us patent 4321463 to inventor samuel stecher, entitled “low frequency laser detector for musical...

8/16/2019 US patent 4321463 to inventor Samuel Stecher, entitled “Low Frequency Laser Detector for Musical Instrument, is…

1/10

s a c - L 5 6 6

3123/32

s e

United S t a t e s Patent [ 1 9 1

S t e c h e r

4 , 3 2 1 , 4 6 3

M a r . 2 3 , 1 9 8 2

[ 1 1 ]

[ 4 5 ]

[ 5 4 ]

LOW

FREQUENCY LASER FIBEROPTIC

DETECTOR APPARATUS FOR

MUSICAL

INSTRUMENTS

AND

INTRUSION

[ 7 6 ]

[ 2 1 ]

[ 2 2 ]

[ 5 1 ]

[ 5 2 ]

[ 5 3 ]

[ 5 6 ]

DETECTION

I n v e n t o r :

S a m u e l

J . \ S t e c h e r , 3 9 0 Ogden A v e . ,

J e r s e y C i t y , NJ. 0 7 3 0 7

A p p l .

N o . : 1 0 4 , 5 6 0

F i l e d :

D e c . 1 7 ,

1 9 7 9

Int.

Cl.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. .

G02B 5/14

US.

l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.

250/227;

84/

. 1 8 ;

3 4 0 / 5 6 6

Field of Search . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8 4 / 1 . 1 4 ,

1 . 1 5 , 1 . 1 6 ,

8 4 / . 1 8 ; 2 5 0 / 2 2 7 ; 3 4 0 / 5 6 6 ;

3 5 0 / 9 6 2 9 ;

4 5 5 / 6 0 5 ,

6 1 2 ,

6 1 3 , 6 1 4

R e f e r e n c e s C i t e d

U . S . PATENT

DOCUMENTS

3,625,589

12/ 1971

Snitzer

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.

350/9629

3,920,982 11/1975

Harris .. .

. . . . . . 250/199

4,011,754 3/1977 P i t t

. . . . . . . . . .

250/227

4 , 0 2 8 , 9 7 7

6/ 1977 Ryeczek

.....................

.

84/

. 1 8

4 , 0 7 1 , 7 5 3 l / l 9 7 8 F u l e n w i d e r e t a l .

2 5 0 / 2 2 7

4,086,484 4/

1978

Steensm a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350/9629

4 128 759

12/1978 Hunt et

a l . . . . . . . . . .

..

350/9613

4 , 1 6 2 , 3 9 7 7 / 1 9 7 9

Bucaro t

a l .

350/9629

4,235,113 ll/l980 Carome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350/9629

P r i m a r y Examiner—David C .

Nelms

A t t o r n e y

A g e n t ,

o r Firm—Richard C .

Woodbridge

[ 5 7 ]

ABSTRACT

An

p t i c a l

?ber

s

used a s

a

t r a n s d u c e r

t o

convert

a low

f r e q u e n c y

m e c h a n i c a l

d i s t u r b a n c e

i n t o

l o w f r e q u e n c y

a m p l i t u d e m o d u l a t e d o p t i c a l e n e r g y .

A c c o r d i n g

t o t h e

p r e f e r r e d

e m b o d i m e n t

o f

t h e i n v e n t i o n t r a n s d u c t i o n

o c c u r s by

means

o f a m u l t i - p a t h i n t e r f e r e n c e phenom

e n a c a p a b l e

o f

r e s p o n d i n g t o a c o u s t i c i n f o r m a t i o n r a n g

i n g from e s s t h a n one hundredth

o f a

c y c l e

p e r

second

t o s e v e r a l hundred t h o u s a n d

c y c l e s

p e r s e c o n d . T h i s

f e a t u r e

o f t h e

i n v e n t i o n makes

t h e

g e n e r a l

c o n c e p t a p

p l i c a b l e

t o

u s e i n musical i n s t r u m e n t s o r

a s

a

s e c u r i t y

s e n s i n g d e v i c e .

W h e n

t h e c o n c e p t i s a p p l i e d

t o

a

m u s i

c a l i n s t r u m e n t

i t

w o u l d

p r e f e r a b l y i n c l u d e

t h e f o l l o w i n g

elements

i n

s e r i e s : a

s o l i d

s t a t e l a s e r , a multi-mode o r

s i n g l e

i n d e x

o p t i c

? b e r , a s q u a r e law e t e c t o r , s u c h

a s

a

p h o t o d i o d e , a n a u d i o

a m p l i ? e r a n d

a s p e a k e r . W h e n t h e

c o n c e p t i s a p p l i e d

i n

t h e embodiment

o f

a s e c u r i ty s e n s

i n g

a p p a r a t u s

i t

would

p r e f e r a b l y

i n c l u d e t h e

same

a c

t i v e e l e m e n t s ( i . e . a s o l i d s t a t e l a s e r , a multi-mode or

s i n g l e i n d e x o p t i c ? b e r ,

a n

o p t i c a l

d e t e c t o r ) ,

b u t

t h e

a m p l i ? e r

s e c t i o n

would

f u r t h e r i n c l u d e s p e c i a l c i r c u i t r y

a n d d i s c r i m i n a t i o n l o g i c . I n t h e s e c u r i t y s e n s o r embodi

ment

t h e

o u t p u t o f

t h e

d e v i c e c a n

b e made

c o m p a t i b l e

w i t h

a n y

number

o f e x i s t i n g d i s c r i m i n a t i o n t e c h n i q u e s

b a s e d upon power p e c t r u m d e n s i t i e s

a n d f r e q u e n c i e s

o f

d o m a i n .

The

l e n g t h

o f

t h e s e c u r i t y s e n s o r c a b le would

b e t y p i c a l l y

l o n g e r t h a n

t h e

d e v i c e when

employed

n a

m u s i c a l i n s t r u m e n t and would

b e i n t h e n e i g h b o r h o o d

o f 1 0 0

m e t e r s .

9

C l a i m s ,

1 2

D r a w i n g F i g u r e s


2/10

US. Patent M a r .

2 3 ,

1 9 8 2

S h e e t 1 o f 4

4,321,463

F i g

/ .

F i g . 2 A .

g )

T F P F

F i g .

2 B .


3/10

US, amm

M a r . 2 3 ,

1 9 8 2

S h e e t 2

o f 4 4,321,463

F i g 3 ;

IMPUT

20

FROM

M U S I C I A N

l 2

: 4

l 6 l 8

/

LASER

= STRINGS

>

DETECTOR

~

PREAMP ——‘-—>OUTPUT

F i g . 4 A . F i g . 4B


4/10

US.

Patent

M a r .

2 3 , 1 9 8 2

S h e e t

3

0 f

4

4 , 3 2 1 , 4 6 3

|_________

__

l

.LL

48

-445

F i g .

6 .

36

DETECTOR


5/10

US, Patent M a r . 2 3 , 1 9 8 2

S h e e t 4

o f 4 4,321,463

F i g .

7 ’

66

\

I 6

/ 4

Y 2

1

\ / | 4

2

68 7o

\ l I

L A S E I ‘ Q

Fig

a 76


6/10

4 , 3 2 1 , 4 6 3

1

LOW FREQUENCY ‘LASER FIBEROPTIC

DETECTOR APPARATUS FOR MUSICAL

INSTRUMENTS AND

INTRUSION DETECTION

U . S . GOVERNMENT RIGHTS

P a r t

o f

t h e r e s e a r c h

t h a t

f o r m e d

t h e

b a c k g r o u n d

o f

t h i s i n v e n t i o n was

performed w h i l e t h e i n v e n t o r

was

an

employee

o f

t h e

U . S . A i r F o r c e a n d

t h e

U . S .

Govern—

ment

r e s e r v e s

a n o n - e x c l u s i v e , i r r e v o c a b l e , r o y a l t y - f r e e

l i c e n s e

t o

p r a c t i c e t h i s i n v e n t i o n

w i t h

power

t o

g r a n t

l i c e n s e s f o r a l l g o v e r n m e n t a l p u r p o s e s .

BACKGROUND

OF THE

INVENTION

1 . F i e l d of t h e Invention

The i n v e n t i o n r e l a t e s t o

low

f r e q u e n c y s e i s m i c / a

c o u s t i c

t r a n s d u c e r s i n g e n e r a l

a n d t o

m u s i c a l

i n s t r u

ments and l i n e

s e n s o r s

i n p a r t i c u l a r .

2 .

D e s c r i p t i o n o f t h e P r i o r

A r t

There a r e a

v a r i e t y o f

methods

known n

t h e p r i o r

a r t

f o r

p r o d u c i n g

a

m o d u l a t e d

e l e c t r i c a l

s i g n a l

p r o p o r

t i o n a l t o a

d i s t u r b a n c e . Such t e c h n i q u e s i n c l u d e m e t a l

“ e l e c t r o n i c ”

s t r i n g s ,

i n d u c t i v e p i c k - u p s o r . d e v i c e s

which

s e n s e t h e c h a n g e i n t h e

e l e c t r o n i c

p a r a m e t e r s

o f

a system suc h

a s

a

v a r i a t i o n i n

c a p a c i t a n c e . Such

de

v i c e s h a v e

p r o b l e m s

b o t h i n

t h e

m u s i c a l ? e l d

a s w e l l a s

i n t h e s e c u r i t y

? e l d . W h e n

s t e e l s t r i n g s a r e u s e d

on

m u s i c a l i n s t r u m e n t s t h e y u s u a l l y

s o u n d

t i n n y o r m e t a l l i c

i n p i t c h . T h i s

may produce a n “ e l e c t r i c

sound” wherein

t h e i n s t r u m e n t f r o m which

t h e

s o u n d

i s s u e s i s s e c o n d a r y

i n e f f e c t

t o

t h e m e t a l l i c s o u n d o f t h e s t r i n g s .

