JP2003514474A - 海中音響アンテナのための接続システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、海中音響アンテナのための接続システムに関する。海中音響アンテナのための接続システムは、アンテナ（２０１〜２０６）を、光リンクを使用してソナー要素（１０２）にリンクさせるものである。取外し可能な変圧器（２１０、２１１）が、伝送手段からのアンテナの電気的な分離を可能にしている。変圧器は、殻貫通エレメント（１０８）にリンクされた光ファイバ（２１７）をドライブするＶＣＳＥＬタイプの電気光学要素（２１６）に供給している。海中音響アンテナのための接続システムは、極めて多数のセンサを有するアンテナの製造を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、潜水艦の殻（船殻、ｈｕｌｌ）内に設けられる音響信号を解釈する
ための電子装置と、潜水艦の殻外に設けられる海中音響アンテナとのリンクを可
能にする接続システムに関する。

【０００２】 ソナー・アンテナ、より詳細には受信アンテナは、船舶、例えば潜水艦の外部
に設けられ、従来、潜水艦の殻を貫通する１組の電気接続を使用して、これらの
アンテナによって送受信される信号の解釈を可能にする電子ラックにリンクされ
ている。

【０００３】 この構成は、特に、コネクタ領域における気密性の喪失、相当数に及ぶケーブ
ル、ジャンクション・ボックスおよび殻通路（圧力殻ペネトレータを表すＰＨＰ
）、配線、点検等によって生じる極めて高いコスト、これらの接続を確立するた
めに使用されるデバイスの数量が極めて多数に及ぶことによるアセンブリの信頼
性の低下、およびセンサの１個を交換する必要が生じたとき気密性が破れる危険
性など、多数の欠点を必然的に伴っている。

【０００４】 したがって、仮に、１６台のハイドロホンの１２８カラム、すなわち２０４８
チャネルを含む円筒アンテナをリンクさせる場合、２０４８チャネルのすべてを
使用して方位処理および高度処理を実施するためには、アンテナとＰＨＰの間に
、カラム上およびケーブル上に１２８個のコネクタ、１８本の遮蔽対で形成され
た１２８本のケーブル、ケーブル上およびＰＨＰ上に１２８個のコネクタが必要
であり、すなわち合計５１２個の海中コネクタを使用しなければならない。ＰＨ
Ｐについて云えば、それぞれ４個のコネクタを有する２×３２個のソケットが取
り付けられた３２本の１８対遮蔽ケーブル、信号を処理するための３２台の電子
工学ボックス、およびこれらの処理ボックスを電子ラックにリンクさせるための
２×３２個のソケットが取り付けられた３２本のケーブルを使用しなければなら
ない。

【０００５】 このような実施形態は、数十ＭＦの量に及び、ケーブルおよびコネクタの重量
が６トンに及ぶこともあるケーブル敷設費、および極めて多数のＰＨＰおよび海
中コネクタの２つの理由により、実際に実施することはできない。

【０００６】 それにもかかわらず、音響雑音源を正確に地点標定するために極めて有用なこ
のタイプのアンテナを使用するために、また、これらの欠点を克服するために、
本発明により、アンテナ要素を備える第１のブロック内に埋め込まれ、送信すべ
き信号が供給される内部部分と、第２のブロック中に埋め込まれ、第１の部分に
磁気接続され、アンテナからの信号をこれらの信号を解釈するためのユニットに
リンクされた光ファイバを介して光伝送するために、この第２の部分によって電
気的に供給される電気光学送信機を含む外部部分とを含む、取外し可能な変圧器
を備えることを主な特徴とする、水中音響学のための接続システムが提供される
。

【０００７】 他の特徴によれば、電気光学送信機はＶＣＳＥＬである。

【０００８】 本発明のその他の特徴および利点については、添付の図に関連して非制限の例
を使用する以下の説明から明らかになるであろう。

【０００９】 図１は、上で詳述したタイプの円筒音響アンテナ１０１のソナー・ラック１０
２へのリンクを可能にする、本発明による接続システムの図を示したものである
。例として、各アンテナは、１６台のハイドロホンの１２８カラム、およびカラ
ム毎に増幅器（ＰＡ）、アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）、マルチプレク
サ（ＭＵＸ）および接続部を備えている。

