(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学圧力検出装置（１００１、１００２、１００３、１００４）であって、
圧力伝播媒体（３）で充填され、流体への浸漬に適し、該流体中の圧力波を少なくとも部分的に透過させる少なくとも１つの窓（４）を有するチャンバ（２）と、
前記チャンバ（２）を長手方向に貫通しファイバブラッググレーティング（８）を有する光ファイバ（７）と、
第１のフレーム端（１１）、及び長手方向反対側の第２のフレーム端（１２）を有するフレーム（１０）と、
前記チャンバ（２）内に配設され前記第１のフレーム端（１１）に固定される少なくとも１つの第１の圧力検知マウント組立（１００）と、を備え、
前記第１の圧力検知マウント組立（１００）が、前記光ファイバ（７）の長手方向に変位可能な第１のファイバマウント（１３０）、及び少なくとも１つの第１の軸方向圧力応答要素（１１０、１２０）を備え、該第１の軸方向圧力応答要素（１１０、１２０）が、前記第１のファイバマウント（１３０）と前記第１のフレーム端（１１）との間に挟まれ前記光ファイバ（７）に隣接する密閉容器を含み、
前記光ファイバ（７）が、前記ファイバブラッググレーティング（８）の一方側の第1の固定点（１３１）で前記第１のファイバマウント（１３０）に固定され、
少なくとも正常動作において、前記第１のファイバマウント（１３０）が前記光ファイバ（７）に前記第１のフレーム端（１１）に向かう引張り力（Ｆ１）を作用させ、
圧力が増すと引張り力（Ｆ１）が増すように、前記引張り力（Ｆ１）が前記圧力伝播媒体（３）の圧力の変化に伴って変化する
光学圧力検出装置。
【請求項２】
前記光ファイバ（７）が、前記第1の固定点（１３１）に対して前記ファイバブラッググレーティング（８）の反対側で前記第１のフレーム端（１１）の反対の前記第２のフレーム端（１２）に固定される請求項１に記載の光学圧力検出装置（１００１）。
【請求項３】
前記チャンバ（２）内に配設され前記第２のフレーム端（１２）に固定される第２の圧力検知マウント組立（２００）をさらに備え、
前記第２の圧力検知マウント組立（２００）が、前記ファイバ（７）の長手方向に変位可能な第２のファイバマウント（２３０）を有し、
前記第２の圧力検知マウント組立（２００）が、前記第２のファイバマウント（２３０）と第２のフレーム端（１２）との間に挟まれ前記光ファイバ（７）に隣接する少なくとも１つの第２の軸方向圧力応答要素（２１０、２２０）、を備え、
前記光ファイバ（７）が、前記第1の固定点（１３１）に対して前記ファイバブラッググレーティング（８）の反対側で第２の固定点（２３１）で第２のファイバマウント（２３０）に固定され、
少なくとも正常動作において、前記第２のファイバマウント（２３０）が、前記光ファイバ（７）に前記第２のフレーム端（２）に向けて第２の引張り力（Ｆ２）を作用させ、
圧力が増すと第２の引張り力（Ｆ２）が増すように、該第２の引張り力（Ｆ２）が前記圧力伝播媒体（３）の圧力の変化に伴って変化する
請求項１に記載の光学圧力検出装置（１００１）。
【請求項４】
前記チャンバ（２）内に配設され前記第２のフレーム端（１２）に固定される少なくとも１つの静止圧力補償組立（３００）、をさらに備え、
前記静止圧力補償組立（３００）が、前記光ファイバ（７）の長手方向に変位可能な第２のファイバマウント（３３０）を有し、
前記静止圧力補償組立（３００）が、前記第２のファイバマウント（３３０）と第２のフレーム端（１２）との間に挟まれ前記光ファイバ（７）に隣接する少なくとも１つの軸方向圧力補償要素（３１０、３２０）、をさらに備え、
前記光ファイバ（７）が、前記第1の固定点（１３１）に対して前記ファイバブラッググレーティング（８）の反対側で前記第２の固定点（３３１）で第２のファイバマウント（３３０）に固定され、
前記軸方向圧力補償要素（３１０、３２０）の軸方向剛性が、前記圧力伝播媒体（３）の圧力の関数であって、高周波圧力変動に対して高く低周波圧力変動及び静止圧力条件に対して低い
請求項１に記載の光学圧力検出装置（１００３）。
【請求項５】
前記チャンバ（２）内に配設され前記第２のフレーム端（１２）に固定される、静止圧力補償組立（３００）と、
前記チャンバ（２）内に配設され前記静止圧力補償組立（３００）に固定される第２の圧力検知マウント組立（２００）と、をさらに備え、
前記静止圧力補償組立（３００）が、前記光ファイバ（７）の隣接に配設された少なくとも１つの軸方向圧力補償要素（３１０、３２０）を有し、
前記第２の圧力検知マウント組立（２００）が、前記光ファイバ（７）の長手方向に変位可能な第２のファイバマウント（２３０）を有し、
前記第２の圧力検知マウント組立（２００）が、前記第２のファイバマウント（２３０）と前記静止圧力補償組立（３００）との間に挟まれ前記光ファイバ（７）に隣接する少なくとも１つの第２の軸方向圧力応答要素（２１０、２２０）、を備え、
前記光ファイバ（７）が、前記第1の固定点（１３１）に対して前記ファイバブラッググレーティング（８）の反対側で第２の固定点（２３１）で前記第２のファイバマウント（２３０）に固定され、
少なくとも正常動作において、前記第２のファイバマウント（２３０）が前記光ファイバ（７）に前記第２のフレーム端（１２）に向けて第２の引張り力（Ｆ２）を作用させ、
圧力が増すと第２の引張り力（Ｆ２）が増すように、前記第２の引張り力（Ｆ２）が前記圧力伝播媒体（３）の圧力における変化に伴って変化し、
前記軸方向圧力補償要素（３１０、３２０）の軸方向剛性が、前記圧力伝播媒体（３）の圧力の関数であって、高周波圧力変動に対して高く低周波圧力変動及び静止圧力条件に対して低い
請求項１に記載の光学圧力検出装置（１００４）。
【請求項６】
前記チャンバ（２）内に配設され前記第２のフレーム端（１２）に固定される、第２の圧力検知マウント組立（２００）と、
前記チャンバ（２）内に配設され前記第２の圧力検知マウント組立（２００）に固定される、静止圧力補償組立（３００）と、をさらに備え、
前記第２の圧力検知マウント組立（２００）が、前記光ファイバ（７）に隣接して配設される少なくとも１つの第２の軸方向圧力応答要素（２１０、２２０）を有し、
前記静止圧力補償組立（３００）が、前記光ファイバ（７）の長手方向に変位可能な第２のファイバマウント（３３０）を備え、
前記静止圧力補償組立（３００）が、前記第２のファイバマウント（３３０）と前記第２の圧力検知マウント組立（２００）との間に挟まれ前記光ファイバ（７）に隣接する少なくとも１つの軸方向圧力補償要素（３１０、３２０）、をさらに備え、
前記光ファイバ（７）が、前記第1の固定点（１３１）に対して前記ファイバブラッググレーティング（８）の反対側で第２の固定点（３３１）で前記第２のファイバマウント（３３０）に固定され、
少なくとも正常動作において、前記第２のファイバマウント（２３０）が、前記第２のフレーム端（１２）に向けて前記静止圧力補償組立（３００）に第２の引張り力（Ｆ２）を作用させ、該第２の引張り力（Ｆ２）は、圧力が増すと第２の引張り力（Ｆ２）が増すように、前記圧力伝播媒体（３）の圧力の変化に伴って変化し、
前記軸方向圧力補償要素（３１０、３２０）の軸方向剛性が、前記圧力伝播媒体（３）の圧力の関数であって、高周波圧力変動に対して高く低周波圧力変動及び静止圧力条件に対して低い
請求項１に記載の光学圧力検出装置。
【請求項７】
一端が前記静止圧力補償組立（３００）の軸方向圧力補償要素（３１０、３２０）に固定され、他端が前記第２の圧力検知マウント組立（２００）の第２の軸方向圧力応答要素（２１０、２２０）に固定された中間マウント（３４０）をさらに備え、
前記中間マウントが、前記光ファイバ（７）を接触することなく通過させる通路（３４１）をさらに有する
