JPH07243902A - 光ファイバーパッシブ音響センサー - Google Patents
光ファイバーパッシブ音響センサーInfo
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- JPH07243902A JPH07243902A JP6457394A JP6457394A JPH07243902A JP H07243902 A JPH07243902 A JP H07243902A JP 6457394 A JP6457394 A JP 6457394A JP 6457394 A JP6457394 A JP 6457394A JP H07243902 A JPH07243902 A JP H07243902A
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- 230000010365 information processing Effects 0.000 claims description 6
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- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 claims description 2
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- 238000004804 winding Methods 0.000 claims 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
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- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 Ｓ／Ｎ比が優れ、高感度かつ高精度で船上か
らの深海部測定にも好適な高性能かつ長寿命の光ファイ
バーパッシブ音響センサーを得る。 【構成】 レーザー光源１から出力するレーザー光を参
照レーザー光Ｂと変調用レーザー光Ａとに２分する分光
手段と、単一モード光ファイバーをコイル状に巻回して
なる音響センサー７を挿入してなり上記変調用レーザー
光を導入する単一モード光ファイバー４と、上記音響セ
ンサー７を経た変調レーザー光Ａと上記参照レーザー光
Ｂとの位相差を一定とする光路長調整部と、上記変調レ
ーザー光Ａと上記参照レーザー光Ｂとを干渉させる手段
と、上記干渉手段から出力する干渉レーザー光から音圧
に比例する電気信号を取り出す信号処理装置６とを具え
たこと。
らの深海部測定にも好適な高性能かつ長寿命の光ファイ
バーパッシブ音響センサーを得る。 【構成】 レーザー光源１から出力するレーザー光を参
照レーザー光Ｂと変調用レーザー光Ａとに２分する分光
手段と、単一モード光ファイバーをコイル状に巻回して
なる音響センサー７を挿入してなり上記変調用レーザー
光を導入する単一モード光ファイバー４と、上記音響セ
ンサー７を経た変調レーザー光Ａと上記参照レーザー光
Ｂとの位相差を一定とする光路長調整部と、上記変調レ
ーザー光Ａと上記参照レーザー光Ｂとを干渉させる手段
と、上記干渉手段から出力する干渉レーザー光から音圧
に比例する電気信号を取り出す信号処理装置６とを具え
たこと。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水中音響測定装置のセ
ンサー部に好適な光ファイバーパッシブ音響センサーに
関する。
ンサー部に好適な光ファイバーパッシブ音響センサーに
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の水中音響センサーは、図６側面図
に示すように、音圧センサーとしてはセラミックセンサ
ー等の素子を採用し、この音圧センサー自体が直接、水
中音響測定装置の電気回路の一部となっている。
に示すように、音圧センサーとしてはセラミックセンサ
ー等の素子を採用し、この音圧センサー自体が直接、水
中音響測定装置の電気回路の一部となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
