Brevet FR2749473A1 — publié le 19971205

La présente invention concerne les hydrophones et, plus particulièrement, les hydrophones du type mettant en oeuvre des fibres optiques. On utilise des hydrophones pour la détection d'ondes acoustiques dans l'eau, en particulier en mer. De telles ordres acoustiques peuvent etre émises volontairement ou bien elles peuvent résulter d'une activité dans l'eau, telle qu'un bruit engendré par un nageur ou un navire. Ainsi, les hydrophones trouvent une application dans la détection d'une présence étrangère aussi bien en haute mer que près des cotes. On connaît des détecteurs à hydrophone piezo électrique sensibles à des pressions hydrostatiques et on les utilise souvent sous forme de faisceaux remorqués. Dans de tels faisceaux, un certain nombre de détecteurs espacés selon des intervalles le long d'un câble est remorqué à l'arrière d'un navire, par exemple pour la détection de sousmarins. Cependant, du fait que lors du remorquage un certain bruit extérieur est engendré au niveau des détecteurs (du fait de leur mouvement au sein de l'eau) il est nécessaire de grouper lesdits détecteurs, généralement en groupes de sept, et de faire la moyenne du signal de réponse qui en provient. Ces récentes années, on a utilisé les effets des pressions hydrostatiques sur les fibres optiques dans la détection d'ondes acoustiques. I1 y a lieu de noter qu'une pression exercée sur une fibre optique présente deux effets, dont l'un est une variation de longueur et l'autre est une variation dans l'indice de réfraction. De ce fait, si deux fibres de caractéristiques et de longueur identiques sont utilisées, l'une étant soumise aux effets acoustiques et l'autre étant protégée de tels effets, on peut utiliser un interféromètre pour détecter la présence d'une onde acoustique agissant sur la première fibre mentionnée ci-dessus. On conçoit que la variation de longueur mentionnée ci-dessus donnera lieu à un retard de propagation tandis que la modification de l'indice de réfraction entraînera une variation de phase du signal lumineux transmis. On conçoit également que les effets d'ondes de pression acoustique sur une fibre dont le diamètre est de l'ordre de 125 microns, bien qu'ils soient détectables, sont ettrêmement faibles. Cependant, pour protéger de telles fibres d'une détérioration par arrachement ou par attaque chimique, elles sont généralement revêtues d'une matière plastique pouvant atteindre un demi-mililimètre d'épaisseur. Les effets de compression d'une onde acoustique sur une matière plastique sont plus importants que les effets de la meme onde sur le verre d'une fibre optique et, à l'excep- tion de faibles longueurs de fibres revêtues, le revetement de matières plastiques tend à "tirer" sur la fibre, ce qui augmente la sensibilité de ladite fibre aux ondes acoustiques. Il y a liez de noter que les hydrophones piezoélectriques en faisceau sous forme de câble mentionnés plus haut sont sensibles aux problèmes mécaniques et/ou électriques qui diminuent leur fiabilité. De tels faisceaux sont également très lourds. La présente invention vise donc un hydrophone à faisceau, moins sujet aux pannes que le faisceau remorqué mentionné ci-dessus et mettant en oeuvre un faisceau de fibres optiques. Conformément à la présente invention, dans un hydrophone à faisceau, un ensemble de fibres optiques ayant chacune une longueur différente augmentant par longueurs prédéterminées depuis la plus courte jusqu'à la plus longue et dont chacune comporte une entrée de transmission de lumière et une terminaison de réflexion de lumière, comprend des fibres disposées longitudinalement les unes par rapport aux autres avec les entrées des fibres en alignement, une source de signal optique étant destinée à émettre un signal optique sur chacune des fibres, un moyen de détection étant destiné à détecter le signal optique réfléchi, tandis qu'un moyen de comparaison permet de comparer le signal optique réfléchi détecté à partir de chaque fibre optique avec le signal optique réfléchi et détecté à partir de la fibre de longueur immédiatement supérieure afin de déterminer à partir du décalage de fréquence et/ou du décalage de phase des signaux optiques respectifs causés par des variations ds la pression hydrostatique sur les fibres optiques respectires, la nature et/ou l'emplacement par rapport au faisceau d'une onde acoustique présente, s'il en existe une. De préférence, les signaux optiques réfléchis à partir de