reference light varies depending on the temperature. This is quite large. The phase difference F(τ) is detected, phase compensation Φ(τ) is performed, and F(τ
)−Φ(τ)=constant is the conventional method.

つまり、従来のホモダイン方式の光ファイバハイドロフ
ォンに於ては、温度による位相差Vのドリフトが最も深
刻な問題であり、これを位相補償しなければならなかっ
た。
That is, in the conventional homodyne type optical fiber hydrophone, the most serious problem is the drift of the phase difference V due to temperature, and this has to be phase compensated.

本発明は、位相補償をしないでも、正しく、音波の強さ
を検出できる光フアイバハイドロ7オンを与えることが
できるものである。
The present invention can provide an optical fiber Hydro 7-on that can accurately detect the intensity of sound waves without phase compensation.

(イ)従来技術 光ファイバハイドロフォンを初めて提案したのはBuc
aro等である。J 、 A、 Bucaro 、 H
,D、 Dardy and E、 F。
(b) Conventional technology Buc was the first to propose an optical fiber hydrophone.
aro et al. J., A., Bucaro, H.
, D., Dardy and E., F.

Carome、 ”0ptical  fiber  
acoustic  5ensor、”  Appl、
Opt。
Carome, “0ptical fiber
acoustic 5ensor,” Appl,
Opt.

亜、 1761−1762(1977)。A, 1761-1762 (1977).

J、 A、 Bucaro  and  H,D、 D
ardy、 ” Fiber−Optic hydro
phone、’J、 acoust、 Soc、  A
m、 62−、1302−1304(1977)。
J, A, Bucaro and H, D, D
ardy, ” Fiber-Optic hydro
phone, 'J, acoust, Soc, A
m, 62-, 1302-1304 (1977).

などに初期のものが説明されている。Early examples are described in .

位相補償の方法について、その後多くの提案がなされて
いる。圧電素子によって、光ファイバの長さを変化させ
て、位相補償を行なうというのが多い。これらはいずれ
も、位相補償の範囲が狭い。
Since then, many proposals have been made regarding phase compensation methods. Phase compensation is often performed by changing the length of the optical fiber using a piezoelectric element. All of these have a narrow range of phase compensation.

そこで、ジャクソンらは、薄肉円筒の圧電素子に光ファ
イバを巻きつけたものを位相補償機構として提案してい
る。薄肉円筒の内面と外面に電極を形成しておき、円筒
の外面内面の間に電圧を印加する。こうして、円筒の直
径が電圧に比例して変化する。直径が変化すると、光フ
ァイバの光路長も変化する、というわけである。
Therefore, Jackson et al. proposed a phase compensation mechanism in which an optical fiber is wound around a thin cylindrical piezoelectric element. Electrodes are formed on the inner and outer surfaces of the thin cylinder, and a voltage is applied between the outer and inner surfaces of the cylinder. Thus, the diameter of the cylinder changes proportionally to the voltage. As the diameter changes, the optical path length of the optical fiber also changes.

D、 A、 Jackson、 R,priest、 
A、 Dandridge and A、 B、 Th
eten。
D., A. Jackson, R. Priest.
A, Dandridge and A, B, Th
eten.

Elimination of drift in a
 single −mode opticalfibe
r interfero−meter using a
 piezoelectrically 5tretc
hedcoil fiber、 ”Appl、Opt、
 19.2926−2929(1980)。
Elimination of drift in a
single-mode optical fiber
r interfero-meter using a
piezoelectrically 5trec
hedcoil fiber, ”Appl, Opt,
19.2926-2929 (1980).

ジャクソンは、この中で、−位相差Vを求めるため、ボ
トルカップラというものを用いている。信号用ファイバ
と、参照用ファイバを波長のオーダで接近させて保持す
るボトルカップラである。カップラの出力を2つの光検
出器で検出する。カップラに於て、両ファイバが接近し
ているから、エバネツセントウエーブによって結合する
Jackson uses a bottle coupler in order to obtain the -phase difference V. This is a bottle coupler that holds a signal fiber and a reference fiber close to each other on the order of wavelength. The output of the coupler is detected by two photodetectors. Since both fibers are close to each other in the coupler, they are coupled by an evanescent wave.

結合により、ひとつの光7アイパの電界がしみ出して他
の光ファイバへ入る。入るときにλ/4−たけ光路が長
くなっているので、これだけ遅れる。
The coupling causes the electric field of one optical fiber to bleed into the other optical fiber. Since the optical path is longer by λ/4 when entering, there is a delay of this amount.

