Aparato para medir presión acústica.

Un hidrófono (10) para su inmersión en un cuerpo líquido que define una presión estática dependiente de laprofundidad y una presión dinámica,

comprendiendo el hidrófono:

un sensor (11) para proporcionar una señal eléctrica que tiene un primer componente indicativo de la presiónestática y un segundo componente indicativo de la presión dinámica;

un filtro conectado eléctricamente con el sensor (11) de modo que reciba la señal eléctrica, filtre el primercomponente, y emita una señal eléctrica filtrada que indica sustancialmente tan sólo el segundo componente; y

un transductor (12, 29) conectado eléctricamente con el filtro, respondiendo el transductor (12, 29) a este segundocomponente para actuar sobre un láser de realimentación distribuida (18, 33, 38) en un cable de fibra óptica (15, 32,62) de modo que convierta la señal eléctrica filtrada en una deformación correspondiente en el láser derealimentación distribuida (18, 33, 38) tal que el láser de realimentación distribuida (18, 33, 38) proporcione unaseñal de salida óptica que corresponde a la deformación y por tanto indicativa de la presión dinámica.

Aparato para medir presión acústica

Campo de la invención La presente invención se refiere a procedimientos, sistemas y aparatos para medir presión acústica, y más concretamente a unos sensores e hidrófonos de presión acústica mejorados. En un modo de realización, la invención proporciona un procedimiento para filtrar los efectos sustanciales provocados sobre sensores acústicos por la presión hidrostática en cuerpos líquidos, a la vez que permite la detección de la señal acústica débil de interés. La invención se ha desarrollado concretamente para proporcionar hidrófonos que pueden ser desplegados en el océano como parte de un conjunto de detección de fibra de láser, y se describirá en lo que sigue con referencia a esta aplicación. Sin embargo, se apreciará que la invención no está limitada a este campo de uso concreto.

Antecedentes de la invención Los conjuntos de hidrófonos conocidos utilizados en aplicaciones de detección remota, tales como conjuntos en el lecho marino y disposiciones submarinas, por ejemplo, hacen uso típicamente de dispositivos piezoeléctricos que requieren una instrumentación activa local. Esto hace que estos conjuntos del estado de la técnica anterior sean susceptibles a ser

detectados por terceros no autorizados. Asimismo necesitan de cableado de datos y potencia y preamplificadores, lo que hace que tales conjuntos de hidrófonos del estado de la técnica anterior sean voluminosos, difíciles de desplegar y mantener.

En un intento de abordar estos problemas, se han desarrollado hidrófonos basados en tecnología de fibra óptica. Por

ejemplo, es conocido bobinar una cantidad relativamente grande de fibra óptica alrededor de una bobina, y medir subsiguientemente los efectos provocados por las tensiones sobre esta fibra para realizar determinaciones de presión. Sin embargo, las metodologías y aparatos conocidos para implementar la tecnología de fibra óptica en hidrófonos dan como resultado un equipo voluminoso y complejo, requiriendo tal equipo a menudo múltiples fibras ópticas y acoplamientos de fibras. Adicionalmente, la complejidad de tales dispositivos hace difícil gestionar un gran número de dispositivos en combinación.

Otro problema que dificulta la aplicabilidad del equipo de detección óptica conocido en aplicaciones de hidrófonos se denomina habitualmente como la compensación de presión en profundidad. Por ejemplo, una señal acústica que va a ser detectada por un sensor es típicamente una pequeña onda de presión que se denominará en lo que sigue como “presión 35 dinámica”. A modo de ejemplo no limitativo, una onda de presión dinámica típica tiene una amplitud de hasta aproximadamente 100 Pa y se encuentra en un intervalo de frecuencias de entre aproximadamente 10 Hz y 20 kHz. Cuando se sumerge, el sensor está sometido además a una presión hidrostática que se denominará en lo que sigue como “presión estática”. En el océano esta presión estática aumenta típicamente en aproximadamente 100.000 Pa por cada 10 m de profundidad. Por ello, en profundidad, la presión estática es típicamente muchos órdenes de magnitud más 40 grande que la presión dinámica. Desafortunadamente, típicamente es la presión dinámica la interesante. La diferencia de magnitud entre presiones estática y dinámica puede provocar que un hidrófono o un sistema de detección similar se sature y se vuelva sordo a la presión dinámica significativamente menor. Como consecuencia, la señal deseada se detectan insuficientemente o en algunos casos no se detecta en absoluto. En algunos casos, la presión estática afecta al equipo óptico de un modo tal que necesita el uso de un ancho de banda óptica relativamente grande para transmitir la 45 señal resultante a lo largo de un cable de fibra óptica. Estas y otras complicaciones se acumulan cuando se utiliza un número de sensores en combinación.