請求項５又は請求項６に記載の光学圧力検出装置（１００３）。
【請求項８】
前記圧力応答要素（１１０、１２０、２１０、２２０）が蛇腹とされる請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の光学圧力検出装置。
【請求項９】
前記軸方向圧力補償要素（３１０、３２０）が蛇腹とされる請求項４〜請求項７の何れか１項に記載の光学圧力検出装置。
【請求項１０】
前記光ファイバ（７）が剛性Ｋｆとされ、前記第１の軸方向圧力応答要素（１１０、１２０）がＫｆよりも小さい剛性Ｋ１を有し、前記軸方向圧力補償要素（３１０、３２０）がＫ１よりも小さい静止剛性Ｋ３を有する請求項４に記載の光学圧力検出装置。
【請求項１１】
前記光ファイバ（７）が剛性Ｋｆとされ、前記第１及び第２の軸方向圧力応答要素（１１０、１２０、２１０、２２０）がＫｆよりも小さい剛性Ｋ１、Ｋ２をそれぞれ有し、前記静止圧力補償組立（３１０、３２０）がＫ１よりも小さい静止剛性Ｋ３を有する請求項５〜請求項７の何れか１項に記載の光学圧力検出装置。
【請求項１２】
前記窓（４）が膜とされる請求項１〜請求項１１の何れか１項に記載の光学圧力検出装置。
【請求項１３】
前記第１及び第２の軸方向圧力応答要素（１１０、１２０、２１０、２２０）が同じ大きさ、同じ設計を有して、相互に同じ物理特性を有する請求項１〜請求項１２の何れか１項に記載の光学圧力検出装置。
【請求項１４】
前記軸方向圧力補償要素（３１０、３２０）が相互に同じ大きさ、設計を有して、相互に同じ物理特性を有する請求項４〜請求項７の何れか１項に記載の光学圧力検出装置。
【請求項１５】
請求項１〜請求項１４の何れか１項に記載の少なくとも１つの光学圧力検出装置（４１１１、１００１、１００２、１００３、１００４）を備える連続音波探査用のストリーマセクション。
【請求項１６】
請求項１〜請求項１４の何れか１項に記載の少なくとも１つの光学圧力検出装置（４１１１、１００１、１００２、１００３、１００４）を備える連続音波探査用のストリーマ。
【請求項１７】
請求項１６に記載の２つ以上の光学圧力検出装置（４１００）を備える連続音波探査用のストリーマアレイ（４００１）。
【請求項１８】
請求項１６に記載のストリーマ（４１００）又は請求項１７に記載のストリーマアレイ（４００１）の少なくとも１つと、前記ストリーマ（４１００）又は前記ストリーマアレイ（４００１）の何れかを曳航する船舶と、前記光学圧力検出装置（４１１１）から測定信号を受信し処理する処理装置（４００３）と、を備える連続音波探査システム。
【請求項１９】
海底（Ｂ）に設置され、請求項１〜請求項１４に記載の少なくとも１つの光学圧力検出装置（２００２、１００１、１００３、１００４）を備える、海底音波検出の海中圧力測定用のケーブル（２００１）。
【請求項２０】
請求項１〜請求項１４に記載の少なくとも１つの光学圧力検出装置（３００２、１００１、１００３、１００４）を備えるマイクロホン（３００）。
【請求項２１】
請求項１〜請求項１４に記載の少なくとも１つの光学圧力検出装置の圧力検知マウント組立（１００）であって、
光ファイバ（７）へ接続する接続点（１３１）と、フレーム端（１１）に連結する少なくとも１つの軸方向圧力応答要素（１１０、１２０）と、を有する可動ファイバマウント（１３０）を備え、
前記軸方向圧力応答要素（１１０、１２０）が、前記可動ファイバマウント（１３０）を軸方向に変位可能とし、
前記軸方向圧力応答要素（１１０、１２０）がそれぞれ、前記フレーム端（１１）へ接続する軸方向一方端（１１１）、及び前記接続点（１３１）に隣接の前記可動ファイバマウント（１３０）へ接続される軸方向反対端（１１２）を有し、
各軸方向圧力応答要素（１１０、１２０）において、周囲圧力が増えると前記軸方向一方端及び前記軸方向反対端（１１１、１１２）間の軸方向距離が減少するように、軸方向の長さが周囲圧力の変化に応答する
圧力検知マウント組立。
【請求項２２】
各軸方向圧力応答要素（１１０、１２０）が蛇腹とされる請求項１に記載の圧力検知マウント組立。
【請求項２３】
前記接続点（１３１）における前記長手方向の両側に配置される２つの前記軸方向圧力応答要素（１１０、１２０）を備える請求項２１に記載の圧力検知マウント組立。
【請求項２４】
請求項１〜請求項１４の何れか１項に係る光学圧力検出装置用の静止圧力補償組立（３００）であって、
可動ベース（３３０、３４０）と、該可動ベース（３３０、３４０）が軸方向に変位可能となるように該可動ベース（３３０、３４０）をフレーム端（１２）へ連結する少なくとも１つの軸方向圧力補償要素（３１０、３２０）と、を備え、
前記軸方向圧力補償要素（３１０、３２０）の軸方向剛性が、周囲圧力の関数であって、高周波圧力変動に対し高く、低周波圧力変動及び静止圧力条件に対し低い
静止圧力補償組立。
【請求項２５】
前記軸方向圧力補償要素（３１０、３２０）がそれぞれ、チョーク流路（３１４、３２４）を介して周囲に流体的に連通する内部（３１３、３２３）を有する蛇腹を備え、前記チョーク流路（３１４、３２４）が周囲流体に対し比較的高い流れ抵抗を有している
請求項２４に記載の静止圧力補償組立。
【請求項２６】
各チョーク流路（３１４、３２４）が、約１秒〜１０分程度の時定数を有する請求項２４又は２５に記載の静止圧力補償組立。
【請求項２７】
海底（Ｂ）の連続音波探査の方法であって、
請求項１〜請求項１４の何れか１項に係る少なくとも１つの光学圧力検出装置（４１１１、１００１、１００２、１００３、１００４）を用意するステップと、
前記光学圧力検出装置を海中に設置する工程と、
海の上層で少なくとも１つの音響パルスを発生するステップと、
前記光学圧力検出装置（４１１１、１００１、１００２、１００３、１００４）を用いて前記海底（Ｂ）から音響応答信号を検出するステップと、
が含まれる連続音波探査の方法。
【請求項２８】
複数の前記光学圧力検出装置（４１１１、１００１、１００２、１００３、１００４）がストリーマ（４１００）に設けられ、前記ストリーマが、海中に設置され、船舶（４００２）で曳航される、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
複数の前記ストリーマ（４１００）のアレイ（４００１）が、海中に設置され、前記船舶（４００２）で曳航される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
流体の圧力変動を検知する検出手段であって、
ファイバブラッググレーティング（８）を有する光ファイバ（７）と、
前記光ファイバを前記ファイバブラッググレーティング（８）の両側の２つの固定点（１３１、２３１）で支持し、前記２つの固定点（１３１、２３１）を引き離す張力（Ｆ１）を前記光ファイバに作用させるマウント手段（１０、１００）と、を備え、
流体圧力変動を受け、流体圧力の増加を受けると前記張力を増やし、前記流体圧力の減少を受けると前記張力を減少させる少なくとも１つの軸方向圧力応答要素（１１０、１２０）を、前記マウント手段が備え、
少なくとも１つの前記軸方向圧力応答要素（１１０、１２０）が密閉容器を含み、該密閉容器が前記光ファイバ（７）に隣接している
検出手段。
【請求項３１】
流体の圧力変動を検知する検出手段であって、
所定周波数閾値よりも低い変化周波数を有する流体圧力変動に対して前記張力の応答変化を減少させる補償手段をさらに備える
請求項３０に記載の検出手段。
【請求項３２】
地下に掘削した油井又は流体充填孔における連続音波探査等の地下圧力測定用のケーブル（２００１）であって、
請求項１〜請求項１４の何れか１項に記載の少なくとも１つの光学圧力検出装置（２００２、１００１、１００２、１００３、１００４）を備えるケーブル。
【請求項３３】
海底音響検出の海中圧力測定の方法であって、