すると、一方の光検出器の出力は(I□+11cosF
 )になる。他方の光検出器の出力は、(10+11c
osF)となる。
Then, the output of one photodetector is (I□+11cosF
)become. The output of the other photodetector is (10+11c
osF).

これを差動増幅すると、ctISFが求まる。V=π/
2に保持するのが最も高感度である。そこで1のπ/2
からのずれを知る。これを知って、位相補償機構へ(F
−π/2)に比例した電圧を印加する。こうしてC05
F=0となるようにするのである。
By differentially amplifying this, ctISF can be found. V=π/
Maintaining it at 2 provides the highest sensitivity. So 1's π/2
Know the deviation from. Knowing this, the phase compensation mechanism (F
-π/2) is applied. Thus C05
This is done so that F=0.

ところが、温度による位相の差Vの変動は、10000
ラジアンぐらいになることもある。位相補償機構は従来
のものは10ラジアンぐらいの補償しかできない。ジャ
クソンは薄肉圧電円筒素子で6000ラジアン程度の補
償ができると書いている。
However, the variation in the phase difference V due to temperature is 10,000
It can be as much as radians. Conventional phase compensation mechanisms can compensate only about 10 radians. Jackson writes that compensation of about 6,000 radians can be achieved with a thin-walled piezoelectric cylindrical element.

これは、1ボルトあたり、約2πの補償ができて、圧電
素子tooo vぐらい印加できるからである。
This is because compensation of about 2π can be achieved per volt, and an voltage of about too v can be applied to the piezoelectric element.

しかし、1000vの高圧を使うのは不便である。However, it is inconvenient to use a high voltage of 1000v.

電源をせいぜい±15Vとすると、90ラジアン程度の
補償範囲となる。
If the power supply is at most ±15V, the compensation range will be about 90 radians.

もちろん、位相補償は2′11だけできればよいので、
10ラジアンでも、90ラジアンでもよいのである。た
だし、位相補償の上限までくると、下限まで切換えなけ
ればならない。この切換えは、2πの整数倍だけ角度を
切下げることによってなされる。
Of course, the phase compensation only needs to be 2'11, so
It may be 10 radians or 90 radians. However, when the upper limit of phase compensation is reached, it is necessary to switch to the lower limit. This switching is done by rounding down the angle by an integer multiple of 2π.

このレンジ切換えは極めて煩雑な操作である。This range switching is an extremely complicated operation.

たとえば、90ラジアンのダイナミックレンジをもつ位
相補償機構の場合、9000ラジアンの位相変化が起こ
れば、100回レンジの切換えを行なわなくてはならな
い。
For example, in the case of a phase compensation mechanism with a dynamic range of 90 radians, if a phase change of 9000 radians occurs, the range must be switched 100 times.

日本語で書かれた光ファイパハイドロフォンのレビュー
としては、 高橋、菊池“光ファイバを用いた水中音波の検出法1″
、日本音響学会誌40巻2号p、 101−106(1
984)。
A review of optical fiber hydrophones written in Japanese is Takahashi, Kikuchi “Detection method of underwater sound waves using optical fiber 1”
, Journal of the Acoustical Society of Japan, Vol. 40, No. 2, p. 101-106 (1
984).

高橋、菊池“光フアイバハイドロホン”、エレクトロニ
ク・セラミクス’84春号p、5l−56(1984)
などがある。
Takahashi, Kikuchi "Optical Fiber Hydrophone", Electronic Ceramics '84 Spring Issue, p. 5l-56 (1984)
and so on.

本出願人は、ホモダイン方式の位相変動の問題を避ける
ため2Ωの振動部分をとり出して、検測する光ファイバ
ハイドロフォンを発明している(特願昭61−1199
89、S61.5.24出願)。
The present applicant has invented an optical fiber hydrophone that extracts and measures the 2Ω vibration part in order to avoid the problem of phase fluctuation in the homodyne system (Japanese Patent Application No. 1199-1981).
89, S61.5.24 application).

本出願人は、さらに、位相シフトVを、ジャクソンの方
法とは異なった方法により検出する装置も発明している
(特願昭61−237405、S61.10.6出願)
The applicant has also invented a device for detecting the phase shift V using a method different from Jackson's method (Japanese Patent Application No. 61-237405, filed on October 6, 1983).
.