M e t a l

s t r i n g s o r s e n s o r s a s u s e d

i n t h e

s e c u r i t y

? e l d l o o s e

t h e i r

e f f e c t i v e n e s s o f t h e i r l o c a t i o n s

a r e

known. U n f o r t u

n a t e l y ,

m e t a l

s e n s o r s may e

d e t e c t e d

w i t h

s i m p l e

m e t a l

d e t e c t o r s

a s

c u r r e n t l y

a v a i l a b l e .

By

e m p l o y i n g ? b e r o p

t i c s

i n b o t h

t h e m u s i c a l and s e c u r i t y

? e l d s

t h e r e

a r e

c e r t a i n

u n i q u e

a d v a n t a g e s o b t a i n e d

n o t

t h e l e a s t o f

which

s c o s t .

I n t h e a p p l i c a t i o n

o f

m u s i c a l

i n s t r u m e n t s

t h e

s o u n d

d e t e c t e d i s

more

t r u l y r e p r e s e n t a t i v e

o f

t h e

i n s t r u m e n t i t s e l f d u e t o t h e ? e x i b i l i t y

o f

s i l i c o n . I f ? b e r

o p t i c s a s t a u g h t by t h i s i n v e n t i o n a r e

a p p l i e d

t o t h e

s e c u r i t y ? e l d t h e y w o u l d

b e v i r t u a l l y

u n d e t e c t a b l e d u e

to

their non-metallic

nature.

W h e r e

? b e r s a r e u s e d i n t h e p r i o r

a r t a s a c o u s t i c

t r a n s d u c e r s t h e y

h a v e g e n e r a l l y

n o t l e n t t h e m s e l v e s

w e l l

t o e i t h e r

m u s i c a l or s e c u r i t y

a p p l i c a t i o n s .

Such

t e c h n i q u e s

a r e d i s c u s s e d i n

U . S .

P a t . No. 3 , 9 2 0 , 9 8 2

i s s u e d t o H a r r i s and

n

U . S . P a t . No. 4 , 0 8 6 , 4 8 4 i s s u e d t o

S t e e n s m a .

According t o t h e

d i s c l o s u r e a

phonon-pho

t o n i n t e r a c t i o n p r o d u c e s a change

n

t h e

i n d e x o f r e f r a c

t i o n o f t h e ? b e r t h u s a l l o w i n g o p t i c a l e n e r g y t o e s c a p e

f r o m t h e ? b e r

which

s

m o d u l a t e d by t h e f r e q u e n c y o f

t h e a c o u s t i c wave. While t h e method works

w e l l f o r

m u l t i ~ p l e x i n g

b r o a d hand

n f o r m a t i o n o n t o

a c o n t i n u o u s

o p t i c a l c a r r i e r

i t d o e s n o t

work

w e l l i n t h e low f r e

quency r a n g e , t y p i c a l l y l e s s

t h a n

2 0 k i l o c y c l e s s u c h a s

r e q u i r e d

by e i t h e r a s e c u r i t y

s e n s o r

o r

i n

t h e c o n t e x t

of

a m u s i c a l i n s t r u m e n t s t r i n g .

The

p h o t o n - p h o n o n i n t e r

a c t i o n

d e p e n d s

upon

t h e

r a t i o o f t h e v e l o c i t y o f

s o u n d

a n d l i g h t i n t h e

medium

which a r e

t y p i c a l l y

i n t h e o r d e r

o f one t o one

m i l l i o n .

Thus a

photon

which s 1 0 5 t i m e s

more e n e r g e t i c t h a n a phonon can be c o n t r o l l e d

by

a

p h o n o n , r e q u r i n g f o r m o d u l a t i o n a n a c o u s t i c

wave

i n

t h e u l t r a s o n i c r e g i o n f a r b e y o n d t h e s o u n d

o f

a f o o t s t e p

or musical n o t e .

Other

a c o u s t o - o p t i c

t r a n s d u c e r s

s u c h

a s d e s c r i b e d i n

U . S .

P a t .

N o . 4 , 0 7 1 , 7 5 3 r e q u i r e t h a t t h e

? b e r

b e b r o k e n

a l o n g i t s

l e n g t h a n d t h a t

t h e

o p t i c a l

c o u p l i n g co e f ? c i e n t

1 0

3 5

40

4 5

6 0

6 5

2

( a m e a s u r e ’ o f

t h e a l i g n m e n t o f

two

? b e r s )

b e m o d u l a t e d

by t h e

v i b r a t i o n

o f

t h e

j o i n t . I n a n e f f e c t i v e

m u s i c a l

i n s t r u m e n t

s t r i n g

i t

i s n e c e s s a r y f o r t h i s ? b e r t o

r e m a i n

t a u g h t a n d v i b r a t e

a r o u n d a re s o n a t e

f r e q u e n c y d e t e r

m i n e d

b y t h e l e n g t h , d e n s i t y o f t h e m a t e r i a l a n d t e n s i o n

i n t h e ? b e r .

C l e a r l y

a n y b r e a k i n t h e

? b e r

would e f f e c t

t h e

h a r m o n i c

q u a l i t i e s

t h a t

a r e

d e s i r e d .

L i k e w i s e

i n

a n

e f f e c t i v e

s e c u r i t y l i n e t y p e s e n s o r i t i s d e s i r a b l e

f o r

t h e

t r a n s d u c e r t o b e a c t i v e t h r o u g h o u t i t s

e n t i r e

l e n g t h . A

dead

s e c t i o n

c o u l d r e p r e s e n t a weakness and would n o t

b e t o l e r a b l e .

A i n e s e n s o r o p e r a t i n g on t h e

p r i n c i p l e

o f

a

m o d u l a t e d c o u p l i n g c o e f ? c i e n t

would

r e q u i r e f a r

t o o

many

b r e a k s

over

t h e

d e s i r e d 1 0 0 meter range and

t h e r e f o r e s e v e r e l y

l i m i t

t h e t o t a l amount o f

l i g h t r e

c e i v e d b y

t h e d e t e c t o r .

The

r e s e n t i n v e n t i o n

c o n t e m p l a t e s t h e u s e o f

a

l a s e r

and a n o p t i c a l

? b e r

b u t d o e s n o t r e l y

on

a photon-pho

n o n

n t e r a c t i o n nor

o n a modulated

coupling

coef?cient

t o p r o d u c e a m o d u l a t i o n i n

t h e o u t p u t

p o w e r . I n s t e a d ,

t h e d i s c l o s e d i n v e n t i o n r e q u i r e s a m e c h a n i c a l

d i s t u r

bance

o f

t h e

?ber s u c h

a s t h a t

c a u s e d

by

t h e

r e s o n a n c e

o f

t h e

?ber under t e n s i o n a s might b e found on

a

m u s i c a l

i n s t r u m e n t

o r a s

c a u s e d

by i t s v i b r a t i o n

i n

sympathy

w i t h

t h e

s u r r o u n d i n g g r o u n d a s m i g h t b e

f o u n d

i n r e

s p o n s e

t o

a n

i n t r u d e r ’ s f o o t s t e p . The c o h e r e n t o p t i c a l

s i g n a l when t r a n s m i t t e d a l o n g

t h e

? b e r

b r e a k s

up n t o a

l a r g e

number

o f i n d i v i d u a l

r a y s .

Each r a y s e e k s i t s o w n

p a t h

a l o n g

t h e ? b e r . For e x a m p l e , o u t o f a b u n d l e o f

r a y s t h e r e m i g h t b e

t w o ,

A n d B r e s p e c t i v e l y . The

r e l a t i v e p a t h l e n g t h

b e t w e e n

r a y

A

n d r a y B p r o d u c e s

a n

i n t e r f e r e n c e p a t t e r n i n

t h e

o u t p u t o f t h e ? b e r . As t h e

? b e r

i s

d i s t u r b e d t h e

i n t e r f e r e n c e

p a t t e r n c h a n g e s d u e

t o

t h e c h a n g e

i n

t h e

r e l a t i v e p a t h

l e n g t h

o f

t h e r a y s

a s

t h e y

t r a v e l

t h e l e n g t h o f t h e ? b e r . A q u a r e

l a w

power

d e t e c t o r

i s

u s e d

t o d e t e c t

t h i s

c h a n g e

i n

t h e


p a t t e r n . T h i s

c h a n g e

i s d e t e c t e d

asa m o d u l a t i o n

o f t h e

o u t p u t

power

due

t o

t h e wave n a t u r e o f t h e

l i g h t a s

d i s c u s s e d

by A .

