JPH0676911B2 - Optical fiber hydrophone - Google Patents
Optical fiber hydrophoneInfo
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- JPH0676911B2 JPH0676911B2 JP453887A JP453887A JPH0676911B2 JP H0676911 B2 JPH0676911 B2 JP H0676911B2 JP 453887 A JP453887 A JP 453887A JP 453887 A JP453887 A JP 453887A JP H0676911 B2 JPH0676911 B2 JP H0676911B2
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (ア)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
フアイバハイドロフオンに関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a homodyne optical fiber hydrophone that does not require phase compensation.
光フアイバハイドロフオンは、光フアイバを用いて水中
音響の大きさを検出する装置である。The optical fiber hydrophone is a device that detects the magnitude of underwater sound using the optical fiber.
センシングコイルを有する信号用光フアイバと、参照用
光フアイバを組合わせ、単色光源とビームスプリツタ、
光検出器とを用いてマツハツエンダ型の干渉計を作る。
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。圧力変動によつて、光フアイバの屈折率と、長
さが変化する。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。参照用光フアイバを通つた光と、
信号用光フアイバを通つた光を干渉させると、干渉光の
強度の中に位相変動が入つてくる。A combination of a signal optical fiber having a sensing coil and a reference optical fiber, a monochromatic light source and a beam splitter,
A Matsuhatsu ender type interferometer is made using a photodetector.
The sensing coil is submerged in water to sense the pressure fluctuation of sound waves. The refractive index and the length of the optical fiber change due to the pressure fluctuation. Therefore, the phase of light passing through the sensing coil changes. Light that passes through the reference light fiber,
When the light that has passed through the signal optical fiber is interfered, a phase fluctuation is included 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 fluctuation, the strength of the sound wave can be detected.
ところが、温度変化によつて、信号用フアイバ、参照用
光フアイバともに屈折率、長さが変化する。このため、
信号光、参照光の位相差Ψが温度によつて変動してしま
う。これはかなり大きいものである。位相差Ψ(τ)を
検出し、位相補償Φ(τ)を行ない、Ψ(τ)−Φ
(τ)=一定となるようにするのが従来の方法である。However, the refractive index and the length of both the signal fiber and the reference light fiber change due to the temperature change. For this reason,
The phase difference Ψ of the signal light and the reference light fluctuates depending on the temperature. This is quite large. Phase difference Ψ (τ) is detected, phase compensation Φ (τ) is performed, and Ψ (τ) −Φ
The conventional method is to keep (τ) = constant.
つまり、従来のホモダイン方式の光フアイバハイドロフ
オンに於ては、温度による位相差Ψ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つ
た。That is, in the conventional homodyne optical fiber hydrophone, the drift of the phase difference Ψ due to temperature is the most serious problem, and it has been necessary to compensate for this.
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フオンを与えることが
できるものである。INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can provide an optical fiber hydrophone capable of accurately detecting the intensity of a sound wave without performing phase compensation.
(イ)従来技術 光フアイバハイドロフオンを初めて提案したのはBucaro
等である。J.A.Bucaro,H.D.Dardy and E.F.Carome,
“Optical fiber acoustic sensor,"Appl.Opt.16,17
61−1762(1977)。(B) Conventional technology Bucaro was the first to propose the optical fiber hydrophone.
Etc. JABucaro, HDDardy and EFCarome,
"Optical fiber acoustic sensor," Appl.Opt. 16 , 17
61-1762 (1977).
J.A.Bucaro and H.D.Dardy,“Fiber−Optic hydroph
one,"J.acoust.Soc.Am.62.1302−1304(1977)。JABucaro and HDDardy, “Fiber−Optic hydroph
one, "J.acoust.Soc.Am. 62 .1302-1304 (1977).
などに初期のものが説明されている。The early ones are explained 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。圧電素子によつて、光フア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 the method of phase compensation. In many cases, the piezoelectric element is used to change the length of the optical fiber to perform phase compensation. Each of these has a narrow range of phase compensation.
そこで、ジヤクソンらは、薄肉円筒の圧電素子に光フア
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
アイバの光路長も変化する、というわけである。Therefore, Jackson et al. Have proposed, as a phase compensation mechanism, an optical fiber wound around a thin-walled piezoelectric element. Electrodes are formed on the inner surface and the outer surface of the thin-walled cylinder, and a voltage is applied between the outer surface and the inner surface of the cylinder. Thus, the diameter of the cylinder changes in proportion to the voltage. When the diameter changes, the optical path length of the optical fiber also changes.
