(57)【要約】【課題】乱流や振動する大きな板から発生する雑音を低減可能な光ファイバセンサを提供。【解決手段】大きな振動板を有する光ファイバセンサを実現するため、光ファイバコイル16は粘着剤を塗布した粘着材14に光ファイバ10を渦巻状に貼り付けて形成される。または、雑音を低減しつつ広い帯域の信号を検出するため、一枚の振動板18に複数の屈曲部22を設ける。さらに、雑音を低減するため、光ファイバセンサを板バネ30を介して船舶などに取り付け、または光カプラ26やミラー28などの干渉計構成部品を振動板18および穴明板24と一体にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバコイルを用いて振動板の歪み量、または振動板の歪み量に変換できる物理量を検出する光ファイバセンサの製造方法において、該方法は、粘着材に粘着剤を塗布し光ファイバを渦巻状に貼り付けて光ファイバコイルを形成する工程と、該光ファイバコイルを粘着材に貼り付けたまま振動板に接着する工程とを含むことを特徴とする光ファイバセンサの製造方法。
【請求項２】
光ファイバコイルを用いて振動板の歪み量、または振動板の歪み量に変換できる物理量を検出する光ファイバセンサにおいて、該センサは、粘着材に粘着剤を塗布し光ファイバを渦巻状に貼り付けて形成された光ファイバコイルと、該光ファイバコイルを貼り付けた振動板と、少なくとも一方の側に該振動板を連結したリングとを含むことを特徴とする光ファイバセンサ。
【請求項３】
光ファイバコイルを用いて振動板の歪み量、または振動板の歪み量に変換できる物理量を検出する光ファイバセンサにおいて、該センサは、光ファイバコイルと、該光ファイバコイルを複数貼り付けた振動板と、該それぞれの光ファイバコイルの位置に対応する位置に穴を有する穴明板とを含み、前記振動板は該穴明板の少なくとも一方の穴の開いた面に連結されていることを特徴とする光ファイバセンサ。
【請求項４】
請求項２または３に記載の光ファイバセンサにおいて、該センサは板バネを介して船舶などに取り付けられることを特徴とする光ファイバセンサ。
【請求項５】
請求項２または３に記載の光ファイバセンサにおいて、該センサは干渉計構成部品を振動板および穴明板と一体としたことを特徴とする光ファイバセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバコイルを用いて振動板の歪み量、または振動板の歪み量に変換できる物理量を検出する光ファイバセンサとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電材料を利用した音圧センサには、例えば特許文献１に示されたものがある。船舶などに音圧センサを取り付けて水中の音を検出する場合に、乱流や振動する大きな板により雑音が発生する。これらの雑音（以下では単に雑音と記す）は信号となる音波より波長が短いので、音圧センサの受波面を広くして空間的に平均することで、雑音を低減している。
【０００３】
一方、光ファイバ音圧センサには、例えば非特許文献１に示されたものがある。この文献に示されているように、光ファイバを渦状に巻いて振動板に接着した構造で、音による振動板の屈曲振動で光ファイバが歪み、その光ファイバを伝搬した光の位相が変調されるようにして、水中の音を検出する。光ファイバ音圧センサは水中部に電子回路を用いずに多重伝送系を構成できるので、信号を伝送するケーブルが少なくなり、軽量となる。電気式の音圧センサでも多重伝送系を構成できるが、電子回路、電子回路を入れる容器、電子回路を駆動するための電力供給系が必要となり、重くなる欠点がある。
【０００４】
光ファイバコイルの製造方法には特許文献２に示されたものがある。光ファイバの直径と同程度の幅の隙間に接着剤を塗布した光ファイバを巻き取ることで渦巻状にした光ファイバコイルを形成して、これを振動板に接着する。
【特許文献１】実開平５−１８１９５号公報
【特許文献２】特許２８７８０６９号公報
【非特許文献１】佐藤他、『光ファイバハイドロホンの開発』電子情報通信学会技術研究報告OPE95-2、第７頁〜第12頁、電子情報通信学会発行（1995年5月）
【非特許文献２】Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 32 (1993) pp. 2473-2476 Pressure BalancingStructure for Fiber-Optic Flexural Disk Acoustic Sensor
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
