JPH0511480B2 - - Google Patents
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- JPH0511480B2 JPH0511480B2 JP17748284A JP17748284A JPH0511480B2 JP H0511480 B2 JPH0511480 B2 JP H0511480B2 JP 17748284 A JP17748284 A JP 17748284A JP 17748284 A JP17748284 A JP 17748284A JP H0511480 B2 JPH0511480 B2 JP H0511480B2
- Authority
- JP
- Japan
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- optical fiber
- container
- sensor
- sound
- optical fibers
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- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 69
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 7
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
- G01H9/004—Measuring 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)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は光フアイバを用いて水中の音響信号を
検出するセンサに関する。
検出するセンサに関する。
（従来の技術）
従来、光フアイバを用いて水中の音響信号を検
出する方法として、音場内に置かれた光フアイバ
と音場外の光フアイバとを通つた光を干渉させ、
音波によつて変化した光の位相を検出するいわゆ
る光干渉法（例えば日本音響学会誌40巻２号
（1984）P101−P106）、光の伝送経路の一部に光
の伝送損失を起こす構造を付加し、そこに音波を
あてて伝送損失の変化を起こさせ、音波を通過光
の強度変化として検出するいわゆる光強度変調法
（例えば日本音響学会誌40巻３号（1984）P175−
180）等が発表されていた。
出する方法として、音場内に置かれた光フアイバ
と音場外の光フアイバとを通つた光を干渉させ、
音波によつて変化した光の位相を検出するいわゆ
る光干渉法（例えば日本音響学会誌40巻２号
（1984）P101−P106）、光の伝送経路の一部に光
の伝送損失を起こす構造を付加し、そこに音波を
あてて伝送損失の変化を起こさせ、音波を通過光
の強度変化として検出するいわゆる光強度変調法
（例えば日本音響学会誌40巻３号（1984）P175−
180）等が発表されていた。
（発明が解決しようとする問題）
しかしながら、上記方法はいずれも原理的な方
法で、温度変動、光フアイバの振動、光源変動な
どによる出力の変動の影響など実用上重要な事項
は考慮していないという欠点があつた。
法で、温度変動、光フアイバの振動、光源変動な
どによる出力の変動の影響など実用上重要な事項
は考慮していないという欠点があつた。
（問題点を解決するための手段）
本発明は、耐水圧容器と遮音構造容器とゴム容
器とからなる円筒状の容器を構成し、両端面に反
透膜を有する同質、同長の第１および第２のセン
サ用光フアイバのうち第１のセンサ用光フアイバ
の一部分を上記ゴム容器内に設置し、第２のセン
サ用光フアイバの一部分を上記遮音構造容器内に
設置し、上記ゴム容器と遮音構造容器とを連通す
る複数の小さな通路を設けて両容器内に液体を充
填し、また上記耐水圧容器内には上記第１および
第２のセンサ用光フアイバ長調整用圧電体を設け
ると共に該第１および第２のセンサ用光フアイバ
と伝送用光フアイバとをそれぞれ接続してなるこ
とを特徴とする光フアイバハイドロホンである。
器とからなる円筒状の容器を構成し、両端面に反
透膜を有する同質、同長の第１および第２のセン
サ用光フアイバのうち第１のセンサ用光フアイバ
の一部分を上記ゴム容器内に設置し、第２のセン
サ用光フアイバの一部分を上記遮音構造容器内に
設置し、上記ゴム容器と遮音構造容器とを連通す
る複数の小さな通路を設けて両容器内に液体を充
填し、また上記耐水圧容器内には上記第１および
第２のセンサ用光フアイバ長調整用圧電体を設け
ると共に該第１および第２のセンサ用光フアイバ
と伝送用光フアイバとをそれぞれ接続してなるこ
