JP3147616B2 - Distributed waveguide sensor - Google Patents

Distributed waveguide sensor

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JP3147616B2
JP3147616B2 JP25593793A JP25593793A JP3147616B2 JP 3147616 B2 JP3147616 B2 JP 3147616B2 JP 25593793 A JP25593793 A JP 25593793A JP 25593793 A JP25593793 A JP 25593793A JP 3147616 B2 JP3147616 B2 JP 3147616B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光導波路等の導波路を
センサとする分布型センサに関し、特に導波路を伝搬す
る電磁波の状態変化に基づいて導波路に加わった磁界、
振動、衝撃及び音等の物理現象の発生位置や種類を検出
することができる分布型導波路センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a distributed sensor using a waveguide such as an optical waveguide as a sensor, and more particularly, to a magnetic field applied to a waveguide based on a change in state of an electromagnetic wave propagating through the waveguide.
The present invention relates to a distributed waveguide sensor that can detect the position and type of occurrence of physical phenomena such as vibration, shock, and sound.

【0002】[0002]

【従来の技術】導波路に加わった磁界、振動、衝撃及び
音等の物理現象を検出する装置には以下のような種々の
装置や方法が提案されている。
2. Description of the Related Art The following various devices and methods have been proposed for detecting physical phenomena such as magnetic fields, vibrations, shocks, and sounds applied to a waveguide.

【0003】(a) 光ファイバ中で発生した後方ラマン散
乱光を、OTDR(Optical Time DomainReflectometer,光パ
ルス試験器) の原理を用いて検出し、光ファイバに沿っ
た温度分布を測定するもの(特開平2−276932
号)。
(A) A device that detects backward Raman scattered light generated in an optical fiber using the principle of an optical time domain reflectometer (OTDR) and measures the temperature distribution along the optical fiber (particularly, Kaihei 2-276932
issue).

【0004】(b) 光ファイバ中で生じた偏波面の変化を
OTDRの手法(POTDR,Poralization OTDR) を用いて検出す
るもの(A.J.Rogers,Polarisation Optical Time Domai
n Re-flectometry,Electronics Letters 16,13,1980)。
(B) The change of the polarization plane generated in the optical fiber
Detection using OTDR method (POTDR, Polarization OTDR) (AJRogers, Polarization Optical Time Domai
n Re-flectometry, Electronics Letters 16, 13, 1980).

【0005】(c) 直交する2本の偏波面保存光ファイバ
の偏波軸に異なる周波数の光を入力し、出力光をヘテロ
ダイン検波することにより、2つの偏波軸間で偏波モー
ドの変換が生じた位置を求めるものがある。このうち後
方散乱光を用いるもの(F.Parvaneh et al,Freqency-Der
ived Distributed Optical-Fiber Sensing:A Heterodyn
ed Versionや英国特許GB2243908A)と、前進
波を用いるもの(偏波面保存光ファイバを用いた分布型
光ファイバセンサ、坪川他、応用物理学会光ファイバセ
ンサワークショップ、WOFS−4−4、1987)と
がある。
(C) Light of different frequencies is input to the polarization axes of two orthogonal polarization-maintaining optical fibers, and the output light is subjected to heterodyne detection to convert the polarization mode between the two polarization axes. There is a method for finding the position where the error occurs. Among them, those using backscattered light (F.Parvaneh et al, Freqency-Der
ived Distributed Optical-Fiber Sensing: A Heterodyn
ed Version and British Patent GB 2243908A) and those using forward waves (distributed optical fiber sensors using polarization-maintaining optical fibers, Tsubokawa et al., Optical Fiber Sensor Workshop of the Japan Society of Applied Physics, WOFS-4-4, 1987). There is.

【0006】(d) 光ファイバの片端からCW(Continuou
s Wave,連続) レーザの信号光を、他の片端からCW信
号光と波長がブリルアンシフト分だけ異なったパルス状
の励起光を入力し、パルス光の入射端でCW光強度の時
間変化を測定することにより、光ファイバに沿った歪分
布を測定するもの(堀口他、ブリルアン分光による光フ
ァイバの歪分布測定、電子情報通信学会論文誌、B−
I,J73−B−I,2,1990)。
(D) CW (Continuou) from one end of the optical fiber
(s Wave, continuous) Input the laser signal light, pulsed excitation light whose wavelength differs from the CW signal light by the Brillouin shift from the other end, and measure the time change of the CW light intensity at the pulse light incident end. Measurement of strain distribution along an optical fiber (Horiguchi et al., Strain distribution measurement of optical fiber by Brillouin spectroscopy, IEICE Transactions,
I, J73-BI, 2, 1990).

【0007】(e) 導波路として電線等の電気導体を用
い、送電線の途中で生じた短絡事故等の発生位置を、送
電線の両端で測定した電気サージの到達時間差を用いて
標定するもの(駒場他、超高圧地中送電線用サージ電流
受信型事故点標定装置の開発等、平成4年電気学会全国
大会、NO.1445)。
(E) Using an electric conductor such as an electric wire as a waveguide, and locating the occurrence position of a short circuit accident or the like occurring in the middle of the transmission line by using the arrival time difference of the electric surge measured at both ends of the transmission line. (Komaba et al., National Institute of Electrical Engineers of Japan 1992, NO.1445, including the development of a surge current receiving type fault locating device for ultra-high voltage underground transmission lines).