この種の水中音響測定装置においては、下記のような問
題がある。 （１）音圧センサー自体が電気回路系の一部であり、こ
れらを直接水中に曝す必要があるので、腐食対策を十分
に留意しなければならない。 （２）また、伝送損失及び電気雑音による測定誤差が生
じやすい。 （３）このような関係で、船上から行う深海部の測定に
は不向きである。
この種の水中音響測定装置においては、下記のような問
題がある。 （１）音圧センサー自体が電気回路系の一部であり、こ
れらを直接水中に曝す必要があるので、腐食対策を十分
に留意しなければならない。 （２）また、伝送損失及び電気雑音による測定誤差が生
じやすい。 （３）このような関係で、船上から行う深海部の測定に
は不向きである。
【０００４】本発明はこのような事情に鑑みて提案され
たもので、Ｓ／Ｎ比が優れ、高感度かつ高精度で船上か
らの深海部測定にも好適な高性能かつ長寿命の光ファイ
バーパッシブ音響センサーを提供することを目的とす
る。
たもので、Ｓ／Ｎ比が優れ、高感度かつ高精度で船上か
らの深海部測定にも好適な高性能かつ長寿命の光ファイ
バーパッシブ音響センサーを提供することを目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そのために請求項１の発
明は、レーザー光源から出力するレーザー光を参照レー
ザー光と変調用レーザー光とに２分する分光手段と、単
一モード光ファイバーをコイル状に巻回してなる音響セ
ンサーを挿入してなり上記変調用レーザー光を導入する
単一モード光ファイバーと、上記音響センサーを通過し
た変調レーザー光と上記参照レーザー光との位相差を一
定とする光路長調整部と、上記変調レーザー光と上記参
照レーザー光とを干渉させる手段と、上記干渉手段から
出力する干渉レーザー光から音圧に比例する電気信号を
取り出す信号処理装置とを具えたことを特徴とする。
明は、レーザー光源から出力するレーザー光を参照レー
ザー光と変調用レーザー光とに２分する分光手段と、単
一モード光ファイバーをコイル状に巻回してなる音響セ
ンサーを挿入してなり上記変調用レーザー光を導入する
単一モード光ファイバーと、上記音響センサーを通過し
た変調レーザー光と上記参照レーザー光との位相差を一
定とする光路長調整部と、上記変調レーザー光と上記参
照レーザー光とを干渉させる手段と、上記干渉手段から
出力する干渉レーザー光から音圧に比例する電気信号を
取り出す信号処理装置とを具えたことを特徴とする。
【０００６】また、請求項２の発明は、請求項１におい
て、そのコイル状音響センサーを単位センサーとする複
数の単位センサーを円環状に配設してなる円周卓音響セ
ンサーと、同円周卓音響センサーの各単位センサーに音
波が到着する時間差及び音圧ベクトルの合成に基づいて
同音波の音源の方向を求める情報処理装置とを具えたこ
とを特徴とする。
て、そのコイル状音響センサーを単位センサーとする複
数の単位センサーを円環状に配設してなる円周卓音響セ
ンサーと、同円周卓音響センサーの各単位センサーに音
波が到着する時間差及び音圧ベクトルの合成に基づいて
同音波の音源の方向を求める情報処理装置とを具えたこ
とを特徴とする。
【０００７】
【作用】このような構成によれば、レーザー光源からの
出力光は、干渉用レーザー光Ａと参照レーザー光Ｂとに
２分され、干渉用レーザー光Ａは光ファイバーコイル７
を経てセンサー用ファイバー４へ導かれる。その際、水
中音圧により位相変調された光ファイバーコイル７の干
渉用レーザー光Ａは参照レーザー光ファイバー３を通っ
た参照レーザー光Ｂと干渉し、光検出器５により音圧に
比例した電気信号となる。こうして、音圧に比例した位
相変調（変調角；△φ）を受けた干渉用レーザー光と参
照レーザー光との干渉の結果、光検出器の出力（電圧
等）は ｉ＝α｛Ｐｒ＋Ｐｓ＋２β〔√（Ｐｒ・Ｐｓ）〕｝ｃｏ
ｓ（φ0 ＋△φ） となる。ただし、 α：検出器感度 Ｐｒ：参照光強度 Ｐｓ：信号光強度 β：干渉効率 φ0 ：音波のないときの干渉用レーザー光と参照レーザ
ー光の位相差 である。ここで、一般に△φは小さいため、φ0 ＝π／
２となるように参照レーザー光の光ファイバーの長さを