McLean

N i c h o l s o n

i n

U . S . P a t .

N o .

1 , 9 5 1 , 5 2 3 .

SUMMARY OF

THE

INVENTION

B r i e ? y

d e s c r i b e d

t h e i n v e n t i o n i n c l u d e s a s o l i d s t a t e

l a s e r o r

o t h e r

s u i t a b l e

s o u r c e o f c o h e r e n t l i g h t , a l e n g t h

o f ? b e r o p t i c a l

m a t e r i a l ,

a

s q u a r e

law d e t e c t o r

f o r

mea

s u r i n g t h e

l i g h t

t r a n s m i t t e d

t h r o u g h

t h e

? b e r a n d a n

a m p l i ? e r

a n d s p e a k e r .

The m o u n t i n g o f

t h e

s t r i n g s i n

t h e

c o n t e x t o f a

m u s i c a l i n s t r u m e n t

depends o f c o u r s e

u p o n t h e n a t u r e o f t h e i n s t r u m e n t ( g u i t a r , v i o l i n ,

p i a n o ,

e t c . ) .

The

d e v i c e u s e d

t o

a p p l y

t e n s i o n

t o

t h e

s t r i n g s

s h o u l d n o t

b e s u c h a s t o r e q u i r e t h a t t h e ? b e r

b e s h a r p l y

b e n t o r crimped n any way.

A

o v e l

way

o

a c c o m p l i s h

t h i s e n d i s t o employ a r a c k a n d

p i n i o n

t y p e t u n i n g

mechanism

a s

d e s c r i b e d

l a t e r o n .

T h i s n o v e l

con?gura

t i o n

d o e s

n o t r e q u i r e t h e

?ber

t o

be

e n t

around

a peg n

t h e c o n v e n t i o n a l f a s h i o n

w h i c h

n o r m a l l y w o u l d i m p e d e

t h e

t r a n s m i s s i o n o f

o p t i c a l r a d i a t i o n .

P r e f e r a b l y t h e

c o n n e c t i n g

j o i n t s s h o u l d b e

s t r o n g e n o u g h

t o

w i t h s t a n d

t h e

n o r m a l

f o r c e s e x p e r i e n c e d by t h e

s t r i n g s

o f a m u s i

c a l i n s t r u m e n t . The male end i s a f ? x e d t o t h e i n s t r u

m e n t . S i n c e t h e ? b e r o p t i c

m a t e r i a l t r a n s m i t s e n e r g y i n

b o t h

d i r e c t i o n s i t

may

be r e v e r s e d .

S t r o n g

? b e r s a r e

p r e f e r a b l y

i n

u s e

i n

o r d e r

t o

w i t h s t a n d t h e a b u s e o f

c o n s t a n t

p l a y .

F o r

v a r i o u s

d i f f e r e n t

o t h e r f r e q u e n c y

r e q u i r e m e n t s i t

may e

n e c e s s a r y t o

a l t e r

o t h e r p h y s i c a l

c h a r a c t e r i s t i c s

o f t h e

s t r i n g s .

For e x a m p l e a c h a n g e

i n

t h e d e n s i t y

o f

t h e

s t r i n g

m a t e r i a l

o r

a j a c k e t i n g

o f

t h e

s t r i n g w i t h a n o t h e r

m a t e r i a l

c o u l d h a v e d e s i r a b l e

a f


7/10

4 , 3 2 1 , 4 6 3

3

f e c t s .

The a m p l i ? e r c i r c u i t s h o u l d

n a t u r a l l y

b e

made o

p r o v i d e

t h e

d e s i r e d o u t p u t

power r e q u i r e d

a n d

s h o u l d

a l s o i n c l u d e t o n e

c o n t r o l

t o a f f e c t

t h e

d e s i r e d m o o d a s

p r e s e n t l y p r o v i d e d b y m o s t c o n v e n t i o n a l e l e c t r o n i c

g u i t a r

a m p l i ? e r s .

The o u t p u t o f

t h e d e t e c t o r

c a n b e

made o m a t c h e x i s t i n g e q u i p m e n t i n t h a t r e g a r d .

For

t h e s e c u r i t y

s e n s o r

i t

may

e

d e s i r a b l e

t o

p r o v i d e

h e a v y c l a d i n g

c o m e n s u r a t e w i t h

v a r i o u s

e n v i r o n m e n t a l

c o n d i t i o n s

s o a s t o

p r o t e c t

t h e l i f e

o f t h e

t r a n s d u c e r .

H o w e v e r ,

t h e

c l a d i n g s h o u l d n o t

d e t r i m e n t a l l y

e f f e c t

t h e r e s p o n s e o f t h e

? b e r t o

a d i s t u r b a n c e .

A e ? o n

®

j a c k e t

c o u l d

be

s u f ? c i e n t . T y p i c a l l y

l i n e

s e n s o r s a r e

b u r i e d between

1 8

and

3 6 i n c h e s

b e n e a t h

t h e s o i l t o

be

o p t i m a l l y r e s p o n s i v e t o d i s t u r b a n c e s up t o t e n f e e t on

e i t h e r

s i d e and t o p r o t e c t t h e

t r a n s d u c e r

from

t h e e f f e c t s

o f f r o s t . The o u t p u t s i g n a l from t h e

l i n e

s e n s o r

c a n b e

m a d e c o m p a t i b l e w i t h

e x i s t i n g

p r o c e s s i n g h a r d w a r e .

S u c h

p r o c e s s i n g h a r d w a r e

i s

r e s p o n s i b l e f o r d i s c r i m i

n a t i n g between a v a l i d i n t r u d e r a n d v a r i o u s n u i s a n c e s .

T h i s i s

n e c e s s a r y

s o

t h a t a n a l a r m

i s

sounded o n l y when

j u s t i ? c a t i o n

e x s i s t s

a n d

much

work

h a s

b e e n p e r f o r m e d

i n t h i s ? e l d

and t i s

n o t w i t h i n

t h e

s c o p e

o f

t h i s

i n v e n

t i o n

t o

i m p r o v e u p o n t h o s e p r o c e s s i n g

t e c h n i q u e s .

R a t h e r

t h e

a p p a r a t u s

o f

t h i s

i n v e n t i o n i s

a d a p t e d t o

p r o v i d e e x i s t i n g e q u i p m e n t

w i t h

i m p r o v e d i n f o r m a t i o n

r e g a r d i n g t h e r e s p o n s e

o f t h e s u r r o u n d i n g s o i l t o a n

i n t r u d e r b y p r o d u c i n g a m o d u l a t e d

s i g n a l

w h i c h c l o s e l y

f o l l o w s i n a m p l i t u d e

a n d

f r e q u e n c y

t h e

d i s t u r b a n c e

i t s e l f .

BRIEF

DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

FIG.

1 i s

a

s c h e m a t i c

r e p r e s e n t a t i o n o f

t h e i n v e n t i o n

a s

f o u n d

i n t h e c o n t e x t

o f

a

g u i t a r

s t r i n g showing one

l a s e r

d i o d e a n d o n e d e t e c t o r

p e r ? b e r o p t i c

s t r i n g .

FIG. 2A i s a n

e l e c t r i c a l

s c h e m a t i c i l l u s t r a t i n g t h e

t r a n s m i t t i n g

e n d

o f t h e a p p a r a t u s s h o w i n g s i x ? b e r s

b e i n g f e d b y

a

s i n g l e c o h e r e n t l i g h t s o u r c e .

FIG.

2B i s a n e l e c t r i c a l

s c h e m a t i c o f

t h e

r e c e i v i n g

e n d

o f

t h e i n v e n t i o n showing s i x ? b e r s f e e d i n g

one

d e t e c t o r

d i o d e .

FIG. 3 i s a

b l o c k diagram

l l u s t r a t i n g t h e

i n v e n t i o n

i n

the

context

o f a musical instrument.

F I G . 4A l l u s t r a t e s a g u i t a r

which

e m p l o y s t h e t e a c h

i n g o f t h i s i n v e n t i o n .

FIG.

4B

s

a

p a r t i a l c r o s s - s e c t i o n o f t h e g u i t a r

i l l u s

t r a t e d i n

FIG. 4A.

FIG. 5A s a

d e t a i l o f

t h e b a c k

o f

t h e t o p

o f

t h e g u i t a r

i l l u s t r a t i n g t h e manner i n which

c o h e r e n t

l i g h t i s f e d

i n t o t h e g u i t a r s t r i n g s .

2 0

2 5

4 5

FIG.

5B

i s

a

c r o s s - s e c t i o n a l diagram o f

a

d e t a i l o f 5 0

F I G .

5A s h o w i n g t h e

m e c h a n i s m b y w h i c h

t h e s t r i n g s

may

be

t u n e d o n

a r a c k

and p i n i o n

d e v i c e ,

FIG. 5C

s a p r o ? l e o f

t h e mechanism

i l l u s t r at e d i n

FIG. 5 B .

FIG. 6 i l l u s t r a t e s t h e b a s i c t e a c h i n g o f t he i n v e n t i o n

i n

t h e embodiment o f a n

i n t r u s i o n

d e t e c t i o n s y s t e m .