【００１０】 これらの接続部は、光結合システム１０３によって、受信信号の送出しを可能
にする、それぞれ８本の光ファイバからなる８組の光ファイバ・セット１０４、
およびアンテナに対する制御の送込みを可能にする、それぞれ８本の光ファイバ
からなる８組の光ファイバ・セット１０５にリンクされている。

【００１１】 ケーブルを形成しているこれらの光ファイバ・セットの末端部は、出力信号に
対しては光／電気変換器１０６に、また、制御信号に対しては電気／光変換器１
０７上にオーバモールドされている。

【００１２】 これらの変換器は、それぞれ、変換器１０６に対しては殻貫通コネクタＰＨＰ
１０８に、また、変換器１０７に対しては殻貫通コネクタＰＨＰ１０９にリンク
されている。これらのＰＨＰが、潜水艦の分厚い殻１１０の内部へ信号をもたら
している。

【００１３】 ＰＨＰ１０８および１０９は、ケーブル１１１および１１２によってソナー・
ラック１０２にリンクされている。

【００１４】 図２は、従来、ポリウレタンで形成されている、音波を透過するプラスチック
のブロック２０２中に、関連するエレメントと共にモールドされた１６台のハイ
ドロホン２０１から形成されるカラムに対応する１組の接続要素を、正確に示し
たものである。

【００１５】 各ハイドロホン２０１は増幅器（ＰＡ）２０３にリンクされ、増幅器（ＰＡ）
２０３はアナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）２０４にリンクされている。１
組のこれらのアナログ／ディジタル変換器は、すべてのハイドロホンからの信号
を単一出力２０６に多重化するマルチプレクサ（ＭＵＸ）２０５にリンクされて
いる。

【００１６】 説明する実施例では、これらのハイドロホンは、円筒型アンテナの１カラムを
形成しているが、任意のタイプの音響アンテナ、例えば潜水艦向けのフランク・
アンテナ・パネル、あるいは牽引線形音響アンテナのセグメントであっても良い
。

【００１７】 １組の電子回路２０３、２０４および２０５は、この実施形態では、気密接地
結合２０８を介して接地にリンクさせることによって有効な遮蔽を得ることがで
きる金属ボックス２０７中に密閉されている。

【００１８】 電力は、気密側部プラグ２０９を介して供給される。

【００１９】 ボックス２０７は、耐静水圧性を可能にする製品、例えば絶縁鉱油あるいはブ
ロック２０２を構成しているポリウレタンが充填されている。

【００２０】 本発明によれば、マルチプレクサによるディジタル・データ出力は、知られて
いる方法で、時定数が短いことを特徴とするパルスを同時に送信することができ
、かつ、一方がポリウレタン２０２の塊の中に埋め込まれた状態で残され、もう
一方がその塊の外部にあって、ソナー・ラックへの接続のためのケーブル２１７
にリンクされる２つの部分に分割することができる、取外し可能なパルス変圧器
を使用することによって、ブロック２０２から引き出される。この方法により、
気密性を損なうことなく、カラムおよびその関連要素全体を容易に引き離すこと
ができる。

【００２１】 そのために、この変圧器は、ポリウレタン２０２中に埋め込まれた第１の内部
部分２１０、およびこのポリウレタン・ブロックの外側の第２の外部部分２１１
によって形成されるコアを備えている。間隙を形成している部分２１０と部分２
１１の間の連接面は、ブロック２０２の表面と同じ平面になっている。一次２１
２は、コアの内部部分２１０に巻かれており、マルチプレクサ２０５によって供
給されるデータを受け取る増幅器２１２によって供給されている。

【００２２】 コアの第２の部分２１１自体は、サイズのより小さいもう１つのポリウレタン
・ブロック２１４中にモールドされており、この第２の部分と第１の部分の間の
接触面自体は、この第２のブロック２１４の表面と同じ平面になっている。コア
の２つの部分２１０と２１１の間の最適な磁気連続性を実現するために、図示さ
れていないが、固定手段、例えばクリップまたはねじを使用して、この第２のブ
ロックを第１のブロックの表面に固定することができる。