調節することにより、出力ｉの変化分は △ｉ≒２αβ〔√（Ｐｒ・Ｐｓ）〕△φ となり、音圧に比例した電圧等の出力が得られ、高精度
の水中音響測定が可能となる。
出力光は、干渉用レーザー光Ａと参照レーザー光Ｂとに
２分され、干渉用レーザー光Ａは光ファイバーコイル７
を経てセンサー用ファイバー４へ導かれる。その際、水
中音圧により位相変調された光ファイバーコイル７の干
渉用レーザー光Ａは参照レーザー光ファイバー３を通っ
た参照レーザー光Ｂと干渉し、光検出器５により音圧に
比例した電気信号となる。こうして、音圧に比例した位
相変調（変調角；△φ）を受けた干渉用レーザー光と参
照レーザー光との干渉の結果、光検出器の出力（電圧
等）は ｉ＝α｛Ｐｒ＋Ｐｓ＋２β〔√（Ｐｒ・Ｐｓ）〕｝ｃｏ
ｓ（φ0 ＋△φ） となる。ただし、 α：検出器感度 Ｐｒ：参照光強度 Ｐｓ：信号光強度 β：干渉効率 φ0 ：音波のないときの干渉用レーザー光と参照レーザ
ー光の位相差 である。ここで、一般に△φは小さいため、φ0 ＝π／
２となるように参照レーザー光の光ファイバーの長さを
調節することにより、出力ｉの変化分は △ｉ≒２αβ〔√（Ｐｒ・Ｐｓ）〕△φ となり、音圧に比例した電圧等の出力が得られ、高精度
の水中音響測定が可能となる。
【０００８】
【実施例】本発明を水中音響計測に適用した一実施例を
図面について説明すると、図１はその第１実施例を示す
全体系統図、図２は図１のセンサーコイル部を示す拡大
図、図３は本発明の第２実施例を示す平面図、図４は図
３の作用説明図、図５は図４による音源方向の分析処理
要領を示す説明図である。
図面について説明すると、図１はその第１実施例を示す
全体系統図、図２は図１のセンサーコイル部を示す拡大
図、図３は本発明の第２実施例を示す平面図、図４は図
３の作用説明図、図５は図４による音源方向の分析処理
要領を示す説明図である。
【０００９】まず、ず１に示す第１実施例において、レ
ーザー光源１から発射されるレーザー光は、ハーフミラ
ー２により反射光Ｂと透過光Ａに２分される。反射光Ｂ
は参照レーザー光として単一モード光ファイバー３及び
ハーフミラー分光器２′を経て光検出器５に入る。一
方、ハーフミラー２からの透過光Ａは干渉用レーザー光
として光ファイバー音響センサーコイル７及び単一モー
ド光ファイバー４を経て分光器（ハ−フミラ−）２′に
入る。ここで、参照光Ｂと干渉光Ａとは光検出器５を経
て情報処理装置６により同期的に処理される。このよう
な第１実施例によれば、音響センサーコイル７はコイル
状に巻回された形（図２）となっているので、水中音圧
を受ける際に単位時間当たりの音響吸収エネルギを大き
くすることができ、単なる一直線状の光ファイバーに比
べて大きな音響エネルギを吸収し、光ファイバーの屈折
率の変化により干渉光Ａの位相が大きく変化する。
ーザー光源１から発射されるレーザー光は、ハーフミラ
ー２により反射光Ｂと透過光Ａに２分される。反射光Ｂ
は参照レーザー光として単一モード光ファイバー３及び
ハーフミラー分光器２′を経て光検出器５に入る。一
方、ハーフミラー２からの透過光Ａは干渉用レーザー光
として光ファイバー音響センサーコイル７及び単一モー
ド光ファイバー４を経て分光器（ハ−フミラ−）２′に
入る。ここで、参照光Ｂと干渉光Ａとは光検出器５を経
て情報処理装置６により同期的に処理される。このよう
な第１実施例によれば、音響センサーコイル７はコイル
状に巻回された形（図２）となっているので、水中音圧
を受ける際に単位時間当たりの音響吸収エネルギを大き
くすることができ、単なる一直線状の光ファイバーに比
べて大きな音響エネルギを吸収し、光ファイバーの屈折
率の変化により干渉光Ａの位相が大きく変化する。
【００１０】このような構造によれば、レーザー光源か
らの出力光は、干渉用レーザー光Ａと参照レーザー光Ｂ
とに２分され、干渉用レーザー光Ａは光ファイバーコイ
ル７を経てセンサー用ファイバー４へ導かれる。その
際、水中音圧により位相変調された光ファイバーコイル
７の干渉用レーザー光Ａは参照レーザー光ファイバー３
を通った参照レーザー光Ｂと干渉し、光検出器５により
音圧に比例した電気信号となる。こうして、音圧に比例
した位相変調（変調角；△φ）を受けた干渉用レーザー