chaque fibre sont déplacés partiellement en utilisant un système à lentille, tandis qu'on peut utiliser un modulateur optique pour combiner l'image d'une partie du signal réfléchi provenant d'une fibre avec une image de recouvrement du signal réfléchi provenant de la fibre suivante la plus longue. On peut mettre en oeuvre des fibres optiques enroulées sur au moins une partie de leur longueur afin d'augmenter la sensibilité du faisceau et l'on peut utiliser une ou plusieurs fibres de référence pour transporter le signal optique avec lequel les signaux optiques réfléchis provenant du faisceau peuvent être comparés. D'autres caractéristiques et avantages de 1' inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre explicatif mais nullement limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente un schéma du faisceau d'hydrophone ; et la figure 2 représente un schéma d'un système optique utilisable avec le faisceau de la figure 1. En se référant à la figure 1, le faisceau comprend un certain nombre de fibres optiques 1-n qui sont maintenues longitudinalement l'une par rapport à l'autre pour former une structure du type câble convenant par exemple pour être remorquée à l'arrière d'un navire (non représenté). Il y a lieu de noter que le faisceau peut également trouver une application dans une installation statique. Chacune des fibres 1-n est munie d'un réflecteur 11 qui est de préférence réalisé par argenture ou brillantage de la terminaison de la fibre. En fonctionnement, la faisceau est couplé optiquement à une unité de traitement U de signal qui est destinée à émettre un signal optique sur les fibres 1-n et à détecter les signaux réfléchis comme cè sera décrit ci-après. Il y a lieu de noter que pour obtenir une meilleure sensibilité, les fibres 1-n sont du type comportant un revetement d'une matière plastique. Si une meilleure sensibilité est requise, les fibres 1-n des zones désignées par A, B et C, et les régions correspondantes des autres fibres du faisceau peuvent comprendre un enroulement de la fibre optique de manière telle qu'une plus grande longueur de fibre soit exposée aux variations de pression hydrostatique engendrées par les ondes acoustiques des régions respectives. En se référant à la figure 2, une source de signal optique 21, par exemple un laser, est mise en oeuvre pour émettre un signal au niveau des fibres 1-n. Le trajet du signal (par exemple tel qu'indiqué par la ligne en pointillé 22) passe par l'intermédiaire d'un miroir 25 sur toutes les fibres 1-n. Le signal 22 est réfléchi par la terminaison réfléchissante 11 des fibres 1-n et le trajet de ces signaux réfléchis à partir des fibres 1 et 2 est indiqué généralement par les lignes 23 et 24. Pour la présente description, on ne discutera que des signaux réfléchis 23 et 24. Il y a lieu de noter cependant que les signaux réfléchis provenant des autres fibres 3-n sont traités de la meme manière, Les signaux 23 et 24 passent par l'intermédiaire d'un système à lentille 26 vers un modulateur optique 27 tel qu'un modulateur acoustique-optique (ou une "cellule de Orage") qui peut être du type décrit dans la demande de brevet britannique en cours n 83 25 720. Dans le modulateur optique 27 qui présente une Ca- pacil,- de diitr:cLioll de l'ordre des 50 uu ou inférieure, l'image d'une partie de la lumière provenant de la fibre 1 est diffractée pour recouvrir l'image d'une partie de la lumière provenant de la fibre 2. De la meme manière, une image d'une partie de la lumière provenant de la fibre 2 est diffractée pour recouvrir l'image de la fibre 3, etc. Une autre fonction du modulateur 27 est d'effectuer ut décalage de fréquence dans l'une des images afin de réaliser une correction de fréquence dans l'une des images. Ainsi. le modulateur optique 27 réalise une fonction d'étalement de faisceau par rapport au signal de lumière réfléchi provenant de chacune des fibres 1-n ainsi qu'une fonction de correction de fréquence. On supposera qu'on utilise une différence de phase (après correction de fréquence) et, dans ce but, qu'on utilise un faisceau image et détecteur 28. Dans le détecteur 28, des images provenant de deux fibres adjacentes sont comparées en vue d'une différence de phase afin de fournir un signal de sortie représentant une pression hydrostatique affectant une fibre et pas l'autre. Par exemple, en se référant à nouveau à la figure 1 , les fibres 1 et 2 seront également affectées par la variation de pression hydrostatique