D.A.Jackson,R.priest,A.Dandridge and A.B.Tveten,
“Elimination of drift in a single−mode op
tical fiber interfero−meter using a piezoel
ectrically stretched coil fiber,"Appl.Opt.19,29
26−2929(1980). ジヤクソンは、この中で、位相差Ψを求めるため、ボト
ルカツプラというものを用いている。信号用フアイバ
と、参照用フアイバを波長のオーダで接近させて保持す
るボトルカツプラである。カツプラの出力を2つの光検
出器で検出する。カツプラに於て、両フアイバが接近し
ているから、エバネツセントウエーブによつて結合す
る。DAJackson, R.priest, A.Dandridge and ABTveten,
"Elimination of drift in a single-mode op
tical fiber interfero-meter using a piezoel
ectrically stretched coil fiber, "Appl.Opt. 19 , 29
26-2929 (1980). Among them, Jackson uses a bottle cutler to obtain the phase difference Ψ. It is a bottle cap that holds a signal fiber and a reference fiber close to each other in the order of wavelength. The output of the cutler is detected by two photodetectors. Since both fibers are close to each other in the Katsupura, they are joined by an evanescent wave.
結合により、ひとつの光フアイバの電界がしみ出して他
の光フアイバへ入る。入るときにλ/4だけ光路が長くな
つているので、これだけ遅れる。すると、一方の光検出
器の出力は(I0+I1cosΨ)になる。他方の光検出器の
出力は、(I0+I1cosΨ)となる。The coupling causes the electric field of one optical fiber to seep out and enter the other optical fiber. Since the optical path is lengthened by λ / 4 when entering, it is delayed by this much. Then, the output of one photodetector becomes (I 0 + I 1 cos Ψ). The output of the other photodetector is (I 0 + I 1 cos Ψ).
これを差動増幅すると、cosΨが求まる。Ψ=π/2に保
持するのが最も高感度である。そこでΨのπ/2からのず
れを知る。これを知つて、位相補償機構へ(Ψ−π/2)
に比例した電圧を印加する。こうしてcosΨ=0となる
ようにするのである。When this is differentially amplified, cos Ψ is obtained. The highest sensitivity is to keep Ψ = π / 2. Then we know the deviation of Ψ from π / 2. Knowing this, to the phase compensation mechanism (Ψ−π / 2)
A voltage proportional to is applied. In this way, cos Ψ = 0.
ところが、温度による位相の差Ψ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。ジヤクソン
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 of the phase difference Ψ with temperature may be about 10,000 radians. The conventional phase compensation mechanism can only compensate about 10 radians. Jackson wrote that a thin-walled piezoelectric cylindrical element can compensate about 6000 radians.
これは、1ボルトあたり、約2πの補償ができて、圧電
素子1000Vぐらい印加できるからである。This is because about 2π can be compensated per 1 volt and about 1000 V of the piezoelectric element can be applied.
しかし、1000Vの高圧を使うのは不便である。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。However, it is inconvenient to use a high voltage of 1000V. If the power supply is ± 15V at most, the compensation range is about 90 radians.
もちろん、位相補償は2π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
ことによつてなされる。Of course, since it is only necessary to compensate the phase by 2π, it is possible to use 10 radians or 90 radians. However, when the upper limit of phase compensation is reached, the lower limit must be switched. This switching is done by rounding down the angle by an integral multiple of 2π.
このレンジ切換えは極めて煩雑な操作である。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。This range switching is an extremely complicated operation. For example, in the case of a phase compensation mechanism having 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アイバハイドロフオンのレビュー
としては、 高橋、菊池“光フアイバを用いた水中音波の検出法I"、
日本音響学会誌40巻2号p.101−106(1984)。高橋、菊
池“光フアイバハイドロホン”、エレクトロニク・セラ
ミツクス'84春号p.51−56(1984)などがある。As a review of the optical fiber hydrophone written in Japanese, Takahashi and Kikuchi “Underwater sound wave detection method using optical fiber I”,
Journal of the Acoustical Society of Japan, Vol. 40, No. 2, p. 101-106 (1984). Takahashi, Kikuchi "Hikari fiber hydrophone", Electronic Ceramics '84 Spring issue, p.51-56 (1984).
