FR2664783A1 - Acoustic beacon constituting a sonar detector - Google Patents

Abstract

The invention relates to an acoustic beacon. It relates to an acoustic beacon comprising a central member (12) having high inertial mass, integral with a finned device (20). According to the invention, a winding of optical fibre (14) is arranged so that it undergoes a deformation when the finned device (20) deforms under the action of the sonar waves, especially at low frequency. The assembly is placed in a soft plastic encapsulation (26). Application to the detection of sonar signals.

Description

i La présente invention concerne un détecteur de sonarThe present invention relates to a sonar detector

du type connu sous le nom de "balise acoustique".  of the type known as an "acoustic beacon".

Les figures l A et 1 B représentent un type connu de balise acoustique La balise acoustique comporte une lourde masse 2 d'inertie ayant des ailettes planes 4 dépassant de côtés opposés de la masse 2 Des bandes piézoélectriques 6  Figures l A and 1 B represent a known type of acoustic beacon The acoustic beacon comprises a heavy mass 2 of inertia having planar fins 4 protruding from opposite sides of the mass 2 Piezoelectric bands 6

sont collées aux parties externes des ailettes 4.  are glued to the external parts of the fins 4.

L'ensemble est enrobé dans une composition très souple de polyuréthanne 8 Lors de l'utilisation, en présence d'ondes de sonar provenant d'un objet placé sous l'eau, l'ensemble de la balise est soumise aux ondes de pression du sonar, et comme ces ondes sont de type longitudinal, un gradient de pression est créé sur la dimension de la balise Ainsi, la pression d'un premier côté de la balise est différente de la pression de l'autre côté de la balise, et il apparaît ainsi une force qui agit sur les ailettes 4 (l'amplitude de cette force dépend évidemment de la direction et de  The whole is coated in a very flexible polyurethane composition 8 When in use, in the presence of sonar waves coming from an object placed under water, the whole of the beacon is subjected to the pressure waves of the sonar, and as these waves are of longitudinal type, a pressure gradient is created on the dimension of the beacon Thus, the pressure on a first side of the beacon is different from the pressure on the other side of the beacon, and it thus appears a force which acts on the fins 4 (the amplitude of this force obviously depends on the direction and

l'amplitude du gradient de pression) et provoque un dépla-  the amplitude of the pressure gradient) and causes a displacement

cement ou une flexion des ailettes 4 par rapport à la masse d'inertie 2 Cette flexion est détectée par les bandes piézoélectriques 6 et le signal de sortie des bandes 6 est traité électriquement afin qu'un signal représentatif des  cement or bending of the fins 4 relative to the mass of inertia 2 This bending is detected by the piezoelectric bands 6 and the output signal of the bands 6 is processed electrically so that a signal representative of the

ondes de pression de sonar parvenant sur la balise acous-  sonar pressure waves reaching the acoused beacon

tique soit dérivé La sensibilité de la balise acoustique  tick be derived The sensitivity of the acoustic beacon

aux ondes incidentes de sonar est déterminée par la dispo-  sonar incident wave is determined by the availability

sition des ailettes dans l'enrobage de caoutchouc mou 8.  position of the fins in the soft rubber coating 8.

L'avantage d'un tel hydrophone est que sa réponse dipolaire peut être combinée à une réponse d'hydrophone à amplitude de pression omnidirectionnelle destinée à donner des diagrammes de faisceaux directionnels pour des ondes de sonar à très basse fréquence qui sont difficiles à obtenir par d'autres dispositifs dans un boîtier instrumental peu encombrant. L'invention qui a principalement pour objet la réduction du coût total des balises acoustiques, concerne une balise acoustique comprenant un dispositif à ailette couplé à un organe central, l'organe central ayant une  The advantage of such a hydrophone is that its dipole response can be combined with a hydrophone response with omnidirectional pressure amplitude intended to give directional beam diagrams for very low frequency sonar waves which are difficult to obtain by other devices in a space-saving instrument case. The invention which mainly relates to reducing the total cost of acoustic beacons, relates to an acoustic beacon comprising a fin device coupled to a central member, the central member having a

masse d'inertie importante par rapport à celle du dispo-  large mass of inertia compared to that of the available