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た装置や方法には以下のような問題点がある。
However, the above-described apparatus and method have the following problems.

【0009】(a) 入射光の約1/108 の微弱な後方ラ
マン散乱光を検出するため、平均化処理を多数回行う必
要がある。そのため時間的に連続した物理量の測定を行
うことができず、しかも、測定対象とする物理現象が温
度だけに限定される。
(A) In order to detect weak backward Raman scattered light of about 1/10 8 of the incident light, it is necessary to perform averaging processing many times. Therefore, it is not possible to measure a temporally continuous physical quantity, and the physical phenomenon to be measured is limited to only the temperature.

【0010】(b) OTDRの手法を用いて後方散乱光を検出
するため、入射光の約1/105 の微弱な後方散乱光を
検出しなければならない。そのため(a) と同様に時間的
に連続した物理量の測定を行うことができない。また、
偏波面の変化は振動や温度や磁界等の種々の物理現象に
よって生じるため、偏波面の変化を時間的に離散的に測
定しただけでは何の物理現象かを特定することが困難で
ある。
(B) Since the backscattered light is detected by using the OTDR technique, a weak backscattered light of about 1/10 5 of the incident light must be detected. For this reason, it is not possible to measure temporally continuous physical quantities as in (a). Also,
Since the change in the polarization plane is caused by various physical phenomena such as vibration, temperature, and magnetic field, it is difficult to specify the physical phenomenon only by measuring the change in the polarization plane discretely in time.

【0011】(c) ヘテロダイン検波を行うための測定系
が複雑になる。また、センサ用光ファイバには高価な偏
波面保存光ファイバしか用いることができない。また、
前進光を検出する方式では原理的には信号の時間変化を
検知することも可能であるが、波形解析により物理現象
の特定を行うことは考慮されていない。
(C) A measurement system for performing heterodyne detection becomes complicated. Further, only expensive polarization-maintaining optical fibers can be used as the sensor optical fibers. Also,
In the method of detecting the forward light, it is possible in principle to detect a time change of a signal, but it is not considered to specify a physical phenomenon by waveform analysis.

【0012】(d) 歪の大きさに対応してブリルアンシフ
ト量が異なるため、測定ダイナミックレンジ及び分解能
によって決定される種類のブリルアンシフト波長での測
定を繰り返す必要があり、測定に時間がかかる。また、
測定対象が光ファイバの歪に限定される。
(D) Since the Brillouin shift amount differs according to the magnitude of the distortion, it is necessary to repeat the measurement at the Brillouin shift wavelength of the type determined by the measurement dynamic range and the resolution, and the measurement takes time. Also,
The measurement object is limited to the strain of the optical fiber.

【0013】(e) 電気導波路の両端まで電気サージが到
達するような大きい物理現象に対しては効果がある。し
かしながら、この方法は送電線路として機能している電
気導体を利用する方式であって、発生した電気サージを
効率よく伝搬させる工夫は特に行われてはいない。他
方、電気サージの減衰率は大きく、電気サージが途中で
減衰して電気導波路のいずれかの端で観測できないよう
な時には使用することができなかった。また、送電線の
事故電流のみを検出対象とし、他の物理現象に対しては
対応できないため、単に波形変化の生じた時間差から事
故の発生位置を標定する機能だけで十分であり、測定し
た波形を解析して物理現象の種類を特定することはでき
なかった。
(E) It is effective against a large physical phenomenon in which an electric surge reaches both ends of the electric waveguide. However, this method is a method using an electric conductor functioning as a transmission line, and there is no particular effort to efficiently propagate the generated electric surge. On the other hand, the attenuation rate of the electric surge is large, and it cannot be used when the electric surge is attenuated halfway and cannot be observed at any end of the electric waveguide. In addition, since only the fault current of the transmission line is detected and cannot respond to other physical phenomena, it is sufficient to simply locate the fault occurrence position from the time difference at which the waveform change occurred. Could not identify the type of physical phenomenon.

【0014】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、簡単な構成で、光ファイバ等の導波路に発生した物
理現象の種類やその発生位置を時間的に連続的に検出す
ることができる分布型導波路センサを提供することにあ
る。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to detect, with a simple configuration, the type of physical phenomenon occurring in a waveguide such as an optical fiber and its occurrence position continuously in time. It is to provide a distributed waveguide sensor that can be used.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、導波路の任意の位置に作用した物理現象を
検出する分布型導波路センサにおいて、導波路に物理現
象によって発生、あるいは、その状態が変化し導波路内
を進行波として伝搬する2組の電磁波を検出する検出手
段と、その検出手段で検出された2組の電磁波の状態の
時間変化の時間関係を解析して物理現象の発生位置を推
定する信号認識手段とを備えたものである。
According to the present invention, there is provided a distributed waveguide sensor for detecting a physical phenomenon acting on an arbitrary position of a waveguide. Detecting means for detecting two sets of electromagnetic waves whose states change and propagate in the waveguide as traveling waves, and analyzing the time relationship of the time change of the states of the two sets of electromagnetic waves detected by the detecting means, Signal recognition means for estimating the occurrence position of the phenomenon.