請求項１９に係る少なくとも１つのケーブル（２００１）を用意するステップと、
前記ケーブルを海床（Ｂ）に設置するステップと、
前記ケーブルの少なくとも１つの前記光学圧力検出装置を用いて音響信号を検出するステップと、
前記光学圧力検出装置からの測定信号を処理するステップと、
を含んでいる方法。
【請求項３４】
地下圧力測定の方法であって、
請求項１９に記載の少なくとも１つのケーブル（２００１）を用意するステップと、
前記ケーブルを地下に掘削した流体充填孔に設けるステップと、
前記ケーブルの少なくとも１つの光学圧力検出装置を用いて音響信号を検出するステップと、
前記光学圧力検出装置から前記測定信号を処理するステップと、
を含んでいる方法。
【請求項３５】
方法が鉛直連続音波探査用とされる請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記流体充填孔が油井とされる請求項３４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に流体の中の、詳細には液体の中の圧力波を検出するセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
以下の説明において、用語は最も広い意味に用いられる。特に、用語「海」は水の何れの好適な集まりを示すのに用いられ、海又は大洋、若しくは川又は運河の名で指示されてもよい。用語「船舶」は、推進系や制御系、乗組員の存在に関係なく、海上や海面を運航する何れの好適な曳航装置を示して用いられる。
【０００３】
反射地震学において、音響パルスを海（水深約５〜１００メートル）の上層で発生させ、反射音響信号が測定され解析される。例としてこの技術が、海底の測量、及び石油やガスの探査に有用で、この場合、床面の下の構造が測量される。
【０００４】
水中の音波は、圧力波として伝播し、圧力センサによって検出される。設置の具体例として、数キロメートルの長さのケーブルに沿って、多くのセンサが数メートル程度の相互間隔で設置される。ケーブルが船舶の後方の水中に曳航され、そのような曳航されたケーブルが「ストリーマ」と示されることもある。センサからの測定信号がストリーマに沿って処理装置に送信され、ここで処理装置は船舶上に配置されるか又は配置されなくてもよい。実際には、互いに平行なそのような複数のストリーマは、相互距離が約５０メートル程度で船舶に曳航される。このように概略で数千の圧力センサの測定アレイが動作する。
【０００５】
典型的な従来技術において、圧力センサが、圧電素子として実施され、圧電素子が圧電性結晶を備える。圧力変動が圧電性結晶を収縮、伸長させ、次いで電気信号が圧電性結晶に発生する。その場合、ストリーマは、この電気信号を送信するのに、電気導体線を有する必要があり、通常それらが銅から作られ、別にはアルミニウムから作られる。導電線は、信号損失を低く抑えるために、比較的太くしなければならない。そのようはストリーマは、別に又は追加的に、センサ信号を結合し多重する又はデジタル化するデータ取得ユニットを備える必要がある。同様のことが、他の種類のストリーマに適用され、そこで圧力波が電気信号を発生する。
【０００６】
電気信号を光信号に置き換えることが提案されている。これにより、銅信号線が光ファイバに置き換えられる。自信で光信号を発生するアクティブセンサの代わりに、パッシブセンサが提案されている。ここで用語「パッシブ」で意味するのは、そのようなセンサの光学特性が周囲パラメータの変化に応答して変化し、そのセンサを光で検査することでその光学特性が測定され得ることである。この点で自身を検査するパッシブ光学要素が、所謂ファイバブラッググレーティング（Fibre Bragg Grating：ＦＢＧ）反射器である。
【０００７】
ＦＢＧ反射器が光ファイバで構成され、ある配置では、ファイバの長手方向に一連の材料改質が配置される。通常、光ファイバの光学特性が長さに沿って一定で、該光学特性に屈折率が含まれる。しかしながら、このような材料改質が僅かに異なる屈折率を有する。このような互いに同じ距離の複数の材料改質がグレーティングとして動作し、通常これが小波長幅に対し反射する。光パルスがファイバに入ると、全波長が実質的にグレーティング配置を通過しても、小波長幅内の光を反射する。ファイバの入力端において、反射光パルスが受光され、その波長が、続く材料改質間の相互距離を示す。
【０００８】
典型的に、このようなＦＢＧ反射センサが（局所の）張りに反応する。張りの変化がファイバの長さの変化を引き起こし、長さの変化にブラッググレーティングの連続する材料改質間の距離の変化がある。今度はこれが反射光の波長の変化として伝播する。
【０００９】
尚、ＦＢＧ反射が実質的に知られ、ＦＢＧ反射がストリーマに用いられるのも実質的に知られる。この点で米国特許出願第２０１１／００９６６２４号、及び第２０１２／００６９７０３号が参照される。さらに本発明は、改良光ファイバ又は改良ＦＢＧを提供するのを目指すのではなくて、現在配置されるのと同じ種類のＦＢＧ反射器に光ファイバを用いて実施できるので、本明細書ではＦＧＢ反射器付き光ファイバの設計及び製造のさらなら詳細な説明は省略する。
【００１０】
検知される音波は海中の圧力波である。ＦＢＧ反射器が主に長手方向張りの変化に反応するので、反応要素としてのＦＢＧ反射器を有する圧力センサは、周囲圧力変動をファイバ張り変化へ伝播させる手段を備える必要がある。
【発明の概要】
【００１１】
本発明の目的が、海洋測量及び探査において使用されるストリーマにおいて、水圧波を測定するのに用いられることに適する検知要素として、ＦＢＧ反射器を有する圧力検知装置を提供することである。尚、そのような圧力検知装置はしかしながらまた他の用途に使用されてよい。
【００１２】
圧力検知装置は、ストリーマの用途に関連した、ある条件に適合する必要がある。ストリーマの一般的な設計及び大きさを考えて、圧力検知装置は、できるだけ小さい、好適には数ｃｍ未満の断面である。圧力検知装置は、良好な測定結果となるには、音圧信号に対したとえば１Ｈｚ〜数十ＫＨｚの周波数範囲内の圧力変動に可及的に反応するが、対象の周波数範囲は実施の用途に依存する。一方、ストリーマが海面近くだけでなくたとえば４０ｍ以上の水深で用いられてもよいが、センサの他の用途では実質的に更なる深さで使用されるので、圧力検知装置は、０〜約１０バール（測定規格）を超える範囲で変化する静止背景圧力に、重ねられる極めて小さな圧力変動に対し反応する必要がある。さらに、ストリーマが水の中を曳航される状態で、変化及びノイズがストリーマで発生し、圧力検知装置は好適にこの種の妨害には低感度である必要がある。
【００１３】
さらに、圧力検知装置はロバスト性が必要である。海洋探査が、好適には数カ月の期間に亘ってほぼ連続的に実行される活動であり、ストリーマがそのような期間に亘って修理や交換の必要なく正常に動作する必要がある。さらに、使用において、センサは「処置」、たとえばストリーマの設置と撤収に耐えることのできる必要がある。さらに、製造元から最終目的地までの搬送の進行において、検知装置が約−４０〜約６０°Ｃの範囲の温度に耐えられなければならない。
【００１４】
さらに、圧力検出装置は小型でなければならない。ストリーマ用であることは、圧力検出装置に利用可能な空間は限られることを意味し、特にこれが断面に適用される。米国特許公開第２００４／０１８４３５２号が、ファイバが中空の心棒に固く巻かれ、心棒の直径において圧力変動が結果的にファイバ長さ方向の変化をもたらすが、そのような設計にはいくつか欠点がある。１つの欠点は、明らかに、ファイバを巻き付けることがファイバを曲げなけらばならないことに関連する。しかしながら、曲げの曲率半径は、ある最小値よりも小さくならず、心棒の直径に最小値で巻いて次にストリーマの相対的な大きな直径に置き換わる。しかしながら、ストリーマにとって、少材料、少重量、少抗力、及び低運用経費に繋がるので、直径を可及的に削減するのが望ましい。さらに、米国特許出願第２００４／０１８４３５２号の設計において、動作は、音波に励起される為に、ＦＢＧ検知要素間のファイバの長さが変化するのに依存する。しかし、ファイバの長さはやはり、ケーブルの中の張りの変化により、機械的に引き起こされた励起で変化する。ケーブルの中の張りは「反射運動」ストレス及びうねり波によって変化する。これが背景ノイズを引き起こす。