sitif à ailette et comprenant un enroulement qui comporte des spires d'une fibre optique, le dispositif à ailette étant couplé mécaniquement à l'enroulement de fibre optique si bien que des gradients de pression créés au niveau de la balise acoustique par des ondes de sonar provoquent une flexion du dispositif à ailette par rapport à l'organe central et créent ainsi une contrainte dans la fibre optique de l'enroulement avec modification de la distance  finned device and comprising a winding which comprises turns of an optical fiber, the finned device being mechanically coupled to the optical fiber winding so that pressure gradients created at the acoustic beacon by sonar waves cause the fin device to flex relative to the central member and thus create a stress in the optical fiber of the winding with modification of the distance

du trajet optique dans l'enroulement de fibre.  of the optical path in the fiber winding.

Ainsi, l'invention concerne un dispositif de mesure des ondes de sonar à l'aide d'une balise acoustique mettant en oeuvre le principe connu selon lequel une fibre optique exposée à une contrainte mécanique modifie la distance de son trajet optique Ce changement de la distance du trajet optique peut être mesuré de préférence par un ensemble interférométrique dans lequel par exemple des impulsions lumineuses sont transmises par l'enroulement à plusieurs spires et sont comparées en phase aux impulsions lumineuses qui ont été transmises dans une bobine de référence qui n'a pas été exposée à la contrainte mécanique Un procédé préféré de détection interférométrique est décrit dans le  Thus, the invention relates to a device for measuring sonar waves using an acoustic beacon implementing the known principle according to which an optical fiber exposed to a mechanical stress modifies the distance of its optical path This change in the distance from the optical path can preferably be measured by an interferometric assembly in which for example light pulses are transmitted by the winding to several turns and are compared in phase with the light pulses which have been transmitted in a reference coil which has no not exposed to mechanical stress A preferred method of interferometric detection is described in the

brevet britannique N O 2 126 820.British Patent No. 2,126,820.

Les avantages de l'utilisation de la technique mettant en oeuvrre une fibre optique sont la possibilité du multiplexage d'un certain nombre d'hydrophones d'une  The advantages of using the technique using an optical fiber are the possibility of multiplexing a number of hydrophones of a

manière économique sur une seule fibre à distance du trai-  economically on a single fiber away from the process

tement électronique si bien qu'une réduction de coût est possible. On peut utiliser tout procédé commode de préférence pour la fixation du dispositif à ailette à l'enroulement de fibre, mais dans une disposition préférée, le dispositif à ailette comporte un organe sous forme d'une feuille plane de matière plastique armée, la feuille étant fixée à un matériau d'enrobage de l'enroulement à plusieurs spires La feuille de matière plastique est couplée au matériau d'enrobage par une liaison ferme de manière que les forces appliquées à la feuille soient transmises par les tiges métalliques au matériau d'enrobage et créent ainsi des  electronically so that a cost reduction is possible. Any convenient method may preferably be used for fixing the fin device to the fiber winding, but in a preferred arrangement, the fin device comprises a member in the form of a flat sheet of reinforced plastic, the sheet being fixed to a coating material of the winding with several turns The plastic sheet is coupled to the coating material by a firm connection so that the forces applied to the sheet are transmitted by the metal rods to the coating material and thus create

déformations de l'enroulement à plusieurs spires à l'inté-  deformation of the winding with several turns inside

rieur du matériau d'enrobage L'armature peut comprend par exemple des tiges métalliques rigides; dans une variante de procédé de fixation de la feuille à l'enroulement, les  laughing of the coating material The reinforcement may for example comprise rigid metal rods; in a variant method of fixing the sheet to the winding, the

tiges métalliques peuvent dépasser dans le matériau d'enro-  metal rods may protrude into the coating material

bage et peuvent le cas échéant être fixées à la fibre  bage and can be attached to the fiber if necessary

optique elle-même.optics itself.

Dans une autre disposition, la fibre optique de l'enroulement est utilisée afin qu'elle fasse partie des ailettes, c'est-à-dire qu'elle forme plusieurs boucles externes qui constituent un réseau à l'intérieur des ailettes.  In another arrangement, the optical fiber of the winding is used so that it forms part of the fins, that is to say that it forms several external loops which constitute a network inside the fins.