【0016】上記目的を達成するために本発明は、導波
路の任意の位置に作用した物理現象を検出する分布型導
波路センサにおいて、導波路に物理現象によって発生、
あるいは、その状態が変化し導波路内を進行波として伝
搬する2組の電磁波を検出する検出手段と、その検出手
段で検出された2組の電磁波の周波数スペクトル、継続
時間および減衰状態を解析して物理現象の種類を推定す
る信号認識手段とを備えたものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a distributed waveguide sensor for detecting a physical phenomenon acting on an arbitrary position of a waveguide.
Alternatively, the detecting means detects two sets of electromagnetic waves whose states change and propagates in the waveguide as traveling waves, and analyzes the frequency spectrum, duration and attenuation of the two sets of electromagnetic waves detected by the detecting means. Signal recognition means for estimating the type of physical phenomenon.

【0017】上記目的を達成するために本発明は、導波
路の任意の位置に作用した物理現象を検出する分布型導
波路センサにおいて、導波路に物理現象によって発生、
あるいは、その状態が変化し導波路内を進行波として伝
搬する2組の電磁波を検出する検出手段と、その検出手
段で検出された2組の電磁波の状態の時間変化の時間関
係、周波数スペクトル、継続時間および減衰状態を解析
して物理現象発生位置とその種類を推定する信号認識手
段とを備えたものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a distributed waveguide sensor for detecting a physical phenomenon acting on an arbitrary position of a waveguide.
Alternatively, detection means for detecting two sets of electromagnetic waves whose state changes and propagates as a traveling wave in the waveguide, and a time relationship of a time change of the two sets of electromagnetic waves detected by the detection means, a frequency spectrum, It is provided with signal recognition means for estimating the physical phenomenon occurrence position and its type by analyzing the duration and the attenuation state.

【0018】上記目的を達成するために本発明は、導波
路の任意の位置に作用した物理現象を検出する分布型導
波路センサにおいて、センサ用光ファイバの両端に接続
され、光分岐器及び偏光子の機能を有する偏光ビームス
プリッタと、それぞれの偏光ビームスプリッタの異なる
偏光軸と同軸になるように接続された光源と受光器とを
備え、受光器で検出された情報より物理現象の発生位置
を推定するものである。
In order to achieve the above object, the present invention relates to a distributed waveguide sensor for detecting a physical phenomenon acting on an arbitrary position of a waveguide. A polarization beam splitter having the function of a photodetector, a light source and a light receiver connected so as to be coaxial with different polarization axes of the respective polarization beam splitters, and a position at which a physical phenomenon occurs based on information detected by the light receiver. It is an estimate.

【0019】上記目的を達成するために本発明は、導波
路の任意の位置に作用した物理現象を検出する分布型導
波路センサにおいて、センサ用の光ファイバに連続光を
入射し、物理現象が光ファイバに加わることにより光フ
ァイバ中の偏波状態に変化が現われ、これを受光器によ
って検出することにより、物理現象の発生した位置まで
の距離及び時間を連続して検知するようにしたものであ
る。
In order to achieve the above object, the present invention relates to a distributed waveguide sensor for detecting a physical phenomenon acting on an arbitrary position of a waveguide, wherein continuous light is incident on an optical fiber for the sensor. The polarization state in the optical fiber changes when it is applied to the optical fiber, and by detecting this with a light receiver, the distance and time to the position where the physical phenomenon occurs is continuously detected. is there.

【0020】[0020]

【作用】上記構成によれば、導波路に物理現象によって
発生、あるいは、その状態が変化し導波路内を進行波と
して伝搬する2組の電磁波を検出し、検出された2組の
電磁波の状態の時間変化開始時刻の差などの時間関係や
波形等を解析して物理現象の発生位置を推定したり、検
出された2組の電磁波の状態の時間変化の時間関係、波
形の周波数スペクトル、継続時間および減衰状態などを
解析して物理現象の種類を推定したりする。このよう
に、時間的に連続して導波路の状態が監視されるので、
導波路に発生した瞬間的な物理現象や連続して発生した
物理現象の発生位置や種類を推定することができる。
According to the above construction, two sets of electromagnetic waves generated or changed in the waveguide due to physical phenomena and propagating as a traveling wave in the waveguide are detected, and the states of the detected two sets of electromagnetic waves are detected. Analyze the time relationship such as the difference in the time change start time and the waveform, etc. to estimate the occurrence position of physical phenomena, the time relationship of the time change of the detected two sets of electromagnetic waves, the frequency spectrum of the waveform, the continuation It analyzes the time and attenuation state to estimate the type of physical phenomenon. As described above, since the state of the waveguide is continuously monitored over time,
It is possible to estimate the instantaneous physical phenomena generated in the waveguide and the positions and types of the physical phenomena that occur continuously.

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0022】図1は本発明の分布型導波路センサの一実
施例の概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram of one embodiment of the distributed waveguide sensor of the present invention.

