JPH06339193A - 円筒型光ファイバ音響センサ及びその製造方法 - Google Patents
円筒型光ファイバ音響センサ及びその製造方法Info
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- JPH06339193A JPH06339193A JP12620993A JP12620993A JPH06339193A JP H06339193 A JPH06339193 A JP H06339193A JP 12620993 A JP12620993 A JP 12620993A JP 12620993 A JP12620993 A JP 12620993A JP H06339193 A JPH06339193 A JP H06339193A
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Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 加速度感度を低減する構造の高感度、高耐水
圧光ファイバ音響センサを小型で実現するとともに、周
波数折り返しによる信号歪みを軽減し得る円筒型光ファ
イバ音響センサを提供する。 【構成】 光ファイバハイドロホンの音圧を光の位相変
化に変換する円筒型光ファイバ音響センサにおいて、円
筒１１の内側と外側にそれぞれ１本ずつ光ファイバが巻
かれた光ファイバコイル１２，１３を形成し、前記円筒
１１の両端に柔らかいリング状の板１４，１６挟んで蓋
１５，１７を付け、円筒１１の呼吸振動を検出する。
圧光ファイバ音響センサを小型で実現するとともに、周
波数折り返しによる信号歪みを軽減し得る円筒型光ファ
イバ音響センサを提供する。 【構成】 光ファイバハイドロホンの音圧を光の位相変
化に変換する円筒型光ファイバ音響センサにおいて、円
筒１１の内側と外側にそれぞれ１本ずつ光ファイバが巻
かれた光ファイバコイル１２，１３を形成し、前記円筒
１１の両端に柔らかいリング状の板１４，１６挟んで蓋
１５，１７を付け、円筒１１の呼吸振動を検出する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水中音波を検出する光
ファイバハイドロホンの音圧を光の位相変化に変換する
光ファイバ音響センサ及びその製造方法に関するもので
ある。
ファイバハイドロホンの音圧を光の位相変化に変換する
光ファイバ音響センサ及びその製造方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】以下、従来例として２つの種類の光ファ
イバ音響センサについて説明する。 （Ａ）まず、従来、このような分野の第１先行技術とし
ては、例えば「Ｄ．Ａ．Ｂｒｏｗｎ，Ｔ．Ｈｏｆｌｅ
ｒ，Ｓ．Ｌ．Ｇａｒｒｅｔｔ “Ｈｉｇｈ−Ｓｅｎｓｉ
ｔｉｖｉｔｙ，Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ，Ｆｌｅｘｕｒ
ａｌ ＤｉｓｋＨｙｄｒｏｐｈｏｎｅ ｗｉｔｈ Ｒｅ
ｄｕｃｅｄ ＡｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎＲｅｓｐｏｎｓ
ｅ” Ｆｉｂｅｒ ａｎｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｏ
ｐｔｉｃｓ．Ｖｏｌ．８，ｐｐ．１６９−１９１，１９
８９」に開示されるようなものがあった。
イバ音響センサについて説明する。 （Ａ）まず、従来、このような分野の第１先行技術とし
ては、例えば「Ｄ．Ａ．Ｂｒｏｗｎ，Ｔ．Ｈｏｆｌｅ
ｒ，Ｓ．Ｌ．Ｇａｒｒｅｔｔ “Ｈｉｇｈ−Ｓｅｎｓｉ
ｔｉｖｉｔｙ，Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ，Ｆｌｅｘｕｒ
ａｌ ＤｉｓｋＨｙｄｒｏｐｈｏｎｅ ｗｉｔｈ Ｒｅ
ｄｕｃｅｄ ＡｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎＲｅｓｐｏｎｓ
ｅ” Ｆｉｂｅｒ ａｎｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｏ
ｐｔｉｃｓ．Ｖｏｌ．８，ｐｐ．１６９−１９１，１９
８９」に開示されるようなものがあった。
【０００３】図４はかかる従来の振動板の屈曲を利用し
た高感度光ファイバハイドロホンの構成図である。図４
に示すように、このハイドロホンは円筒状の筐体１、こ
の筐体１の両端に設けられる振動板２、この振動板２上
にスパイラル状に接着された光ファイバ３からなる。
た高感度光ファイバハイドロホンの構成図である。図４
に示すように、このハイドロホンは円筒状の筐体１、こ
の筐体１の両端に設けられる振動板２、この振動板２上
にスパイラル状に接着された光ファイバ３からなる。
【０００４】（Ｂ）次に、従来、このような分野の第２
先行技術としては、例えば、第１文献として「佐藤他、
円形振動板を用いた光ファイバ音響センサの圧力バラン
ス化、第１３回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に
関するシンポジウム講演予稿集，Ｐ．２２９，１９９２
年１１月３０日，「振動板の屈曲を利用した高耐水圧で
は高感度な高ファイバハイドロホン」、また、第２文献
として、「Ａ．Ｄａｎｄｒｉｄｇｅ，Ａ．Ｂ．Ｔｖｅｔ
ｅｎ，Ｔ．Ｇ．Ｇｉａｌｌｏｅｎｚｉ“Ｈｏｍｏｄｙｎ
ｅ Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ
ＦｉｂｅｒＯｐｔｉｃ Ｓｅｎｓｅｒ Ｕｓｉｎｇ
Ｐｈａｓｅ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｃａｒｒｉｅｒ”Ｊ
ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎｉｃｓ．Ｖｏｌ．ＱＥ−１８．Ｎｏ１０，１９８２」
に開示されるようなものがあった。
先行技術としては、例えば、第１文献として「佐藤他、
円形振動板を用いた光ファイバ音響センサの圧力バラン
ス化、第１３回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に
関するシンポジウム講演予稿集，Ｐ．２２９，１９９２
年１１月３０日，「振動板の屈曲を利用した高耐水圧で
は高感度な高ファイバハイドロホン」、また、第２文献
として、「Ａ．Ｄａｎｄｒｉｄｇｅ，Ａ．Ｂ．Ｔｖｅｔ
ｅｎ，Ｔ．Ｇ．Ｇｉａｌｌｏｅｎｚｉ“Ｈｏｍｏｄｙｎ
ｅ Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ
ＦｉｂｅｒＯｐｔｉｃ Ｓｅｎｓｅｒ Ｕｓｉｎｇ
Ｐｈａｓｅ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｃａｒｒｉｅｒ”Ｊ
ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎｉｃｓ．Ｖｏｌ．ＱＥ−１８．Ｎｏ１０，１９８２」
に開示されるようなものがあった。
【０００５】図５に示すように、筐体１にオリフィス４
を設け、筐体１内部を液体で満たした構造になっている
ため、筐体１の内側と外側で静的には圧力バランスが保
たれるので耐水圧が高い。加速度により振動板２が振動
した場合には、振動板２の表裏で歪みの符号が逆になる
ことを利用して、加速度感度を低減する構造になってい
る。
を設け、筐体１内部を液体で満たした構造になっている
ため、筐体１の内側と外側で静的には圧力バランスが保
たれるので耐水圧が高い。加速度により振動板２が振動
した場合には、振動板２の表裏で歪みの符号が逆になる
ことを利用して、加速度感度を低減する構造になってい
る。
【０００６】また、レーザ光の位相変化を検出する干渉
法の１つにパッシブホモダイン方式（上記第２文献参
照）がある。この方式では、干渉光の位相を正弦波状に
変調することにより、Ｏ／Ｅ変換器の出力をＯとする
と、 Ｏ＝Ａ＋Ｂ cos〔Ｃ cos ωC ｔ＋Φ（ｔ）〕 …（１） となる。ここでＡ，Ｂ，Ｃは定数、ωC は変調角周波
数、ｔは時間、Φ（ｔ）は音響信号を含む干渉光の位相
変化である。
法の１つにパッシブホモダイン方式（上記第２文献参
照）がある。この方式では、干渉光の位相を正弦波状に
変調することにより、Ｏ／Ｅ変換器の出力をＯとする
と、 Ｏ＝Ａ＋Ｂ cos〔Ｃ cos ωC ｔ＋Φ（ｔ）〕 …（１） となる。ここでＡ，Ｂ，Ｃは定数、ωC は変調角周波
数、ｔは時間、Φ（ｔ）は音響信号を含む干渉光の位相
変化である。
【０００７】そこで、上記（１）式を展開すると、 Ｏ＝Ａ＋Ｂ｛〔ＪO （Ｃ）＋２Σ（−１）K Ｊ2K（Ｃ）cos ２ｋωC t 〕 cosΦ（ｔ）−２Σ（−１）K Ｊ2K-1（Ｃ）cos （２ｋ＋１）ωC （ｔ）｝ sinΦ（ｔ） …（２） となる。
【０００８】上記（２）のスペクトラムを図６に示す。
図６において、横軸は角周波数ωC 、縦軸はスペクトラ
ムを示し、ａは１次波の上側波帯、ｂは２次波の下側波
帯を示している。上記（２）式から１次波と２次波の振
幅を取り出し、 −ＢＪ1 （Ｃ）sin Φ（ｔ） …（３ａ） −ＢＪ2 （Ｃ）cos Φ（ｔ） …（３ｂ） これらを微分すると、 −ｄΦ（ｔ）／ｄｔ ＢＪ1 （Ｃ）cos Φ（ｔ） …（４ａ） ｄΦ（ｔ）／ｄｔ ＢＪ2 （Ｃ）sin Φ（ｔ） …（４ｂ） 上記（３ａ）と（４ｂ）、（４ａ）と（３ｂ）を掛算
し、 −ｄΦ（ｔ）／ｄｔ Ｂ2 Ｊ1 （Ｃ）Ｊ2 （Ｃ）sin2Φ（ｔ） …（５ａ） ｄΦ（ｔ）／ｄｔ Ｂ2 Ｊ1 （Ｃ）Ｊ2 （Ｃ）cos2Φ（ｔ） …（５ｂ） これらを引算すると、 ｄΦ（ｔ）／ｄｔ Ｂ2 Ｊ1 （Ｃ）Ｊ2 （Ｃ） …（６） となる。
図６において、横軸は角周波数ωC 、縦軸はスペクトラ
ムを示し、ａは１次波の上側波帯、ｂは２次波の下側波
帯を示している。上記（２）式から１次波と２次波の振
幅を取り出し、 −ＢＪ1 （Ｃ）sin Φ（ｔ） …（３ａ） −ＢＪ2 （Ｃ）cos Φ（ｔ） …（３ｂ） これらを微分すると、 −ｄΦ（ｔ）／ｄｔ ＢＪ1 （Ｃ）cos Φ（ｔ） …（４ａ） ｄΦ（ｔ）／ｄｔ ＢＪ2 （Ｃ）sin Φ（ｔ） …（４ｂ） 上記（３ａ）と（４ｂ）、（４ａ）と（３ｂ）を掛算
し、 −ｄΦ（ｔ）／ｄｔ Ｂ2 Ｊ1 （Ｃ）Ｊ2 （Ｃ）sin2Φ（ｔ） …（５ａ） ｄΦ（ｔ）／ｄｔ Ｂ2 Ｊ1 （Ｃ）Ｊ2 （Ｃ）cos2Φ（ｔ） …（５ｂ） これらを引算すると、 ｄΦ（ｔ）／ｄｔ Ｂ2 Ｊ1 （Ｃ）Ｊ2 （Ｃ） …（６） となる。
【０００９】これを積分すると音響信号を含む干渉光の
位相変化Φ（ｔ）を検出できる。
位相変化Φ（ｔ）を検出できる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上述
べたように、 （１）振動板の屈曲を利用した光ファイバハイドロホン
では、振動板に接着する光ファイバを長くして感度をよ
り向上させると、振動板の径が大きくなり、センサが大
型になる。
べたように、 （１）振動板の屈曲を利用した光ファイバハイドロホン
では、振動板に接着する光ファイバを長くして感度をよ