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、検測する光フアイバ
ハイドロフオンを発明している(特開昭62−276419号公
報)。The applicant of the present invention has invented an optical fiber hydrophone for detecting by taking out a 2Ω oscillating portion in order to avoid the problem of the phase variation of the homodyne system (Japanese Patent Laid-Open No. 62-276419).
本出願人は、さらに、位相シフトΨを、ジヤクソンの方
法とは異なつた方法により検出する装置も発明してい
る。(特開昭63−91525号公報)。The Applicant has also invented a device for detecting the phase shift Ψ by a method different from the Jackson method. (JP-A-63-91525).
(ウ)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フオンに於て、位
相補償を行なうには、位相差Ψを検出し、これをキヤン
セ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。(C) Problems to be solved by the invention In the optical fiber hydrofon of the homodyne system, in order to perform phase compensation, the phase difference Ψ must be detected and the phase Φ must be given to the phase compensation mechanism so that it can be canceled. I have to. Moreover, since the range of phase compensation is narrow, the range of the phase compensation mechanism must be switched frequently.
位相補償の精度も高くしなければならない。The accuracy 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.
(エ)目的 位相補償を全く不要とした、ホモダイン方式の光フアイ
バハイドロフオンを提供する事が本発明の目的である。(D) Purpose It is an object of the present invention to provide a homodyne type optical fiber hydrophone without any phase compensation.
位相補償が不要であるから、位相差Ψの検出部も不要で
あり、位相補償機構も不要である。Since the phase compensation is unnecessary, the detector for the phase difference Ψ is not necessary and the phase compensation mechanism is also unnecessary.
(オ)構成 発振器によつてsin(Γt)の信号を生ずる。これを用
いて、周期が2π/mΓ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Γ
tの割合で位相を増加させ、t=2π/mΓでリセツトし
位相を0にもどす。干渉光の中にΓtの成分が入る。こ
れをsinΓt、cosΓtの信号によつて同期検波する。同
期検波したものを2乗して、たし合わせ、その平方根求
める。これが出力である。(E) Configuration A signal of sin (Γt) is generated by the oscillator. By using this, a sawtooth-like phase variation that gives a phase of 2π / mΓ and continuously increases the phase from 0 to 2mπ is given. Phase modulator is Γ
The phase is increased at a rate of t and reset at t = 2π / mΓ to return the phase to zero. The component of Γt enters the interference light. This is synchronously detected by the signals of sin Γt and cos Γt. Squared values obtained by synchronous detection are summed, and the square root is calculated. This is the output.
以下、図面によつて説明する。Hereinafter, description will be given with reference to the drawings.
第1図は本発明の光フアイバハイドロフオンの構成図で
ある。FIG. 1 is a block diagram of an optical fiber hydrophone of the present invention.
単色光を出すコヒーレント光源1は、たとえばHe−Neレ
ーザ、半導体レーザなどである。光源1から発生した光
はビームスプリツタ7によつて2本の光線に分けられ
る。The coherent light source 1 that emits monochromatic light is, for example, a He-Ne laser, a semiconductor laser, or the like. The light generated from the light source 1 is split into two light 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
号用光フアイバ2及び参照用光フアイバ3へ入射する。These light rays enter the signal light fiber 2 and the reference light fiber 3 by using a condensing optical system (not shown).
信号用光フアイバ2の途中には、水中音波φsin(Ω
t)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つて屈折率、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, the underwater sound wave φsin (Ω
A sensor coil 4 that senses t) is provided. The refractive index and the length of this change due to the change in water pressure. Then, the phase of the signal light propagating through this changes with amplitude φ and angular frequency Ω.
Ωは音波の角周波数に等しい。φは音波の強さ、光フア
イバの長さ、光フアイバの屈折率、長さ変化の圧力に対
する割合などに比例する。従つて、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フオンの目的である。Ω is equal to the angular frequency of the sound wave. φ is proportional to the strength of the sound wave, the length of the optical fiber, the refractive index of the optical fiber, the ratio of the length change to the pressure, and the like. Therefore, φ is proportional to the strength of the sound wave, which may be considered as the strength of the sound wave. Finding φ is the purpose of the optical fiber hydrophone.
参照用光フアイバ3にも、参照用コイル5が設けてあ
る。これは、信号用光フアイバ2と参照用光フアイバ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 a signal optical fiber 2 and a reference optical fiber 3.
This is to make the lengths of the two equal and reduce the phase difference variation due to temperature.