【００１５】
さらに、米国特許出願第２００４／０１８４３５２号の設計において、動作は、中空の心棒が外圧の増加の影響を受けるとそれの内部容積が圧力増加に比例して減少することに基づく。心棒の軸方向長さが変化せず、且つファイバの長さの変化に比例する外周の変化の応答が圧力における変化の平方根にだけ比例するならば、最適な応答が達成される。さらに、予測される最高圧力まで長さが短くなるのにファイバが追従することは、ファイバが高い張りの状態で心棒の周りに巻かれる必要がある。
【００１６】
本発明の示す設計において、動作は、圧力が増えたときに主にＦＢＧ検知要素の長さが増えることに基づく。実施形態では、ＦＢＧ検知要素が、比較的短く、ケーブルの張りに反応するように機械的に絶縁されることが可能である。ファイバの最大の張りは、水面下で最深すなわち最高圧力条件下で予期される。
【００１７】
１つの態様において、本発明が光学圧力検知装置に関し、装置が、圧力伝播媒体好ましくはオイルで充填され、流体への浸漬に適し、該流体中の圧力波を少なくとも部分的に透過させる少なくとも１つの窓を有するチャンバと、チャンバを長手方向に貫通しファイバブラッググレーティングを有する光ファイバと、第１のフレーム端、及び長手方向反対側の第２のフレーム端を有するフレームと、ファイバの長手方向に変位可能な第１のファイバマウントを有すると共に、チャンバ内に配設され第１のフレーム端に固定される、少なくとも１つの第１の圧力マウント組立と、を備え、第１の圧力マウント組立が、第１のファイバマウントと第１のフレーム端との間に挟まれファイバに隣接する少なくとも１つの軸方向圧力応答要素をさらに備える。光ファイバが、ファイバブラッググレーティングの一方側の１つの固定点で第１のファイバマウントに固定される。少なくとも正常動作において、第１のファイバマウントが光ファイバに第１のフレーム端に向かう引張り力を作用させ、引張り力は、圧力が増すと引張り力が増すように圧力伝播媒体の圧力における変化に伴って変化する。
【００１８】
光ファイバが、第１の固定点に対してファイバブラッググレーティングの反対側で第１のフレーム端の反対の第２のフレーム端に固定されてもよい。
【００１９】
特別な実施形態において、光学圧力センサが、ファイバの長手方向に変位可能な第２のファイバマウントを有すると共に、チャンバ内に配設され第２のフレーム端に固定される、第２の圧力検知マウント組立をさらに備え、第２の圧力マウント組立が、第２のファイバマウントと第２のフレーム端との間に挟まれファイバに隣接する少なくとも１つの軸方向圧力応答要素を備える。光ファイバが、第１の固定点に対してファイバブラッググレーティングの反対側で第２の固定点で第２のファイバマウントに固定され、少なくとも正常動作において、第２のファイバマウントが光ファイバに第２のフレーム端に向けて第２の引張り力を作用させ、第２の引張り力は、圧力が増すと第２の引張り力が増すように圧力伝播媒体の圧力における変化に伴って変化する。
【００２０】
別の特別な実施形態において、光学圧力センサが、ファイバの長手方向に変位可能で、チャンバ内に配設され第２のフレーム端に固定される、第２のファイバマウントを有する少なくとも１つの静止圧力補償組立をさらに備え、静止圧力補償組立が第２のファイバマウントと第２のフレーム端との間に挟まれたファイバに隣接する少なくとも１つの軸方向圧力応答要素をさらに備える。光ファイバが、第１の固定点に対してファイバブラッググレーティングの反対側で第２の固定点で第２のファイバマウントに固定される。軸方向圧力補償要素の軸方向剛性が圧力伝播媒体の圧力の関数とされ、剛性は、高周波圧力変動に対して高く低周波圧力変動及び静止圧力条件に対して低い。
【００２１】
別の特別な実施形態において、光学圧力センサが、ファイバの隣接に配設された少なくとも１つの軸方向補償要素を備え、チャンバ内に配設され第２のフレーム端に固定された静止圧力補償組立と、ファイバの長手方向に変位可能な第２のファイバマウントを有すると共に、チャンバ内に配設され静止圧力補償組立に固定された、第２の圧力検知マウント組立と、をさらに備え、第２の圧力マウント組立が、第２のファイバマウントと静止圧力補償組立との間に挟まれファイバに隣接する少なくとも１つの軸方向圧力応答要素を備える。光ファイバが、第１の固定点に対してファイバブラッググレーティングの反対側で第２の固定点で第２のファイバマウントに固定される。少なくとも正常動作において、前記第２のファイバマウントが静止圧力補償組立に第２のフレーム端に向けて第２の引張り力を作用させ、該第２の引張り力は、圧力が増すと第２の引張り力が増すように圧力伝播媒体の圧力における変化に伴って変化する。軸方向圧力補償要素の軸方向剛性が圧力伝播媒体の圧力の関数とされ、剛性は、高周波圧力変動に対して高く低周波圧力変動及び静止圧力条件に対して低い。
【００２２】
光学圧力センサが、一端が静止圧力補償組立の軸方向圧力補償組立に固定され、他端が第２の圧力検知マウント組立の第２の圧力応答要素に固定された中間マウントをさらに備えてもよく、中間マウントが、接触することなくファイバを通過させる通路をさらに有する。
【００２３】
別の特別な実施形態において、光学圧力センサが、ファイバに隣接して配設される少なくとも１つの軸方向圧力応答要素を備え、チャンバ内に配設され静止圧力補償組立に固定される、第２の圧力検知マウント組立と、ファイバの長手方向に変位可能で、チャンバ内に配設され第２の圧力検知マウント組立に固定される、第２の静止圧力補償組立と、をさらに備え、静止圧力補償組立が、第２のファイバマウントと第２の静止圧力補償組立との間に挟まれファイバに隣接する少なくとも１つの軸方向圧力応答要素を備える。光ファイバが、第１の固定点に対してファイバブラッググレーティングの反対側で第２の固定点で第２のファイバマウントに固定され、少なくとも正常動作において、第２のファイバマウントが静止圧力補償組立に第２のフレーム端に向けて第２の引張り力を作用させ、該第２の引張り力は、圧力が増すと第２の引張り力が増すように圧力伝播媒体の圧力における変化に伴って変化する。軸方向圧力補償要素の軸方向剛性が、圧力伝播媒体の圧力の関数とされ、該剛性は、高周波圧力変動に対して高く低周波圧力変動及び静止圧力条件に対して低い。
【００２４】
光学圧力センサが、一端が静止圧力補償組立の軸方向圧力補償組立に固定され、他端が第２の圧力検知マウント組立の第２の圧力応答要素に固定された中間マウントをさらに備えてもよく、中間マウントが、接触することなくファイバを通過させる通路をさらに有する。
【００２５】
可能な実施形態に、光学圧力検出装置が第１のフレーム端と第１の圧力検知マウント組立との間に挟まれた静止圧力補償組立をさらに備える。
【００２６】
可能な実施形態に、圧力応答要素が蛇腹とされる。
【００２７】
可能な実施形態に、圧力補償要素が蛇腹とされる。
【００２８】
可能な実施形態に、ファイバが剛性Ｋｆとされ、第１の圧力応答要素がＫｆよりも小さい剛性Ｋ１を有し、圧力補償組立がＫ１よりも小さい静止剛性Ｋ３を有する。
【００２９】
可能な実施形態に、ファイバが剛性Ｋｆとされ、第１及び第２の圧力応答要素がＫｆよりも小さい剛性Ｋ１、Ｋ２をそれぞれ有し、圧力補償組立がＫ１よりも小さい静止剛性Ｋ３を有する。