り向上させると、振動板の径が大きくなり、センサが大
型になる。
【００１１】（２）パッシブホモダイン方式において、
図６に示すように、１次波の上側波帯に２次波の下側波
帯の高周波成分が重なり、信号に歪みが発生する。パッ
シブホモダイン以外の干渉方式でも、時分割多重を行う
場合、サンプリングによる周波数折り返しが発生し、信
号が歪む。本発明は、以上述べた問題を除去するため、
加速度感度を低減する構造の高感度、高耐水圧光ファイ
バ音響センサを小型で実現するとともに、周波数折り返
しによる信号歪みを軽減し得る円筒型光ファイバ音響セ
ンサを提供することを目的とする。
図６に示すように、１次波の上側波帯に２次波の下側波
帯の高周波成分が重なり、信号に歪みが発生する。パッ
シブホモダイン以外の干渉方式でも、時分割多重を行う
場合、サンプリングによる周波数折り返しが発生し、信
号が歪む。本発明は、以上述べた問題を除去するため、
加速度感度を低減する構造の高感度、高耐水圧光ファイ
バ音響センサを小型で実現するとともに、周波数折り返
しによる信号歪みを軽減し得る円筒型光ファイバ音響セ
ンサを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 （Ａ）光ファイバハイドロホンの音圧を光の位相変化に
変換する円筒型光ファイバ音響センサにおいて、円筒の
内側と外側にそれぞれ１本ずつ光ファイバが巻かれた光
ファイバコイルを形成し、前記円筒の両端に柔らかい材
料を挟んで蓋を付け、前記円筒の呼吸振動を検出するよ
うにしたものである。
成するために、 （Ａ）光ファイバハイドロホンの音圧を光の位相変化に
変換する円筒型光ファイバ音響センサにおいて、円筒の
内側と外側にそれぞれ１本ずつ光ファイバが巻かれた光
ファイバコイルを形成し、前記円筒の両端に柔らかい材
料を挟んで蓋を付け、前記円筒の呼吸振動を検出するよ
うにしたものである。
【００１３】また、光ファイバハイドロホンの音圧を光
の位相変化に変換する円筒型光ファイバ音響センサの製
造方法において、円筒の外側に接着剤が付着した光ファ
イバを巻き取って光ファイバコイルを形成し、接着剤が
接着しないようにした円柱に巻き取った接着剤が付着し
た光ファイバコイルを前記円筒の内側に接着して光ファ
イバコイルを形成するようにしたものである。
の位相変化に変換する円筒型光ファイバ音響センサの製
造方法において、円筒の外側に接着剤が付着した光ファ
イバを巻き取って光ファイバコイルを形成し、接着剤が
接着しないようにした円柱に巻き取った接着剤が付着し
た光ファイバコイルを前記円筒の内側に接着して光ファ
イバコイルを形成するようにしたものである。
【００１４】（Ｂ）光ファイバハイドロホンの音圧を光
の位相変化に変換する圧力バランス構造の光ファイバ音
響センサにおいて、円筒の内側と外側にそれぞれ１本ず
つ光ファイバを巻き、前記円筒の両端にオリフィスを形
成し、前記円筒の呼吸振動を検出するようにしたもので
ある。更に、光ファイバハイドロホンの音圧を光の位相
変化に変換する圧力バランス構造の光ファイバ音響セン
サにおいて、円筒の内側と外側にヘルツホルム共振器を
構成し、前記円筒が振動する周波数を帯域制限するよう
にしたものである。
の位相変化に変換する圧力バランス構造の光ファイバ音
響センサにおいて、円筒の内側と外側にそれぞれ１本ず
つ光ファイバを巻き、前記円筒の両端にオリフィスを形
成し、前記円筒の呼吸振動を検出するようにしたもので
ある。更に、光ファイバハイドロホンの音圧を光の位相
変化に変換する圧力バランス構造の光ファイバ音響セン
サにおいて、円筒の内側と外側にヘルツホルム共振器を
構成し、前記円筒が振動する周波数を帯域制限するよう
にしたものである。
【００１５】
【作用】本発明によれば、上記（Ａ）のように、光ファ
イバハイドロホンの音圧を光の位相変化に変換する円筒
型光ファイバ音響センサにおいて、円筒の内側と外側に
それぞれ１本ずつ光ファイバが巻かれた光ファイバコイ
ルを形成し、前記円筒の両端に柔らかい材料を挟んで蓋
を付け、前記円筒の呼吸振動を検出するようにしたの
で、 （１）光ファイバを円筒の内側と外側に巻き付けた構造
であるため、感度を向上させることができる。
イバハイドロホンの音圧を光の位相変化に変換する円筒
型光ファイバ音響センサにおいて、円筒の内側と外側に
それぞれ１本ずつ光ファイバが巻かれた光ファイバコイ
ルを形成し、前記円筒の両端に柔らかい材料を挟んで蓋
を付け、前記円筒の呼吸振動を検出するようにしたの
で、 （１）光ファイバを円筒の内側と外側に巻き付けた構造
であるため、感度を向上させることができる。
【００１６】また、光ファイバの長さを長くしたい場合
は、重ねて巻くことも可能であり、センサが大型になる
ことはなく、小型で感度の高い光ファイバ音響センサを
得ることができる。 （２）この光ファイバ音響センサは、音圧によってのみ
発生する呼吸振動だけを検出するので、加速度感度を抑
制することができる。
は、重ねて巻くことも可能であり、センサが大型になる
ことはなく、小型で感度の高い光ファイバ音響センサを
得ることができる。 （２）この光ファイバ音響センサは、音圧によってのみ
発生する呼吸振動だけを検出するので、加速度感度を抑
制することができる。
【００１７】（３）接着剤が接着しないようにした円柱
に巻き取った光ファイバを、円筒の内側に接着するよう
にしたので、製造が簡単である。また、上記（Ｂ）のよ
うに、つまり、光ファイバハイドロホンの音圧を光の位
相変化に変換する光ファイバ音響センサにおいて、蓋付
円筒の内側と外側に光ファイバを各１本巻き、蓋にオリ
フィスを設けて円筒内部に液体を満たすことによりヘル