(つ) 発明が解決すべき問題点 ホモダイン方式の光フアイバハイドロ7オンに於て、位
相補償を行なうには、位相差1を検出し、これをキャン
七ルできるような位相Φを位相補償機構に与えなければ
ならない。しかも、位相補償の範囲が狭いから、たびた
び位相補償機構のレンジを切換えなければならない。
(1) Problems to be Solved by the Invention In order to perform phase compensation in a homodyne type optical fiber hydro 7-on, a phase compensation mechanism is required to detect a phase difference 1 and adjust the phase Φ to cancel it. must be given to Moreover, since the range of phase compensation is narrow, the range of the phase compensation mechanism must be changed frequently.

位相補償の精度も高くしなければならない。The precision of phase compensation must also be high.

これらの条件を全て満すのは困難なことである。It is difficult to satisfy all of these conditions.

00  目     的 位相補償を全く不要とした、ホモダイン方式の光ファイ
バハイドロフォンを提供する事が本発明の目的である。
00 Purpose It is an object of the present invention to provide a homodyne optical fiber hydrophone that does not require phase compensation at all.

位相補償が不要であるから、位相差Vの検出部も不要で
あり、位相補償機構も不要である。
Since phase compensation is not required, there is no need for a detection section for the phase difference V, and there is no need for a phase compensation mechanism.

(4)構 成 発振器によってsin(Γt)の信号を生ずる。これを
用いて、周期が2717mrで、0〜2mπまで位相を
連続的に増加させる鋸歯状の位相変動を与える。位相変
調器はrtの割合で位相を増加させ、t = 2 X/
ml’でリセットし位相をOにもどす。干渉光の中にr
tの成分が入る。これを5lnpt、 cos7”tの
信号によって同期検波する。同期検波したものを2乗し
て、たし合わせ、その平方根を求める。これが出力であ
る。
(4) A component oscillator generates a signal of sin(Γt). This is used to provide a sawtooth phase variation in which the phase is continuously increased from 0 to 2 mπ with a period of 2717 mr. The phase modulator increases the phase at a rate of rt, t = 2X/
Reset with ml' to return the phase to O. r in the interference light
The component of t is included. This is synchronously detected using a signal of 5 lnpt and cos 7"t. The synchronously detected values are squared and added together to find the square root. This is the output.

以下、図面によって説明する。This will be explained below with reference to the drawings.

第1図は本発明の光ファイバハイドロフォンの構成図で
ある。
FIG. 1 is a block diagram of an optical fiber hydrophone according to the present invention.

単色光を出すコヒーレント光源1は、たとえばHe−N
eレーザ、半導体レーザなとである。光源1から発生し
た光はビームスプリッタ7によって2本の光線に分けら
れる。
The coherent light source 1 that emits monochromatic light is, for example, He-N.
These include e-lasers and semiconductor lasers. The light generated from the light source 1 is split into two beams by the beam splitter 7.

これらの光線は、集光光学系(図示せず)を用いて、信
号用光ファイバ2及び参照用光ファイバ3へ入射する。
These light beams enter the signal optical fiber 2 and the reference optical fiber 3 using a condensing optical system (not shown).

信号用光ファイバ2の途中には、水中音波φsin(Ω
e)を感受するセンサコイル4が設けられている。これ
は水圧変動を受けることによって屈折率、長さが変動す
る。そして、この中を伝搬する信号光の位相が、振幅φ
、角周波数Ωで変動する。
In the middle of the signal optical fiber 2, an underwater sound wave φsin(Ω
A sensor coil 4 is provided which senses e). The refractive index and length of this material vary as a result of changes in water pressure. Then, the phase of the signal light propagating through this is the amplitude φ
, which varies with the angular frequency Ω.

Ωは音波の角周波数に等しい。φは音波の強さ、光ファ
イバの長さ、光ファイバの屈折率、長さ変化の圧力に対
する割合などに比例する。従って、φは音波の強さに比
例し、これを音波の強さと考えてよい。φを求めること
が、光フアイバハイドロ7オンの目的である。
Ω is equal to the angular frequency of the sound wave. φ is proportional to the intensity of the sound wave, the length of the optical fiber, the refractive index of the optical fiber, the ratio of change in length to pressure, etc. Therefore, φ is proportional to the strength of the sound wave, and can be considered as the strength of the sound wave. Determining φ is the purpose of the fiber optic hydro7on.