光と参照レーザー光との干渉の結果、光検出器の出力
（電圧等）は ｉ＝α｛Ｐｒ＋Ｐｓ＋２β√〔（Ｐｒ・Ｐｓ）〕｝ｃｏ
ｓ（φ0 ＋△φ） となる。ただし、 α：検出器感度 Ｐｒ：参照光強度 Ｐｓ：信号光強度 β：干渉効率 φ0 ：音波のないときの干渉用レーザー光と参照レーザ
ー光の位相差 である。ここで、一般に△φは小さいため、φ0 ＝π／
２となるように図１の鎖線枠で示すように、参照レーザ
ー光の光ファイバーの長さを調節することにより、出力
ｉの変化分は △ｉ≒２αβ√〔（Ｐｒ・Ｐｓ）〕△φ となり、音圧に比例した電圧等の出力が得られ、高精度
の水中音響測定が可能となる。なお、音響センサーコイ
ル７を図２に示すように、ある程度指向性を持たすこと
で音源の方向を求めることもできる。
らの出力光は、干渉用レーザー光Ａと参照レーザー光Ｂ
とに２分され、干渉用レーザー光Ａは光ファイバーコイ
ル７を経てセンサー用ファイバー４へ導かれる。その
際、水中音圧により位相変調された光ファイバーコイル
７の干渉用レーザー光Ａは参照レーザー光ファイバー３
を通った参照レーザー光Ｂと干渉し、光検出器５により
音圧に比例した電気信号となる。こうして、音圧に比例
した位相変調（変調角；△φ）を受けた干渉用レーザー
光と参照レーザー光との干渉の結果、光検出器の出力
（電圧等）は ｉ＝α｛Ｐｒ＋Ｐｓ＋２β√〔（Ｐｒ・Ｐｓ）〕｝ｃｏ
ｓ（φ0 ＋△φ） となる。ただし、 α：検出器感度 Ｐｒ：参照光強度 Ｐｓ：信号光強度 β：干渉効率 φ0 ：音波のないときの干渉用レーザー光と参照レーザ
ー光の位相差 である。ここで、一般に△φは小さいため、φ0 ＝π／
２となるように図１の鎖線枠で示すように、参照レーザ
ー光の光ファイバーの長さを調節することにより、出力
ｉの変化分は △ｉ≒２αβ√〔（Ｐｒ・Ｐｓ）〕△φ となり、音圧に比例した電圧等の出力が得られ、高精度
の水中音響測定が可能となる。なお、音響センサーコイ
ル７を図２に示すように、ある程度指向性を持たすこと
で音源の方向を求めることもできる。
【００１１】次に、図３に示す第２実施例においては、
レーザー光源１及び光検出器５は円周卓８の内に挿入さ
れたボックス９に内蔵され、レーザー光源１から発射さ
れるレーザー光は単一モード光ファイバー４を経て円周
卓８を形成する単一モード光ファイバーからなる各音響
センサーコイル７ｓを通ったのち、単一モード光ファイ
バー４を経て光検出器５に導入される。
レーザー光源１及び光検出器５は円周卓８の内に挿入さ
れたボックス９に内蔵され、レーザー光源１から発射さ
れるレーザー光は単一モード光ファイバー４を経て円周
卓８を形成する単一モード光ファイバーからなる各音響
センサーコイル７ｓを通ったのち、単一モード光ファイ
バー４を経て光検出器５に導入される。
【００１２】このような円周卓８を形成する音響センサ
ーコイル部によれば、図４に示すように、複数の単位音
響センサーコイル７ｓに指向性を持たせておくことで、
音波つまり音圧に対する受信レベルが最大である単位音
響センサーコイル７ｓの方向として音源の方向を求める
ことができる。ここで、音源方向を高精度で求めるため
に、図４〜図５に示すように、ある音波面について最初
にこれを検出する単位音響センサー（図中ハッチングを
施した部分）から他の各単位音響センサーまでの時間遅
れａ，ｂ，ｃ・・・を考慮して情報処理装置６にて同一
音波面に対する各単位センサーコイルの受信レベルの合
成ベクトルを作成し、精度の高い音源方向を求めるので
ある。
ーコイル部によれば、図４に示すように、複数の単位音
響センサーコイル７ｓに指向性を持たせておくことで、
音波つまり音圧に対する受信レベルが最大である単位音
響センサーコイル７ｓの方向として音源の方向を求める
ことができる。ここで、音源方向を高精度で求めるため
に、図４〜図５に示すように、ある音波面について最初
にこれを検出する単位音響センサー（図中ハッチングを
施した部分）から他の各単位音響センサーまでの時間遅
れａ，ｂ，ｃ・・・を考慮して情報処理装置６にて同一
音波面に対する各単位センサーコイルの受信レベルの合
成ベクトルを作成し、精度の高い音源方向を求めるので
ある。
【００１３】