ムホルツ共振器を構成したもので、静水圧に対しては圧
力バランスが保たれ、ヘルムホルツ共振周波数以上の音
圧を受けて円筒が呼吸振動した時に２本の光ファイバの
長さの差が変化するように構成したので、上記の効果に
加えて、 （１）センサ内全てが、静的には圧力バランスが保たれ
ているので耐水圧が高い。
に巻き取った光ファイバを、円筒の内側に接着するよう
にしたので、製造が簡単である。また、上記（Ｂ）のよ
うに、つまり、光ファイバハイドロホンの音圧を光の位
相変化に変換する光ファイバ音響センサにおいて、蓋付
円筒の内側と外側に光ファイバを各１本巻き、蓋にオリ
フィスを設けて円筒内部に液体を満たすことによりヘル
ムホルツ共振器を構成したもので、静水圧に対しては圧
力バランスが保たれ、ヘルムホルツ共振周波数以上の音
圧を受けて円筒が呼吸振動した時に２本の光ファイバの
長さの差が変化するように構成したので、上記の効果に
加えて、 （１）センサ内全てが、静的には圧力バランスが保たれ
ているので耐水圧が高い。
【００１８】（２）更に、円筒の外側にヘルムホルツ共
振器を施した構造にすると、外側のヘルムホルツ共振器
の共振周波数ｆOA以上の周波数帯は検出されないので、
周波数折り返しによる信号歪みを軽減することができ
る。つまり、周波数折り返しにより信号歪みが発生する
問題に対しては、円筒の外側にもヘルムホルツ共振器を
施し、外側のヘルムホルツ共振器の共振周波数以上では
円筒の内側と外側で圧力バランスが保たれるように構成
する。これにより音響信号の高周波成分はハイドロホン
の音響センサ部で遮断される。
振器を施した構造にすると、外側のヘルムホルツ共振器
の共振周波数ｆOA以上の周波数帯は検出されないので、
周波数折り返しによる信号歪みを軽減することができ
る。つまり、周波数折り返しにより信号歪みが発生する
問題に対しては、円筒の外側にもヘルムホルツ共振器を
施し、外側のヘルムホルツ共振器の共振周波数以上では
円筒の内側と外側で圧力バランスが保たれるように構成
する。これにより音響信号の高周波成分はハイドロホン
の音響センサ部で遮断される。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の実施例について図を参照しな
がら詳細に説明する。図１は本発明の第１実施例を示す
円筒型光ファイバ音響センサの構造を示す図である。図
１に示すように、円筒型光ファイバ音響センサ１０の円
筒１１の外側に光ファイバコイル１２、円筒１１の内側
に光ファイバコイル１３を巻く。光ファイバコイル１２
と光ファイバコイル１３の長さは同程度にしておく。円
筒１１の両端にはゴムなどの柔らかいリング状の板１
４，１６を挟んで蓋１５，１７を付け、円筒１１の内部
を空気室にする。
がら詳細に説明する。図１は本発明の第１実施例を示す
円筒型光ファイバ音響センサの構造を示す図である。図
１に示すように、円筒型光ファイバ音響センサ１０の円
筒１１の外側に光ファイバコイル１２、円筒１１の内側
に光ファイバコイル１３を巻く。光ファイバコイル１２
と光ファイバコイル１３の長さは同程度にしておく。円
筒１１の両端にはゴムなどの柔らかいリング状の板１
４，１６を挟んで蓋１５，１７を付け、円筒１１の内部
を空気室にする。
【００２０】このようにして得られた円筒の振動モデル
を図２に示す。ここで、円筒１１の半径をｒ0 、厚さを
２ｈとする。円筒１１の外側と内側に長さＬ0 の光ファ
イバを巻くと、外側と内側の光ファイバコイル１２，１
３の巻き数Ｎ1 、Ｎ2 はそれぞれ、 Ｎ1 ＝Ｌ0 ／〔２π（ｒ0 ＋ｈ）〕 …（７） Ｎ2 ＝Ｌ0 ／〔２π（ｒ0 −ｈ）〕 …（８） となる。
を図２に示す。ここで、円筒１１の半径をｒ0 、厚さを
２ｈとする。円筒１１の外側と内側に長さＬ0 の光ファ
イバを巻くと、外側と内側の光ファイバコイル１２，１
３の巻き数Ｎ1 、Ｎ2 はそれぞれ、 Ｎ1 ＝Ｌ0 ／〔２π（ｒ0 ＋ｈ）〕 …（７） Ｎ2 ＝Ｌ0 ／〔２π（ｒ0 −ｈ）〕 …（８） となる。
【００２１】円筒１１が音圧を受けて呼吸振動（１次モ
ード）すると、円筒１１の半径ｒ0が変化する。この変
化量の軸方向平均をΔｒとすると、円筒１１が呼吸振動
している時の、外側の光ファイバコイル１２の光ファイ
バ長Ｌ1 と、内側の光ファイバコイル１３の光ファイバ
長Ｌ2 は、 Ｌ1 ＝２π（ｒ0 ＋ｈ−Δｒ）Ｎ1 …（９） Ｌ2 ＝２π（ｒ0 −ｈ−Δｒ）Ｎ2 …（１０） と表される。
ード）すると、円筒１１の半径ｒ0が変化する。この変
化量の軸方向平均をΔｒとすると、円筒１１が呼吸振動
している時の、外側の光ファイバコイル１２の光ファイ
バ長Ｌ1 と、内側の光ファイバコイル１３の光ファイバ
長Ｌ2 は、 Ｌ1 ＝２π（ｒ0 ＋ｈ−Δｒ）Ｎ1 …（９） Ｌ2 ＝２π（ｒ0 −ｈ−Δｒ）Ｎ2 …（１０） と表される。
【００２２】上記（７）〜（１０）式から、２本の光フ
ァイバの長さの差Ｌ1 −Ｌ2 は、Ｌ1 −Ｌ2 ＝２ｈＬ0
Δｒ／（ｒ0 2 −ｈ2 ）となり、Δｒに比例する。以上
が光ファイバ音響センサの動作原理である。光ファイバ
ハイドロホン全体としては、２本の光ファイバコイル１
２，１３にレーザ光を通し、Ｌ1 −Ｌ2 により発生する
レーザ光の位相差を干渉法を利用して検出するものであ
る。
ァイバの長さの差Ｌ1 −Ｌ2 は、Ｌ1 −Ｌ2 ＝２ｈＬ0
Δｒ／（ｒ0 2 −ｈ2 ）となり、Δｒに比例する。以上
が光ファイバ音響センサの動作原理である。光ファイバ
ハイドロホン全体としては、２本の光ファイバコイル１
２，１３にレーザ光を通し、Ｌ1 −Ｌ2 により発生する