FIG. 7 i s a s c h e m a t i c r e p r e s e n t a t i o n o f

a modulated

b e n d i n g l o s s i n t r u s i o n d e t e c t i o n s y s t e m .

FIG. 8 i s

a n

a l t e r n a t i v e embodiment o f t h e i n v e n t i o n

i n which a n

i n t r u s i o n d e t e c t i o n

s y s t e m o r

g u i t a r may

be

o p e r a t e d

b a s e d u p o n

t h e p h o t o e l a s t i c e f f e c t

o f

t h e o p t i

c a l

? b e r .

DETAILED

DESCRIPTION

OF

THE

INVENTION

During t h e c o u r s e o f

t h i s

d e s c r i p t i o n l i k e numbers

w i l l b e u s e d t o i n d i c a t e l i k e e l e m e n t s i n t h e

d i f f e r e n t

? g u r e s w h i c h i l l u s t r a t e

t h e i n v e n t i o n .

6 0

6 5

4

A p e c i ? c p r e f e r r e d e m b o d i m e n t o f t h i s i n v e n t i o n i s

shown n FIGS.

1 - 5 C .

The

y s t e m

1 0 i s

i l l u s t r a t e d

i n t h e

c o n t e x t

o f a g u i t a r

and

i n c l u d e s t h e f o l l o w i n g a c t i v e

e l e m e n t s : a

s i n g l e

s o l i d s t a t e l a s e r 1 2 , a n e l o n g a t e d o p t i

c a l

? b e r

s t r i n g 1 4 , a d e t e c t o r e l e m e n t 1 6 and

a n

o p e r a

t i o n a l a m p l i ? e r

1 8 ( s h o w n

i n

F I G . 3 ) . I n

F I G .

1

e a c h

s t r i n g

1 4 h a s

a n

i n d i v i d u a l

l a s e r

1 2

and

d e t e c t o r

1 6 .

The

s t r i n g s 1 4 a r e p l a y e d by a m u s i c i a n

2 0

i n t h e

conven

t i o n a l

m a n n e r . T h a t p r o v i d e s t h e m o d u l a t i n g

i n p u t t o

t h e s t r i n g s

1 4 .

T h e


2 8 a n d r e c e i v i n g 2 6 e n d s

o f t h e

s t r i n g s

1 4 a r e ?rmly f a s t e n e d

t o

t h e body

o f

t h e

g u i t a r 2 2 . The

g u i t a r

b o d y

2 2 i s i l l u s t r a t e d g e n e r a l l y i n

FIGS.

4A nd

4B and more s p e c i ? c a l l y i n t h e

d e t a i l s

o f

FIGS.

5 A

n d 5 B .

W h i l e

a g u i t a r

2 2

( a s shown n

FIGS.

4A

a n d

4 B ) i s t h e p r e f e r r e d

embodiment o f

t h e i n v e n

t i o n i t w i l l

b e

a p p r e c i a t e d t h a t

t h e

same e f f e c t s may

b e

o b t a i n e d

on

o t h e r

i n s t r u m e n t s

s u c h a s v i o l i n s ,

p i a n o s

a n d t h a t

n o s p e c i a l

i n s t r u c t i o n i s n e c e s s a r y f o r t h e

m u s i

c i a n 2 0 i n

o r d e r

t o a p p l y

a p p l i c a n t ’ s

i n v e n t i o n .

The s o l i d s t a t e t r a n s m i t t i n g l a s e r

1 2 o f FIG.

2A p r o

v i d e s t h e

c o h e r e n t

o p t i c a l r a d i a t i o n t h a t

f o r m s

t h e i n p u t

t o b u n d l e 1 5 o f

o p t i c a l

? b e r s 1 4 . The ? b e r b u n d l e 1 5

t r a n s m i t s

t h e

l i g h t e n e r g y 2 4 t o

t h e i n d i v i d u a l

s t r i n g s 1 4 .

The m u s i c i a n 2 0

p r o v i d e s

t h e m e c h a n i c a l m o d u l a t i o n

a c c o r d i n g t o t h e m u s i c t h a t h e

i s r e q u i r e d

t o p l a y . The

m u s i c i a n s

a c t i o n s r e s u l t i n a m o d u l a t i o n o f t h e m u l t i

p a t h

i n t e r f e r e n c e p a t t e r n a t

t h e

o u t p u t 2 8 o f

t h e s t r i n g s

1 4 .

The o u t p u t p a t t e r n i s t h e n a t u r a l

r e s u l t o f p r o p a g a t

i n g c o h e r e n t o p t i c a l r a d i a t i o n 2 4 a l o n g

t h e ? b e r s 1 4 .

A

m e c h a n i c a l d i s t u r b a n c e , s u c h

a s

c r e a t e d b y m u s i c i a n 2 0 ,

c a u s e s

t h e

p a t t e r n

t o

c h a n g e .

The

c h a n g e which p r o

d u c e s t h e m o d u l a t i o n i n t h e

o u t p u t

o f t h e d e t e c t o r d i o d e

D 1 s

A . C .

c o u p l e d v i a

a

c a p a c i t o r C1 t o a n o p e r a t i o n a l

a m p l i ? e r

T 1 .

The r a t i o o f r e s i s t o r s R4 o R5 p r o v i d e s

t h e n e c e s s a r y g a i n

t o

t h e

s i g n a l

w h i c h

i s a g a i n

A . C .

c o u p l e d v i a c a p a c i t o r C2 t o t h e o u t p u t

o f

t h e i n s t r u

ment.

R e s i s t o r

R1 o f FIG.

2A

s

n e c e s s a r y

t o p r o v i d e a 2

v o l t drop a c r o s s t h e l a s e r d i o d e L1 1 2 ) .

Th e e s i s t o r

R2

of FIG. 2B s n e c e s s a r y i n o r d e r t o

p l a c e

photodiode D1

i n t h e

p r o p e r

o p e r a t i n g

r a n g e f o r

t h e d e s i r e d a u d i o

f r e q u e n c y

r e s p o n s e , t h u s m a x i m i z i n g t h e p o w e r o u t p u t

f r o m t h e d i o d e

D 1

o r a g i v e n o p t i c a l

power

n p u t f r o m

t h e l a s e r

L 1 .

The

l e m e n t s i l l u s t ra t e d i n

FIGS.

2A nd 2B have

t h e

f o l l o w i n g v a l u e s :

Element

Value

R1 6 0

ohms

R2

1 0 0 K

hms

R3 1 0 K hms

R4 1 0 0 K hms

R5

1 0 K

hms

Cl . 5

m i c r o f a r a d s

C2 m i c r o f a r a d

Tl Model

7 4 l o p e r a t i o n a l

a m p l i ? e r

Ll

Model

C30l30

Dl

Model

SGDIOOA

e t e c t o r

The d e v i c e s i l l u s t r a t e d i n FIGS. 2A a n d 2B a r e n o t

i n t e n d e d

t o l i m i t

t h e

i n v e n t i o n t o any p a r t i c u l a r

c i r

c u i t r y .

The p u r p o s e o f

t h e s e

? g u r e s

i s

t o d e m o n s t r a t e t o

t h o s e

s k i l l e d i n

t h e

a r t

how

t h e

b a s i c

t e a c h i n g

o f

t h e

i n v e n t i o n

can

b e

reduced

t o p r a c t i c e

i n a v a r i e t y

o f

u s e f u l e m b o d i m e n t s .

Galium A r s e n i d e l a s e r L1 i r e c t s i t s l i g h t 2 4 i n t o ? b e r

b u n d l e

1 3 which i s

j u s t o n e

o f

s i x o p t i c a l s t r i n g s

1 4

i n


8/10

4 , 3 2 1 , 4 6 3

5

t h e g u i t a r

2 2 i l l u s t r a t e d i n

FIGS.

4A a n d

4 B .

Each

s t r i n g 1 4 i s m e c h a n i c a l l y m o d u l a t e d by m u s i c i a n 2 0 t o a

d e s i r e d f r e q u e n c y

which r e s u l t s

i n

m o d u l a t i o n

i n

t h e

d e t e c t a b l e

o u t p u t power

r e c e i v e d

by

e t e c t o r d i o d e D1

d u e

t o

t h e

m u l t i - p a t h


p h e n o m e n o n . The

o p t i c a l m o d u l a t i o n

i m p o s e d

o n t h e l i g h t 2 4 i s c o n v e r t e d

i n t o

e l e c t r i c a l

m o d u l a t i o n

d u e

t o

t h e p r e s e n c e o f

p h o t o

d i o d e D 1 . The n ow m o d u l a t e d e l e c t r i c a l s i g n a l i s

p r e

a m p l i ? e d b y a m p l i ? e r 1 8 a n d i s t h e n

s u i t a b l e

f o r o u t p u t

i n t e r f a c i n g w i t h a c o n v e n t i o n a l g u i t a r

a m p l i ? e r . The

o u t p u t i s c o n n e c t e d t o

a n

o r d i n a r y g u i t a r

a m p l i ? e r

a n d

s p e a k e r s y s t e m o r

t o

a r e c o r d i n g

s y s t e m o r o t h e r s i m i l a r

d e v i c e .