【0023】同図において、1は導波路としてのセンサ
用光ファイバであり、その両端には光分岐器21、22
がそれぞれ接続されている。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a sensor optical fiber as a waveguide, and optical splitters 21 and 22 are provided at both ends thereof.
Are connected respectively.

【0024】光分岐器21の入力端には接続用光ファイ
バ11を介して光源31が接続され、光分岐器22の入
力端には接続用光ファイバ12を介して光源32が接続
されている。光源31、32には例えば一定出力(C
W)のレーザ光を発振するレーザが用いられる。
A light source 31 is connected to the input end of the optical splitter 21 via the connection optical fiber 11, and a light source 32 is connected to the input end of the optical splitter 22 via the connection optical fiber 12. . The light sources 31 and 32 have, for example, a constant output (C
A laser that oscillates the laser light of W) is used.

【0025】光分岐器21の出力端には接続用光ファイ
バ13を介して検出手段としての光受信機41が接続さ
れており、この光受信機41は光源32から出射された
レーザ光を受光して電気信号に変換するようになってい
る。光分岐器22の出力端には接続用光ファイバ14を
介して検出手段としての光受信機42が接続されてお
り、この光受信機42は光源31から出射されたレーザ
光を受光して電気信号に変換するようになっている。す
なわちセンサ用光ファイバ1の中には常に互いに逆方向
に進むレーザ光が伝搬するようになっており、光受信機
41はセンサ用光ファイバ1内を図の左側へ進むレーザ
光の光量の変化を時間的に連続して監視し、光受信機4
2はセンサ用光ファイバ1内を図の右側へ進むレーザ光
の光量の変化を監視することができるようになってい
る。両光受信機41、42は光電気変換素子として例え
ばフォトダイオードやアバランシェ・フォトダイオード
を用い、この出力段は電流−電圧変換回路、増幅回路等
の電子回路を有する。両光受信機41、42は受信信号
処理部51、52にそれぞれ接続されている。
An optical receiver 41 as a detecting means is connected to the output end of the optical branching device 21 via the connecting optical fiber 13, and the optical receiver 41 receives the laser light emitted from the light source 32. And converts it into an electric signal. The output end of the optical splitter 22 is connected to an optical receiver 42 as a detecting means via the connecting optical fiber 14, and the optical receiver 42 receives the laser beam emitted from the light source 31 and It converts to a signal. That is, laser beams traveling in opposite directions always propagate through the optical fiber for sensor 1, and the optical receiver 41 changes the amount of the laser beam traveling to the left side of the figure in the optical fiber for sensor 1. Is continuously monitored over time, and the optical receiver 4
Numeral 2 can monitor a change in the amount of laser light traveling in the sensor optical fiber 1 to the right in the figure. Both optical receivers 41 and 42 use, for example, a photodiode or an avalanche photodiode as a photoelectric conversion element, and this output stage has an electronic circuit such as a current-voltage conversion circuit and an amplification circuit. The two optical receivers 41 and 42 are connected to received signal processing units 51 and 52, respectively.

【0026】受信信号処理部51は、内蔵された信号レ
ベル比較器(図示せず)等により光受信機41からの出
力信号の波形の変化開始時刻を求め、受信信号処理部5
2は、内蔵された信号レベル比較器(図示せず)等によ
り光受信機42からの出力信号の波形の変化開始時刻を
求めるようになっている。両受信信号処理部51、52
は信号認識部53に接続されている。
The received signal processing unit 51 obtains the change start time of the waveform of the output signal from the optical receiver 41 by using a built-in signal level comparator (not shown) or the like.
Numeral 2 determines the change start time of the waveform of the output signal from the optical receiver 42 using a built-in signal level comparator (not shown) or the like. Both reception signal processing units 51 and 52
Are connected to the signal recognition unit 53.

【0027】信号認識部53は、光受信機41、42で
検出された出力信号波形の時間変化開始時刻の差などの
時間関係や波形等を解析して物理現象の発生位置を推定
すると共に、光受信機41、42で検出された出力信号
波形の変化の時間関係、波形の周波数スペクトル、継続
時間および減衰状態などを解析して物理現象の種類を推
定するようになっている。例えば温度は比較的ゆっくり
ランダムに変化するが、雷電流は一般に立上がりが数μ
secで立ち下がりが数十μsecのパルス状に変化す
るのでこのような波形の違いにより検知するようになっ
ている。
The signal recognizing unit 53 analyzes a time relationship such as a difference between time points at which the output signal waveforms detected by the optical receivers 41 and 42 change with time, a waveform, and the like, and estimates a physical phenomenon occurrence position. The type of the physical phenomenon is estimated by analyzing the time relationship of the change of the output signal waveform detected by the optical receivers 41 and 42, the frequency spectrum of the waveform, the duration, the attenuation state, and the like. For example, the temperature changes relatively slowly and randomly, but the lightning current generally rises several μm.
Since the fall changes into a pulse shape of several tens of μsec in seconds, detection is made based on such a difference in waveform.