とを特徴とする光フアイバハイドロホンである。
（作用）
上記光フアイバハイドロホンを水中の音場に置
いた場合、第１のセンサ用光フアイバは音響信号
の影響を受けてその長さと屈折率に変化を生じそ
の干渉出力が変化する。第のセンサ用光フアイバ
は遮音構造の容器内にあり、音響信号の影響を受
けないのでその干渉出力は変化しない。この両干
渉出力を光伝送用光フアイバを介して光検出器に
伝送しその差を求めて音響信号を検出する。ここ
で、上記ゴム容器、遮音構造容器内にそれぞれ設
けられている第１，第２のセンサ用光フアイバ
は、充填され、小孔を通して流通する液体により
同一温度にすることができるので、温度変動によ
り生ずる出力変動は同一となり、両干渉出力の差
を求めることにより温度変動の影響を消去するこ
とができる。
いた場合、第１のセンサ用光フアイバは音響信号
の影響を受けてその長さと屈折率に変化を生じそ
の干渉出力が変化する。第のセンサ用光フアイバ
は遮音構造の容器内にあり、音響信号の影響を受
けないのでその干渉出力は変化しない。この両干
渉出力を光伝送用光フアイバを介して光検出器に
伝送しその差を求めて音響信号を検出する。ここ
で、上記ゴム容器、遮音構造容器内にそれぞれ設
けられている第１，第２のセンサ用光フアイバ
は、充填され、小孔を通して流通する液体により
同一温度にすることができるので、温度変動によ
り生ずる出力変動は同一となり、両干渉出力の差
を求めることにより温度変動の影響を消去するこ
とができる。
（実施例）
第２図は本発明の実施例を示すブロツク図であ
つて、レーザー発振器１から発射された光ビーム
２はビーム拡大器３で拡大される。拡大されたビ
ーム４はハーフミラー５で２つの経路光６，７に
分れ、レンズ８，９で集光し、伝送用光フアイバ
１０，２０の一方の端面から光フアイバ内に光を
入射させ伝送用光フアイバ内を伝搬させ、第１お
よび第２のセンサ用光フアイバ１１，２１の片端
面の半透膜１２，２２を通して第１および第２の
センサ用光フアイバ１１，２１内に入射する。入
射した光は半透膜１２，１３および２２，２３間
で多重反射をくり返し、そのうちの一部が半透膜
１３，２３を透過する。その透過した光を伝送用
光フアイバ１６，２６に入射させ、伝送し、光検
出器１７，２７で光の強度を検出し、増幅器１
８，２８で増幅する。光検出器１７，２７の出力
はフアブリー・ペローの干渉計の原理に従つて、
第１および第２のセンサ用光フアイバ１１，２１
の長さｌ、半透膜の反射系数ｋ、光の波長λ、多
重反射の回数ｎとすると次式の干渉出力Ｉに比例
する。
つて、レーザー発振器１から発射された光ビーム
２はビーム拡大器３で拡大される。拡大されたビ
ーム４はハーフミラー５で２つの経路光６，７に
分れ、レンズ８，９で集光し、伝送用光フアイバ
１０，２０の一方の端面から光フアイバ内に光を
入射させ伝送用光フアイバ内を伝搬させ、第１お
よび第２のセンサ用光フアイバ１１，２１の片端
面の半透膜１２，２２を通して第１および第２の
センサ用光フアイバ１１，２１内に入射する。入
射した光は半透膜１２，１３および２２，２３間
で多重反射をくり返し、そのうちの一部が半透膜
１３，２３を透過する。その透過した光を伝送用
光フアイバ１６，２６に入射させ、伝送し、光検
出器１７，２７で光の強度を検出し、増幅器１
８，２８で増幅する。光検出器１７，２７の出力
はフアブリー・ペローの干渉計の原理に従つて、
第１および第２のセンサ用光フアイバ１１，２１
の長さｌ、半透膜の反射系数ｋ、光の波長λ、多
重反射の回数ｎとすると次式の干渉出力Ｉに比例
する。
Ｉ＝１／１＋Ksim2β (1)
Ｋ＝4k／１−k2 (2)
β＝2πnl／λ (3)
(1)式の干渉出力Ｉは第３図の曲線３２に示すよ
うな特性を示し、(3)式のβがπの整数倍毎に極大
値を有するので波長λを変化させるか、第１およ
び第２のセンサ用光フアイバ１１，２１の長さｌ
を変化させ干渉出力Ｉを調節する。光フアイバの
長さを調節する方法の１例として第１および第２
のセンサ用光フアイバ１１，１２の一部を圧電体
１５，２５に巻付け、音響信号がないときにそれ
ぞれの干渉出力Ｉが第３図の点線３３で示すよう
にI0となりかつ２つの光学系の出力は同じ値を示
すように圧電体１５，２５に制御電源１９，２９
からそれぞれ直流電圧を印加し圧電体１５，２５
の伸縮に応じて光フアイバの長さを調節する。こ
のような状態で第１のセンサ用光フアイバの一部
を音場に晒し、第２のセンサ用光フアイバを遮音
し、第２図に示す点線１４で囲んだ範囲内の光フ
アイバを音響センサ部とすれば音響信号により第
１のセンサ用光フアイバ１１の長さと屈折率が変
化するのでその干渉出力Ｉは音響信号により変化