参照用光ファイバ3にも、参照用コイル5が設けである
。これは、信号用光ファイバ2と参照用光ファイバ3の
長さを等しくし、温度による位相差変動を少くするため
である。
The reference optical fiber 3 is also provided with a reference coil 5. This is to make the lengths of the signal optical fiber 2 and the reference optical fiber 3 equal, and to reduce phase difference fluctuations due to temperature.

しかし、本発明に於ては、位相差変動があっても差支え
ないので、両光ファイバの長さを等しくする、という要
求は強くない。したがって、参照用コイル5を省くこと
もできる。
However, in the present invention, there is no problem even if there is a variation in phase difference, so there is not a strong requirement that the lengths of both optical fibers be equal. Therefore, the reference coil 5 can also be omitted.

信号用光ファイバ2又は参照用光ファイバ3のいずれか
一方又は両方に、位相変調器11を設ける。この例では
参照用光ファイバ3の途中に設けている。
A phase modulator 11 is provided on either or both of the signal optical fiber 2 and the reference optical fiber 3. In this example, it is provided in the middle of the reference optical fiber 3.

信号光Sはセンサコイル4により音波による位相変調を
受ける。参照光R(又は信号光Sは)位相変調器11に
より定まった位相変調を受ける。
The signal light S is subjected to phase modulation by a sound wave by the sensor coil 4. The reference light R (or the signal light S) is subjected to predetermined phase modulation by the phase modulator 11 .

位相補償ではなく、位相変調である事に注意すべきであ
る。
It should be noted that this is phase modulation, not phase compensation.

信号光Sと参照光Rは、合波のためのビームスプリッタ
8によって合体し、受光素子6に入射する。これらの光
は同一光源から出た単色光であるので、受光素子面で干
渉する。干渉光の強度が受光素子によって計測される。
The signal light S and the reference light R are combined by a beam splitter 8 for multiplexing and enter the light receiving element 6. Since these lights are monochromatic lights emitted from the same light source, they interfere on the surface of the light receiving element. The intensity of the interference light is measured by a light receiving element.

これが増幅器9によって増幅される。この出力を■とす
る。
This is amplified by amplifier 9. Let this output be ■.

出力■の中には、Ωtの基本波とmΩ上の高調波成分が
含まれる。バンドパスフィルタ10は、基本波Ωtの成
分だけを取出す。これをJとする。
The output ■ includes a fundamental wave of Ωt and harmonic components on mΩ. The bandpass filter 10 extracts only the component of the fundamental wave Ωt. Let this be J.

位相変調器11の信号は、発振器13の信号を鋸歯状波
にして位相変調素子に与えたことにより発生する。発振
器13の振動は、asinFtによって表現できる。鋸
歯状波発生回路12はこれから、鋸歯状波を作る。
The signal of the phase modulator 11 is generated by converting the signal of the oscillator 13 into a sawtooth wave and applying it to the phase modulation element. The vibration of the oscillator 13 can be expressed by asinFt. The sawtooth wave generating circuit 12 generates a sawtooth wave from this.

同期検波回路15は、発振器13の信号sinrtを使
って、前記の出力Jを同期検波する。同期検波というの
は、ある波形の中から、5lnrtと周波数、位相とも
に同一の信号成分を取り出す検波方式である。具体的に
は、5lnrtとその波形とを乗算し平均すればよい。
The synchronous detection circuit 15 uses the signal sinrt of the oscillator 13 to synchronously detect the output J. Synchronous detection is a detection method that extracts a signal component having the same frequency and phase as 5lnrt from a certain waveform. Specifically, 5lnrt and its waveform may be multiplied and averaged.

90°移相器14は、発振器13の信号を、90゜だけ
位相をずらすものである。これはPLLによって構成で
きる。90°位相をずらすことにより、=nr tの信
号を得る。
The 90° phase shifter 14 shifts the phase of the signal from the oscillator 13 by 90°. This can be configured by a PLL. By shifting the phase by 90°, a signal of =nr t is obtained.

同期検波回路16は、CQS7’iを使って、前記出力
Jを同期検波する。
The synchronous detection circuit 16 synchronously detects the output J using CQS7'i.

同期検波回路15.16の出力に1 Lは二乗回路17
.1gによって二乗される。これは乗算回路の2人力に
、同一の信号を入力することによってなされる。
1 L is the square circuit 17 for the output of the synchronous detection circuit 15 and 16
.. squared by 1g. This is done by inputting the same signal to the two inputs of the multiplier circuit.