The

a c o u s t i c e n e r g y

g e n e r a t e d b y t h e

h a r o m o n i c

c o u p l i n g o f m u s i c i a n a n d

i n s t r u m e n t

i s c o n v e r t e d ? r s t

t o an o p t i c a l modulation v i a

t h e

l a s e r

and

multi-mode o r

s i n g l e i n d e x

? b e r - s t r i n g ,

t h e n

t o a n

e l e c t r i c a l

s i g n a l v i a

p h o t o d i o d e d e t e c t o r D1 a n d

s u b s e q u e n t l y

p r e a m p l i ? e d

b y

p r e a m p l i ? e r

1 8 . T h e

o u t p u t

s i g n a l

f r o m

p r e a m p l i ? e r

1 8

i s s u c h t h a t

f u r t h e r m a n i p u l a t i n g

can b e accom

p l i s h e d ,

i f

d e s i r e d ,

t o

m o d i f y

t h e

t o n a l

a n d

v i b r a t o

c h a r

a c t e r i s t i c s

o f

t h e

i n s t r u m e n t .

The

i n v e n t i o n

i s

n o t l i m i t e d

t o

t h e

s p e c i ? c

s i n g l e

l a s e r / d e t e c t o r

s y s t e m shown i n

t h e

d r a w i n g s , b u t

would

a l s o

comprehend

a n embodiment n which

e a c h

? b e r

s t r i n g

had i t s o w n

laserand

d e t e c t o r and t o n e

c o n t r o l

a s

i n FIG. 1 .

T h i s

a l t e r n a t i v e embodiment may

b e

d e s i r a b l e

b e c a u s e o f

t h e ? e x i b i l i t y

g i v e n t o

t h e

m u s i

c i a n a n d

w o u l d b e

p r a c t i c a l

i f p r o d u c t i o n t e c h n i q u e s

a l l o w

t h e

p r i c e o f s o l i d s t a t e c o n t i n u o u s power a s e r s t o

d e c l i n e .

The i n v e n t i o n

a l s o ,

t h o u g h n o t s p e c i ? c a l l y

d e t a i l e d ,

c o m p r e h e n d s

p u l s e l a s e r s y s t e m s

p r o v i d e d ,

o f

c o u r s e , t h a t t h e p u l s e r e p e t i t i o n

r a t e

i s h i g h e n o u g h t o

a l l o w p r o p e r ? l t e r i n g

f r o m

t h e a u d i o

r a n g e . ‘ S u c h

a n

a p p r o a c h

may

r e s u l t

i n

a

l o w e r

c o s t

s y s t e m .

Th e r e s e n t i n v e n t i o n

i s

f u r t h e r

n o t

l i m i t e d t o t h e u s e

o f

a s e r s

i n g e n e r a l b u t i s u n d e r s t o o d t o i n c l u d e v i r t u a l l y

a l l s o u r c e s o f

o p t i c a l

r a d i a t i o n which

have

a c o h e r e n c e

l e n g t h

s u f ? c i e n t t o

a l l o w

t h e m u l t i - p a t h i n t e r f e r e n c e

phenomenon t o o c c u r a t t h e

o u t p u t

2 8

o f

t h e ? b e r 1 4 .

F o r

e x a m p l e ,

a n

LED

L i g h t

E m i t t i n g

D i o d e ) w i t h a

c o h e r e n t l e n g t h o f a

few

c e n t i m e t e r s c o u l d

b e s u b s t i

t u t e d f o r a

l a s e r

i n e i t h e r t h e c o n t i n o u s

power

o r p u l s e

modes

o f

o p e r a t i o n .

The

i n v e n t i o n

c a n

a l s o

comprehend t h e

u s e o f h i g h

t e m p e r a t u r e c o h e r e n t l i g h t s o u r c e s i f m e a n s , s u c h a s

c o o l i n g

d e v i c e s , c a n

b e u s e d t o s t a b i l i z e t h e o u t p u t .

M o r e o v e r ,

t h e r e may e f e e d b a c k t e c h n i q u e s which a n

b e

u s e d

t o

p r o v i d e

s t a b i l i t y

f o r

h i g h t e m p e r a t u r e

c o h e r

e n t

l i g h t

g e n e r a t o r s a n d t h o s e

t o o

may b e

a c c e p t a b l e

s u b s t i t u t i o n s u n d e r c e r t a i n

c i r c u m s t a n c e s .

P h y s i c a l d e t a i l s

o f

t h e

g u i t a r

a r e shown

i n

FIGS.

4A-5C.

A y p i c a l g u i t a r 2 2 i n c l u d e s

a

body o r box 3 0

and a neck

3 2 a t t a c h e d

t o

t h e body 3 0 . The s t r i n g s 1 4

a r e a n c h o r e d t o t h e body by a n

a n c h o r i n g

d e v i c e

3 4 .

The

t h e r e n d

o f t h e

s t r i n g

i s a t t a c h e d

t o t e n s i o n k n o b s

3 6 a t

t h e t o p o f t h e

n e c k 3 2 .

A r i d g e 3 8 s e t s t h e h e i g h t

o f t h e s t r i n g s 1 4 a b o v e t h e n e c k 3 2 . F i n g e r i n g f r e t

4 0

a l l o w s t h e

m u s i c i a n

2 0 t o ?nger t h e

s t r i n g s

i n

t h e con

v e n t i o n a l

m a n n e r . The g u i t a r body 3 0 u s u a l l y

i n c l u d e s

a t l e a s t

one sound

h o l e

42

which a l l o w

t h e

sound on t h e

i n t e r i o r

o f t h e g u i t a r

t o

e s c a p e . The p t i c a l d e t e c t o r s

1 6

a r e l o c a t e d

n e a r

anchoring

d e v i c e

3 4 .

F I G . 4B i s a p a r t i a l c r o s s - s e c t i o n a l d i a g r a m o f t h e

g u i t a r

i l l u s t r a t e d i n F I G . 4 A . The p r e a m p l i ? e r 1 8 i s

p r e f e r a b l y

h o u s e d

w i t h i n t h e

body

3 0 s o t h a t i t d o e s n ’ t

i n t e r f e r e

w i t h

t h e m u s i c i a n 2 0 . I t s o u t p u t i s c o n n e c t e d

t o

a

j a c k

4 4

which i s

e l e c t r i c a l l y

a n d m e c h a n i c a l l y com

2 0

2 5

3 0

3 5

4 5

5 0

5 5

6 0

6 5

6

p a t i b l e

w i t h

c o n v e n t i o n a l

p r i o r

a r t g u i t a r a m p l i f y i n g

s y s t e m s . A c c o r d i n g t o t h e

p r e f e r r e d e m b o d i m e n t o f

t h e

i n v e n t i o n r e l e a s a b l e c o n n e c t o r s 46 may

be

u s e d t o a t

t a c h new s t r i n g s 1 4

t o

t h e e x i s t i n g t r a n s m i t t e r a n d

d e

t e c t o r

m e c h a n i s m s .

The i g h t

e m i t t i n g

l a s e r 1 2

i s p r e f e r

a b l y l o c a t e d on

t h e

back s i d e

o f t h e

neck

3 0 i n o r d e r

t o

k e e p

i t o u t o f

t h e

way

o f

t h e m u s i c i a n .

D e t a i l s

o f

t h e

u p p e r n e c k o f t h e g u i t a r a r e shown

i n

F I G S .

5 A , 5 B ,

a n d 5 C .

The c o n n e c t o r s 4 6 , ? b e r

s t r i n g s

1 4

a r e

c o n n e c t e d

t o and c a r r i e d by

r a c k 4 8 . The t r i n g s ,

of

c o u r s e , have

a ?ber core

which allow t r a n s m i t t a l

of

t h e

o p t i c a l s i g n a l 2 4

f r o m

t h e l a s e r

1 2 .

Rack 4 8 i s ? t t e d

i n t o a groov e

45

i n t h e

g u i t a r

i n

such

a manner

a s

t o

a l l o w

backward a n d f o r w a r d m o t i o n . A i n i o n g e a r 5 0

i n c l u d e s a s h a f t 5 8

which

s anchored t o t h e neck

32

o f

t h e

g u i t a r

b y b r a c k e t

5 4

a n d t h e p i n i o n g e a r 5 0 o n l y

p r o v i d e s

r o t a r y

m o t i o n

t o d r i v e t h e

r a c k

4 8

b a c k w a r d

and

f o r w a r d .

S h a f t 5 8 i s r e c e i v e d

i n a s l o t 5 2

which i s

s e t i n

m o u n t i n g

b r a c k e t 5 4 . A p r i n g - l o a d e d d r a g s h o e

6 1

i s a d a p t e d t o e n g a g e

b r a c k e t

5 4 a n d h o l d p i n i o n

g e a r

5 0

a n d

r a c k

4 8

i n

p o s i t i o n

d u r i n g

p l a y

o f

t h e i n s t r u m e n t .

T h u m b p r e s s u r e a p p l i e d t o knob 3 6 i s s u f ? c i e n t t o r e

l e a s e t h e

b r a k e m e c h a n i s m

i f r e t u r n i n g

i s

r e q u i r e d . F I G .