しかし、本発明に於ては、位相差変動があつても差支え
ないので、両光フアイバの長さを等しくする、という要
求は強くない。したがつて、参照用コイル5を省くこと
もできる。However, in the present invention, since there is no problem even if there is a phase difference variation, there is no strong demand for equalizing the lengths of both optical fibers. Therefore, the reference coil 5 can be omitted.
信号用光フアイバ2又は参照用光フアイバ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
照用光フアイバ3の途中に設けている。A phase modulator 11 is provided in either one 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
り定まつ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 a fixed 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 it 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ツタ
8によつて合体し、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つて計測される。
これが増幅器9によつて増幅される。この出力をIとす
る。The signal light S and the reference light R are combined by the beam splitter 8 for combining and enter the light receiving element 6. Since these lights are monochromatic lights emitted from the same light source, they interfere at the light receiving element surface. The intensity of the interference light is measured by the light receiving element.
This is amplified by the amplifier 9. This output is I.
出力Iの中には、Ωtの基本波とmΩtの高調波成分が
含まれる。バンドパスフイルタ10は、基本波Ωtの成分
だけを取出す。これをJとする。The output I contains a fundamental wave of Ωt and a harmonic component of mΩt. The bandpass filter 10 extracts only the component of the fundamental wave Ωt. This is 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、a sinΓtによつて表現できる。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 giving it to the phase modulator. Oscillator 13
The vibration of can be expressed by a sin Γt. The sawtooth wave generation circuit 12 produces a sawtooth wave from this.
同期検波回路15は、発振器13の信号sinΓtを使つて、
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、sinΓt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、sin
Γt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 sin Γt of the oscillator 13,
The output J is synchronously detected. Synchronous detection is a detection method in which a signal component having the same frequency and phase as sin Γt is extracted from a certain waveform. Specifically, sin
Γt 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によつて構成できる。90゜
位相をずらすことにより、sinΓtの信号を得る。The 90 ° phase shifter 14 shifts the phase of the signal of the oscillator 13 by 90 °. This can be configured by PLL. A signal of sin Γt is obtained by shifting the phase by 90 °.
同期検波回路16は、cosΓtを使つて、前記出力Jを同
期検波する。The synchronous detection circuit 16 synchronously detects the output J by using cos Γt.
同期検波回路15、16の出力K、Lは二乗回路17、18によ
つて二乗される。これは乗算回路の2入力に、同一の信
号を入力することによつてなされる。The outputs K and L of the synchronous detection circuits 15 and 16 are squared by the squaring circuits 17 and 18. This is done by inputting the same signal to the two inputs of the multiplication circuit.
二乗回路17、18の出力M、Nは加算回路19において加算
される。The outputs M and N of the squaring circuits 17 and 18 are added in the 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 becomes the output P through the square root calculation circuit 20.
(カ)作用 受光素子6の受光面での信号光Sの電界強度を S=Gsin{ωt+φsin(Ωt)} (1) によつて表わす。Gは振幅、ωは先の角周波数でφsin
(Ωt)が音波による位相変化分である。(F) Action The electric field intensity of the signal light S on the light receiving surface of the light receiving element 6 is represented by S = Gsin {ωt + φsin (Ωt)} (1). G is the amplitude, ω is the previous angular frequency, and φsin
(Ωt) is the amount of phase change due to sound waves.
参照光Rは、位相変調を受けているので R=Hsin(ωt+Γt+Ψ) (2) となる。位相変調により、sinの中にΓtが入る理由は
後に説明する。Ψが両光フアイバの長さの違いによる位
相差である。これが温度によつて変化する事が重大問題
であつたわけである。Since the reference light R is phase-modulated, R = Hsin (ωt + Γt + Ψ) (2). The reason why Γt is included in sin due to the phase modulation will be described later. Ψ is the phase difference due to the difference in the length of both optical fibers. The fact that this changes with temperature was a serious problem.
受光素子6、増幅器9の出力I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、 となる。バンドパスフイルタにより(Ωt)の基本波成
分だけをとりだす。これにより、直流分と、mΩtの高
調波成分が落ちる。The output I of the light receiving element 6 and the amplifier 9 is the square-law detection of the sum of S and R. Excluding the photoelectric conversion coefficient, Becomes A band pass filter extracts only the fundamental component of (Ωt). As a result, the direct current component and the harmonic component of mΩt drop.
