FR2681495A1 - OPTICAL FIBER TRANSDUCER FOR USE IN THE CONSTITUTION OF A GROUP OF HYDROPHONES. - Google Patents
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Abstract
Il est décrit un hydrophone de grande étendue utilisant une fibre optique comme milieu détecteur, l'hydrophone étant constitué de quatre petites bobines (4) de fibre (4A) réunies ensembles en série, chaque bobine étant enroulée sur un mandrin et l'ensemble tout entier étant encapsulé dans un matériau approprié (6), par exemple le polyuréthanne.A large-area hydrophone is described using an optical fiber as the detecting medium, the hydrophone consisting of four small coils (4) of fiber (4A) joined together in series, each coil being wound on a mandrel and the whole assembly. the whole being encapsulated in a suitable material (6), for example polyurethane.
Description
La présente invention concerne des transducteurs (par exemple desThe present invention relates to transducers (e.g.
hydrophones) et se rapporte plus particulièrement a des hydrophones) and relates more particularly to
transducteurs à fibres optiques, qui font partie d'un groupement. fiber optic transducers, which are part of a group.
Des groupements d'hydrophones de grande étendue néces- Large hydrophone groups are needed
sitent de grands nombres de transducteurs distincts. sit large numbers of separate transducers.
Des hydrophones à grande étendue sont actuellement uti- Large range hydrophones are currently used
lisés ou sont proposés pour des systèmes sonar, pour lesquels il or are offered for sonar systems, for which
faut de grandes ouvertures remplies et qui exigent une bonne réjec- large, filled openings are required which require good rejection
tion aux nombres d'onde acoustiques élevés pour l'élimination du tion at high acoustic wave numbers for elimination of
bruit d'écoulement.flow noise.
Des transducteurs à fibres optiques destinés à être uti- Fiber optic transducers for use
lisés dans des hydrophones sont révélés par exemple dans la demande de brevet britannique n 2 126 820 A, ayant le même déposant que La read in hydrophones are revealed for example in British patent application No. 2 126 820 A, having the same applicant as La
présente demande.this request.
L'invention vise à produire un élément transducteur qui The invention aims to produce a transducer element which
peut être utilisé dans un groupement Alors que le document britan- can be used in a grouping While the British document
nique 2 126 820 A traite principalement du cas des systèmes multi- pic 2 126 820 A mainly deals with the case of multi-
plexés, l'invention vise à produire un élément pouvant être uti- the invention aims to produce an element which can be used
lisé dans un système quelconque, qu'il soit multiplexé ou non. read in any system, whether multiplexed or not.
L'invention propose un transducteur comprenant plusieurs bobines de fibre optique optiquement reliées de façon à former un unique trajet pour la lumière et encapsulées ensemble à l'intérieur The invention provides a transducer comprising several coils of optical fiber optically connected so as to form a single path for the light and encapsulated together inside.
d'un matériau plein.of solid material.
Elle propose un élément transducteur offrant une réjec- It offers a transducer element offering a rejection
tion améliorée aux nombres d'onde acoustiques élevés. improved at high acoustic wave numbers.
La description suivante, conçue à titre d'illustration de The following description, intended as an illustration of
l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses par- the invention aims to give a better understanding of its par-
ticularités et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés parmi lesquels: la figure 1 montre un élément transducteur connu; features and benefits; it is based on the accompanying drawings, in which: FIG. 1 shows a known transducer element;
la figure 2 montre un groupement d'éléments transduc- FIG. 2 shows a grouping of transducer elements
teurs; la figure 3 montre un premier élément transducteur selon l'invention; et la figure 4 montre un deuxième élément transducteur selon l'invention. Sur la figure 1, est représenté un élément capteur de pression à fibre optique de type connu Celui-ci comprend une bobine de fibre optique 1 encapsu Lée à l'aide d'un matériau d'encapsulage 2, par exemple une résine époxy Si la capteur doit être incorporé dans un groupement d'hydrophones, on peut ajouter teurs; Figure 3 shows a first transducer element according to the invention; and Figure 4 shows a second transducer element according to the invention. In FIG. 1, a known type of optical fiber pressure sensor element is shown. This comprises a reel of optical fiber 1 encapsulated with a wrapping material 2, for example an epoxy resin If the sensor must be incorporated in a group of hydrophones, we can add
une quantité supplémentaire de matériau d'encapsulage pour y ins- an additional amount of encapsulating material to insert
taller la bobine de manière qu'elle soit "au large" et former un carreau 3 de forme carrée Des signaux optiques peuvent entrer dans la bobine suivant l'extrémité libre 1 A de la fibre optique 1, et sortir de la bobine suivant l'extrémité libre l B de la fibre optique 1 Comme cela est bien connu, un tel capteur fonctionne sur la base des variations de pression acoustique modifiant la longueur de trajet optique de la fibre optique et faisant donc varier le pitch the spool so that it is "off" and form a square 3 of square shape Optical signals can enter the spool along the free end 1 A of the optical fiber 1, and exit the spool according to the free end l B of the optical fiber 1 As is well known, such a sensor operates on the basis of variations in sound pressure modifying the optical path length of the optical fiber and therefore varying the
temps que la lumière met à passer dans la bobine. time it takes for light to pass through the coil.