5C l l u s t r a t e s i n c r o s s - s e c t i o n a l p r o ? l e how t h e knob

3 6

i s

c o n n e c t e d t o

p i n i o n

g e a r

5 0 v i a

a s h a f t

5 8 a n d l o a d i n g

s p r i n g 6 0 .

The b e r 1 4

l e a d i n g f r o m

l a s e r 1 2 i s m e c h a n i c a l l y a n d

a n i n t e g r a l p a r t

o f r a c k

4 8 .

S t r i n g 1 4

i s mounted t o

t h e

r a c k

v i a c o n n e c t o r 4 6

t h e r e b y

r e t a i n i n g

o p t i c a l

c o n t i n u

i t y from l a s e r 1 2

t o

d e t e c t o r 1 6 . C o n n e c t o r s

s u c h

a s

t h o s e

i l l u s t r a t e d a s e l e m e n t s

46

a r e k n ow n t o t h o s e of

o r d i n a r y s k i l l

i n

t h e a r t .

The

r a c k

a n d

p i n i o n t u n e r

shown i n d e t a i l

i n FIGS.

5A-5C s

i n c l u d e d

f o r t h e

p u r p o s e

o f

d e s c r i b i n g

a

p r e

f e r r e d

means

f o r

t u n i n g

a n

i n s t r u m e n t

w i t h o u t

d i s t o r t

i n g t h e ? b e r u n n e c e s s a r i l y

a n d i s i n c l u d e d b y

way o f

e x a m p l e

o n l y .

I t i s p o s s i b l e

t h a t

t h e r e a r e o t h e r means

t h a t may be u s e d t o a c h i e v e

t h e

same p u r p o s e .

Power t o t h e s y s t e m c a n b e s u p p l i e d t h r o u g h t h e u s e

o f

b a t t e r i e s ,

s o l a r

c e l l s , o r a r e g u l a t e d D . C .

s u p p l y

o r

s i m i l a r s o u r c e s known

t o t h o s e o f o r d i n a r y

s k i l l

i n t h e

a r t . I t

i s

a l s o

p o s s i b l e

t h a t

o t h e r d e v i c e s may b e e m

p l o y e d t o s u b s t i t u t e f o r

t h e d e t e c t o r

c i r c u i t

i l l u s t r a t e d i n

F I G . 2 B . O t h e r s u c h m e t h o d s a n d a p p a r a t u s

would

p o s s i b l y i n c l u d e

e m p l o y i n g

i n d i v i d u a l i n s t r u m e n t a t i o n

a m p l i ? e r s , i n d i v i d u a l i n p u t

l a s e r s

o f d i f f e r e n t f r e q u e n

c i e s

a n d m a t c h i n g d e t e c t o r s .

The

m e c h a n i c a l

p r o p e r t i e s

o f

t h e ? b e r 1 4 a r e i m p o r

t a n t

i n

d e t e r m i n i n g

‘ t h e

f r e q u e n c y

o f

v i b r a t i o n

o f

t h e

? b e r i t s e l f

w h i c h i n t u r n s

p r o d u c e s t h e m u l t i - p a t h i n t e r

f e r e n c e p a t t e r n

a n d t h e

a s s o c i a t e d

m o d u l a t i o n

o f t h e

o u t p u t p o w e r .

Hence

t i s n e c e s s a r y

t o

e m p l o y s t r i n g s

1 4 which have

a

f u n d a m e n t a l

mode

o f v i b r a t i o n a t d i f

f e r e n t

d e s i r e d

f r e q u e n c i e s .

To a c c o m p l i s h t h i s e n d e a c h

s t r i n g h a s

a c r o s s - s e c t i o n a l a r e a , d e n s i t y ,

a n d l e n g t h

s u f ? c i e n t t o

a c h i e v e t h e

d e s i r e d

f r e q u e n c y

u n d e r a

g i v e n t e n s i o n p r o v i d e d b y

t h e

r a c k a n d p i n i o n t u n e r

m e c h a n i s m .

F o r

e x a m p l e , u p t o 8 8 d i f f e r e n t s t r i n g s

would

b e

r e q u i r e d

i f t h e

t e a c h i n g o f

t h e

i n v e n t i o n were

a p p l i e d t o a n o p t i c a l p i a n o . S i x s t r i n g s w o u l d , o f c o u r s e ,

b e r e q u i r e d f o r a c o n v e n t i o n a l g u i t a r . A c c o r d i n g t o t h e

p r e f e r r e d embodiment

a c h

s t r i n g

c o u l d

b e

made

w i t h a

u n i f o r m

? b e r

a n d

j a c k e t e d w i t h d i f f e r e n t a m o u n t s

a n d

t y p e s o f c l a d i n g

i n

o r d e r t o p r o v i d e t h e d e s i r e d

m a s s /

d e n s i t y , l e n g t h a n d t e n s i o n . U n i f o r m i t y i n

? b e r w o u l d

p r o v i d e

u n i f o r m i t y

i n power m o d u l a t i o n

w h e r e a s

d i f

f e r e n c e s

i n c l a d i n g w o u l d p r o v i d e

f o r

d i f f e r e n c e s i n

t o n a l

f r e q u e n c y

g e n e r a t e d b y t h e m u s i c i a n i . e . t h i c k


9/10

4 , 3 2 1 , 4 6 3

7

s t r i n g s

w o u l d

b e

p r o v i d e d

f o r l o w n o t e s , t h i n

s t r i n g s f o r

h i g h

n o t e s ) .

S e v e r a l

? b e r s

h a v e b e e n

c o m m e r c i a l l y d e v e l o p e d

f o r

many i f f e r e n t a p p l i c a t i o n s . These i n c l u d e

? b e r s w i t h

a

s i n g l e i n d e x o f r e f r a c t i o n , s t e p i n d e x o f

r e f r a c t i o n

a n d

t h e s o - c a l l e d g r a d e d i n d e x o f r e f r a c t i o n ? b e r . The p u r

p o s e o f v a r y i n g

t h e

i n d e x o f

r e f r a c t i o n

a l o n g

t h e

r a d i u s

o f t h e

? b e r

i s t o p r e v e n t l i g h t f r o m e s c a p i n g f r o m t h e

? b e r w a l l s , t h u s

d e c r e a s i n g

t h e

amount

o f

a t t e n u a t i o n

p e r m e t e r .

For t h e

purpose o f

t h i s

i n v e n t i o n and t o

m a x i m i z e

t h e

e f f e c t

o f

t h e m u l t i p a t h i n t e r f e r e n c e p h e

nomena t h e

s i n g l e

i n d e x

? b e r i s p r e f e r r e d f o l l o w e d b y

t h e s t e p

i n d e x

o f r e f r a c t i o n ? b e r a n d l a s t b u t s t i l l e f f e c

t i v e

i s

t h e m u l t i m o d e g r a d e d i n d e x o f r e f r a c t i o n ? b e r .

SDF

Corguide®

? b e r a s m a n u f a c t u r e d

b y

C o r n i n g

G l a s s W o r k s , C o r n i n g , NY. 1 4 8 3 0 i s a s t r o n g m u l t i

mode

g r a d e d i n d e x o f r e f r a c t i o n ? b e r which i s

c u r

r e n t l y a v a i l a b l e a n d

r e l a t i v e l y

i n e x p e n s i v e ? b e r . T h i s

? b e r a l t h o u g h n o t o p t i m a l w i l l

p r o d u c e

t h e d e s i r e d

e f f e c t .

S i n c e t h e m a j o r i t y o f

? b e r s

c u r r e n t l y a v a i l a b l e

a r e

d e s i g n e d p r i m a r i l y

f o r

t h e communications ? e l d a

? b e r

d e s i g n e d

t o

m a x i m i z e

t h e m u l t i p a t h i n t e r f e r e n c e

phenomena c o u l d

b e p r o d u c e d

a s a s p e c i a l i t y

i t e m .

The

f u n d a m e n t a l

f r e q u e n c y o f

a t y p i c a l

s t r i n g 1 4

i s

g i v e n b y

t h e f o r m u l a :

l I .

2L

where

F=Fundamental


t h e

s t r i n g 1 4

LzLength

o f

t h e s t r i n g

1 4

T=Tension p r o v i d e d

b y t h e

r a c k a n d

p i n i o n

t u n e r

P=Mass

p e r

u n i t l e n g t h o f t h e s t r i n g

u n d e r

t e n s i o n .

FIG.

6

i l l u s t r a t e s

how

t h e

t e a c h i n g o f

t h e p r e s e n t

i n v e n t i o n

can be

employed

i n an


s y s t e m

6 2 . The

s y s t e m

6 2 i n i t s

s i m p l e s t

embodiment

i n c l u d e s a s o l i d s t a t e l a s e r s o u r c e

1 2 ,

a ? b e r o p t i c c a b l e

1 4 and

a

s o l i d s t a t e

o p t i c a l

d e t e c t o r

1 6 .

The c a b l e 1 4

i s

p r e f e r a b l y b u r i e d 1 8 t o 3 6 i n c h e s u n d e r g r o u n d

a n d

m i g h t

h a v e

a t y p i c a l l e n g t h

o f

a b o u t 1 0 0 m e t e r s .