二乗回路17.18の出力M%Nは加算回路19に於て
加算される。
The outputs M%N of the squaring circuits 17 and 18 are added in an adding circuit 19.

加算出力Oは、平方根演算回路20を経て、出力Pとな
る。
The addition output O passes through the square root calculation circuit 20 and becomes the output P.

(2)作 用 受光素子6の受光面での信号光Sの電界強度をS = 
G51n(ωt+φsin(Ωt ) )      
 (1)によって表わす。Gは振幅、ωは光の角周波数
でφsin (Ωt)が音波による位相変化分である。
(2) Effect The electric field strength of the signal light S on the light receiving surface of the light receiving element 6 is S =
G51n(ωt+φsin(Ωt))
It is expressed by (1). G is the amplitude, ω is the angular frequency of light, and φsin (Ωt) is the phase change due to the sound wave.

参照光Rは、位相変調を受けているのでR= Hsin
 (ωt +rt +F )        (2)と
なる。位相変調により、癲の中にrtが入る理由は後に
説明する。Vが両光ファイバの長さの違いによる位相差
である。これが温度によって変化する事が重大問題であ
ったわけである。
Since the reference light R has undergone phase modulation, R= Hsin
(ωt +rt +F) (2). The reason why rt is included in the distortion due to phase modulation will be explained later. V is the phase difference due to the difference in length between the two optical fibers. The major problem was that this value changed depending on the temperature.

受光素子6、増幅器9の出力夏は、SとRの和を二乗検
波したものである。光電変換の係数などを除くと、 トする。バンドパスフィルタにより(Ωt)の基本波成
分だけをとりだす。これにより、直流分と、mΩ【の高
調波成分が落ちる。
The outputs of the light receiving element 6 and the amplifier 9 are obtained by square-law detection of the sum of S and R. If you exclude photoelectric conversion coefficients, etc., it becomes . Only the fundamental wave component of (Ωt) is extracted using a bandpass filter. This reduces the DC component and the harmonic component of mΩ.

ベッセル函数の母函数展開を用いる。Use the generating function expansion of the Bessel function.

である。以下の説明はφΩ>>rの時になりたつ、バン
ドパスフィルタはsin(Ωt)成分のみを通すものと
する。実際には、振動数はΩ±Cr/φ)になる。
It is. The following explanation assumes that when φΩ>>r, the bandpass filter passes only the sin(Ωt) component. In reality, the frequency is Ω±Cr/φ).

バントハスフィルタの中心周波数がΩで、帯域が2r/
φ以上あればよい。
The center frequency of the Bandhus filter is Ω, and the band is 2r/
It is sufficient if it is φ or more.

さて、 (3L (4L (5)から、バンドパスフィ
ルタの出力Jは、 J=2GHJ、(φ)sin(7’t+F ) sin
(Ωt )     (6)である。
Now, (3L (4L) From (5), the output J of the bandpass filter is J=2GHJ, (φ) sin (7't+F ) sin
(Ωt) (6).

発振器13の振動がsinrtである。Jをこれによっ
て同期検波すると、次の乗算を行なうことになる。
The vibration of the oscillator 13 is sinrt. When J is synchronously detected using this, the following multiplication will be performed.

積分範囲は0〜2π/rである。The integration range is 0 to 2π/r.

さらに、90°移相したcOsrtと、Jについて同期
検波するので、 結局、同期検波出力に、Lは、 K=GHJ1(φ)cos y sin (Ωt ) 
      (9)L=GHJ、(φ)S!I’l W
 sin (Ωt)       Qdということにな
る。ここで注意すべきことは、位相差Vがsin、co
sの形で入っているという事である。
Furthermore, since the 90° phase shifted cOsrt and J are synchronously detected, the synchronous detection output L is K=GHJ1(φ) cos y sin (Ωt)
(9) L=GHJ, (φ)S! I'l W
This means sin (Ωt) Qd. What should be noted here is that the phase difference V is sin, co
This means that it is in the form of an s.

二乗回路17.18で2乗し、加算回路19でこれらを
加える。
Square circuits 17 and 18 square the signals, and an adder circuit 19 adds them.