【発明の効果】このような各実施例によれば、より高感
度かつ高精度の水中音響のパッシブな測定が可能とな
る。また、光ファイバーは耐食性に優れているので、セ
ンサー部の腐食対策が容易であり、Ｓ／Ｎ比が優れ、高
感度かつ測定精度が高い。
度かつ高精度の水中音響のパッシブな測定が可能とな
る。また、光ファイバーは耐食性に優れているので、セ
ンサー部の腐食対策が容易であり、Ｓ／Ｎ比が優れ、高
感度かつ測定精度が高い。
【００１４】要するに請求項１の発明によれば、レーザ
ー光源から出力するレーザー光を参照レーザー光と変調
用レーザー光とに２分する分光手段と、単一モード光フ
ァイバーをコイル状に巻回してなる音響センサーを挿入
してなり上記変調用レーザー光を導入する単一モード光
ファイバーと、上記音響センサーを通過した変調レーザ
ー光と上記参照レーザー光との位相差を一定とする光路
長調整部と、上記変調レーザー光と上記参照レーザー光
とを干渉させる手段と、上記干渉手段から出力する干渉
レーザー光から音圧に比例する電気信号を取り出す信号
処理装置とを具えたことにより、Ｓ／Ｎ比が優れ、高感
度かつ高精度で船上からの深海部測定にも好適な高性能
かつ長寿命の光ファイバーパッシブ音響センサーを得る
から、本発明は産業上極めて有益なものである。
ー光源から出力するレーザー光を参照レーザー光と変調
用レーザー光とに２分する分光手段と、単一モード光フ
ァイバーをコイル状に巻回してなる音響センサーを挿入
してなり上記変調用レーザー光を導入する単一モード光
ファイバーと、上記音響センサーを通過した変調レーザ
ー光と上記参照レーザー光との位相差を一定とする光路
長調整部と、上記変調レーザー光と上記参照レーザー光
とを干渉させる手段と、上記干渉手段から出力する干渉
レーザー光から音圧に比例する電気信号を取り出す信号
処理装置とを具えたことにより、Ｓ／Ｎ比が優れ、高感
度かつ高精度で船上からの深海部測定にも好適な高性能
かつ長寿命の光ファイバーパッシブ音響センサーを得る
から、本発明は産業上極めて有益なものである。
【００１５】また、請求項２の発明によれば、請求項１
において、そのコイル状音響センサーを単位センサーと
する複数の単位センサーを円環状に配設してなる円周卓
音響センサーと、同円周卓音響センサーの各単位センサ
ーに音波が到着する時間差及び音圧ベクトルの合成に基
づいて同音波の音源の方向を求める情報処理装置とを具
えたことにより、請求項１の発明による効果のほか、か
なりの精度で音源の方向を求めることができるので、本
発明は産業上極めて有益なものである。
において、そのコイル状音響センサーを単位センサーと
する複数の単位センサーを円環状に配設してなる円周卓
音響センサーと、同円周卓音響センサーの各単位センサ
ーに音波が到着する時間差及び音圧ベクトルの合成に基
づいて同音波の音源の方向を求める情報処理装置とを具
えたことにより、請求項１の発明による効果のほか、か
なりの精度で音源の方向を求めることができるので、本
発明は産業上極めて有益なものである。
【図１】本発明の第１実施例を示す全体系統図である。
【図２】図１のセンサーコイル部を示す拡大図である。
【図３】本発明の第２実施例を示す全体系統図である。
【図４】図３の作用説明図である。
【図５】図４の音源方向を求める作用説明図である。
【図６】従来の水中音響測定装置を示す概念図である。
【符号の説明】 １ レーザー光源 ２ ハーフミラー ２′ ハーフミラー ３，４ 単一モード光ファイバー ５ 光検出器 ６ 情報処理装置 ７ 音響センサーコイル ７ｓ単位音響センサ−コイル ８ 円周卓 Ａ 干渉用レーザー光（透過光） Ｂ 参照レーザー光（反射光）
Claims (2)
- 【請求項１】 レーザー光源から出力するレーザー光を
参照レーザー光と変調用レーザー光とに２分する分光手
段と、単一モード光ファイバーをコイル状に巻回してな
る音響センサーを挿入してなり上記変調用レーザー光を
導入する単一モード光ファイバーと、上記音響センサー
を通過した変調レーザー光と上記参照レーザー光との位
相差を一定とする光路長調整部と、上記変調レーザー光
と上記参照レーザー光とを干渉させる手段と、上記干渉
手段から出力する干渉レーザー光から音圧に比例する電
気信号を取り出す信号処理装置とを具えたことを特徴と