【0028】ここで、光分岐器21からセンサ用光ファ
イバ1を経由して光分岐器22までの距離をL0とし、
センサ用光ファイバ1中の光の伝搬速度をvとし、セン
サ用光ファイバ1に沿った距離の原点を光分岐器21と
し、接続用光ファイバ12、14の長さをそれぞれL1
2,L14とする。
Here, the distance from the optical splitter 21 to the optical splitter 22 via the sensor optical fiber 1 is L0,
The propagation speed of light in the optical fiber for sensor 1 is represented by v, the origin of the distance along the optical fiber for sensor 1 is represented by an optical splitter 21, and the lengths of the connecting optical fibers 12 and 14 are respectively represented by L1.
2, L14.

【0029】時刻t0 でセンサ用光ファイバ1上の距離
xにおける地点(以下P地点)に、物理現象(振動、外
力、温度変化等)が発生して、瞬間的に物理量として例
えば外力が加わった場合、P地点におけるセンサ用光フ
ァイバ1の伝送損失(マイクロベンド損失によって発生
する)が一時的に変化する。これによりセンサ用光ファ
イバ1を互いに逆方向に進むレーザ光の光量が変化して
この変化がそのままセンサ用光ファイバ1内を進行波
(電磁波)として伝搬する。尚、ここでは仮に図の右側
方向に伝搬する進行波を前進波とし、図の左側方向に伝
搬する進行波を後進波として説明する。
At time t 0 , a physical phenomenon (vibration, external force, temperature change, etc.) occurs at a point (hereinafter, point P) at a distance x on the sensor optical fiber 1, and an external force, for example, is instantaneously applied as a physical quantity. In this case, the transmission loss of the sensor optical fiber 1 at the point P (generated by the microbend loss) temporarily changes. As a result, the amount of laser light traveling in the sensor optical fiber 1 in the opposite direction changes, and this change propagates as it is in the sensor optical fiber 1 as a traveling wave (electromagnetic wave). It is assumed that a traveling wave propagating in the right direction in the drawing is a forward wave and a traveling wave propagating in the left direction in the drawing is a backward wave.

【0030】外力が加わった時刻t0 を基準としたとき
の光受信機41、42の出力の時間変化は図2(a)お
よび図2(b)のようになる。
FIGS. 2 (a) and 2 (b) show temporal changes in the outputs of the optical receivers 41 and 42 with reference to the time t 0 when an external force is applied.

【0031】ここで、図2(a)および図2(b)は図
1に示した両光受信機で検出される波形を示す図であ
る。同図(a)において縦軸は光受信機42の出力を示
し、横軸は時間を示している。同図(b)において縦軸
は光受信機41の出力を示し、横軸は時間を示してい
る。
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing waveforms detected by the two optical receivers shown in FIG. In FIG. 7A, the vertical axis indicates the output of the optical receiver 42, and the horizontal axis indicates time. In FIG. 3B, the vertical axis indicates the output of the optical receiver 41, and the horizontal axis indicates time.

【0032】光受信機42の出力は、最初は一定値y1
であるが、時刻t1 から変動を開始する。この変動は上
述したようにセンサ用光ファイバ1のP地点に外力が加
わり、P地点の伝送損失が変化することにより生じたも
のであり、前進波を示している。従って時刻t1 と時刻
0 との時間差t10は光源31から出射した光がP地点
から光受信機42に到達する時間に等しく、数1のよう
に表すことができる。
The output of the optical receiver 42 initially has a constant value y1
, But starts to fluctuate at time t 1 . As described above, this fluctuation is caused by an external force applied to the point P of the sensor optical fiber 1 and the transmission loss at the point P changes, and indicates a forward wave. Thus the time difference t 10 between the time t 1 and time t 0 is equal to the time which the light emitted from the light source 31 reaches the optical receiver 42 from the point P can be expressed as in equation 1.

【0033】[0033]

【数1】 t10=t1 −t0 =((L0−x)+L14)/v 光受信機41の出力の変動(後進波)を開始する時刻t
2 と時刻t0 との時間差t20も同様に数2のように表す
ことができる。
[Number 1] t 10 = t 1 -t 0 = ((L0-x) + L14) / v Time starts varying (backward wave) of the output of the optical receiver 41 t
2 and the time t 0 the time difference t 20 and also can be expressed as in equation 2 as well.

【0034】[0034]

【数2】t20=t2 −t0 =(x+L13)/v 従って、距離xは数3のように表すことができる。T 20 = t 2 −t 0 = (x + L13) / v Therefore, the distance x can be expressed as in the following equation (3).

【0035】[0035]

【数3】x=((t2 −t1 )×v+L0+(L14−
L13)) また、外力がセンサ用光ファイバ1に加わった時刻t0
も数4のように表すことができる。
X = ((t 2 −t 1 ) × v + L0 + (L14−
L13)) Time t 0 when an external force is applied to the sensor optical fiber 1.
Can also be expressed as Equation 4.