D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-  Other features and advantages of the invention

tion ressortiront mieux de la description qui va suivre,  tion will emerge better from the description which follows,

fait en référence aux dessins annexés sur lesquels: les figures l A et 1 B sont respectivement des vues schématiques en élévation frontale et en élévation latérale d'un type connu de balise acoustique; et les figures 2 A et 2 B sont respectivement des vues en élévation frontale et en élévation latérale d'une balise  refers to the accompanying drawings in which: FIGS. 1A and 1B are respectively schematic views in front elevation and in lateral elevation of a known type of acoustic beacon; and FIGS. 2 A and 2 B are respectively front and side elevation views of a beacon

acoustique selon l'invention.acoustics according to the invention.

On se réfère aux figures 2 A et 2 B qui représentent un balise acoustique selon l'invention, comportant un organe central rectangulaire 12 d'un matériau métallique relativement lourd, par exemple de laiton L'organe est creux et contient un enroulement 14 de fibre optique à  Reference is made to FIGS. 2 A and 2 B which represent an acoustic beacon according to the invention, comprising a central rectangular member 12 of a relatively heavy metallic material, for example of brass The member is hollow and contains a winding 14 of fiber optic to

plusieurs spires, enrobé dans une matière plastique conve-  several turns, wrapped in a suitable plastic material

nable ou une résine époxyde et fermement fixé à l'organe 12 La longueur de l'enroulement de fibre est par exemple de 50 à 200 m Une fente 16 est formée sur les côtés de l'organe 12 afin qu'un dispositif à ailette 18 puisse être  filler or an epoxy resin and firmly fixed to the member 12 The length of the fiber winding is for example from 50 to 200 m A slot 16 is formed on the sides of the member 12 so that a fin device 18 can be

fermement fixé par un adhésif à l'enroulement 14 de fibre.  firmly fixed by an adhesive to the fiber winding 14.

Le dispositif 18 à ailette comporte une feuille rectangu-  The fin device 18 comprises a rectangular sheet

laire 20 dépassant de la masse d'inertie et dans laquelle sont enrobés des organes sous forme de tiges métalliques longitudinales qui sont indiquées en traits interrompus et  the area 20 protruding from the mass of inertia and in which are coated members in the form of longitudinal metal rods which are indicated in broken lines and

repérées par la référence 24 (ou d'autres organes de ren-  identified by reference 24 (or other reference bodies

forcement) L'ensemble est enrobé dans un matériau consti-  The whole is wrapped in a material

tué d'un caoutchouc très mou, portant la référence 26.  killed by very soft rubber, marked with the reference 26.

Ainsi, lors du fonctionnement, lorsque la balise acoustique est placée sous l'eau et subit le rayonnement sonar incident, une pression différentielle est créée au niveau de la balise et provoque l'application de forces aux ailettes, si bien que les ailettes fléchissent par rapport à la masse d'inertie 12 Cette flexion est transmise à l'enroulement de fibre optique et la contrainte appliquée  Thus, during operation, when the acoustic beacon is placed underwater and undergoes incident sonar radiation, a differential pressure is created at the beacon and causes the application of forces to the fins, so that the fins bend by compared to the mass of inertia 12 This bending is transmitted to the optical fiber winding and the applied stress

aux fibres optiques crée un changement de longueur de tra-  to optical fibers creates a change in length of tra

jet optique Ce changement de longueur de trajet optique peut être détecté par un procédé interférométrique tel que décrit dans le brevet britannique N O 2 126 820 La mesure du déphasage dans une fibre optique peut être précise et peut descendre jusqu'à quelques microradians Il est ainsi possible d'obtenir une disposition suffisamment sensible pour que le rayonnement sonar parvenant sur la balise soit  optical jet This change in optical path length can be detected by an interferometric method as described in British patent NO 2 126 820 The measurement of the phase shift in an optical fiber can be precise and can go down to a few microradians It is thus possible obtain a sufficiently sensitive arrangement so that the sonar radiation reaching the beacon is

mesuré.measured.

Ainsi, comme représenté sur les figures 2 A et 2 B, les ailettes utilisées sont sous forme d'une feuille fixée  Thus, as shown in Figures 2 A and 2 B, the fins used are in the form of a fixed sheet

à un enroulement de fibre optique et convenablement enro-  to an optical fiber winding and suitably wrapped

bée Cet enroulement est aussi fixé à une masse d'inertie.  This winding is also fixed to a mass of inertia.