【００２３】 これらの条件の下に、一次２１２が誘導する磁束により、磁心の第２の部分２
１１に巻かれた二次２１５中に、マルチプレクサ２０５から出力された信号を表
す電圧が誘導される。

【００２４】 この二次２１５は、これらの電気信号の光信号への変換を可能にする電気光学
コンポーネント２１６にリンクされている。

【００２５】 本発明は、この光コンポーネントが、表面に直角の光信号の放出を可能にする
Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓ
ｅｒ（垂直空胴表面放出レーザ）の頭文字を表すＶＣＳＥＬという名称で知られ
るコンポーネントであることを提案している。

【００２６】 これらの光信号は、光ファイバ２１７によって受け取られる。光ファイバ２１
７は、その末端部が電気光学コンポーネント２１６から放出される光信号に正対
するように、第２のポリウレタン・ブロック２１４中にオーバモールドされてい
る。ファイバとコンポーネントの間の結合は、アセンブリの製造を容易にするた
めに、直接あるいは導波路を用いて実現することができる。第２のブロック２１
４の製造に使用されている材料が光透過性である場合、オーバモールドを実施す
る際に、オーバモールド生成物の浸潤による光信号通路の遮断を回避するために
取るべき事前注意事項は特に存在しない。

【００２７】 したがってアセンブリは、電子整合要素を備えたハイドロホンのカラムとケー
ブルの間の非接触結合を形成し、ソナー・ラック１０２への接続のためのアセン
ブリへのカラムのリンクを可能にしている。

【００２８】 既に上で説明したように、ＶＣＳＥＬタイプのコンポーネントから放出される
光の出力モードは、光伝送ファイバへの整合が容易であるため、本発明によるシ
ステムを形成するためのＶＣＳＥＬタイプのコンポーネントの使用は、特に有益
である。また、このコンポーネントは電流モードで動作し、その電流の値が、１
ミリワット程度の電力消費で約１ｍＡという小さい値であり、この点に関しても
、上で説明したタイプの変圧器を用いた伝送機能のためには最適である。さらに
、その使用が予想される波長は、６５０ｎｍと１１００ｎｍの間で変化させるこ
とができ、この点に関しても、光ファイバによる伝送用として良く適合されてい
る。好ましい一実施形態では、８５０ｎｍの波長が使用されている。

【００２９】 これらのタイプのコンポーネントのさらに他の情報については、１９９８年２
月発行のＩＥＥＥ Ｓｐｅｃｔｒｕｍの４３ページを参照されたい。

【００３０】 正しくセットアップされた場合においても、変圧器２１０および２１１の解体
特性には比較的大きい間隙の存在が伴い、また、特に取外しおよび再装着の繰り
返しによる、明らかな分散特性が現れる。したがって変圧器の一次と二次の間の
結合が相対的にルーズであり、明確に画定されていない。これらの特性に適合さ
せた変調電流を使用してコンポーネント２１６を機能させるために、変圧器の磁
気回路の第１の部分２１０に巻かれた二次巻線２１８を含む帰還システムが使用
されている。この整合回路としての巻線には、例えば、増幅器２１３の利得の制
御を可能にする整流システムが含まれている。

【００３１】 アンテナの様々なカラムに対応する光ファイバ２１７は、光データを収集し、
光／電気変換１０６するための装置にリンクされたケーブルに、まとめてグルー
プ化されている。

【００３２】 本発明によれば、これらのケーブルは、図４に示すようなフラット・ケーブル
の形態で製造されている。図４に示すフラット・ケーブルは、ブロック２１４と
の連続性を実現するために、隣り合ってアセンブルされた、やはりポリウレタン
であることが好ましいプラスチック被覆を備えた層の形態の光ファイバ２１７を
オーバモールドすることによって形成されている。オーバモールド化は、様々な
ファイバ間の、ケーブルによって形成されるフラット・リボンの両面に設けられ
る溝４０２および４０３を特徴付けるような方法で実施される。これにより容易
に、その被覆と共にファイバを完全に分割することができ、たるみを持たせたル
ープを必要に応じて形成することにより、装置１０６への取り付けを容易にして
いる。