ベツセル函数の母函数展開を用いる。We use a population function expansion of the Bethel function.
である。以下の説明はφΩ≫Γの時になりたつ、バンド
パスフイルタはsin(Ωt)成分のみを通すものとす
る。実際には、振動数はΩ±(Γ/φ)になる。バンド
パスフイルタの中心周波数がΩで、帯域が2Γ/φ以上
であればよい。 Is. In the following description, when φΩ >> Γ, the bandpass filter passes only the sin (Ωt) component. In reality, the frequency becomes Ω ± (Γ / φ). The bandpass filter may have a center frequency of Ω and a band of 2Γ / φ or more.
さて、(3)、(4)、(5)から、バンドパスフイルタの出力
Jは、 J=2GHJ1(φ)sin(Γt+Ψ)sin(Ωt) (6) である。From (3), (4) and (5), the output J of the bandpass filter is J = 2GHJ 1 (φ) sin (Γt + Ψ) sin (Ωt) (6).
発振器13の振動がsinΓtである。Jをこれによつて同
期検波すると、次の乗算を行なうことになる。The oscillation of the oscillator 13 is sin Γt. When J is synchronously detected by this, the following multiplication is performed.
積分範囲は0〜2π/Γである。 The integration range is 0 to 2π / Γ.
さらに、90゜移相したcosΓtと、Jについて同期検波
するので、 結局、同期検波出力K、Lは、 K=GHJ1(φ)cosΨsin(Ωt) (9) L=GHJ1(φ)sinΨsin(Ωt) (10) ということになる。ここで注意すべきことは、位相差Ψ
がsin、cosの形で入つているという事である。Furthermore, since cos Γt which is phase shifted by 90 ° and J are synchronously detected, After all, the coherent detection outputs K and L are K = GHJ 1 (φ) cos Ψsin (Ωt) (9) L = GHJ 1 (φ) sin Ψsin (Ωt) (10) Note that the phase difference Ψ
Is entered in the form of sin and cos.
二乗回路17、18で2乗し、加算回路19でこれらを加え
る。The squaring circuits 17 and 18 square, and the adding circuit 19 adds them.
M=K2 (11) N=L2 (12) O=M+N (13) 平方根演算回路20で の演算を行なうので P=2GHJ1(φ)sin(Ωt) (15) となり、位相差Ψのない信号が得られる事になる。M = K 2 (11) N = L 2 (12) O = M + N (13) Square root calculation circuit 20 Therefore, P = 2GHJ 1 (φ) sin (Ωt) (15), and a signal with no phase difference Ψ is 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, the square circuit, and the square root calculation circuit can be configured by using an analog multiplier.
Pから、φの大きさが分る。φ≪1であれば、J1(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 known. If φ << 1 , J 1 (φ)
Since it is φ / 2, if the values of G and H are stable, the output P will be proportional to the magnitude of the sound wave.
(キ)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。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/Γではなく、
このm倍の2mπ/Γである。(G) How to give a sawtooth wave In the phase modulator, the maximum modulation phase is set to 2mπ. m is an integer. As shown in FIG. 2, the phase-modulated signal is provided in a sawtooth shape, but the sawtooth period is not 2π / Γ,
This is m times 2mπ / Γ.
つまり、T=2mπ/Γごとに位相変調器をリセツトする
ことになる。That is, the phase modulator is reset every T = 2mπ / Γ.
こうすると、位相変調を時間で割つた勾配がΓになる。
すると、Γtがsinの中の変数になる。Γtの変域は0
〜2mπであるが、sinの中に入つているので、実際には
0〜2πの位相変調をm回繰返している事になる。This gives a gradient that is the phase modulation divided by time.
Then, Γt becomes a variable in sin. The domain of Γt is 0
It is ~ 2mπ, but since it is in sin, it means that the phase modulation of 0-2π is actually repeated m times.
ところが、発振器13はsinΓt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 signal of sin Γt, it is necessary to divide this 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 generation circuit 12 includes a 1 / m frequency dividing circuit.
2mπ/Γを周期すると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。Given a signal with a period of 2mπ / Γ, it is easy to make it a sawtooth wave.
単純な積分回路と、リセツト回路とを組合わせればよ
い。A simple integrating circuit and a reset circuit may be combined.
位相変調器11としては、ポツ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、圧電素子にフアイバを巻きつけ、電圧を印加して
位相を変えるものであつてもよい。Alternatively, a fiber may be wound around the piezoelectric element and a voltage may be applied to change the phase.