M = K2QI) N=L2(I2) 0 = M+ N         Q3)平方根演算
回路20で P=(で       (14) の演算を行なうので P = 2GHJl(φ)sin(Ωt)      
 j15)となり、位相差γのない信号が得られる事に
なる。
M = K2QI) N = L2 (I2) 0 = M + N Q3) Since the square root calculation circuit 20 performs the calculation of (14) with P = (, P = 2GHJl (φ) sin (Ωt)
j15), and a signal without phase difference γ can be obtained.

同期検波回路、二乗回路、平方根演算回路はアナログ乗
算器を用いて構成することができる。
The synchronous detection circuit, squaring circuit, and square root calculation circuit can be constructed using analog multipliers.

Pから、φの大きさが分る。φ(<1であれば、J工(
φ)=φ/2であるので、G、Hの値が安定していれば
、出力Pが音波の大きさに比例することになる。
From P, the size of φ can be found. φ(If <1, J-engine(
Since φ)=φ/2, if the values of G and H are stable, the output P will be proportional to the magnitude of the sound wave.

(ホ)鋸歯状波の与え方 位相変調器に於て、最大変調位相を2mπとする。(e) How to give a sawtooth wave In the phase modulator, the maximum modulation phase is assumed to be 2mπ.

mは整数である。第2図に示すように、鋸歯状に位相変
調信号を与えるのであるが、鋸歯の周期は2π/Fでは
なく、このm倍の2mπ/rである。
m is an integer. As shown in FIG. 2, the phase modulation signal is provided in a sawtooth pattern, but the period of the sawtooth is not 2π/F but m times this, 2mπ/r.

つまり、T=2mπ/Fごとに位相変調器をリセットす
ることになる。
In other words, the phase modulator is reset every T=2mπ/F.

こうすると、位相変調を時間で割った勾配がrになる。In this case, the slope of phase modulation divided by time becomes r.

すると、rtがsinの中の変数になる。rtの変域は
O〜2mπであるが、sinの中に入っているので、実
際には0〜2πの位相変調をm回繰返している事になる
Then, rt becomes a variable in sin. The range of rt is O~2mπ, but since it is in sin, the phase modulation of 0~2π is actually repeated m times.

ところが、発振器13はsin r tの信号を発生し
ているのであるから、これを1/m分周する必要がある
However, since the oscillator 13 generates a sin r t signal, it is necessary to divide this signal by 1/m.

鋸歯状発生回路12は、1/m分周回路を含んでいるの
である。
The sawtooth generating circuit 12 includes a 1/m frequency dividing circuit.

2myr/rを周期とする信号が与えられれば、これを
鋸歯状波にするのは簡単である。
If a signal with a period of 2 myr/r is given, it is easy to convert it into a sawtooth wave.

単純な積分回路と、リセット回路とを組合わせればよい
A simple integration circuit and a reset circuit may be combined.

位相変調器11としては、ポッケルス素子などにより作
ることができる。
The phase modulator 11 can be made of a Pockels element or the like.

また、圧電素子にファイバを巻きつけ、電圧を印加して
位相を変えるものであってもよい。
Alternatively, the phase may be changed by winding a fiber around a piezoelectric element and applying a voltage.

さて、位相変調器にも温度変動があるのであるからt=
2mπ/rに位相が2mπとならないという事も考えら
れる。時間軸は正確であるが、位相変調は温度変化を受
けるからである。しかしこれはさしつかえのない事であ
る。最大位相が2m7′lからずれたとしても、この差
は、位相オフセットVに加算されるだけである。
Now, since the phase modulator also has temperature fluctuations, t=
It is also possible that the phase is not 2mπ at 2mπ/r. This is because although the time axis is accurate, phase modulation is subject to temperature changes. However, this is not a problem. Even if the maximum phase deviates from 2m7'l, this difference is only added to the phase offset V.

そして、本発明では、位相オフセット1が消えてしまう
ような機構としているから、Vが変動してもかまわない
In the present invention, since the mechanism is such that the phase offset 1 disappears, it does not matter if V fluctuates.