【００３３】 クロック信号、同期化信号、利得制御信号等々などの１組の制御信号を、ハイ
ドロホンにリンクされた電子ユニットに送らなければならない。そのために、本
発明によれば、アンテナのカラムのオーバモールド化ブロック２０２の面の１つ
に形成された盲孔２１９に挿入された光ファイバ２１８を介して、これらの信号
が送信される。この孔は、ファイバ２１８から発信される光信号によって駆動さ
れるフォトダイオード２２０に面して設けられている。これらの光信号に応じて
このダイオードが放出する電気信号は、増幅器２０３およびアナログ／ディジタ
ル変換器２０４の両方、およびマルチプレクサ２０５に必要な様々な信号の選択
を可能にする調節回路２２１内で復号化される。この選択は、例えば、確立済み
符号化方式に従って、必要なすべての信号を含むディジタル・フレームを復号化
することによって実施される。

【００３４】 光制御信号を電気／光変換し、分配するための装置１０７に接続されているフ
ァイバ２１８は、光ファイバ２１７と同様、フラット・ケーブルの形態で、まと
めてアセンブルされることが好ましい。

【００３５】 ファイバ２１８の末端とフォトダイオード２２０の間の結合を容易にするため
に、本発明によれば、ファイバの末端とフォトダイオードの間の位置決めおよび
アラインメントのあらゆる欠陥を補償することができるように、比較的幅の広い
光ビーム２２２を得ることができる「大型コア・ファイバ」と呼ばれる、知られ
ているタイプのファイバが使用されている。

【００３６】 光ファイバ２１７を装置１０６に接続するために、例えば図５の縦断面図およ
び図６の横断面図に示すような小型装置が使用されている。

【００３７】 この装置は、ファイバをクランプするバイスを形成するピース５０２が挿入さ
れた長方形のフラット・ボックス５０１を備えている。このピースは、溝４０２
および４０３の部分で分割された後のフラット・ケーブルを形成する材料４０１
中に被覆されたファイバ２１７の保持を可能にするＶ型の縦溝を備えている。こ
の被覆材は軟らかいため溝内がモールドされ、その部分のアセンブリの気密性が
保証される。光／電気変換システムは、ボックス５０１によって境界が定められ
た内部空胴の内部低面上に固定されたフォトダイオード５０４によって形成され
ている。場合によっては、これらのフォトダイオードは、この装置内への一定数
の補充機能、例えば信号の増幅および／または多重化を可能にする機能の統合を
可能にするＡＳＩＣ内にまとめてアセンブルされる。

【００３８】 ファイバをフォトダイオードに結合するために、例えばファイバの末端とフォ
トダイオードの入力面の間に配列された、４５°に傾斜したミラー５０５を使用
することができる。

【００３９】 耐圧性を持たせるために、空胴の全体に透明な誘電ゲルすなわちオイルを充填
することができる。このゲルは、ストッパ５０６によって封止されるオリフィス
を通して挿入することができる。

【００４０】 電気信号は、遮蔽対５０７を介して出力される。

【００４１】 一変形実施形態では、このＡＳＩＣは、導波路へのファイバの直接結合を可能
にするために、ＡＳＩＣの基板中に統合された導波路の使用を可能にするモノリ
シックの形で作られている。この方法により、ミラーおよびオイルの充填を省略
することができる。

【００４２】 同じ方法で、ファイバ２１８への光制御信号の電気／光変換および分配のため
の装置が、図５および図６と同様の装置を使用して製作されている。受信フォト
ダイオードが発光ダイオードに置き換えられている点が異なっている。好ましい
一実施形態では、発光ダイオードの代わりに、図２のコンポーネント２１６など
のＶＣＳＥＬタイプのコンポーネントが使用されている。