On peut produire un tel élément capteur en enroulant la fibre optique sur un mandrin, puis en retirant le mandrin et en Such a sensor element can be produced by winding the optical fiber on a mandrel, then removing the mandrel and
encapsulant la bobine dans de la résine époxy. encapsulating the coil in epoxy resin.
Alors qu'on peut former un groupement d'hydrophones à l'aide de plusieurs de ces éléments capteurs liés en série du point de vue optique, il donne une réjection médiocre pour les nombres While we can form a group of hydrophones using several of these sensor elements linked in series optically, it gives poor rejection for the numbers
d'onde acoustiques élevés.high acoustic wave.
Un groupement typique d'éléments capteurs 3 du type A typical grouping of sensor elements 3 of the type
hydrophone est représenté sur la figure 2, o l'on voit que plu- hydrophone is shown in Figure 2, where we see that more
sieurs éléments capteurs 3 sont remorqués par un navire 14 sur un câble flottant 15 Pour réduire la charge exercée sur le câble 15, on construit les hydrophones 3 de façon qu'ils flottent de manière équilibrée Le câble 15 porte un câble de fibre optique qui lie toutes les bobines 1 tout en fixant les éléments capteurs 3 au several sensor elements 3 are towed by a ship 14 on a floating cable 15 To reduce the load exerted on the cable 15, the hydrophones 3 are constructed so that they float in a balanced manner The cable 15 carries an optical fiber cable which links all the coils 1 while fixing the sensor elements 3 to the
navire 14 On a compris qu'il était possible d'améliorer la réjec- ship 14 We understood that it was possible to improve the rejection
tion du bruit d'écoulement par un élément capteur de pression en remplaçant la bobine unique par plusieurs bobines coplanaires plus tion of the flow noise by a pressure sensor element by replacing the single coil with several co-planar coils more
petites, comme représenté sur la figure 3. small, as shown in Figure 3.
Quatre bobines sont disposées suivant un groupe copla- Four coils are arranged in a coplanar group
naire ayant leurs axes de symétrie 4 E parallèles et forment un unique élément capteur Les bobines 4 sont disposées suivant un ensemble carré se trouvant dans un plan perpendiculaire à leurs axes de symétrie 4 E Chaque bobine 4 est constituées d'une fibre optique bobinée 4 A qui est encapsulée à l'aide d'une résine époxy 4 B Naturellement, on pourrait utiliser, à la place de la résine époxy, d'autres matériaux appropriés d'encapsulage Les quatre bobines 4 sont toutes reliées à une boite de raccordement 5 par les nary having their axes of symmetry 4 E parallel and forming a single sensor element The coils 4 are arranged in a square assembly lying in a plane perpendicular to their axes of symmetry 4 E Each coil 4 consists of a wound optical fiber 4 A which is encapsulated using an epoxy resin 4 B Naturally, one could use, in place of the epoxy resin, other suitable encapsulation materials. The four coils 4 are all connected to a connection box 5 by the
extrémités libres de leurs fibres optiques bobinées 4 A respectives. free ends of their respective 4 A wound optical fibers.
L'extrémité libre 4 C de L'une des fibres optiques bobinées 4 A se trouvant dans l'une des bobines 4 joue le rôle de l'entrée optique de l'élément capteur, et l'extrémité libre 4 D de la fibre optique bobinée 4 A se trouvant dans une autre des bobines 4 joue le rôle de The free end 4 C of one of the coiled optical fibers 4 A located in one of the coils 4 plays the role of the optical input of the sensor element, and the free end 4 D of the optical fiber wound 4 A located in another of the coils 4 plays the role of
La sortie optique de l'élément capteur. The optical output of the sensor element.
Les quatre bobines 4, la boîte de raccordement 5 et les The four coils 4, the connection box 5 and the
extrémités libres des fibres sont toutes encapsulées dans un maté- the free ends of the fibers are all encapsulated in a material
riau approprié 6 de manière à former un carreau 7 de forme carrée. appropriate line 6 so as to form a square-shaped square 7.
Les extrémités des fibres d'entrée 4 C et de sortie 4 D sont chacune recouvertes par une couche de blindage 8 servant à les protéger, et les extrémités 8 A de ce blindage 8 sont également The ends of the inlet 4 C and outlet 4 D fibers are each covered by a shielding layer 8 serving to protect them, and the ends 8 A of this shielding 8 are also
encapsulées par le matériau élastomère 6. encapsulated by the elastomeric material 6.