【００３０】
可能な実施形態に、窓が膜とされる。
【００３１】
可能な実施形態に、圧力応答要素が同じ大きさ、同じ設計を有して、相互に同じ物理特性を有する。
【００３２】
可能な実施形態に、圧力補償要素が相互に同じ大きさ、設計を有して、相互に同じ物理特性を有する。
【００３３】
別の態様に、本発明が、少なくとも１つの光学圧力検出装置を備える連続音波探査用のストリーマに関する。
【００３４】
別の態様に、本発明が、少なくとも１つの光学圧力検出装置を備える連続音波探査用のストリーマに関する。
【００３５】
別の態様に、本発明が、２つ以上の光学圧力検出装置を備える連続音波探査用のストリーマアレイに関する。
【００３６】
別の態様に、本発明が連続音波探査システムに関する。システムが、ストリーマ又はストリーマアレイの少なくとも１つと、ストリーマ又はストリーマアレイの何れかを曳航する船舶と、センサから測定信号を受信し処理する処理装置と、を備える。
【００３７】
さらに別の態様に、本発明が、海底に設置され、少なくとも１つの光学圧力検知装置を備える海底音波センサの海中圧力測定用のケーブルに関する。
【００３８】
さらに別の態様に、本発明が、少なくとも１つの光学圧力検知装置を備えるマイクロホンに関する。
【００３９】
さらに別の態様に、本発明が、光学検知マウント組立用の圧力検知マウント組立に関する。圧力検知マウント組立が、ファイバへ接続する接続点を有する可動ファイバマウントと、ファイバマウントが軸方向に変位可能なように、ファイバマウントをフレーム端に連結する少なくとも１つの軸方向圧力応答要素と、を備える。各軸方向圧力応答要素が、フレーム端へ接続する軸方向一方端及び接続点に隣接のファイバマウントへ接続される軸方向他方端を有し、各軸方向圧力応答要素において、周囲圧力が増えると軸方向端間の軸方向距離が減少させるように、軸方向の大きさが周囲圧力の変化に応答する。
【００４０】
可能な実施形態で、各軸方向圧力応答要素が密閉容器を備える。
【００４１】
可能な実施形態で、各軸方向圧力応答要素が蛇腹とされる。
【００４２】
さらに可能な実施形態で、圧力検知マウント組立が接続点の両側に配置される２つの軸方向圧力応答要素を備える。
【００４３】
さらに別の実施形態で、本発明が光学圧力検知装置用の静止圧力補償組立に関する。静止圧力補償組立が可動ベースと、該可動ベースが軸方向に変位可能となるように可動ベースをフレーム端へ連結する少なくとも１つの軸方向圧力補償要素と、を備える。軸方向圧力補償要素の軸方向剛性が、高周波圧力変動に対し高く、低周波圧力変動及び静止圧力条件に対し低い周囲圧力の関数とされる。
【００４４】
可能な実施形態で、静止圧力補償組立が、軸方向圧力補償要素のそれぞれがチョーク流路を介して周囲に流体的に連通する内部を有する蛇腹を備える。チョーク流路が周囲流体に対し比較的高い流れ抵抗を有している。
【００４５】
可能な実施形態が、各チョーク流路が、約１秒〜１０分程度の時定数を有する。好ましい実施形態では、各チョーク流路が１分程度の時定数を有する。
【００４６】
さらに別の実施形態で、本発明が海底の連続音波探査の方法に関する。方法が、少なくくとも１つの光学圧力センサを用意するステップと、センサを海に設置する工程と、海の上層に少なくとも１つの音響パルスを発生するステップと、光学圧力センサを用いて海底から音響応答信号を検出するステップと、光学圧力センサからの測定信号を処理するステップとが含まれる。
【００４７】
可能な実施形態で、複数の光学圧力センサがストリーマに設けられ、ストリーマが、海中に設置され船舶で曳航される。
【００４８】
可能な実施形態で、複数のストリーマのアレイが、海中に設置され船舶で曳航される。
【００４９】
さらに別の可能な実施形態で、本発明が流体の圧力変動を検知する方法に関する。ファイバブラッググレーティングを備える光ファイバを用意する工程と、光ファイバをファイバブラッググレーティングの両側の２つの固定点で支持する工程と、２つの固定点を引き離す張力を光ファイバに作用させるステップが含まれる。流体圧力変動を受ける。流体圧力の増加を受けると張力を増やし、流体圧力の減少を受けると張力を減少させる。光ファイバを光パルスで調査し、ファイバブラッググレーティングから反射光パルスを受ける。反射光パルスの波長スペクトラムを解析して、調査する光パルスに比べて反射光パルスの波長シフトに比例するファイバブラッググレーティングの長さ変化を計算し、長さ変化に比例する圧力変動を計算する。
【００５０】
可能な実施形態で、静止圧力変動の補償が流体圧力変動を濾過することで効率が高まり、所定周波数閾値よりも低い変化周波数を有する流体圧力変動に対して張力応答変化を減少させる。
【００５１】
さらに別の実施形態で、本発明が、流体の圧力変動を検知する検出手段に関する。検出手段が、ファイバブラッググレーティングを備える光ファイバと、光ファイバをファイバブラッググレーティングの両側の２つの固定点で支持し、２つの固定点を引き離す張力を光ファイバに作用させるマウント手段とを備える。マウント手段が、流体圧力変動を受け、流体圧力の増加を受けると張力が増え、流体圧力の減少を受けると張力が減少する少なくとも１つの圧力検知応答要素を備える。
【００５２】
可能な実施形態で、検出手段が、所定周波数閾値よりも低い変化周波数を有する流体圧力変動に対して張力応答変化を減少させる補償手段をさらに備える。
【００５３】
本発明のこれら又は他の態様、特徴及び有利な点が、図面を参照して以降の１つ又は複数の好適な実施形態でさらに説明されるが、ここで同じ参照番号が同じ又は類似の部分を指す。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に利用可能な例示の光学圧力検知装置の設計の概略を示す概略図である。
【図２】本発明に利用可能な例示の光学圧力検知装置の第２の実施形態の設計の概略を示す概略図である。
【図３】本発明に利用可能な例示の光学圧力検知装置の第３の実施形態の設計の概略を示す概略図である。
【図４】本発明に利用可能な例示の光学圧力検知装置の第４の実施形態の設計の概略を示す概略図である。
【図５】複数のセンサを備えるケーブルを概略に示す図である。
【図６】マイクロホンを概略に示す図である。
【図７】連続音響探査システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
図１が、本発明に係る例示の光学圧力検知装置１００１の設計を概略的に示す概略図である。圧力センサ装置１００１が、圧力伝播媒体３で充填された内部を有するチャンバ２を備える。チャンバ２が、周囲圧力が圧力伝播媒体に到達できるように設計され、設計は環境に依存する。
【００５６】
例示の実施形態で、圧力伝播媒体が気体である。別の例示の実施形態で、圧力伝播媒体が液体である。別の例示の実施形態で、圧力伝播媒体がゲルである。別の例示の実施形態で、圧力伝播媒体が液体の特性と類似する圧力伝播特性のシリコン材料である。別の例示の実施形態で、圧力伝播媒体が液体の特性に類似する圧力伝播特性のゴム材料である。別の例示の実施形態で、圧力伝播媒体が上述した材料の何れかの複合である。好適な実施形態で、有利にはこの圧力伝播媒体がオイルである。
【００５７】
用途によって、圧力伝播媒体が周囲媒体と同一でもよい。そのような場合、チャンバ２が周囲環境に開放して連通してもよい。圧力伝播媒体が周囲媒体と異なる場合及び／又は周囲媒体がチャンバ２に入るのが望ましくない場合、示されるようにチャンバ２が密閉されてもよい。密閉されても、チャンバ２が圧力に少なくとも部分的に透過的な少なくとも１つの窓４を有し、周囲流体に浸漬されたときにチャンバ２の圧力伝播媒体３の液体圧力が周囲圧力に実質的に同一になろうし、何れの場合でも比例するであろう。例として窓４が膜として実施される。