雑音を低減可能な光ファイバセンサを構成するには、非特許文献１に示された音圧センサの振動板を大きくすればよい。しかし、特許文献２に示された方法で大きな振動板に対応する大きさの直径を有する光ファイバコイルを作るには隙間の角度誤差を小さくする必要があり、極端に大きなものは製造できない。また、振動板を大きくすると、振動板の共振周波数が低くなり、検出できる音の周波数帯が狭くなる。これらの問題を解決するために、非特許文献１に示された音圧センサを複数配列して受波面の広いセンサを形成することが可能であるが、製造工数が多くなる。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑み、上記欠点を克服し、雑音を低減しつつ広い帯域の信号を検出可能な光ファイバセンサを提供することを目的とする。なお、本発明の光ファイバセンサは水中用音圧センサとしても利用可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の光ファイバセンサは、大きな振動板に対応する大きさの光ファイバコイルを形成するため、粘着剤を塗布した粘着材に光ファイバを渦巻状に貼り付ける工程を含む。または、大きな振動板で雑音を低減しつつ広い帯域の信号を検出するため、一枚の振動板に複数の屈曲部を設けてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、直径の大きな光ファイバコイルの実現が可能であり、これを光ファイバセンサに用いることで、雑音を低減することが可能である。
【０００９】
また、本発明によれば、大きな振動板を備え、かつ広い周波数帯域の信号を検出可能な光ファイバセンサの実現が可能である。
【００１０】
さらに、本発明によれば、小型のセンサを複数配列する場合に比べ、少ない製造工数で複数の屈曲部を有するセンサの実現が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に添付図面を参照して本発明による光ファイバセンサの実施例を詳細に説明する。同様の要素は同じ参照符号を付与する。
【００１２】
図１〜図３に光ファイバセンサの製造方法および構造を示す。図３の完成図に示されているのは、光ファイバ10を用いて水中音波を光の位相変化として取り込み、干渉計を用いて検出する光ファイバセンサ12である。
【００１３】
図１に示す工程１では、粘着剤を塗布した粘着材14に光ファイバ10を渦巻状に貼り付けた光ファイバコイル16を用意し、粘着材14に貼り付けたまま矢印50で示すように振動板18に接着する。粘着材14は粘着剤が硬化してから剥がしてもよいし、剥がさずに残したままにしてもよい。粘着材14にはフィルムまたは板などを用いることができるが、剥がしやすいフィルム状のものが適している。また本実施例では振動板18の両面に光ファイバコイルを接着する例を示したが、片面だけに接着してもよい。
【００１４】
図２に示す工程２では、光ファイバコイル16を接着した振動板18を２枚用意し、リング20を挟むようにして連結する（矢印52）。この場合、２枚の振動板18のうち１枚を光ファイバコイル16の接着されていない板にして、振動板18は１枚だけ用いるようにしてもよい。振動板18とリング20の連結（52）は、接着、ネジ、溶接などの方法を用いる。リング20は振動板と連結した場合に内部に空洞54を形成するものであり、空洞54が形成されればいずれの変形も可能である。例えば他の実施例では、図５に示されるようにリング20の代わりに穴明板24を使用している。空洞54内には液体を充填して耐水圧性を改善してもよい。センサ12を高水圧下で使用する場合は耐水圧も考慮して振動板18の材質と厚さを決める。振動板18の材質には硬くて軽いアルミニウム合金が適している。
【００１５】
最後に、内側の光ファイバコイル２個を繋いで干渉計の一方のアームに、外側の光ファイバコイル２個を繋いで干渉計の他方のアームとなるよう構成する。
【００１６】
音圧で振動板18が屈曲振動して光ファイバ10が歪むと、この歪みによって光ファイバ内を伝搬する光の位相が変調されて音圧が検出される。不均一な分布を持つ雑音成分は特許文献１と同様に減衰して信号対雑音比がよくなる。振動については、非特許文献１または非特許文献２に示されたように、干渉計のプッシュ・プル動作で抑制される。不均一な分布を持つ雑音成分は特許文献１と同様に減衰して信号対雑音比が良くなる。
【００１７】
本実施例により、振動板18の面積を広くすることができ、雑音を低減できる。
【００１８】
図４〜図６に他の実施例の製造方法および構造を示す。図３に示されている光ファイバセンサとの相違点は複数の屈曲部22を有することであり、直径の大きな光ファイバコイル16を必要としない点である。その他の構成は、図３に示されているセンサと同様である。
【００１９】