する光ファイバーパッシブ音響センサー。 - 【請求項２】 請求項１において、そのコイル状音響セ
ンサーを単位センサーとする複数の単位センサーを円環
状に配設してなる円周卓音響センサーと、同円周卓音響
センサーの各単位センサーに音波が到着する時間差及び
音圧ベクトルの合成に基づいて同音波の音源の方向を求
める情報処理装置とを具えたことを特徴とする光ファイ
バーパッシブ音響センサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6457394A JPH07243902A (ja) | 1994-03-08 | 1994-03-08 | 光ファイバーパッシブ音響センサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6457394A JPH07243902A (ja) | 1994-03-08 | 1994-03-08 | 光ファイバーパッシブ音響センサー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07243902A true JPH07243902A (ja) | 1995-09-19 |
Family
ID=13262113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6457394A Withdrawn JPH07243902A (ja) | 1994-03-08 | 1994-03-08 | 光ファイバーパッシブ音響センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07243902A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2748108A1 (fr) * | 1996-04-26 | 1997-10-31 | Marconi Gec Ltd | Systeme de detection a fibre optique |
| DE10112458C1 (de) * | 2001-03-15 | 2002-10-10 | Hmt Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen einer Quelle von akustischen Wellen |
| WO2003002956A1 (fr) * | 2001-06-27 | 2003-01-09 | Center For Advanced Science And Technology Incubation, Ltd. | Dispositif et procede de mesure de vibration |
| WO2005095909A1 (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Toudai Tlo, Ltd. | 振動計測装置 |
| US7536911B2 (en) * | 2003-09-22 | 2009-05-26 | Hyeung-Yun Kim | Diagnostic systems of optical fiber coil sensors for structural health monitoring |
| CN105181112A (zh) * | 2015-10-22 | 2015-12-23 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于fbg的膜片式低精细度f-p光纤声压传感器 |
| CN105241541A (zh) * | 2015-10-22 | 2016-01-13 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于fbg的膜片式高精细度f-p光纤声压传感器 |
-
1994
- 1994-03-08 JP JP6457394A patent/JPH07243902A/ja not_active Withdrawn
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