レーザ光の位相差を干渉法を利用して検出するものであ
る。
【００２３】図３は本発明の第１実施例を示す円筒型光
ファイバ音響センサの製造方法を示す斜視図である。図
３（ａ）に示すように、棒２２を組み合わせて作った分
解可能な円柱２１に、接着剤を付けた光ファイバを巻
き、光ファイバコイル１３を形成する。一方、円筒１１
に接着剤を付けた光ファイバを巻き、光ファイバコイル
１２を形成する。その円筒１１の中に円柱２１を挿入す
る。
ファイバ音響センサの製造方法を示す斜視図である。図
３（ａ）に示すように、棒２２を組み合わせて作った分
解可能な円柱２１に、接着剤を付けた光ファイバを巻
き、光ファイバコイル１３を形成する。一方、円筒１１
に接着剤を付けた光ファイバを巻き、光ファイバコイル
１２を形成する。その円筒１１の中に円柱２１を挿入す
る。
【００２４】次に、図３（ｂ）に示すように、接着剤が
硬化したら円柱２１を分解して抜き取り、円筒１１の内
側に光ファイバコイル１３を、円筒１１の外側に光ファ
イバコイル１２が固着された円筒体１０を得る。次い
で、図３（ｃ）に示すように、その円筒体１０の下端に
柔らかいリング板１４を介して蓋１５を接着し、同様
に、円筒体１０の上端に柔らかいリング板１６を介して
蓋１７を接着して、円筒１１の内部を空気室にする。
硬化したら円柱２１を分解して抜き取り、円筒１１の内
側に光ファイバコイル１３を、円筒１１の外側に光ファ
イバコイル１２が固着された円筒体１０を得る。次い
で、図３（ｃ）に示すように、その円筒体１０の下端に
柔らかいリング板１４を介して蓋１５を接着し、同様
に、円筒体１０の上端に柔らかいリング板１６を介して
蓋１７を接着して、円筒１１の内部を空気室にする。
【００２５】図７は本発明の第２実施例を示す高域制限
機能付円筒型光ファイバ音響センサの構造を示す断面図
である。円筒３１の外側に光ファイバコイル３２、円筒
３１の内側に光ファイバコイル３３を巻く。光ファイバ
コイル３２と光ファイバコイル３３の長さは同程度にし
ておく。円筒３１の端にはオリフィス３５を設けた蓋３
４を付け、円筒３１の内部を液体で満たす。
機能付円筒型光ファイバ音響センサの構造を示す断面図
である。円筒３１の外側に光ファイバコイル３２、円筒
３１の内側に光ファイバコイル３３を巻く。光ファイバ
コイル３２と光ファイバコイル３３の長さは同程度にし
ておく。円筒３１の端にはオリフィス３５を設けた蓋３
４を付け、円筒３１の内部を液体で満たす。
【００２６】円筒の振動モデルを図８に示す。円筒３１
の半径をｒ0 、厚さを２ｈとする。円筒３１の外側と内
側に長さＬ0の光ファイバを巻くと、外側と内側の光フ
ァイバコイル３２，３３の巻き数Ｎ1、Ｎ2 はそれぞ
れ、上記した式（７）及び式（８）となる。円筒３１が
音圧を受けて呼吸振動（１次モード）すると、円筒３１
の半径ｒ0が変化する。この変化量の軸方向平均をΔｒ
とすると、円筒３１が呼吸振動している時の、外側の光
ファイバコイル３２の光ファイバ長Ｌ1 と内側の光ファ
イバコイル３３の光ファイバ長Ｌ2 は、上記した式
（９）及び（１０）と表される。
の半径をｒ0 、厚さを２ｈとする。円筒３１の外側と内
側に長さＬ0の光ファイバを巻くと、外側と内側の光フ
ァイバコイル３２，３３の巻き数Ｎ1、Ｎ2 はそれぞ
れ、上記した式（７）及び式（８）となる。円筒３１が
音圧を受けて呼吸振動（１次モード）すると、円筒３１
の半径ｒ0が変化する。この変化量の軸方向平均をΔｒ
とすると、円筒３１が呼吸振動している時の、外側の光
ファイバコイル３２の光ファイバ長Ｌ1 と内側の光ファ
イバコイル３３の光ファイバ長Ｌ2 は、上記した式
（９）及び（１０）と表される。
【００２７】上記（７）〜（１０）式から、２本の光フ
ァイバの長さの差Ｌ1 −Ｌ2 は、Ｌ1 −Ｌ2 ＝２ｈＬ0
Δｒ／（ｒ0 2 −ｈ2 ）となり、Δｒに比例する。２
本の光ファイバコイル３２，３３にレーザ光を通し、Ｌ
1 −Ｌ2 により発生するレーザ光の位相差を干渉法を利
用して検出することができる。蓋３４に付けたオリフィ
ス３５と円筒３１内部の液体でヘルムホルツ共振器が構
成されており、静水圧に対しては円筒３１の内側と外側
で圧力バランスが保たれているので、高い耐水圧が得ら
れ、ヘルムホルツ共振周波数以上の音圧を受けると円筒
３１が呼吸振動する。
ァイバの長さの差Ｌ1 −Ｌ2 は、Ｌ1 −Ｌ2 ＝２ｈＬ0
Δｒ／（ｒ0 2 −ｈ2 ）となり、Δｒに比例する。２
本の光ファイバコイル３２，３３にレーザ光を通し、Ｌ
1 −Ｌ2 により発生するレーザ光の位相差を干渉法を利
用して検出することができる。蓋３４に付けたオリフィ
ス３５と円筒３１内部の液体でヘルムホルツ共振器が構
成されており、静水圧に対しては円筒３１の内側と外側
で圧力バランスが保たれているので、高い耐水圧が得ら
れ、ヘルムホルツ共振周波数以上の音圧を受けると円筒
３１が呼吸振動する。
【００２８】したがって、ヘルムホルツ共振周波数付近
を遮断周波数とするＨＰＦ（ハイパスフィルタ）が構成
されている。このように、光ファイバハイドロホンの音
圧を光の位相変化に変換する光ファイバ音響センサにお
いて、蓋付円筒の内側と外側に光ファイバコイルを各１
本巻き、蓋にオリフィスを設けて円筒内部に液体を満た
すことによりヘルムホルツ共振器を構成したので、静水
圧に対しては圧力バランスが保たれ、ヘルムホルツ共振
周波数以上の音圧を受けて円筒が呼吸振動した時に、２
本の光ファイバの長さの差が変化し、水中音波を検出す
ることができる。
を遮断周波数とするＨＰＦ（ハイパスフィルタ）が構成
されている。このように、光ファイバハイドロホンの音