【0036】[0036]

【数4】t0 =t2 −(x+L13)/v 信号認識部53では数3に従ってセンサ用光ファイバ1
に外力が加わった地点Pまでの距離xを正確に求めるよ
うになっている。また、必要に応じ、信号認識部53で
は数4に従って外力がセンサ用光ファイバ1に加わった
時刻t0 を求めることもできる。信号認識部53では、
受信信号処理部51、52で検出した信号が検出対象の
物理現象によるものか否かを受信波形の周波数スペクト
ル分布や信号の減衰時間などに基づいて判断する(すな
わち外力か振動か温度変化か等の物理現象の種類を推定
する)。この判断を距離xや時刻t0 を求める前に行う
ことができる場合は、受信信号処理部51、52で検出
した信号が検出対象でなければ、信号認識部53での位
置検出や、時刻検出は行わなくてもよいことになる。
T 0 = t 2 − (x + L13) / v In the signal recognition unit 53, the sensor optical fiber 1
The distance x to the point P to which the external force is applied is accurately obtained. If necessary, the signal recognizing unit 53 can also calculate the time t 0 at which an external force is applied to the sensor optical fiber 1 according to Equation 4. In the signal recognition unit 53,
It is determined whether or not the signals detected by the reception signal processing units 51 and 52 are due to the physical phenomenon to be detected based on the frequency spectrum distribution of the reception waveform, the decay time of the signal, and the like (ie, whether external force, vibration, temperature change, etc.). Estimating the type of physical phenomenon). If this determination can be made before obtaining the distance x and the time t 0 , if the signals detected by the reception signal processing units 51 and 52 are not the detection targets, the position detection by the signal recognition unit 53 or the time detection Need not be performed.

【0037】次に実施例の作用を述べる。Next, the operation of the embodiment will be described.

【0038】センサ用光ファイバ1に物理現象によって
発生しセンサ用光ファイバ1内を前進波および後進波と
して伝搬する2組の電磁波を検出し、検出された2組の
電磁波の状態の時間変化開始時刻の差などの時間関係や
波形等を解析して物理現象の発生位置を推定したり、検
出された2組の電磁波の状態の時間変化の時間関係、波
形の周波数スペクトル、継続時間および減衰状態などを
解析して物理現象の種類を推定したりする。このよう
に、時間的に連続してセンサ用光ファイバ1が監視され
るので、センサ用光ファイバ1に発生した瞬間的な物理
現象や連続して発生した物理現象の発生位置や種類を推
定することができる。
[0038] Two sets of electromagnetic waves generated by the physical phenomenon in the sensor optical fiber 1 and propagating in the sensor optical fiber 1 as a forward wave and a backward wave are detected, and the time change of the states of the detected two sets of electromagnetic waves is started. Estimate the location of physical phenomena by analyzing the time relationship such as the time difference and the waveform, etc., the time relationship of the time change of the state of two detected electromagnetic waves, the frequency spectrum of the waveform, the duration and the attenuation state Or the like to estimate the type of physical phenomenon. As described above, since the sensor optical fiber 1 is monitored continuously in time, the instantaneous physical phenomena occurring in the sensor optical fiber 1 and the occurrence positions and types of the continuous physical phenomena are estimated. be able to.

【0039】次に、物理量がセンサ用光ファイバ1に加
わった地点Pを求める他の方法について以下述べる。
Next, another method for obtaining the point P at which the physical quantity is added to the sensor optical fiber 1 will be described below.

【0040】光受信機41の出力と光受信機42の出力
とをn×δt(n=1、2、3…)だけ時間遅延させた
ものとの相関を取り、数3のt2 −t1 を最も相関度の
高い時間遅延Δtに置き換えて距離xを求める(t2
1 =Δt)こともできる。この場合、ノイズが光受信
機41、42の出力に多少重畳していてもその影響を受
けずに距離xを正確に求めることができる。相関処理に
はニューラルネットワーク等の人工知能処理を用いても
よい。この場合、センサ用光ファイバ1はマルチモード
またはシングルモードのいずれであってもよいが、距離
分解能を高くするためには、シングルモードファイバの
方が好ましい。光分岐器21、22は波長依存性の無い
ものであってもよいが、光源31、32に異なる波長の
ものを使用する場合、波長分離機能を有するものを使用
した方が光分岐部での損失を小さくすることができる。
[0040] correlates with what the outputs of the light receiver 42 of the light receiver 41 is delayed n × δt (n = 1,2,3 ... ) for a time, the number 3 of t 2 -t The distance x is obtained by replacing 1 with the time delay Δt having the highest correlation (t 2
t 1 = Δt). In this case, even if noise slightly overlaps the outputs of the optical receivers 41 and 42, the distance x can be accurately obtained without being affected by the noise. An artificial intelligence process such as a neural network may be used for the correlation process. In this case, the sensor optical fiber 1 may be either multi-mode or single-mode, but a single-mode fiber is more preferable in order to increase the distance resolution. The optical splitters 21 and 22 may have no wavelength dependency. However, when light sources having different wavelengths are used for the light sources 31 and 32, it is better to use one having a wavelength separation function in the optical splitter. Loss can be reduced.

【0041】図3は本発明の分布型導波路センサの他の
実施例の概略図である。
FIG. 3 is a schematic view of another embodiment of the distributed waveguide sensor of the present invention.