粘着材14に１本の光ファイバ10で渦巻状の部分を複数構成した光ファイバコイル16を用意し、１枚の振動板18に接着（50）する。
【００２０】
工程２では、振動板18の両面に光ファイバコイル16を接着したものを２つ用意し、穴明板24を挟むように連結（52）する。振動板18と穴明板24の連結には接着、ネジ、溶接などの方法を用いる。この場合、光ファイバコイル16を接着した部分の内側が空洞54になるように穴明板24の穴の位置と光ファイバコイル16の位置を決める。穴明板24の穴の直径と、振動板18の材料および厚さは、振動板18の共振周波数が受波帯域より高い周波数になるように決める。
【００２１】
図７〜図８Ｂを参照して、図６で示された実施例の動作を示す。広い振動板12のうち内側の空洞54に相当する部分すなわち屈曲部22が音圧56で屈曲振動して光ファイバ10が歪む。この光ファイバコイル16の歪みにより光ファイバ10内を伝搬する光の位相が変調されて音圧が検出される。その他の動作については、図３に示されたセンサと同様である。
【００２２】
本実施例によれば、小型の受波素子でも雑音を低減できるので、大きな受波素子を用いた場合より広い帯域の信号を高い信号対雑音比で検出可能である。さらに、振動板の屈曲する部分の直径を小さくできるので、薄く広い振動板で高い周波数までの信号を検出することができる。小型のセンサを複数並べる構成と比べると、複数の屈曲部22を一度に構成できるので製造工数が少ない。
【００２３】
図９にさらに他の実施例の構造を示す。第２の実施例との構造上の相違点は、干渉計を構成する光カプラ26とミラー28を振動板18および穴明板24に連結したこと、振動板18および穴明板24を、板バネ30を介して船舶などに取り付けるようにしたことである。その他の構成は図６に示されたセンサと同様であり、同様の変形が可能である。ここで、取付部32が振動して振動板全体が屈曲する振動の共振周波数が検出したい帯域より低い周波数になるように、板バネのバネ定数を設定する。このような設定が可能なものであれば、板バネは他の弾性体でもよい。本実施例において、光カプラ26とミラー28を用いるマイケルソン干渉計を構成する例で説明したが、光カプラを２つ用いるマッハ・ツェンダ干渉計を構成してもよい。
【００２４】
本実施例は第２の実施例と同様に動作する。
【００２５】
本実施例は第２の実施例の効果に加え、干渉計を構成する光カプラ26とミラー28を振動板18および穴明板24と一体にしているので、光ファイバ10のリード線となる部分での雑音を低減することができる。また、干渉計のプッシュ・プル動作だけでは消去できない振動雑音も低減できる。さらに、取付部32が振動して振動板18全体が屈曲振動することで発生する雑音は受波帯域より低い周波数にあるので受波帯域の信号の信号対雑音比が良くなる。
【００２６】
すべての実施例において、振動板18や光ファイバ10などをゴムなどで覆って耐久性を向上させてもよい。
【００２７】
以上、本発明をいくつかの実施例を参照して説明したが、本発明がそれらの内容に厳格に限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】光ファイバセンサの製造工程１を示す図である。
【図２】光ファイバセンサの製造工程２を示す図である。
【図３】光ファイバセンサの完成図を示す図である。
【図４】複数の屈曲部を有する光ファイバセンサの製造工程１を示す図である。
【図５】複数の屈曲部を有する光ファイバセンサの製造工程２を示す図である。
【図６】複数の屈曲部を有する光ファイバセンサの完成図を示す図である。
【図７】図６の実施例におけるセンサの平面図である。
【図８Ａ】図７に示すセンサの線VIII−VIIIにおける断面を表す図である。
【図８Ｂ】図７に示すセンサの線VIII−VIIIにおける断面を表す図である。
【図９】干渉計構成部品を有し、板バネを介して取り付ける構造をとる光ファイバセンサを示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
10  光ファイバ
12  光ファイバセンサ
14  粘着材
16  光ファイバコイル
18  振動板
20  リング
22  屈曲部
24  穴明板
26  光カプラ
28  ミラー
30  板バネ
32  取付部
34  光ファイバ入力端
【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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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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