圧を光の位相変化に変換する光ファイバ音響センサにお
いて、蓋付円筒の内側と外側に光ファイバコイルを各１
本巻き、蓋にオリフィスを設けて円筒内部に液体を満た
すことによりヘルムホルツ共振器を構成したので、静水
圧に対しては圧力バランスが保たれ、ヘルムホルツ共振
周波数以上の音圧を受けて円筒が呼吸振動した時に、２
本の光ファイバの長さの差が変化し、水中音波を検出す
ることができる。
【００２９】図９は本発明の第３実施例を示す帯域制限
機能付円筒型光ファイバ音響センサの構造を示す断面図
である。この実施例では、前記第２実施例に示される円
筒型光ファイバ音響センサをオリフィス４７を設けた筐
体４６に収め、筐体４６内に液体を満たした構造になっ
ている。
機能付円筒型光ファイバ音響センサの構造を示す断面図
である。この実施例では、前記第２実施例に示される円
筒型光ファイバ音響センサをオリフィス４７を設けた筐
体４６に収め、筐体４６内に液体を満たした構造になっ
ている。
【００３０】筐体４６と円筒４１の間のキャビティと、
筐体４６に設けたオリフィス４７でのヘルムホルツ共振
周波数ｆOA、円筒４１内のキャビティと円筒４１の蓋４
４に設けたオリフィス４５でのヘルムホルツ共振周波数
ｆ0Bをｆ0B＜ｆOAとする。音波の周波数をｆとして、ｆ
＞ｆOAの音波は円筒４１の蓋４４のオリフィス４５、筐
体４６のオリフィス４７の両方を通過しないので、円筒
４１は振動しない。
筐体４６に設けたオリフィス４７でのヘルムホルツ共振
周波数ｆOA、円筒４１内のキャビティと円筒４１の蓋４
４に設けたオリフィス４５でのヘルムホルツ共振周波数
ｆ0Bをｆ0B＜ｆOAとする。音波の周波数をｆとして、ｆ
＞ｆOAの音波は円筒４１の蓋４４のオリフィス４５、筐
体４６のオリフィス４７の両方を通過しないので、円筒
４１は振動しない。
【００３１】ｆ0B＜ｆ＜ｆOAの音波は円筒４１の蓋４４
のオリフィス４５を通過しないが、筐体４６のオリフィ
ス４７を通過するので、円筒４１が振動する。ｆ＜ｆ0B
の音波は円筒４１の蓋４４のオリフィス４５、筐体４６
のオリフィス４７の両方を通過するので、圧力バランス
が保たれ、円筒４１は振動しない。したがって、ＢＰＦ
（バンドパスフィルタ）が構成されている。ｆ0B＞ｆOA
としても同様の効果が得られる。
のオリフィス４５を通過しないが、筐体４６のオリフィ
ス４７を通過するので、円筒４１が振動する。ｆ＜ｆ0B
の音波は円筒４１の蓋４４のオリフィス４５、筐体４６
のオリフィス４７の両方を通過するので、圧力バランス
が保たれ、円筒４１は振動しない。したがって、ＢＰＦ
（バンドパスフィルタ）が構成されている。ｆ0B＞ｆOA
としても同様の効果が得られる。
【００３２】このように、円筒の内側と外側にヘルツホ
ルム共振器を構成し、円筒が振動する周波数を帯域制限
するように構成することができる。ここで、周波数折り
返しにより信号歪みが発生する問題に対しては、円筒の
外側にもヘルムホルツ共振器を施し、外側のヘルムホル
ツ共振器の共振周波数以上では円筒の内側と外側で圧力
バランスが保たれるようにする。これにより、音響信号
の高周波成分はハイドロホンの音響センサ部で遮断され
る。
ルム共振器を構成し、円筒が振動する周波数を帯域制限
するように構成することができる。ここで、周波数折り
返しにより信号歪みが発生する問題に対しては、円筒の
外側にもヘルムホルツ共振器を施し、外側のヘルムホル
ツ共振器の共振周波数以上では円筒の内側と外側で圧力
バランスが保たれるようにする。これにより、音響信号
の高周波成分はハイドロホンの音響センサ部で遮断され
る。
【００３３】なお、上記実施例においては、円筒の内側
と外側に各々１層の光ファイバコイルが形成れている
が、光ファイバの長さを長くする必要がある場合は、重
ねて巻くことも可能であり、そのように構成することに
より、センサが大型になることはなく、小型で感度の高
い光ファイバ音響センサを得ることができる。なお、本
発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の
趣旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを本発明
の範囲から排除するものではない。
と外側に各々１層の光ファイバコイルが形成れている
が、光ファイバの長さを長くする必要がある場合は、重
ねて巻くことも可能であり、そのように構成することに
より、センサが大型になることはなく、小型で感度の高
い光ファイバ音響センサを得ることができる。なお、本
発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の
趣旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを本発明
の範囲から排除するものではない。
【００３４】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、次のような効果を奏することができる。第１発
明によれば、 （１）光ファイバを円筒の内側と外側に巻き付けた構造
であるため、感度を向上させることができる。
よれば、次のような効果を奏することができる。第１発
明によれば、 （１）光ファイバを円筒の内側と外側に巻き付けた構造
であるため、感度を向上させることができる。
【００３５】また、光ファイバの長さを長くたい場合に
は、重ねて巻くことにより、センサが大型になることは
なく、小型で精度の高い光ファイバ音響センサを得るこ
とができる。 （２）この光ファイバ音響センサは、音圧によってのみ
発生する呼吸振動だけを検出するので、加速度感度を抑