【００４３】 また、耐故障性を可能にする冗長性をシステムに持たせるために、本発明によ
れば、図３に示すように、２つの光送信機、例えば二次２１５の端子上に並列に
配線されたＤＶＣＳＥＬ２２６および２３６が使用されている。これらのコンポ
ーネントは、一方の故障がもう一方の動作に影響しないような方法でヘッド・ツ
ー・テール配線される。この２つのコンポーネントは、光デュプレクサ３０１お
よび３０２上で終端される２本の光ファイバ２２７および２３７にそれぞれリン
クされている。これらのデュプレクサの各々は、２つのピックアップ装置３０６
および３１６にそれぞれリンクされており、この２つの装置３０６および３１６
の一方で利用することができる変圧器からの出力信号を常に持つことにより、全
体としての完全な冗長性の提供を可能にしている。

【００４４】 最後に、電気的接触が全くなく、かつ、完全に取外し可能なシステムを得るた
めに、本発明によれば、図７、図８および図９に示すように、取外し可能な変圧
器によって、誘導システムを介して各アンテナ要素２０２に給電されている。そ
のために、図２のプラグ２０９が、磁心の一部９０１に置き換えられており、こ
の部分９０１と第２の部分９０２が、磁気回路のループを可能にしている。部分
９０１の形状はＵ字形であり、ポリウレタン・ブロック２０２中に埋め込まれて
いる。部分９０２は線形であり、磁気回路の閉路を可能にしている。この部分９
０２自体は、スペーサ９０３に固定され、スペーサ９０３自体は、殻１１０に固
定されている。アンテナは殻１１０に固定されている。これにより、この殻内に
おける磁束の分散を回避することができる。

【００４５】 磁気回路の部分９０１に巻かれた二次９０４は、ブロック２０２中に埋め込ま
れた電子要素への給電を可能にしている。

【００４６】 変圧器への給電には、磁気回路９０１／９０２の中空内部を貫通するループを
形成する多重より線ケーブル９０５で形成され、かつ、図７に示すように、磁気
回路９０１／９０２の外部にループ化された一次が使用されている。これらのケ
ーブル９０５に、気密性を保ちながら殻１１０の内部から電気エネルギーをもた
らすことができるジャンクション・ボックス９０６から電気エネルギーが供給さ
れる。この部分における修理を容易にするためには、このジャンクション・ボッ
クスは、云うまでもなく船舶の浮揚線より上に設けられることが好ましい。潜水
艦の場合、この浮揚線は、潜水艦が海面上にあるときに存在する線である。

【００４７】 十分に結合させるために、多重より線ケーブルの各より線には同じ電流が流れ
、場合によっては、このタイプの複数の多重より線ケーブルが使用される。図に
示すケースでは２本である。

【００４８】 実際に非接触電気プラグの形成が観察されている変圧器間の性質がどのような
ものであれ、損失を最小化するために、これらのケーブルは、図８に示すような
方法で、これらのプラグ間にまとめてアセンブルされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるシステムの理論図である。

【図２】 図１のチャネルの１つの詳細図である。

【図３】 図２の光接続の詳細を示す図である。

【図４】 図２の図の中で使用されている光ファイバの層の横断面を示す図である。

【図５】 これらの光ファイバを接続するためのシステムの断面図である。

【図６】 これらの光ファイバを接続するためのシステムの正面図である。

【図７】 船舶の殻上への１組の供給ソケットの固定を示す上面図である。

【図８】 ２つのプラグ間の図７のケーブルの断面図である。

【図９】 プラグ領域における、これら同一ケーブルの断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J046 AA09 AB01 NA04 5J083 AB12 AC40 AE02 AF18 CA09 CA13 CA50

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水中音響学のための接続システムであって、アンテナ要素（
   ２０１〜２０６）を備えた第１のブロック（２０２）中に埋め込まれ、送信すべ
   き信号が供給される内部部分（２１０）と、第２のブロック（２１４）内に埋め
   込まれ、第１の部分に磁気接続され、アンテナからの信号をこれらの信号を解釈
   するためのユニットにリンクされた光ファイバ（２１７）上で光伝送するために
   、この第２の部分によって電気的に供給される電気光学送信機（２１６）を含む
   外部部分（２１４）とを含む、取外し可能な変圧器を備えることを特徴とするシ
   ステム。
2. 【請求項２】 電気光学送信機がＶＣＳＥＬ（２１６）であることを特徴と
   する請求項１に記載のシステム。