する。音響信号に晒されない方の干渉出力Ｉは一
定であるので増幅器１８，２８の出力の差を処理
回路３０で求め、表示器３１で表示すると音響信
号の強さに対応した出力が求められる。また、２
つの光学系において伝送用光フアイバ１０と２
０，１６と２６、第１と第２のセンサ用光フアイ
バ１１と２１とをそれぞれ同質かつ同じ長さの光
フアイバとすることにより、温度の変動、伝送用
光フアイバの振動によつて生じる光強度の変化は
２つの光学系で同一となるので、増幅器１８，２
８の出力の差を求めることにより上記光強度の変
化を消去することができる。レーザ発振器１の光
源変動による出力の変動も、レーザ光源１の出力
をハーフミラー５で２つに分けて用いているた
め、２つの光学系の差を求めることにより消去で
きる。
うな特性を示し、(3)式のβがπの整数倍毎に極大
値を有するので波長λを変化させるか、第１およ
び第２のセンサ用光フアイバ１１，２１の長さｌ
を変化させ干渉出力Ｉを調節する。光フアイバの
長さを調節する方法の１例として第１および第２
のセンサ用光フアイバ１１，１２の一部を圧電体
１５，２５に巻付け、音響信号がないときにそれ
ぞれの干渉出力Ｉが第３図の点線３３で示すよう
にI0となりかつ２つの光学系の出力は同じ値を示
すように圧電体１５，２５に制御電源１９，２９
からそれぞれ直流電圧を印加し圧電体１５，２５
の伸縮に応じて光フアイバの長さを調節する。こ
のような状態で第１のセンサ用光フアイバの一部
を音場に晒し、第２のセンサ用光フアイバを遮音
し、第２図に示す点線１４で囲んだ範囲内の光フ
アイバを音響センサ部とすれば音響信号により第
１のセンサ用光フアイバ１１の長さと屈折率が変
化するのでその干渉出力Ｉは音響信号により変化
する。音響信号に晒されない方の干渉出力Ｉは一
定であるので増幅器１８，２８の出力の差を処理
回路３０で求め、表示器３１で表示すると音響信
号の強さに対応した出力が求められる。また、２
つの光学系において伝送用光フアイバ１０と２
０，１６と２６、第１と第２のセンサ用光フアイ
バ１１と２１とをそれぞれ同質かつ同じ長さの光
フアイバとすることにより、温度の変動、伝送用
光フアイバの振動によつて生じる光強度の変化は
２つの光学系で同一となるので、増幅器１８，２
８の出力の差を求めることにより上記光強度の変
化を消去することができる。レーザ発振器１の光
源変動による出力の変動も、レーザ光源１の出力
をハーフミラー５で２つに分けて用いているた
め、２つの光学系の差を求めることにより消去で
きる。
第１図は本発明の実施例を示す断面図であり第
２図に示す一点鎖線３４内の構造であつて、この
部分が水中の音場に置かれる。中空容器３６の内
側は遮音材３８を内貼し遮音構造とする。中空容
器３６の片側と該中空容器３６の外径に等しい内
径を有する円筒形ゴム容器３５とで室３７を作
る。中空容器３６内と室３７に円筒３９，４０を
固定する。中空容器３６、遮音材３７には小孔４
１を数個所設ける。円筒３９の外周に第１のセン
サ用光フアイバ１１を巻付けて固定し、音響信号
検出用とする。第１のセンサ用光フアイバ１１の
両端は耐水圧容器４２内に導き、一方の端を圧電
体２５に巻付けたのちに、他方の端はそのまま伝
送用光フアイバ１０，１６に接続器４３，４４で
接続する。円筒４０の外周に第２のセンサ用光フ
アイバ２１を、第１のセンサ用光フアイバ１１を
円筒３９に巻けたのと同じ構造で、同じ長さだけ
巻付け、両端は耐水圧容器４２内に導き、一方の
端を圧電体１５に巻付けたのちに、他方の端はそ
のまま伝送用光フアイバ２０，２６に接続器４
３，４４で接続する。ここで接続器４３，４４間
の第１と第２のセンサ用光フアイバ１１と２１は
同じ長さとする。伝送用光フアイバ１０，１６，
２０，２６は圧電体１５，２５を駆動用ケーブル
４５とともに一体化したケーブル４６として耐水
圧容器４２内に導入し、防水部４７で固定し、防
水構造とする。ゴム容器３５内の室３７と中空容
器３６の内側は液体で満し、小孔４１を通してつ
ながつている。音響信号は、ゴム容器３５を通
し、室３７内の液体に伝わり、第１のセンサ用光
フアイバ１１に作用し、光フアイバ１１の屈折率
と長さを変化させる。中空容器３６内の第２のセ
ンサ用光フアイバ２１は遮音材３７により遮音さ
れているので、音響信号を受けることはない。室
３７と中空容器３６の内側は複数個の小孔４１を
通して液体が流通するので、同一の温度にするこ
とができる。したがつて第１および第２のセンサ
用光フアイバ１１と２１の２つの光学系のフアブ
リー・ペローの干渉出力を音響信号のないときに
一致させ、両出力の差が零となるように、圧電体
１５，２５に加える電圧調整しておけば、第１図
の構造の光フアイバハイドロホンを用いることに