La boîte de raccordement 5 contient des coupleurs permet- The connection box 5 contains couplers allowing
tant de lier optiquement en série les quatre bobines 4 toutes ensemble et permet que toute contrainte s'exerçant sur le carreau 6 soit relâchée sans placer de contrainte sur les fibres optiques 4 A grâce à la possibilité d'un mouvement relatif des fibres 4 A et d'un both to link the four coils 4 in series optically in series and allows any stress exerted on the pane 6 to be relaxed without placing stress on the optical fibers 4 A thanks to the possibility of a relative movement of the fibers 4 A and of a
raccordement réfléchissant tel que décrit dans la demande britan- reflective connection as described in the British application
nique 2 126 820 A Selon une autre possibilité, le raccordement réfléchissant pourrait être disposé à l'extérieur de la structure représentée. On a également compris qu'un autre procédé d'amélioration de la réjection du bruit d'écoulement consisterait à remplacer La bobine unique par plusieurs bobines parallèles, comme représenté pic 2 126 820 A Alternatively, the reflective connection could be placed outside the structure shown. It has also been understood that another method of improving the rejection of flow noise would consist in replacing the single coil by several parallel coils, as shown
sur la figure 4.in figure 4.
Les quatre bobines 10 sont toutes formées par une unique fibre optique 10 C qui les relie suivant une unique structure optique et comporte une première extrémité libre 10 D formant une ligne d'entrée optique et une deuxième extrémité libre 10 E formant une ligne de sortie optique, ces deux extrémités libres 10 D et 10 E étant protégées par des gaines blindées 11 Les bobines 10 et la gaine 11 sont encapsu Lées dans un matériau 12 compatible du point The four coils 10 are all formed by a single optical fiber 10 C which connects them according to a single optical structure and has a first free end 10 D forming an optical input line and a second free end 10 E forming an optical output line , these two free ends 10 D and 10 E being protected by shielded sheaths 11 The coils 10 and the sheath 11 are encapsulated in a material 12 compatible with the point
de vue acoustique, de manière à former un carreau 13 de forme car- acoustically, so as to form a square 13 of square shape
rée. Alors que, dans Les deux exemples, on a représenté quatre rée. Whereas, in The two examples, four
bobines, il serait possible d'utiliser n'importe quel autre nombre. coils, it would be possible to use any other number.
On peut former les bobines de l'exemple 4 en enroulant The coils of Example 4 can be formed by winding
une fibre optique sur un unique mandrin, puis en coupant le man- an optical fiber on a single mandrel, then cutting the man-
drin de manière à produire quatre bobines distinctes liées par une drin so as to produce four separate coils linked by a
fibre unique.single fiber.
L'utilisation ou la non-utilisation d'une boîte de rac- The use or non-use of a gearbox
cordement est une option dont le caractère souhaitable est fonction de l'application pour laquelle l'hydrophone doit être utilisé, si bien que l'exemple de la figure 4 pourrait employer des bobines séparées reliées par une boîte de raccordement, de la même façon que l'exemple de la figure 3 pourrait être formé par une seule fibre continue formée par enroulement d'une fibre optique sur un cording is an option whose desirability depends on the application for which the hydrophone is to be used, so that the example in Figure 4 could use separate coils connected by a junction box, in the same way as the example of FIG. 3 could be formed by a single continuous fiber formed by winding an optical fiber on a
mandrin, comme ci-dessus décrit.mandrel, as above described.
Dans ce cas, les mandrins pourraient être laissés à In this case, the chucks could be left at
l'intérieur des bobines et être encapsulés avec celle-ci. inside the coils and be encapsulated with it.
Les systèmes représentés sont du type transmission avec fibres d'entrée et de sortie séparées, mais l'invention pourrait aussi bien être appliquée à des systèmes du type réflexion ayant The systems shown are of the transmission type with separate input and output fibers, but the invention could equally well be applied to systems of the reflection type having
une unique fibre pour l'entrée et la sortie. a single fiber for entry and exit.
Dans tous les cas, le matériau d'encapsulage formant les carreaux carrés 13 doit posséder une raideur interne permettant d'assurer que toutes les fréquences de résonance de la structure se trouvent à l'extérieur de la bande de travail du système d'hydrophones. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, In all cases, the encapsulation material forming the square tiles 13 must have an internal stiffness making it possible to ensure that all the resonance frequencies of the structure are outside the working band of the hydrophone system. Of course, those skilled in the art will be able to imagine,
à partir du dispositif dont la description vient d'être donnée à from the device whose description has just been given to
titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses title merely illustrative and not limiting, various
variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. variants and modifications not departing from the scope of the invention.
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