The

range of

e n s i t i v i t y

o n both s i d e s of

t h e

c a b l e 14

wo ul d

b e

a p p r o x i m a t e l y

1 0

f e e t

i n a d i r e c t i o n p e r p e n d i c u l a r t o

t h e

l e n g t h

o f t h e

c a b l e 1 4 .

The

o u t p u t

o f t h e s o l i d s t a t e

d e t e c t o r 1 6

would

p r e f e r a b l y b e c o n n e c t e d

t o

a g u a r d

house

64

o r s i m i l a r a l a r m command p o s t . Thus

f a r

t h e

embodiment

o f

t h e

i n v e n t i o n i n

a n


s y s t e m i s e s s e n t i a l l y s i m i l a r t o t h e same a p p a r a t u s a s

d e s c r i b e d

i n

t h e c o n t e x t

o f

a g u i t a r s t r i n g a s shown i n

FIG.

1 . f

I t

i s a ls o p o s s i b l e t o t a k e a d v a n t a g e o f

o t h e r

f e a t u r e s

o f o p t i c a l ? b e r s

i n

o r d e r t o

d e t e c t

a n i n t r u d e r .

FIG.

7

i l l u s t r a t e s how t h e m o d u l a t e d b e n d i n g l o s s o f a ? b e r

may b e u s e d

f o r t h a t

p u r p o s e . W h e n a ? b e r

u n d e r g o e s

b e n d i n g a n d a n o p t i c a l s i g n a l i s t r a n s m i t t e d a l o n g t h e

? b e r , l o s s e s w i l l

occur

a s t h e r a d i u s o f c u r v a t u r e ap

p r o a c h e s 3 c e n t i m e t e r s . I f t h e r a d i u s

o f

c u r v a t u r e

i s t h e n

modulated due t o a d i s t u r b a n c e , t h e d e t e c t a b l e o u t p u t

power

w i l l

r e p r o d u c e t h i s m o d u l a t i o n i n t h e

form

o f

a

m o d u l a t e d e l e c t r i c a l

s i g n a l .

T h i s e f f e c t i s e n h a n c e d

t h r o u g h t h e u s e o f c o h e r e n t o p t i c a l r a d i a t i o n b e c a u s e

t h e

h i g h e r modes f p r o p a g a t i o n a r e more

u s c e p t i b l e to

e s c a p i n g f r o m t h e ? b e r w a l l .

A c c o r d i n g l y ,

t h e

t e c h

n i q u e o f

l o s s m o d u l a t i o n c a n

b e u s e d

t o

d e t e c t

t h e p r e s

e n c e

o f a n

i n t r u d e r w i t h o u t t h e

n e c e s s i t y

o f c u t ti n g t h e

?ber a s d e s c r i b e d

i n

US .

P a t . No. 4 , 0 7 1 , 7 5 3 .

F I G .

7 i l l u s t r a t e s

how

h i s

t e c h n i q u e i s e m p l o y e d

i n

t h e c o n t e x t o f

ground

s e n s o r t e c h n o l o g y . The y s t e m 6 6

F:

20

2 5

3 5

4 0

5 0

6 0

6 5

8

i n c l u d e s a

l a s e r l i g h t

s o u r c e

1 2 , a f o c u s i n g

l e n s 6 8 and

a n

i n d e x

m a t c h i n g r e s e r v o i r 7 0 which

i n c l u d e s f l u i d t o

match

t h e

o u t p u t o f l a s e r 1 2 w i t h

t h e

i n d e x o f r e f r a c t i o n

o f

t h e ? b e r

1 4 .

The

e s e r v o i r 7 0 p r e f e r a b l y

i n c l u d e s

n i n e

( 9 )

p a r t s g l y c e r i n t o

o n e ( 1 ) p a r t w a t e r o r s u i t a b l e

s u b s t i

t u t e . The

o p t i c a l

? b e r 1 4 i s wrapped a r o u n d a ? e x i b l e

c y l i n d r i c a l

c o r e

7 2 .

The

o u t p u t o f

t h e

b u r i e d p o r t i o n i s

f e d i n t o

a d e t e c t o r

1 6 which may be s i m i l a r t o t h a t

i l l u s t r at e d i n

t h e

s c h e m a t i c o f

FIG. 2 B .

The c o r e and

?ber

c o m b i n a t i o n

may

b e c l a d e d w i t h a

j a c k e t

74 t o

p r o t e c t t h e

b u r i e d

p o r t i o n f r o m t h e e n v i r o n m e n t . The

r a d i u s r o f

t h e ? e x i b l e

c y l i n d r i c a l c o r e 72 can be

v a r i e d

t o

m a x i m i z e

t h e o u t p u t s i g n a l . The o u t p u t

s i g n a l

i s

a l s o

d e p e n d e n t upon t h e ? b e r

l e n g t h ,

t h e m a t e r i a l o f t h e

? b e r

a n d o t h e r p a r a m e t e r s . The maximum a c c e p t a b l e

b e n d i n g

r a d i u s o f a ? b e r 1 4 when u s e d i n t h e m o d u l a t e d

b e n d i n g l o s s

mode

s

i n

t h e n e i g h b o r h o o d o f 3 c e n t i m e

t e r s . The m o d u l a t e d b e n d i n g l o s s mode o f

o p e r a t i o n

may a l s o

be

a p p l i e d

a s

a t e c h n i q u e t o d e t e c t t h e v i b r a

t i o n o f a main s t r u c t u r a l

component i n

an

a i r c r a f t ,

t h e r e b y

w a r n i n g

t h e

p i l o t

i n

a d v a n c e

b e f o r e

s a f e

m e t a l

f a t i q u e

l i m i t s

a r e e x c e e d e d .

I t i s

a l s o

p o s s i b l e

t o

employ a b a s i c

t e a c h i n g o f

t h e

i n v e n t i o n i n a n

embodiment

which

t a k e s

a d v a n t a g e o f

t h e p h o t o e l a s t i c

e f f e c t o n

o p t i c a l

? b e r

1 4 . T h i s t e c h

n i q u e

i s i l l u s t r a t e d i n t h e s y s t e m 7 6 o f F I G . 8 . The

p h o t o - e l a s t i c e f f e c t

p r o d u c e s a m o d u l a t i o n

i n

t h e d e

t e c t a b l e

o u t p u t power f

a ? b e r

1 4 which

s d i s t u r b e d

i n

a

manner s i m i l a r t o t h a t d e s c r i b e d

throughout

t h i s d i s

c l o s u r e . W h e n o h e r e n t r a d i a t i o n i s p r o p a g a t e d

a l o n g

a

s t r e t c h a b l e p o r t i o n

o f a ? b e r and s a l l o w e d

t o i n t e r f e r e

w i t h

t h e

c o h e r e n t

o u t p u t

o f a n u n d i s t u r b e d ? b e r ,

t h e n

a n


p a t t e r n

i s p r o d u c e d

which may

b e

d e

t e c t e d

by

a s u i t a b l e d e t e c t o r 1 6 . As t h e

l o a d

o r amount

o f s t r e t c h i n g

v a r i e s

w i t h

t i m e ,

t h e i n t e r f e r e n c e p a t t e r n

a l s o

v a r i e s ,

t h u s p r o d u c i n g a t i m e a mp l i t u d e h i s t o g r a m

i n

t h e o u t p u t

o f

d e t e c t o r 1 6 .

F I G . 8

s h o w s i n

d e t a i l t h e a p p l i c a t i o n o f t h e p h o t o

e l a s t i c e f f e c t c o n c e p t t o a s e c u r i t y s e n s o r

s y s t e m

where

t h e a c t i v e l e n g t h

o f

t h e ? b e r

1 4

i s b u r i e d

a n d

a l l o w e d t o

b e s t r e t c h e d by t h e d e f o r m a t i o n o f t h e ground above t

a s might be caused

b y t h e

f o o t s t e p o f

an

i n t r u d e r . Th e

system 76

i n c l u d e s a

l a s e r l i g h t s o u r c e 1 2

and

a

beam

s p l i t t i n g m i r r o r 7 8 .

P a r t

o f t h e beam i s t h e r e f o r e r e

? e c t e d d i r e c t l y

i n t o t h e f a c e

o f p h o t o d e t e c t o r

1 6 .

An

o t h e r p o r t i o n o f t h e beam

a s s e s t h o u g h

s p l i t t e r

7 8 .

The

l i g h t

p a s s i n g

t h r o u g h

t h e

? b e r 1 4 i s r e t u r n e d

b a c k

t o

t h e

beam p l i t t e r 7 8 where t i s a l s o d e t e c t e d

b y p h o t o

d e

t e c t o r

1 6 .

A

u i t a b l e

j a c k e t

8 0

would

p r e f e r a b l y

c o v e r

t h e

p o r t i o n

o f

t h e

? b e r

1 4

t h a t

i s

b u r i e d u n d e r g r o u n d .