【００５８】
典型的には、実際の用途として周囲流体が液体でもよい。海の用途として、この液体が典型的に水、さらに具体的には海水である。それだけでなく、本発明のセンサはまた、気体の周囲の中たとえば空気に用いられる。以降、単純化の為に周囲流体は単純に「水」として示す。
【００５９】
長尺のフレーム１０が、チャンバ２内に設けられチャンバ２に固定される。図示するように、フレーム１０が、矩形状で、第１の長手方向フレーム端１１及び第２の長手方向フレーム端１２を有する。
【００６０】
第１の圧力感知マウント組立１００が、第１のフレーム端１１の内側で固定される。第１の圧力検知マウント組立１００が、第１のファイバマウント１３０Ａを備える。第２のファイバマウント２３０が、反対の第２のフレーム端１２の内側に設けられる。光ファイバ７が、フレーム１０の長手方向に平行にチャンバ２を貫通し、第１のファイバマウント１３０、及び第２のファイバマウント２３０に、それぞれ１３１及び２３１に示されるように例として好適な接着剤によって固定される。光ファイバ７が、２つのマウント位置の間のファイバの張りにファイバブラッググレーティング８を備える。
【００６１】
ファイバ７が、チャンバ２の壁の小さな孔に貫通されるのが分かる。好適には封止５が、圧力伝播媒体３の漏洩を防ぐのにこれらの孔に適用される。
【００６２】
第２のファイバマウント２３０が、第２のフレーム端１２に固定される。別法では、光ファイバ７が、第２のフレーム端１２に装着され、この場合、第２のファイバマウント２３０は省略できる。
【００６３】
第１の圧力感知マウント組立１００が、第１のファイバマウント１３０及び第１のフレーム端１１間に挟まれ、ファイバ７に平行な長手方方向の軸を有する少なくとも１つの軸方向圧力応答要素１１０、１２０を備える。本発明に本質的なことは１つの軸方向圧力応答要素で実施できるものの、図示の実施形態においてはそのような２つの軸方向圧力応答要素１１０、１２０がファイバ７の両側に設けられる。各軸方向圧力応答要素１１０、１２０がそれぞれ、第１のフレーム端１１に取り付けられた第１端１１１、１２１、第１のファイバマウント３０に取り付けられた反対の第２の端１１２、１２２を有する。２つの軸方向圧力応答要素１１０、１２０が、好適には互いに同じ大きさ及びデザインを有して互いに同じ物理特性を有する。これに関連し、軸方向圧力応答要素１１０、１２０の最も関連の高い物理特性が外側圧力の変化への応答であり、外側圧力たとえば圧力伝播媒体３の圧力が増すと、軸方向圧力応答要素１１０、１２０における圧力変動に実質的に比例する軸方向長さが弾性的に縮小する。
【００６４】
好適には等間隔に配設された３つ以上の、ファイバ７の周りに配設された軸方向圧力応答要素があってもよい。しかしながら、ファイバに対し１８０°で配設された２つの要素のある実施形態が、要素の長手方向軸及びファイバの長手方向軸が１つの共通仮想面に延在し、その面に直交方向で測定される検知装置１００１の横断寸法が小さいという有利な点を有する。
【００６５】
いくつかの設計が、軸方向圧力応答要素１１０、１２０を実施するのに可能である。１つの可能な実施形態が蛇腹で、好適には金属で作られ、図１が、正しく例示的に蛇腹の実施形態を示する。実施例において、別の可能な実施形態では相殺するバネを備えるピストンでもよい。可能な実施形態の他の実施例が膜、ブルドンバネである。
【００６６】
実施例として、心棒に金属を電着することで金属製蛇腹が作られてもよく、次いで心棒材料を除去し（例として熱的に又は化学的に）、金属製蛇腹が残る。蛇腹の材料、蛇腹の長さや直径、蛇腹の波のピッチや深さの選択は、当技術分野の当業者によって分かるように、蛇腹の設計におけるパラメータであり、その結果、所望の蛇腹特性、特に剛性を得る。尚、蛇腹が断面輪郭で円であることは必要としない。
【００６７】
第１の蛇腹１１０、１２０が密閉される。真空でもよいし、又は圧縮可能な媒体、好適には気体、たとえば周囲圧力か周囲よりも高いか低い圧力の空気で充填されてもよい。これらの第１の蛇腹１１０、１２０が圧力伝播媒体３における圧力変動に応答する。圧力伝播媒体の圧力が増すと、第１の蛇腹１１０、１２０が圧縮されて、第１のファイバマウント１３０が第１のフレーム端１１に向けて移動する。このように、第１の引張り力Ｆ１がファイバ７にＦＢＧ８から（図面で左へ）離れる方向へ作用する。もちろん、等しいが反対の反力が第２のファイバマウント２３０によってファイバに作用するが、簡略のためにここでは示さない。尚、第１の引張り力Ｆ１がファイバ７に沿い、その結果、引張り力Ｆ１の大きさに関係なく、常に、ファイバが張られて曲がることがなく、ファイバ７がＦＢＧ８の位置で直線を維持する。また、第１のファイバマウント１３０が第１の蛇腹１１０、１２０によって支持され、蛇腹が実質的に同じ割合で圧縮伸長して、第１のファイバマウント１３０は、傾くことなく、ファイバ７を曲げることなく変位させる。このように、たとえば音圧波によって引き起こさる圧力が増減すると、ＦＢＧ８の長さが比例しての増減する。
【００６８】
予測しない高圧衝撃の場合、軸方向応答要素１１０、１２０が塑性変形によって損傷する虞れがある。これを防止する為に、光学圧力検知装置１００１が第１のファイバマウント１３０の軸方向位置ずれ自由度を制限する為のエンドストッパーを備えてもよく、但し簡略の為ここでは示さない。
【００６９】
図２が本発明に係る光学圧力検知装置１００２の第２の例示の実施形態の設計を概略的に示す概略図である。図１の第１の実施形態に比べると、この第２の実施形態は、第２のファイバマウント２３０と第２のフレーム端１２との間に挟まれた軸方向圧力応答要素２１０、２２０の第２のセットのあることで、相違する。第１の圧力検知マウント組立１００の場合に類似して、第２の圧力応答要素２１０、２２０がそれぞれ、第２のフレーム端１２に取り付けられた第１端２１１、２２１、第２のファイバマウント２３０に取り付けられた反対の第２端２１２、２２２を有する。これら第２の圧力応答要素２１０、２２０が、第２のファイバマウント２３０と一緒に第２の圧力検知マウント組立２００を形成する。第１の圧力検知マウント組立１００に対して上述した全てのことは第２の圧力検知マウント組立２００にも準用される。第２の圧力検知マウント組立２００及び第１の圧力検知マウント組立１００が好適には相互に同一であるが、本質的ではない。
【００７０】
圧力伝播媒体が増えると、第２の圧力検知マウント組立２００の第２の圧力応答要素２１０、２２０が圧縮して、第２のファイバマウント２３０が第２フレーム端２に向かって移動する。このように、第２の引張り力Ｆ２が、ＦＢＧ８から離れ方向（図面右側）に向かうようにファイバ７に作用する。第１の実施形態１００１と比較して、両方のファイバマウントが反対方向に移動するので、圧力変動に応答する第２の実施形態１００２におけるファイバ７の長さ変化が大きくなる。このことは、圧力検知要素の横断方向の大きさを増やす必要もなく圧力感度が増えるということを意味する。さらに、この実施形態の有利な点は軸方向変動に対する低減された感度である。
【００７１】
図３が、本発明に係る光学圧力装置１００３の第３の例示の実施形態を概略的に示す概略図である。図１の第１の実施形態と比較して、この第３の実施形態は圧力検知マウント組立１００の反対に配置された静止圧力補償組立３００が存在する点で相違する。また、静止圧力補償組立３００がファイバマウントを備え、ここでは第３のファイバマウントとして参照番号３３０で示されているが、これ以外には前述の第２のファイバマウント２３０と同じ機能を実行する。第３のファイバマウント３３０が３３１で示されるマウント位置でファイバ７に取り付けられる。
【００７２】