制することができる。
は、重ねて巻くことにより、センサが大型になることは
なく、小型で精度の高い光ファイバ音響センサを得るこ
とができる。 （２）この光ファイバ音響センサは、音圧によってのみ
発生する呼吸振動だけを検出するので、加速度感度を抑
制することができる。
【００３６】（３）接着剤が接着しないようにした円柱
に巻き取った光ファイバを円筒の内側に接着するように
したので、製造が簡単である。第２発明によれば、更
に、 （１）センサ内全てが、静的には圧力バランスが保たれ
ているので耐水圧が高い。
に巻き取った光ファイバを円筒の内側に接着するように
したので、製造が簡単である。第２発明によれば、更
に、 （１）センサ内全てが、静的には圧力バランスが保たれ
ているので耐水圧が高い。
【００３７】（２）外側のヘルムホルツ共振器の共振周
波数ｆOA以上の周波数帯は検出されないので、周波数折
り返しによる信号歪みを軽減することができる。
波数ｆOA以上の周波数帯は検出されないので、周波数折
り返しによる信号歪みを軽減することができる。
【図１】本発明の第１実施例を示す円筒型光ファイバ音
響センサの構造を示す図である。
響センサの構造を示す図である。
【図２】本発明の第１実施例を示す円筒型光ファイバ音
響センサの円筒の振動モデルを示す図である。
響センサの円筒の振動モデルを示す図である。
【図３】本発明の第１実施例を示す円筒型光ファイバ音
響センサの製造方法を示す図である。
響センサの製造方法を示す図である。
【図４】従来の振動板の屈曲を利用した高感度光ファイ
バハイドロホンの構成図である。
バハイドロホンの構成図である。
【図５】従来の振動板の屈曲を利用した高耐水圧型の高
感度光ファイバハイドロホンの構成図である。
感度光ファイバハイドロホンの構成図である。
【図６】従来の光ファイバ音響センサのスペクトラムを
示す図である。
示す図である。
【図７】本発明の第２実施例を示す高域制限機能付円筒
型光ファイバ音響センサの構造を示す図である。
型光ファイバ音響センサの構造を示す図である。
【図８】本発明の第２実施例を示す高域制限機能付円筒
型光ファイバ音響センサの円筒の振動モデルを示す断面
図である。
型光ファイバ音響センサの円筒の振動モデルを示す断面
図である。
【図９】本発明の第３実施例を示す帯域制限機能付円筒
型光ファイバ音響センサの構造を示す断面図である。
型光ファイバ音響センサの構造を示す断面図である。
１０ 円筒体 １１，３１，４１ 円筒 １２，１３，３２，３３ 光ファイバコイル １４，１６ 柔らかいリング状の板 １５，１７，３４，４４ 蓋 ２１ 円柱 ２２ 棒 ３５，４５，４７ オリフィス ４６ 筐体
Claims (4)
- 【請求項１】 光ファイバハイドロホンの音圧を光の位
相変化に変換する円筒型光ファイバ音響センサにおい
て、 円筒の内側と外側にそれぞれ１本ずつ光ファイバが巻か
れた光ファイバコイルを形成し、前記円筒の両端に柔ら
かい材料を挟んで蓋を付け、前記円筒の呼吸振動を検出
するようにしたことを特徴とする円筒型光ファイバ音響
センサ。 - 【請求項２】 光ファイバハイドロホンの音圧を光の位
相変化に変換する円筒型光ファイバ音響センサの製造方
法において、（ａ）円筒の外側に接着剤が付着した光フ
ァイバを巻き取って光ファイバコイルを形成し、（ｂ）
接着剤が接着しないようにした円柱に巻き取った接着剤
が付着した光ファイバコイルを前記円筒の内側に接着し
て光ファイバコイルを形成するようにしたことを特徴と
する円筒型光ファイバ音響センサの製造方法。 - 【請求項３】 光ファイバハイドロホンの音圧を光の位
相変化に変換する圧力バランス構造の光ファイバ音響セ
ンサにおいて、 円筒の内側と外側にそれぞれ１本ずつ光ファイバを巻
き、前記円筒の両端にオリフィスを形成し、前記円筒の
呼吸振動を検出するようにしたことを特徴とする円筒型
光ファイバ音響センサ。 - 【請求項４】 光ファイバハイドロホンの音圧を光の位
相変化に変換する圧力バランス構造の光ファイバ音響セ
ンサにおいて、 円筒の内側と外側にヘルツホルム共振器を構成し、前記
円筒が振動する周波数を帯域制限するようにしたことを
特徴とする円筒型光ファイバ音響センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12620993A JPH06339193A (ja) | 1993-05-27 | 1993-05-27 | 円筒型光ファイバ音響センサ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12620993A JPH06339193A (ja) | 1993-05-27 | 1993-05-27 | 円筒型光ファイバ音響センサ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06339193A true JPH06339193A (ja) | 1994-12-06 |
Family
ID=14929425
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12620993A Withdrawn JPH06339193A (ja) | 1993-05-27 | 1993-05-27 | 円筒型光ファイバ音響センサ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06339193A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09178544A (ja) * | 1995-12-26 | 1997-07-11 | Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency | 高耐水圧円筒型光ファイバ音響センサ |