S i n g l e mode

? b e r s

a r e

p r e f e r a b l y

employed n

o r d e r

t o

l i m i t

t h e m u l t i ~ p a t h i n t e r fe r e n c e e f f e c t a n d

e n h a n c e

t h e

p h o t o e l a s t i c e f f e c t . G e n e r a l l y ,

t h e

p h o t o e l a s t i c e f f e c t

d o e s

n o t c o n t r i b u t e

t o

t h e

m o d u l a t i o n p r o d u c e d by t h e

m u l t i - p a t h


e f f e c t ,

s i n c e

i n t h e

a p p l i c a t i o n

o f

t h e l a t t e r

c o n c e p t

n o r e f e r e n c e

s i g n a l

i s r e q u i e d .

Beam

s p l i t t e r 7 8 a c t s a s a m i c h a e l s o n t y p e i n t e r f e r o m e t e r

w h i c h d e c o d e s

t h e

p h a s e m o d u l a t i o n i n d u c e d b y

s t r e s s e s on t h e

? b e r

1 4 . While t h e p h o t o e l a s t i c embodi

ment i s p r e f e r a b l y employed a s a n i n t r u s i o n d e t e c t i o n

s e n s o r , i t w i l l b e a p p r e c i a t e d b y t h o s e o f

o r d i n a r y

s k i l l

i n

t h e a r t t h a t

i t

m i g h t a l s o

?nd

a p p l i c ab i l i t y f o r u s e

i n

a

musical i n s t r u m e n t .

While

t h e i n v e n t i o n

h a s

b e e n

d e s c r i b e d w i t h

r e f e r

ence t o

a p r e f e r r e d

embodiment t h e r e o f t w i l l be

under

s t o o d by t h o s e o f o r d i n a r y

s k i l l

i n t h e a r t t h a t v a r i o u s

c h a n g e s can b e

made t o t h e

e l e m e n t s

o f t h e embodi


10/10

4 , 3 2 1 , 4 6 3

m e n t s t h a t

c o m p r i s e t h e i n v e n t i o n w i t h o u t

d e p a r t i n g

f r o m t h e

s p i r i t

a n d

s c o p e

t h e r e o f .

I c l a i m :

1 . A u s i c a l i n s t r u m e n t

i n c l u d i n g

a low

f r e q u e n c y

l a s e r ? b e r o p t i c

d e t e c t o r

a p p a r at us c o m p r i s i n g :

a

p l u r a l i t y

o f e l o n g a t e d o p t i c a l ? b e r means e a c h

hav

i n g a

l i g h t

r e c e i v i n g

e n d a n d

a

l i g h t


e n d ;

a p l u r a l i t y

o f

t e n s i o n means a s s o c i a te d r e s p e c t i v e l y

w i t h e a c h o f s a i d e l o n g a t e d o p t i c a l ? b e r

m e a n s

f o r

p u t t i n g a t ’

l e a s t

a

p o r t i o n

o f e a c h o f s a i d

e l o n g a t e d

o p t i c a l ? b e r means n t o t e n s i o n ;

a m u s i c a l i n s t r u m e n t body

means

f o r c a r r y i n g

s a i d

p l u r a l i t y

o f

o p t i c a l ? b e r m e a n s a n d s a i d p l u r a l i t y o f

t e n s i o n means;

c o h e r e n t l i g h t

s o u r c e means f o r i n t r o d u c i n g

c o h e r e n t

l i g h t

i n t o s a i d p l u r a l i t y o f e l o n g a t e d o p t i c a l ? b e r

m e a n s ; a n d ,

o p t i c a l

d e t e c t o r m e a n s

f o r

d e t e c t i n g t h e m u l t i - p at h

i n t e r f e r e n c e p a t te r n o f s a i d

l i g h t a s

r e c e i v e d b y s a i d

d e t e c t o r

means

t

t h e t r a n s m i t t i n g

e n d

o f

s a i d

p l u

r a l i t y o f e l o n g a t e d o p t i c a l

? b e r

m e a n s a n d c o n v e r t

i n g

s a i d

p a t t e r n

i n t o

a n e l e c t r i c a l s i g n a l ,

w h e r e i n low

f r e q u e n c y

v i b r a t i o n s i n

t h e

m u s i c a l f r e

q u e n c y

r a n g e i m p a r t e d t o s a i d e l o n g a t e d o p t i c a l

?ber

means a r e

d e t e c t e d

b y s a i d

d e t e c t o r means

and

c o n v e r t e d

i n t o

e l e c t r i c a l s i g n a l s h a v i n g a f r e

q u e n c y d i r e c t l y

p r o p o r t i o n a l t o

t h e


v i b r a t i o n o f

s a i d

e l o n g a t e d o p t i c a l ? b e r m e a n s .

2 .

The

a p p a r a t u s o f

c l a i m

1 w h e r e i n s a i d body

means

comprises

a g u i t a r body .

3 . The a p p a r a t u s

o f c l a i m 2

w h e r e i n s a i d c o h e r e n t

l i g h t s o u r c e means c o m p r i s e s a s o l i d s t a te l a s e r

d e v i c e .

4 . The a p p a r a t u s o f

c l a i m

3 w h e r e i n

s a i d

d e t e c t o r

means comprises a s q u a r e law d e t e c t o r .

5 . The

a p p a r a t u s

o f

c l a i m

4

f u r t he r i n c l u d i n g :

ampli?er means

connected t o

s a i d d e t e c t o r means f o r

a m p l i f y i n g

t h e o u t p u t t h e r e o f .


o f c l a i m 5

w h e r e i n s a i d t e n s i o n

means c o m p r i s e s :

2 0

2 5

3 0

3 5

40

4 5

5 5

6 0

6 5

1 0

a g e a r r a c k h a v i n g

t e e t h t h e r e o n a n d s l i d a b l y

r e

c e i v e d

i n

a

g r o o v e

i n

s a i d g u i t a r b o d y ;

a p i n i o n

g e a r h a v i n g

t e e t h

which

e n g a g e

s a i d

t e e t h

o f

s a i d g e a r r a c k ;

a

s h a f t

p a s s i n g t h r o u g h s a i d g e a r ;

m e a n s f o r r o t a t a b l y a t t a c h i n g s a i d s h a f t t o s a i d g u i t a r

b o d y ;

means on s a i d r a c k f o r c a r r y i n g a n d s u p p o r t i n g a t

l e a s t one

o f

s a i d e l o n g a t e d

o p t i c a l

?ber means;

b r a c k e t

means

a t t a c h e d t o s a i d r a c k

and

having a s l o t

t h e r e i n a d a p t e d t o r e c e i v e s a i d

s h a f t ; a n d ,

a

m a n i p u l a t a b l e

knob

means a t t a c h e d

t o

s a i d s h a f t

f o r

d r i v i n g

s a i d p i n i o n g e a r m e a n s b a c k a n d f o r t h

a l o n g

s a i d

g e a r

r a c k .


o f

c l a i m 6 f u r t h e r i n c l u d i n g

a

s p r i n g

m e a n s s u r r o u n d i n g s a i d

s h a f t f o r s e l e c t i v e l y

l o c k i n g

s a i d t e n s i o n means

i n a ?xed

l o c a t i o n .

8 . A

l o w

f r e q u e n c y i n t r u s i o n d e t e c t i o n

a p p a r a t u s

c o m p r i s i n g :

a t

l e a s t

one e l o n g a t e d

o p t i c a l

? b e r means h a v i n g a

l i g h t

r e c e i v i n g

e n d

a n d a

l i g h t


e n d ;

t e n s i o n means f o r

s t r e t c h i n g

s a i d o p t i c a l ? b e r means

s o

t h a t i t h a s a f u n d a m e n t a l f r e q u e n c y

below

2 0 , 0 0 0

c y c l e s p e r

s e c o n d ;

p r o t e c t i o n m e a n s

f o r

p r o t e c t i n g

s a i d

e l o n g a t e d o p t i

c a l

? b e r

means from t h e e n v i r o n m e n t ;

c o h e r e n t l i g h t s o u r c e means

f o r

i n t r o d u c i n g c o h e r e n t

l i g h t

i n t o s a i d

l i g h t r e c e i v i n g

e n d ;

a n d ,

o p t i c a l d e t e c t o r

means

f o r d e t e c t i n g t h e m u l ti - p a t h

i n t e r f e r e n c e p a t te r n o f s a i d

l i g h t

a s r e c e i v e d by a i d

d e t e c t o r means t t h e t r an s m i t t i n g end o f s a i d e l o n

g a t e d

o p t i c a l

? b e r m e a n s

a n d

c o n v e r t i n g

s a i d

p a t

t e r n

i n t o a n e l e c t r i c a l s i g n a l ,

w h e r e i n s a i d e l o n g a t e d o p t i c a l ? b e r

m e a n s

i s

b u r i e d

u n d e r g r o u n d a n d

s a i d

a p p a r a t u s i s r e s p o n s i v e t o

t h e ground

d i s t u r b a n c e o f

a n i n t r u d e r

t h e r e a b o v e .

9 . The a p p a r a t u s o f

c l a i m

8 w h e r e i n

s a i d

e l o n g a t e d

o p t i c a l ? b e r

means i s

b u r i e d between 1 8

a n d

3 6

i n

d e p t h

u n d e r g r o u n d

a n d h a s a l e n g t h o f

a p p r o x i m a t e l y

100 m e t e r s .

, 1

us patent 4321463 to inventor samuel stecher, entitled “low frequency laser detector for musical...

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