静止圧力補償組立３００が、第３のファイバマウント３３０と第２のフレーム端１２との間に挟まれファイバ７に平行な長手方向軸を有する少なくとも１つの軸方向圧力補償要素３１０、３２０を備える。本発明の本質が単一の軸方向圧力補償要素で実施され得るが、図示の本実施形態においてはそのような軸方向圧力補償要素３１０、３２０がファイバ７の両側に配設される。各軸方向圧力補償要素３１０、３２０がそれぞれ、第２のフレーム端１２に取り付けられる第１端３１１、３２１、第３のファイバマウント３３０に取り付けられる反対側の第２端３１２、３２２を有する。２つの軸方向圧力補償要素３１０、３２０が互いに同じ大きさ、設計を有して、互いに同じ物理特性を有する。
【００７３】
軸方向圧力補償要素３１０、３２０を実施するために、種々の設計が可能である。１つの可能な実施形態が蛇腹であり、好適には金属で作られ、図３が正しく例示的に蛇腹の実施形態を示す。例示するように、可能な別の実施形態が車両チョークに設けられたバネなどのような弾性部材であってもよい。本発明では、速度チョークが動く本体へ抵抗を付与する装置であり、本体の速度が増えると抵抗が増えて、チョークが比較的低い最大値を本体に限定する。本発明において、チョークが流体チョークとして有利に実施され、チョークは、流体が必ず貫通する、動く本体によって押圧される制限を含む。例示する別法として、チョークが、嵌合する流路を往復するピストンとして実施されてもよい。
【００７４】
先ず、蛇腹付きで実施される静止圧力補償組立３００の設計は、第２の実施形態１００２の第２の圧力検知マウント組立２００の設計に極めて類似している。しかしながら、重要な相違点は、静止圧力補償組立３００の蛇腹３１０、３２０が各内部３１３、３２３を有し、該内部がチャンバ２内の圧力伝播媒体３に、ある最大流れ速度しか許さない比較的高い流れ抵抗を有するチョーク流路３１４、３２４それぞれを介して、流体的に連通する。チョーク流路３１４、３２４の設計が、約１秒から約２０秒程度の、好適には１分程度の時定数を有してもよい。
【００７５】
静止圧力補償組立３００の目的は、静止圧力変動、たとえば、検知装置の水面下の深さ位置を変化させることで引き起こされる変化に対する圧力検知装置の感度を下げることである。その動作を次に簡単に説明する。
【００７６】
圧力伝播媒体３の中の音圧変化（周囲水の中の音圧変化によって引き起こさる）に対し、チョーク流路３１４、３２４が閉じていてもよく、第３の蛇腹３１０、３２０の内容３１３、３２３の圧力伝播媒体内容が一定である。無圧縮圧力伝播媒体の場合、第３の蛇腹３１０、３２０が、第３のファイバマウント３３０と第２のフレーム端１２との間の固定接続を構成するものとして検討されてもよい。このことが意味するのは、第３のファイバマウント３３０がフレーム１０に固定されるように検討されてもよいし、センサが図１の第１の実施形態と同じように働くこというである。
【００７７】
基本的に第１の圧力検知マウント組立１００は、音圧変化に起きる圧力の速い変化に対し、たとえばストリーマがより深いところで用いられたときに起きる圧力の遅い変化に対するのと同じ応答を示す。何れの場合でも、張力Ｆ１がファイバ７に作用し、第３のファイバマウント３３０を引張り、第３の蛇腹３１０、３２０の内容３１３、３２３の中の圧力を効果的に下げる。圧力の遅い変化に対し、圧力伝播媒体３が第３の蛇腹３１０、３２０へ流れるようにして、チョーク流路３１４、３２４がこの低下内部圧力を補償し、これにより第３のファイバマウント３３０がファイバ７によって作用される引張り力に負け、ファイバ７における張りが効果的に下がる。
【００７８】
図３の実施形態において、静止圧力補償組立３００が第１の圧力検知マウント組立１００の反対に実装される点で、圧力検知及び圧力補償の機能が空間的に分離される。別法では、静止圧力補償組立及び圧力検知マウント組立を互いに重なるように実装することは可能である。図４が本発明に係る第４の例示の実施形態の設計を概略的に示す概略図である。図４の左側に前述した第１の圧力検知マウント組立１００が確認できる。右側に第２の圧力検知マウント組立２００（図２を参照して説明される）、及び静止圧力補償組立３００（図３を参照して説明される）が重なっているのが確認できる。静止圧力補償組立３００が第２の圧力検知マウント組立２００と第２のフレーム端１２との間に配設される。別法では、第２の圧力検知マウント組立２００が静止圧力補償組立３００と第２のフレーム端１２との間に配設されてもよいが、示した実施形態がより優れた変動安定を有し好ましい。
【００７９】
静止圧力補償組立３００の軸方向圧量補償要素３１０、３２０が、第２の圧力検知マウント組立２００の圧力応答要素２１０、２２０に直接に固定されてもよい。図示の実施形態において、重なり部分に、好適には図示の板状の中間マウント３４０が設けられ、一方側に、静止圧力補償組立３００の軸方向圧力補償組立３１０、３２０が固定され、他方側に、第２の圧力検知マウント組立２００の第２の圧力応答要素２１０、２２０が固定される。このような中間マウント３４０が安定さを増す。中間マウント３４０が、ファイバ７を中間マウント３４０に触れることなく貫通させる通路３４１を有する。
【００８０】
さらに詳細には、第２の静止圧力補償組立が、第１の圧力検知マウント組立１００に連結されてもよく、静止圧力補償組立が第２の圧力検知マウント組立２００に連結させるのに類似する。そのような鏡面対象でもよい実施形態では、１つの静止圧力補償組立しか有しない実施形態に比べて静止圧力補償効果が増える。以降に、第４の実施形態１００４の操作をさらに詳細に説明する。
【００８１】
以降において、第４の実施形態１００４の動作をさらに詳細に説明する。
【００８２】
ファイバ７が線形の剛性Ｋｆ（剛性ＫがΔＦ／ΔＬとして規定される。ここでＦが力、Ｌが長さ、Δが増加分を示す）を有するとする。
【００８３】
各蛇腹が断面積Ａを有するものとする（第１の蛇腹の断面Ａ１が第２の蛇腹の断面Ａ２と異なる変形は当業者には明らかである）。
【００８４】
第１の蛇腹１１０、１２０が剛性Ｋ１を有するものとする。
【００８５】
第２の蛇腹２１０、２２０が剛性Ｋ２（好ましくはＫ２＝Ｋ１）を有するものとする。
【００８６】
圧力伝播媒体３内の静止圧力Ｐ０、ファイバ７の静止張り、及びＦＢＧ８からの反射光の波長の静止値λ０とする。圧力伝播媒体３内の音圧の大きさの増加をΔＰとする。これが各蛇腹の力増加ΔＦ＝Ａ・ΔＰとなる。
【００８７】
第１のファイバマウント１３０が距離ΔＬ１に亘って位置ずれされるとする。その場合、第１の蛇腹１１０、１２０にそれぞれ反力ΔＦ１＝Ｋ１・ΔＬ１が作用する。
【００８８】
第２のファイバマウント２３０が距離ΔＬ２に亘って位置ずれされるとする。その場合、第２の蛇腹２１０、２２０にそれぞれ反力ΔＦ２＝Ｋ２・ΔＬ２が作用する。
【００８９】
ファイバ７がファイバマウントに取り付けられるので、ファイバ長さがΔＬ１＋ΔＬ２だけ増える。その場合、ファイバ７にＦｆ＝Ｋｆ・（ΔＬ１＋ΔＬ２）の引張り力が作用する。
【００９０】
釣り合いの状態で、第１のファイバマウント１３０に作用する力が互いに同じであり、同じことが第２のファイバマウント２３０に当てはまる。
Ｋｆ・（ΔＬ１＋ΔＬ２）＋２・（Ｋ１・ΔＬ１）＝２Ａ・ΔＰ＝Ｋｆ・（ΔＬ１＋ΔＬ２）＋２・（Ｋ２・ΔＬ２）
ここで、Ｋ２・ΔＬ２＝Ｋ１・ΔＬ１なので、ΔＬ２＝ΔＬ１・Ｋ１／Ｋ２、及びΔＬ１＝ΔＬｆ・Ｋ２／（Ｋ１＋Ｋ２）である。Ｋ１＝Ｋ２＝Ｋと仮定して単純化し、すると、ΔＬｆ＝２Ａ・ΔＰ／（Ｋｆ＋Ｋ）となる。
【００９１】
ファイバ７のこの長さ変化ΔＬが反射光の波長のシフトΔλを引き起こす。
【００９２】
蛇腹の設計で、Ｋ１及びＫ２が下がるとセンサの感度が上がるのが理解されよう。
【００９３】