provenant de l'origine du câble sur le point de référence X. Le signal de sortie représente par conséquent l'effet de la pression hydrostatique entre X et le point de référence Y sur la fibre 1. Ainsi, le signal de sortie "normal" - c'est-à-dire le signal de sortie du faisceau 28 en ce qui concerne la fibre 1 lorsqu'il n'y a aucune activité dans la région A - peut être déterminé. Toute variation vers une pression hydrostatique plus forte ou plus faible dans la région A qui peut être due à une onde acoustique peut par conséquent être comparée avec la valeur du signal "normal". En effectuant un tel processus de comparaison pour toutes les régions, on peut former une image de "l'activité acoustique" le long de la totalité de la longueur du faisceau. On appréciera facilement les nombreux avantages d'un tel faisceau. Par exemple, le faisceau est lui-meme passif en ce qui concerne le son et, comparé aux faisceaux piezoélectriques, présente un poids considérablement plus faible pour sa longueur. Aucune amplification additionnelle n'est nécessaire et,par conséquent1 il n'existe aucun besoin d'une alimentation en puissance électrique sur le faisceau ; et, d fait que les éléments constitutifs éloignés du faisceau sont passifs, une légère maintenance est seulement nécessaire et conduit à une fiabilité complémentaire dans un fonctionnement à long terme. Selon une variante de fonctionnement, on peut utiliser deux faisceaux identiques dont l'un est soumis aux effets hydrostatiques et l'autre est libre par rapport à ces effets. La comparaison est alors effectuée entre les deux pris individuellement, les signaux réfléchis provenant des fibres correspondantes du faisceau remorqué et du faisceau protégé étant comparés. REUENDICATIONS 1. Hydrophone à faisceau de fibres optiques, caractérisé par le fait qu'il comprend un certain nombre (l-n) de fibres optiques chacune ayant une longueur différente et augmentant par longueurs prédéterminées(h,b,C) depuis la plus courte jusqu'à la plus longue et chacune ayant une entrée de'transmission de lumière et une terminaison de ré flexion de lumière (11), lesdites fibres optiques étant disposées longitudinalement les unes par rapport aux autres et lesdites entrées étant en alignement, une source (21.? de signal optique destinée à émettre un signal optique au niveau de chacune des fibres, un moyen de détection (28) destiné B détecter le signal optique réfléchi et un moyen de comparaison destiné à comparer le signal optique réfléchi détecté à partir de chaque fibre optique avec le signal optique réfléchi détecté à partir de la fibre de longueur immédiatement supérieure afin de déterminer, à partir du décalage de fréquence et/ou du décalage de phase des signaux optiques respectifs causés par les variations de pression hydrostatique sur les fibres optiques respectives, la nature et/ou l'emplacement par rapport au faisceau de la présence d'une onde acoustique. 2. Hydrophone selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les signaux optiques réfléchis à partir de chaque fibre sont partiellement déplacés au moyen d'un système à lentille (25), un modulateur optique (27) combinant l'image d'une partie du signal réfléchi provenant d'une fibre avec une image de recouvrement du signal réfléchi provenant de la fibre suivante la plus longue. 3. Hydrophone selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'au moins certaines fibres optiques sont enroulées sur au moins une partie de leur longueur afin d'augmenter la sensibilité du faisceau. 4. Hydrophone selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'on utilise au moins une fibre de référence pour transporter le signal optique avec lequel les signaux optiques réfléchis provenant du faisceau sont comparés. 5. Hydrophone selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la terminaison de réflexion de lumière de chaque fibre est réalisée par brlllantage ou argenture de l'extrémité de ladite fibre. 6. Hydrophone selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que chaque fibre composte un revêtement d'une matiére plastique. 7. Hydrophone selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la fréquence du modulateur optique décale l'une des images à comparer. B. Hydrophone selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'on utilise les différences de phase entre les signaux réfléchis respectifs pour former des signaux de sortie représentatifs des variations de pression hydrostatique entre les fibres,