より、前記２組のフアブリー・ペローの干渉出力
の差によつて水中の音響信号を検出することがで
きる。
２図に示す一点鎖線３４内の構造であつて、この
部分が水中の音場に置かれる。中空容器３６の内
側は遮音材３８を内貼し遮音構造とする。中空容
器３６の片側と該中空容器３６の外径に等しい内
径を有する円筒形ゴム容器３５とで室３７を作
る。中空容器３６内と室３７に円筒３９，４０を
固定する。中空容器３６、遮音材３７には小孔４
１を数個所設ける。円筒３９の外周に第１のセン
サ用光フアイバ１１を巻付けて固定し、音響信号
検出用とする。第１のセンサ用光フアイバ１１の
両端は耐水圧容器４２内に導き、一方の端を圧電
体２５に巻付けたのちに、他方の端はそのまま伝
送用光フアイバ１０，１６に接続器４３，４４で
接続する。円筒４０の外周に第２のセンサ用光フ
アイバ２１を、第１のセンサ用光フアイバ１１を
円筒３９に巻けたのと同じ構造で、同じ長さだけ
巻付け、両端は耐水圧容器４２内に導き、一方の
端を圧電体１５に巻付けたのちに、他方の端はそ
のまま伝送用光フアイバ２０，２６に接続器４
３，４４で接続する。ここで接続器４３，４４間
の第１と第２のセンサ用光フアイバ１１と２１は
同じ長さとする。伝送用光フアイバ１０，１６，
２０，２６は圧電体１５，２５を駆動用ケーブル
４５とともに一体化したケーブル４６として耐水
圧容器４２内に導入し、防水部４７で固定し、防
水構造とする。ゴム容器３５内の室３７と中空容
器３６の内側は液体で満し、小孔４１を通してつ
ながつている。音響信号は、ゴム容器３５を通
し、室３７内の液体に伝わり、第１のセンサ用光
フアイバ１１に作用し、光フアイバ１１の屈折率
と長さを変化させる。中空容器３６内の第２のセ
ンサ用光フアイバ２１は遮音材３７により遮音さ
れているので、音響信号を受けることはない。室
３７と中空容器３６の内側は複数個の小孔４１を
通して液体が流通するので、同一の温度にするこ
とができる。したがつて第１および第２のセンサ
用光フアイバ１１と２１の２つの光学系のフアブ
リー・ペローの干渉出力を音響信号のないときに
一致させ、両出力の差が零となるように、圧電体
１５，２５に加える電圧調整しておけば、第１図
の構造の光フアイバハイドロホンを用いることに
より、前記２組のフアブリー・ペローの干渉出力
の差によつて水中の音響信号を検出することがで
きる。
本説明では光フアイバを円筒外周に巻付けてセ
ンサ部としたが、平板コイル状、円環状など任意
形状に光フアイバを配列した同形状をゴム容器３
５内の室３７と遮音した中空容器３６内にそれぞ
れ配置しても同様の効果が得られる。
ンサ部としたが、平板コイル状、円環状など任意
形状に光フアイバを配列した同形状をゴム容器３
５内の室３７と遮音した中空容器３６内にそれぞ
れ配置しても同様の効果が得られる。
（発明の効果）
本発明は以上説明したように、それぞれに充填
した液体が複数の小孔を通して流通するようにし
たゴム容器と遮音構造容器を構成し、上記ゴム容
器内に第１のセンサ用光フアイバの一部分を、遮
音構造容器内に第２のセンサ用光フアイバの一部
分をそれぞれ設けることにより、また第１および
第２のセンサ用光フアイバ長調節用圧電体と伝送
用光フアイバ接続部分を同一の耐水圧容器に収容
することにより両光学系を同一温度としているの
で、両光学系の出力差を求めることにより温度変
動による出力変動を消去することができる利点が
ある。
した液体が複数の小孔を通して流通するようにし
たゴム容器と遮音構造容器を構成し、上記ゴム容
器内に第１のセンサ用光フアイバの一部分を、遮
音構造容器内に第２のセンサ用光フアイバの一部
分をそれぞれ設けることにより、また第１および
第２のセンサ用光フアイバ長調節用圧電体と伝送
用光フアイバ接続部分を同一の耐水圧容器に収容
することにより両光学系を同一温度としているの
で、両光学系の出力差を求めることにより温度変
動による出力変動を消去することができる利点が
ある。
第１図は本発明の実施例の断面図、第２図は本
発明を用いた実施例を示すブロツク図、第３図は
フアブリー・ペロー干渉計の出力波形図である。 １０，１６，２０，２６……伝送用光フアイ
バ、１１……第１のセンサ用光フアイバ、１５，
２５……圧電体、２１……第２のセンサ用光フア
イバ、３５……ゴム容器、３６……中空容器、３
７……室、３８……遮音材、３９，４０……円
筒、４１……小孔、４２……耐水圧容器、４３，
４４……接続器、４５……駆動用ケーブル、４６
……ケーブル、４７……防水部。
発明を用いた実施例を示すブロツク図、第３図は
フアブリー・ペロー干渉計の出力波形図である。 １０，１６，２０，２６……伝送用光フアイ
バ、１１……第１のセンサ用光フアイバ、１５，