(り)効 果 ホモダイン方式の光ファイバハイドロフォンに於て、温
度変動にもとづく1の変動を補償する位相補償回路が不
要になる。これにより、温度変化にも拘わらず安定した
性能の光フアイバハイドロ7オンを構成できる。
(i) Effects In a homodyne optical fiber hydrophone, a phase compensation circuit that compensates for fluctuations in 1 due to temperature fluctuations is no longer necessary. This makes it possible to construct an optical fiber hydro 7-on with stable performance despite temperature changes.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の光ファイパハイドロフォンの構成図。 第2図は鋸歯状波の波形図。 1・・・・・・・・・・・・光  源 2・・・・・・・・・・・・信号用光ファイバ3・・・
・・・・・・・・・参照用光ファイバ4・・・・・・・
・・・・・センサコイル5・・・・・・・・・・・・参
照用コイル6・・・・・・・・・・・・受光素子 7.8・・・・・・・・・・・・ビームスプリッタ9・
・・・・・・・・・・増 幅 器 10・・・・・・・・・・バンドパスフィルタ11・・
・・・・・・・・・・位相変調器12・・・・・・・・
・・・・鋸歯状波発生回路13・・・・・・・・・・・
・発 振 器14・・・・・・・・・・・・90°移相
器15.16・・・・・・・・・同期検波回路17.1
8・・・・・・・・・二乗回路19・・・・・・・・・
・・・加算回路20・・・・・・・・・・・・平方根演
算回路発明者  西浦洋三 特許出願人  住友電気工業株式会社 1L :、”j:’、’子I勺
FIG. 1 is a configuration diagram of an optical fiber hydrophone according to the present invention. Figure 2 is a waveform diagram of a sawtooth wave. 1......Light source 2......Signal optical fiber 3...
......Reference optical fiber 4...
・・・・・・Sensor coil 5・・・・・・・・・Reference coil 6・・・・・・・・・Photodetector 7.8・・・・・・・・・・・・Beam splitter 9・
......Amplifier 10...Band pass filter 11...
...... Phase modulator 12 ......
...Sawtooth wave generation circuit 13...
・Oscillator 14...90° phase shifter 15.16...Synchronized detection circuit 17.1
8... Square circuit 19...
...Addition circuit 20...Square root calculation circuit Inventor: Yozo Nishiura Patent applicant: Sumitomo Electric Industries, Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 単色光を生ずる光源1から生じた光を分岐し、シングル
モードファイバである信号用光ファイバ2及び参照用光
ファイバ3に入射させ、それぞれのファイバ2、3から
出射した光を合成し干渉光の強度を受光素子6によって
検出し、信号用光ファイバ2の途中に設けたセンサコイ
ル4が感受した水中音波による位相変化を干渉光の強度
から求める事とした光ファイバハイドロフォンに於て、
発振器13によってsin(Γt)の信号を生じ、参照
用光ファイバ3又は信号用光ファイバ2の一方又はその
両方に設けた位相変調器11によって、最大位相偏移が
2πmで周期が2π/Γmの鋸歯状の位相変調を加え、
干渉光の強度を受光素子6で電気信号に変えた後、バン
ドパスフィルタ10によって、その信号の内音波の角振
動数Ωの成分のみを取出し、この信号を前記発振器13
の信号sin(Γt)と、これを90°移相したcos
(Γt)とによって同期検波し、同期検波した出力をそ
れぞれ二乗し、これらを相加えて、平方根演算回路20
によって平方根を求める事により音波の強度を求める事
を特徴とする光ファイバハイドロフォン。
The light emitted from the light source 1 that produces monochromatic light is branched and input into the signal optical fiber 2 and the reference optical fiber 3, which are single mode fibers, and the lights emitted from the respective fibers 2 and 3 are combined to generate interference light. In an optical fiber hydrophone, the intensity is detected by a light receiving element 6, and the phase change due to the underwater sound wave sensed by the sensor coil 4 provided in the middle of the signal optical fiber 2 is determined from the intensity of the interference light.
The oscillator 13 generates a signal of sin(Γt), and the phase modulator 11 provided on one or both of the reference optical fiber 3 and the signal optical fiber 2 generates a signal with a maximum phase shift of 2πm and a period of 2π/Γm. Add sawtooth phase modulation,
After the intensity of the interference light is converted into an electrical signal by the light receiving element 6, only the component of the internal sound wave angular frequency Ω is extracted from the signal by the bandpass filter 10, and this signal is transmitted to the oscillator 13.
signal sin(Γt) and cos which is phase-shifted by 90°
(Γt), square the outputs of the synchronous detection, and add these together.
An optical fiber hydrophone that is characterized by finding the intensity of sound waves by finding the square root.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0267989A (en) * 1988-09-01 1990-03-07 A T R Koudenpa Tsushin Kenkyusho:Kk Gravity-wave measuring apparatus
CN112697262A (en) * 2020-12-08 2021-04-23 联合微电子中心有限责任公司 Hydrophone and method for manufacturing same

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