ファイバの設計で、Ｋｆが下がると、センサの感度が上がるのが同様に理解されよう。尚、Ｋｆがファイバ固定点１３１、１３２間のファイバ区分のファイバ材料、ファイバ直径、及び長さのヤング率によって決定されるので、Ｋｆが設計者に修正され得る。グラスファイバ標準直径は１２５μｍであるが、４０μｍが直ぐに利用可能となるのが予想される。他は変わらないとして、ファイバ長さが増えると、正しくＫｆを下げＦＢＧにおける張りをやはり下げるので、このことは感度を上げない。
【００９４】
静止圧力補償組立３００の無い場合、たとえばＰ０からＰ１＝Ｐ０＋ΔＰにゆっくり変化する静止圧力の場合に同じずれが、ストリーマが水中に下げられることで発生し、このことは、静止圧力シフトが測定される圧力信号の振幅よりも高いであろうことを考慮すると、反射光の波長の零値が正常測定範囲よりも大きい範囲でシフトすることを意味する。これは望ましくなく、測定装置で占有される帯域幅が大きくなる、または別の言い方では、装置が動作する深さに依存して測定装置に割り当てられた帯域幅の大部分を使ってしまう。静止圧力補償組立３００が、静止波長シフトを下げることで、この影響を大きな範囲で補償する。この為に、第３の蛇腹３１０、３２０が、第１及び第２の蛇腹１１０、１２０及び２１０、２２０の剛性Ｋ１及びＫ２よりも低い、圧力における緩慢な変化に対する剛性Ｋ３を好適には有する。これは、蛇腹マウント３３０がフレーム１０にただ緩く連結されることを意味する。
【００９５】
この圧力補償の動作を次に説明する。
【００９６】
再びＰ０からＰ１の圧力変動を仮定する。この第１の蛇腹１１０、１２０が距離ΔＬ１だけ圧縮され、第２の蛇腹２１０、２２０が距離ΔＬ２だけ圧縮される。ファイバマウント間のファイバの長さが、距離ΔＬｆだけ伸長し、第３の蛇腹３１０、３２０が距離ΔＬ３＝ΔＬ２＋ΔＬ２−ΔＬｆだけ伸長する。ここで、ΔＬｆ＝ΔＬ１＋ΔＬ２−ΔＬ３である。
【００９７】
釣り合って、圧縮された第２の蛇腹２１０、２２０が、全体的に第３の蛇腹３１０、３２０の内部の圧力Ｐ１、伸長した第３の蛇腹３１０、３２０からの力Ｆ３、チャンバ２内の圧力Ｐ１、及びファイバ７からの力Ｆｆに曝され、その結果、Ｆｆ＝２Ｋ３・ΔＬ３＝Ｋｆ・ΔＬｆとなり、故に、ΔＬ３＝ΔＬｆ・Ｋｆ／２Ｋ３である。
【００９８】
圧縮された第１の蛇腹１１０、１２０が、チャンバ内の圧力Ｐ１及びファイバ７からの力Ｆｆに曝され、その結果、２Ａ・ΔＰ＝２Ｋ・ΔＬ１＋Ｆｆ＝２Ｋ１・ΔＬ１＋ＫｆΔＬｆとなる。
【００９９】
再び単純に、Ｋ１＝Ｋ２＝Ｋと仮定すると、ΔＬ１＝ΔＬ２＝ΔＬとなり、その結果、２Ａ・ΔＰ＝２Ｋ・ΔＬ＋Ｋｆ・ΔＬｆ、又はΔＬ＝（２Ａ・ΔＰ−Ｋｆ・ΔＬｆ）／２Ｋとなる。
【０１００】
さらに、ΔＬ３＝２ΔＬ−ΔＬｆ＝ΔＬｆ・Ｋｆ／２Ｋ３、及び２ΔＬ＝ΔＬ３＋ΔＬｆ＝ΔＬｆ・Ｋｆ／２Ｋ３＋ΔＬｆとなる。
【０１０１】
そして、
２ΔＬ＝（２Ａ・ΔＰ−Ｋｆ・ΔＬｆ）／Ｋ＝ΔＬｆ・Ｋｆ／２Ｋ３＋ΔＬｆ
２Ａ・ΔＰ＝（ΔＬｆ・Ｋｆ／２Ｋ３＋ΔＬｆ）・Ｋ＋Ｋｆ・ΔＬｆ＝ΔＬｆ・（Ｋ・Ｋｆ／２Ｋ３＋Ｋ＋Ｋｆ）
ΔＬｆ＝２Ａ・ΔＰ／（Ｋ・Ｋｆ／２Ｋ３＋Ｋ＋Ｋｆ）
となる。
【０１０２】
Ｋ／Ｋ３＞１ならば、ΔＬｆが静止圧力補償のない実施形態の１００２に比較してかなり小さいことが理解されよう。
【０１０３】
また、実施形態の１００２及び１００４におけるセンサがストリーマ内の長手方向の機械的変動に対し正にロバスト性のあることも分かる。このような変動が概してチャンバ２の変動を引き起こす。第１及び第２の圧力検知マウント組立１００及び２００が同一の物理特性を有し、第１及び第２のファイバマウント１３０及び２３０が同じ振幅の同じ方向に常時動き、その結果、変動がファイバにおける何れの長さ変動を引き起こす。
【０１０４】
上述の例示の計算において、単純の為に、温度が蛇腹１１０、１２０、２１０、２２０における圧力変動となるような温度変化を無視してきた。蛇腹１１０、１２０、２１０、２２０における充填気体の温度がたとえば周囲温度における変動の為に変化する場合もある。そのような変化は関連しても、上述のような動作の主要点は有効である。
【０１０５】
図７で、本発明に係る実施された連続音波探査システム４０００を説明する。連続音波探査システム４０００が、ケーブル４１００の矢印４００１で示す「ストリーマ」を備える。アレイ４００１が船舶４００２によって曳航される。個々のケーブルが約５０メートル程度の相互距離を有する。各ケーブル４１００が、数キロメートルの長さを有してもよく、ケーブルの１つの蓄積長さであってもよいが、典型的には、ケーブルが、互いに取り付けられた複数のケーブル区分４１１０を備え、その結果、ケーブル長さに適用するのが容易に可能である。各ケーブル４１００がその長さに沿って配設された数メートル程度の相互長さの複数のセンサ４１１１を含む。各ケーブル区分４１１０がちょうど１つのセンサ４１１１を含んでもよく、図示のように２つ以上のセンサを含んでもよい。
【０１０６】
センサは全てが互いに同一の設計を有するが、本質的ではない。海中で反射連続音波探査を実施する為に、音響パルスが水面で又は水面近くで音響パルス生成手段によって生成され、ここで生成手段は従来技術でもよく単純化の為に示さない。反射音波が、圧力波のように水中を伝播するが、圧力センサ４１１１によって検出される。センサ４１１１からの測定信号が、ストリーマ４１００に沿って、実施形態に示されるように、船舶４００２上に配置された処理装置４００３まで伝送される。
【０１０７】
本発明が上述した例示の実施形態に限られず、いくつかの変態及び修正が添付の請求項で定義されるように発明の保護範囲内で可能であることは、当業者に明白である。たとえば、分離フレーム１０が省略されてもよいし、チャンバ２と一緒とされてもよく、その場合、センサの機能的要素がチャンバ２に対して実装され固定される。何れの場合の分離フレーム１０のあることで構成要素をフレームに実装するのを容易にし、その後の組立フレームと構成要素がチャンバの中に実装される。機構的な固定の代わりに、フレーム１０がチャンバ２に緩く連結されると、変動感度がさらに低減され得る。
【０１０８】
さらに、チャンバ２がオイル３で充填される代わりに、別の適当な液体、ゲル、気体などが用いられ得る。
【０１０９】
さらに、本発明の望ましいのが反射連続音響探査の分野用であることを上述したが、本発明によって提案されたセンサの用途はこの分野に限られない。基本的に、本発明で提案されたセンサが何れの用途に用いられ、そこで何れの波案内媒体の中の圧力波、特には音圧波が検知されるのが望ましい。圧力波を受ける為に媒体にセンサが連結されるのが可能とされることとは別に、圧力波を受ける媒体の特性は本質的でない。図５を参照し、波案内媒体として、本発明の圧力検知装置がたとえば海底圧力測定に有利に適用されてもよく、その場合、船舶で曳航されるストリーマと対照的なように、スポット測定として又は海床Ｂに設置されたケーブル２００１として実施される。また、そのようなケーブル２００１が地下圧力測定、たとえば、鉛直連続音波探査用に用いられ得る。鉛直連続音波探査がたとえば石油抽出井でしばしば実施されるが、海床や陸上など地面に掘削された他の流体充填孔でやはり実行され得る。
【０１１０】
また、本発明の圧力検知装置が音を検出するのに用いられてもよく、図６が空気中に圧力波を検出する少なくとも１つの光学空気圧検知装置３００２を備える。
【０１１１】
異なる従属項に特徴が記載されるが、本発明がこれらの特徴を共通に備える実施形態にやはり関連する。請求項の何れの参照番号がその請求項の範囲を限定するよう解釈されない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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