２５……圧電体、２１……第２のセンサ用光フア
イバ、３５……ゴム容器、３６……中空容器、３
７……室、３８……遮音材、３９，４０……円
筒、４１……小孔、４２……耐水圧容器、４３，
４４……接続器、４５……駆動用ケーブル、４６
……ケーブル、４７……防水部。
Claims (1)
- １ 両端面に反透膜を有する同質、同長の第１お
よび第２のセンサ用光フアイバのうち第１のセン
サ用光フアイバの一部を音場に置き、第２のセン
サ用光フアイバを音場外に置き、各センサ用光フ
アイバを通過した光の強度の差から水中音響信号
を検出する光フアイバハイドロホンにおいて、耐
水圧容器と遮音構造容器とゴム容器とからなる円
筒状の容器を構成し、上記ゴム容器内に第１のセ
ンサ用光フアイバの一部分を外周に巻いた円筒を
固定し、上記遮音構造容器内に第２のセンサ用光
フアイバの一部分を外周に巻いた円筒を固定し、
上記ゴム容器と遮音構造容器とを連通する複数の
小孔を設けると共に両容器内に液体を充填し、上
記耐水圧容器内に上記第１および第２のセンサ用
光フアイバ長をそれぞれ調節する圧電体を設ける
と共に該容器内において上記第１および第２のセ
ンサ用光フアイバと伝送用光フアイバとをそれぞ
れ接続してなることを特徴とする光フアイバハイ
ドロホン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17748284A JPS6156598A (ja) | 1984-08-28 | 1984-08-28 | 光フアイバハイドロホン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17748284A JPS6156598A (ja) | 1984-08-28 | 1984-08-28 | 光フアイバハイドロホン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6156598A JPS6156598A (ja) | 1986-03-22 |
| JPH0511480B2 true JPH0511480B2 (ja) | 1993-02-15 |
Family
ID=16031677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17748284A Granted JPS6156598A (ja) | 1984-08-28 | 1984-08-28 | 光フアイバハイドロホン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6156598A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5317544A (en) * | 1992-11-09 | 1994-05-31 | Litton Systems, Inc. | Multiple segment fiber optic hydrophone |
| EP2547990B1 (en) * | 2010-03-15 | 2020-06-17 | The Board of Trustees of the Leland Stanford Junior University | Optical-fiber-compatible acoustic sensor |
| JP5630460B2 (ja) * | 2012-05-07 | 2014-11-26 | 防衛省技術研究本部長 | 光ファイバ磁気センサ |
| CN107345833B (zh) * | 2017-06-12 | 2019-07-09 | 中国科学院声学研究所 | 一种纵振式干涉型振动隔离承压光纤水听器 |
| WO2019183137A1 (en) | 2018-03-23 | 2019-09-26 | Digonnet Michel J F | Diaphragm-based fiber acoustic sensor |
| US12504320B2 (en) | 2022-04-05 | 2025-12-23 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Self-aligning optical acoustic sensors |
-
1984
- 1984-08-28 JP JP17748284A patent/JPS6156598A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6156598A (ja) | 1986-03-22 |
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