【0042】図1に示した実施例との相違点は、センサ
用光ファイバ内を伝搬する光の偏波面の状態変化を用い
る点であり、光受信機をセンサ用光ファイバ1の両端末
でそれぞれ2組ずつ(41a、41bおよび42a、4
2b)用いており、その2組はそれぞれ偏光ビームスプ
リッタ61、62の直交する偏波軸の出力に接続されて
いる点である。
The difference from the embodiment shown in FIG. 1 is that a change in the state of the polarization plane of light propagating in the optical fiber for sensor is used. Each two sets (41a, 41b and 42a, 4
2b) The two sets are connected to the outputs of the orthogonal polarization axes of the polarization beam splitters 61 and 62, respectively.

【0043】一般に偏波面保存光ファイバ等のシングル
モード光ファイバを伝搬する光の偏波面は磁界、圧力、
振動および温度等により変化する。本実施例はこの変化
を検出するものである。
In general, the polarization plane of light propagating through a single-mode optical fiber such as a polarization-maintaining optical fiber has a magnetic field, pressure,
It changes with vibration and temperature. The present embodiment detects this change.

【0044】光源31、32には直線偏光出力のものが
用いられ、センサ用光ファイバ1はシングルモード光フ
ァイバであり、その中でも偏波面保存特性のよい光ファ
イバを使用するのが好ましい。
The light sources 31 and 32 have a linearly polarized light output, and the sensor optical fiber 1 is a single mode optical fiber. Among them, it is preferable to use an optical fiber having good polarization preserving characteristics.

【0045】光受信機41a、41bの出力は受信信号
処理部51に接続され、光受信機42a、42bの出力
は受信信号処理部52に接続されている。受信信号処理
部51、52の出力は信号認識部53に接続されてい
る。時刻t0 にセンサ用光ファイバ1のP地点に瞬間的
に物理量が加えられたときの各光受信機41a、41
b、42a、42bの出力波形は図4(a)〜図4
(d)のようになる。
Outputs of the optical receivers 41a and 41b are connected to a reception signal processing unit 51, and outputs of the optical receivers 42a and 42b are connected to a reception signal processing unit 52. Outputs of the reception signal processing units 51 and 52 are connected to a signal recognition unit 53. Time t 0 to the optical receiver 41a when the physical quantity is applied instantaneously to the point P of the optical fiber for the sensor 1, 41
b, 42a and 42b are output waveforms shown in FIGS.
(D).

【0046】図4(a)〜図4(d)は図3に示した光
受信機の出力と時間との関係を示す図である。
FIGS. 4A to 4D are diagrams showing the relationship between the output of the optical receiver shown in FIG. 3 and time.

【0047】同図(a)〜同図(d)において縦軸は光
受信機の出力をそれぞれ示し、横軸はそれぞれ時間を示
している。
6A to 6D, the vertical axis represents the output of the optical receiver, and the horizontal axis represents time.

【0048】光受信機41aと光受信機41bとは、互
いに直交する偏波軸の出力であり、時刻t0 から時刻t
1 までは両方とも略一定値であり、時刻t1 から変化し
ている。これらの変化している部分の波形は異なるが、
変化開始時刻は同じである。このことは、光受信機42
a、42bの出力についても同様である。従って、光受
信機41aの出力および光受信機41bの出力のいずれ
か一方または両方の平均値から時刻t1 を求め、光受信
機42aの出力および光受信機42bの出力のいずれか
一方または両方の平均値から時刻t2 を求め、数3、数
4から物理量がセンサ用光ファイバ1に加わった地点P
までの距離xおよび時刻t0 を推定することができる。
The optical receiver 41a and the optical receiver 41b have outputs of polarization axes orthogonal to each other, and are output from time t 0 to time t
Both up 1 is substantially constant value has changed from the time t 1. The waveforms of these changing parts are different,
The change start time is the same. This means that the optical receiver 42
The same applies to the outputs a and b. Therefore, the time t 1 is obtained from the average value of one or both of the output of the optical receiver 41a and the output of the optical receiver 41b, and one or both of the output of the optical receiver 42a and the output of the optical receiver 42b are obtained. The time t 2 is obtained from the average value of the above, and the point P where the physical quantity is added to the sensor optical fiber 1 is obtained from Equations 3 and 4.
, And the time t 0 can be estimated.

【0049】また、光源31、32の出力が変動したり
して検出対象の現象以外の要因で光受信機41a、41
b、42a、42bの出力が変動することも考えられ
る。このような場合には、光受信機41a、41b、4
2a、42bの出力を、例えば数5または数6を用いる
ことによって、それぞれ直交する偏波の受信結果の2乗
和で規格化した後に用いることで出力の変動による影響
を避けることができる。
Further, the output of the light sources 31 and 32 fluctuates and the optical receivers 41a and 41a are caused by factors other than the phenomenon to be detected.
It is also conceivable that the outputs of b, 42a and 42b fluctuate. In such a case, the optical receivers 41a, 41b, 4
By using the outputs of 2a and 42b, for example, by using Equation 5 or Equation 6 and normalizing them by the sum of squares of the reception results of orthogonal polarizations, it is possible to avoid the influence of output fluctuation.