さて、位相変調器にも温度変動があるのであるからt=
2mπ/Γ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2mπからずれたとしても、この差は、位
相オフセツトΨ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 does not become 2mπ in 2mπ / Γ. The time axis is accurate, but the phase modulation is subject to temperature changes. But this is a trivial matter. Even if the maximum phase deviates from 2 mπ, this difference is only added to the phase offset Ψ.
そして、本発明では、位相オフセツトΨが消えてしまう
ような機構としているから、Ψが変動してもかまわな
い。In the present invention, since the phase offset Ψ disappears, Ψ may vary.
(ク)効果 ホモダイン方式の光フアイバハイドロフオンに於て、温
度変動にもとづくΨ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フオンを構成できる。(H) Effect In the homodyne optical fiber hydrophone, the phase compensating circuit for compensating for the fluctuation of Ψ due to the temperature fluctuation becomes unnecessary. As a result, it is possible to construct an optical fiber hydrophone with stable performance regardless of temperature changes.
第1図は本発明の光フアイバハイドロフオンの構成図。 第2図は鋸歯状波の波形図。 1……光源 2……信号用光フアイバ 3……参照用光フアイバ 4……センサコイル 5……参照用コイル 6……受光素子 7、8……ビームスプリツタ 9……増幅器 10……バンドパスフイルタ 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、18……二乗回路 19……加算回路 20……平方根演算回路 FIG. 1 is a block diagram of the optical fiber hydrophone of the present invention. FIG. 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 ... Receiving element 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 …… Synchronous detection circuit 17,18 …… Squaring circuit 19 …… Adding circuit 20… … Square root arithmetic circuit
Claims (1)
し、シングルモードフアイバである信号用光フアイバ2
及び参照用光フアイバ3に入射させ、それぞれのフアイ
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によつて検出し、信号用光フアイバ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アイバハイドロフ
オンに於て、発振器13によつてsin(Γt)の信号を生
じ、参照用光フアイバ3又は信号用光フアイバ2の一方
又はその両方に設けた位相変調器11によつて、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、バンドパスフイルタ10によつて、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(Γ
t)とによつて同期検波し、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によつ
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
とする光フアイバハイドロフオン。1. A signal optical fiber 2 which is a single mode fiber for branching light generated from a light source 1 which generates a monochromatic light.
And the light emitted from the respective fibers 2 and 3 to be incident on the reference optical fiber 3 and the intensity of the interference light is detected by the light receiving element 6, and the sensor coil 4 provided in the middle of the signal optical fiber 2 is detected. In the optical fiber hydrophone, which is determined to obtain the phase change due to the underwater sound wave that is sensed by the optical fiber from the intensity of the interference light, a signal of sin (Γt) is generated by the oscillator 13 and the reference optical fiber 3 or the signal optical fiber is generated. By the phase modulator 11 provided on one or both of the two, sawtooth phase modulation with a maximum phase shift of 2πm and a period of 2π / Γm is added, and the intensity of the interference light is converted into an electric signal by the light receiving element 6. After changing, only the component of the internal frequency of the signal of angular frequency Ω is taken out by the band pass filter 10, and this signal is phase-shifted by 90 ° with the signal sin (Γt) of the oscillator 13. (Γ
t) is used for synchronous detection, the synchronously detected outputs are each squared, and these are added together to obtain the square root by the square root calculation circuit 20 to obtain the intensity of the sound wave. Huon.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP453887A JPH0676911B2 (en) | 1987-01-12 | 1987-01-12 | Optical fiber hydrophone |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP453887A JPH0676911B2 (en) | 1987-01-12 | 1987-01-12 | Optical fiber hydrophone |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63172928A JPS63172928A (en) | 1988-07-16 |
| JPH0676911B2 true JPH0676911B2 (en) | 1994-09-28 |
Family
ID=11586820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP453887A Expired - Lifetime JPH0676911B2 (en) | 1987-01-12 | 1987-01-12 | Optical fiber hydrophone |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0676911B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| 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 |
| CN112697262B (en) * | 2020-12-08 | 2023-06-27 | 联合微电子中心有限责任公司 | Hydrophone and method for manufacturing same |
-
1987
- 1987-01-12 JP JP453887A patent/JPH0676911B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63172928A (en) | 1988-07-16 |
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