Se apreciará que la publicación de patente norteamericana US 6.137.621 describe un sistema de registro acústico que tiene una sonda para ser colocada en un orificio taladrado en un pozo. La sonda tiene un transmisor para proporcionar

una señal acústica y receptores para responder a la señal, para proporcionar señales de recepción que contienen información acerca de las propiedades de formaciones terrestres en el orificio taladrado.

El artículo “A fiber laser system hydrophone array”, de D. J. Hill et al., describe resultados de un estudio acerca del uso de láseres de fibra como hidrófonos en un conjunto ultrafino. Se evalúan tanto estructuras de tipo DBR como DFB y se 55 encuentra que sus rendimientos de ruido son comparables.

Además, la publicación de patente internacional WO 01/35062 describe un sistema de detección que comprende un sensor electromecánico que produce una señal eléctrica en respuesta a un cambio en un parámetro físico que es monitorizada por el sensor. Un modulador de fase óptico está conectado con el sensor electromecánico para recibir la 60 señal eléctrica del mismo.

Es un objeto de la presente invención superar o aliviar al menos una de las desventajas del estado de la técnica anterior,

o proporcionar una alternativa útil.

Resumen de la invención De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se proporciona un hidrófono para su inmersión en un cuerpo líquido que define una presión estática dependiente de la profundidad y una presión dinámica, incluyendo el hidrófono:

un sensor para detectar una señal eléctrica que tiene un primer componente indicativo de la presión estática y un 5 segundo componente indicativo de la presión dinámica;

un filtro conectado eléctricamente con el sensor de modo que reciba la señal eléctrica, filtre el primer componente, y emita una señal eléctrica filtrada que indica sustancialmente tan sólo el segundo componente; y

un transductor conectado eléctricamente con el filtro, respondiendo el transductor a este segundo componente para actuar sobre un láser de realimentación distribuida en un cable de fibra óptica de modo que convierta la señal eléctrica filtrada en una deformación correspondiente en el láser de realimentación distribuida tal que el láser de realimentación distribuida proporcione una señal de salida óptica que corresponde a la deformación y por tanto indicativa de la presión dinámica.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un hidrófono para su inmersión en un cuerpo líquido que define una presión estática dependiente de la profundidad y una presión dinámica, incluyendo el hidrófono:

un alojamiento externo que incluye un sensor piezoeléctrico para proporcionar una señal eléctrica que tiene un primer componente indicativo de la presión estática y un segundo componente indicativo de la presión dinámica;

un filtro conectado eléctricamente con el sensor piezoeléctrico de modo que reciba la señal eléctrica, filtre el primer componente, y emita una señal eléctrica filtrada indicativa sustancialmente tan sólo del segundo componente; y

un transductor dispuesto en el alojamiento, incluyendo el transductor al menos un actuador piezoeléctrico conectado eléctricamente con el filtro de tal modo que el actuador piezoeléctrico es movible en respuesta a la señal eléctrica filtrada, estando conectado mecánicamente el actuador piezoeléctrico con un láser de realimentación distribuida en un cable de fibra óptica de modo que convierta la señal eléctrica filtrada en una deformación correspondiente en el láser de realimentación distribuida tal que el láser de realimentación distribuida proporcione una señal de salida óptica que corresponde con la deformación y por tanto indicativa de la presión dinámica.

Breve descripción de los dibujos Modos de realización de la invención se describirán a continuación, tan sólo a modo de ejemplo, con referencia a los 35 dibujos adjuntos, en los cuales:

la figura 1 es un diagrama de circuito de un primer modo de realización de la invención;

la figura 2 es un diagrama de circuito de un segundo modo de realización de la invención;

la figura 3 es una vista lateral en sección transversal de un transductor;

la figura 4 es un diagrama de circuito que muestra una pluralidad de sensores y transductores asociados conectados con un cable de fibra óptica;

la figura 5 es un diagrama de circuito que muestra una disposición alternativa en la que una pluralidad de sensores pueden estar conectados con un cable de fibra óptica;

la figura 6 es una vista lateral en sección transversal de un tercer modo de realización de la invención;

la figura 7 es una vista en perspectiva... [Seguir leyendo]