Les gradients de pression au niveau des ailettes provoquent une flexion de la feuille, l'amplitude et la nature de cette flexion étant déterminées par la construction et le matériau de l'enroulement et par la nature de la connexion entre l'enroulement et la feuille Cette flexion de la feuille provoque une déformation de l'enroulement de fibre, dans une direction déterminée par la direction du gradient de pression Lorsque de la lumière cohérente est transmise  The pressure gradients at the fins cause the sheet to bend, the extent and nature of this bending being determined by the construction and the material of the winding and by the nature of the connection between the winding and the sheet This bending of the sheet causes a deformation of the fiber winding, in a direction determined by the direction of the pressure gradient When coherent light is transmitted

par la fibre, la phase optique change et présente une rela-  by the fiber, the optical phase changes and presents a rela-

tion linéaire avec la déformation et elle représente donc une indication du gradient de pression Ce changement de phase peut être détecté par toute variante de dispositif  tion with the deformation and therefore represents an indication of the pressure gradient This phase change can be detected by any variant of the device

bien connu.well known.

La nature essentielle du dispositif est la présence d'un capteur mécanique d'un gradient de pression (les  The essential nature of the device is the presence of a mechanical pressure gradient sensor (the

ailettes) qui provoque une déformation de la fibre optique. Il faut noter que de nombreux modes de réalisation de dis-5 positifs entrent dans le cadre de l'invention.  fins) which causes deformation of the optical fiber. It should be noted that many embodiments of positive dis-5s fall within the scope of the invention.

Claims (5)

REVENDICATIONS 1 Balise acoustique, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif à ailette ( 20) couplé à un organe central ( 18), cet organe central ayant une masse d'inertie notable par rapport au dispositif à ailette et comprenant un enroulement ( 14) comprenant plusieurs spires d'une fibre optique, le dispositif à ailette étant couplé mécaniquement  1 Acoustic beacon, characterized in that it comprises a fin device (20) coupled to a central member (18), this central member having a significant mass of inertia relative to the fin device and comprising a winding (14) comprising several turns of an optical fiber, the fin device being mechanically coupled à l'enroulement de fibre optique de manière que les gra-  to the optical fiber winding so that the gra- dients de pression créés au niveau de la balise acoustique par des ondes de sonar provoquent une flexion du dispositif à ailette par rapport à l'organe central et ils créent ainsi une contrainte dans la fibre optique de l'enroulement  pressure tines created at the level of the acoustic beacon by sonar waves cause the fin device to bend relative to the central organ and thus create a stress in the optical fiber of the winding et modifient la distance du trajet optique formé dans l'en-  and modify the distance of the optical path formed in the roulement de fibre.fiber roll. 2 Balise acoustique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif à ailette ( 20) et  2 acoustic beacon according to claim 1, characterized in that the fin device (20) and l'organe central ( 18) sont enrobés dans une matière relati-  the central member (18) are coated with a relative material vement molle d'enrobage ( 26).soft coating (26). 3 Balise acoustique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif à ailette comporte une  3 acoustic beacon according to claim 1, characterized in that the fin device comprises a ou plusieurs feuilles ( 20).or several sheets (20). 4 Balise acoustique selon la revendication 3, caractérisée en ce que chaque feuille ( 20) est formée de matière plastique ayant une armature interne formée de  4 acoustic beacon according to claim 3, characterized in that each sheet (20) is formed of plastic material having an internal frame formed of verre ou de métal.glass or metal. Balise acoustique selon l'une quelconque des  Acoustic beacon according to any one of revendications précédentes, caractérisée en ce que l'organe  previous claims, characterized in that the member central ( 18) est creux et contient l'enroulement ( 14) qui  central (18) is hollow and contains the winding (14) which est fermement fixé à l'intérieur.  is firmly fixed inside. 6 Balise acoustique selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'enroulement ( 14) est enrobé dans une matière plastique ( 26), et le dispositif à ailette lui  6 acoustic beacon according to claim 5, characterized in that the winding (14) is coated in a plastic material (26), and the fin device itself est fermement fixé.is firmly fixed.