| KR100773235B1 (ko) * | 2006-10-30 | 2007-11-02 | 주식회사 현대오토넷 | 차량 스피커의 왜곡 보상 장치 |
| JP2008089488A (ja) * | 2006-10-04 | 2008-04-17 | Oki Electric Ind Co Ltd | ハイドロホン |
| JP2010506496A (ja) * | 2006-10-05 | 2010-02-25 | デラウェア ステイト ユニバーシティ ファウンデーション，インコーポレイティド | 光ファイバ音響検出器 |
| JP2012068087A (ja) * | 2010-09-22 | 2012-04-05 | Technical Research & Development Institute Ministry Of Defence | 高耐水圧光ファイバハイドロホン |
| JP2015078968A (ja) * | 2013-10-18 | 2015-04-23 | 株式会社東芝 | 位相変調子及びそれを用いた光電流センサ |
| CN107367321A (zh) * | 2017-07-11 | 2017-11-21 | 上海传输线研究所（中国电子科技集团公司第二十三研究所） | 一种新型的光纤水听器声敏结构及其实现方法 |
| CN109374751A (zh) * | 2018-11-01 | 2019-02-22 | 北京航空航天大学 | 一种光纤环声发射传感器及封装方法 |
| CN110006518A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-07-12 | 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 | 振动抵消碟型光纤平面水听器 |
| CN115267440A (zh) * | 2022-06-15 | 2022-11-01 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种变压器套管瓷套内置式声耦合结构光纤超声传感器 |
| CN116007741A (zh) * | 2023-02-21 | 2023-04-25 | 广东工业大学 | 一种增敏结构的光纤水听器探头 |
-
1993
- 1993-05-27 JP JP12620993A patent/JPH06339193A/ja not_active Withdrawn
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09178544A (ja) * | 1995-12-26 | 1997-07-11 | Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency | 高耐水圧円筒型光ファイバ音響センサ |
| JP2008089488A (ja) * | 2006-10-04 | 2008-04-17 | Oki Electric Ind Co Ltd | ハイドロホン |
| JP2010506496A (ja) * | 2006-10-05 | 2010-02-25 | デラウェア ステイト ユニバーシティ ファウンデーション，インコーポレイティド | 光ファイバ音響検出器 |
| KR100773235B1 (ko) * | 2006-10-30 | 2007-11-02 | 주식회사 현대오토넷 | 차량 스피커의 왜곡 보상 장치 |
| JP2012068087A (ja) * | 2010-09-22 | 2012-04-05 | Technical Research & Development Institute Ministry Of Defence | 高耐水圧光ファイバハイドロホン |
| JP2015078968A (ja) * | 2013-10-18 | 2015-04-23 | 株式会社東芝 | 位相変調子及びそれを用いた光電流センサ |
| CN107367321A (zh) * | 2017-07-11 | 2017-11-21 | 上海传输线研究所（中国电子科技集团公司第二十三研究所） | 一种新型的光纤水听器声敏结构及其实现方法 |
| CN109374751A (zh) * | 2018-11-01 | 2019-02-22 | 北京航空航天大学 | 一种光纤环声发射传感器及封装方法 |
| CN110006518A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-07-12 | 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 | 振动抵消碟型光纤平面水听器 |
| CN115267440A (zh) * | 2022-06-15 | 2022-11-01 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种变压器套管瓷套内置式声耦合结构光纤超声传感器 |
| CN116007741A (zh) * | 2023-02-21 | 2023-04-25 | 广东工业大学 | 一种增敏结构的光纤水听器探头 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000801 |