1. Un hidrófono (10) para su inmersión en un cuerpo líquido que define una presión estática dependiente de la profundidad y una presión dinámica, comprendiendo el hidrófono:

un sensor (11) para proporcionar una señal eléctrica que tiene un primer componente indicativo de la presión estática y un segundo componente indicativo de la presión dinámica;

un filtro conectado eléctricamente con el sensor (11) de modo que reciba la señal eléctrica, filtre el primer componente, y emita una señal eléctrica filtrada que indica sustancialmente tan sólo el segundo componente; y

un transductor (12, 29) conectado eléctricamente con el filtro, respondiendo el transductor (12, 29) a este segundo componente para actuar sobre un láser de realimentación distribuida (18, 33, 38) en un cable de fibra óptica (15, 32, 62) de modo que convierta la señal eléctrica filtrada en una deformación correspondiente en el láser de realimentación distribuida (18, 33, 38) tal que el láser de realimentación distribuida (18, 33, 38) proporcione una señal de salida óptica que corresponde a la deformación y por tanto indicativa de la presión dinámica.

2. Un hidrófono (10) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el transductor (12, 29) es un transductor pasivo (12, 29) .

3. Un hidrófono (10) de acuerdo con la reivindicación 2, en el que una impedancia del transductor (12, 29) se corresponde sustancialmente con una impedancia del sensor (11) .

4. Un hidrófono (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una elasticidad

mecánica del transductor (12, 29) se corresponde sustancialmente con una elasticidad mecánica del cable de fibra óptica (15, 32, 62) .

5. Un hidrófono (10) de acuerdo cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el filtro define una frecuencia de corte tal que son filtrados componentes de frecuencia de la señal eléctrica por debajo de la frecuencia de corte.

6. Un hidrófono (10) de acuerdo cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el filtro incluye una resistencia (16, 25) conectada eléctricamente en paralelo con el sensor (11) , actuando la resistencia (16, 25) en conjunción con una capacidad del sensor (11) para formar un circuito sintonizado RC.

7. Un hidrófono (10) de acuerdo cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sensor (11) es un sensor cerámico piezoeléctrico

8. Un hidrófono (10) de acuerdo cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el transductor (12, 29) está alojado en un alojamiento rígido (17, 36) de modo que el transductor (12, 29) quede aislado de la presión ejercida por el cuerpo líquido.

9. Un hidrófono (10) de acuerdo cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el láser de realimentación distribuida (18, 33, 38) define una longitud de onda emitida que varía de acuerdo con una deformación mecánica que

actúa sobre el láser de realimentación distribuida (18, 33, 38) y en el que el transductor (12, 29) incluye un actuador piezoeléctrico (19) conectado mecánicamente con una porción del cable de fibra óptica (15, 32, 62) que incluye el láser de realimentación distribuida (18, 33, 38) , estando conectado eléctricamente el actuador piezoeléctrico (19) con el sensor (11) , de modo que deforme el láser de realimentación distribuida (18, 33, 38) como respuesta a la señal eléctrica.

10. Un hidrófono (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, incluyendo además el hidrófono:

un alojamiento externo (21) que incluye dicho sensor (11) y

en el que el transductor (12, 29) está dispuesto en el alojamiento (21) , incluyendo el transductor (12, 29) al menos un actuador piezoeléctrico (19) conectado eléctricamente con el filtro, de tal modo que el actuador piezoeléctrico (19) es movible como respuesta a la señal eléctrica filtrada y en el que el actuador piezoeléctrico (19) está conectado mecánicamente con el láser de realimentación distribuida (18, 33, 38) de modo que convierta la señal eléctrica filtrada en la deformación correspondiente sobre el láser de realimentación distribuida (18, 33, 38) .

11. Un hidrófono (10) de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el actuador piezoeléctrico (19) es un primer actuador piezoeléctrico bimorfo (30) .

12. Un hidrófono (10) de acuerdo con la reivindicación 11 que incluye además un segundo actuador piezoeléctrico bimorfo (31) separado del primer actuador piezoeléctrico bimorfo (30) , incluyendo el cable de fibra óptica (15, 32, 62) la región activa del láser, que se extiende entre medias de los actuadores piezoeléctricos bimorfos primero y segundo (30, 31) .