【0050】[0050]

【数5】Sij′=Sij/(√(Sia2 +Si
2 ));i=1、2;j=a、b
## EQU5 ## Sij '= Sij / (√ (Sia 2 + Si)
b 2 )); i = 1, 2; j = a, b

【0051】[0051]

【数6】Sij′=Sij/(Sia2 +Sib2 );
i=1、2;j=a、b 次にガス管の漏れ音等の任意の地点で連続して生じる物
理現象を検出する場合について述べる。
Sj '= Sij / (Sia 2 + Sib 2 );
i = 1, 2; j = a, b Next, a description will be given of a case where a physical phenomenon continuously occurring at an arbitrary point such as a leak sound of a gas pipe is detected.

【0052】連続的に発生する物理現象でも全く一定の
状態で継続することはほとんどなく、一般的には状態は
常に変動していると考えられる。このような場合、図1
に示したセンサ用光ファイバの両端で観測される波形は
図5に示すように、ある時刻t10における波形と、ある
時刻t20における波形とを合わせるとほとんど同一の形
状になる。従って同一形状になるような時刻t10、t20
を2波形の相関計算結果が最大になる時間ずれから求め
るなどして、これらの時刻t10、t20をそれぞれ時刻t
1 、t2 に置き換えることにより、任意の地点で連続的
に発生する物理現象でもその発生位置を推定することが
できる。
Even a physical phenomenon that occurs continuously rarely continues in a completely constant state, and it is generally considered that the state always fluctuates. In such a case, FIG.
The waveform observed at both ends of the optical fiber for the sensor shown in as shown in FIG. 5, a waveform at a certain time t 10, it is almost the same shape when combining the waveform at a certain time t 20. Therefore, at times t 10 and t 20 at which the same shape is obtained.
Are obtained from the time lag at which the correlation calculation result of the two waveforms becomes maximum, and these times t 10 and t 20 are respectively calculated at the time t
By substituting 1 and t 2 , the occurrence position of a physical phenomenon that continuously occurs at an arbitrary point can be estimated.

【0053】尚、図5は、連続した物理現象に対して図
1に示した分布型導波路センサに適用した場合の波形処
理を説明するための説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining waveform processing when applied to the distributed waveguide sensor shown in FIG. 1 for continuous physical phenomena.

【0054】次に異なる2地点で同時に物理現象が発生
した場合について説明する。
Next, a case where physical phenomena occur simultaneously at two different points will be described.

【0055】図6(a)および図6(b)は異なる2地
点で同時に物理現象が発生した場合に、図1に示した分
布型導波路センサの波形処理を説明するための説明図で
ある。図6(a)および図6(b)において横軸は時間
を示し、縦軸は光受信機の出力をそれぞれ示している。
FIGS. 6A and 6B are explanatory diagrams for explaining the waveform processing of the distributed waveguide sensor shown in FIG. 1 when a physical phenomenon occurs simultaneously at two different points. . 6A and 6B, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the output of the optical receiver.

【0056】センサ用光ファイバ1の両端での波形は、
2地点での物理現象を受ける順番が異なるため、同一形
状の波形とはならず、光ファイバ上の地点x1 (図示せ
ず)で発生した物理現象による波形の変化開始時刻
11、t21および光ファイバ上の地点x2 (図示せず)
で発生した物理現象による波形の変化開始時刻t12、t
22は、図6(a)および図6(b)にそれぞれ示されて
いる。
The waveforms at both ends of the sensor optical fiber 1 are as follows:
Since the order of receiving the physical phenomena at the two points is different, the waveforms do not have the same shape, and the waveform change start times t 11 and t 21 due to the physical phenomena generated at the point x 1 (not shown) on the optical fiber. And point x 2 on optical fiber (not shown)
Change start time t 12 , t due to the physical phenomenon generated in
22 are shown in FIGS. 6A and 6B, respectively.

【0057】従って、両波形の時間関係をずらしながら
相関を取り、相関結果が極大となる時間ずれから時刻t
11、t12、t21、t22を求めればよい。
Therefore, the correlation is obtained while shifting the time relationship between the two waveforms, and the time t is calculated from the time lag at which the correlation result becomes maximum.
11, t 12, may be determined to t 21, t 22.

【0058】図7は本発明の分布型導波路センサの他の
実施例の概略図である。
FIG. 7 is a schematic view of another embodiment of the distributed waveguide sensor of the present invention.

【0059】上述した実施例では、1本のセンサ用光フ
ァイバの両端で測定を行う方式について述べたが、併設
されると共に一端が互いに接続された2本の光ファイバ
をセンサ用光ファイバとして用いることもできる。
In the above-described embodiment, the method of performing measurement at both ends of one optical fiber for a sensor has been described. However, two optical fibers which are provided side by side and connected to each other at one end are used as optical fibers for a sensor. You can also.

【0060】同図において、センサ用光ファイバ1aの
一端(図の左側)には連続光を発生する光源30が接続
され、センサ用光ファイバ1aの他端はセンサ用光ファ
イバ1aに併設されると共に、一端が接続されたセンサ
用光ファイバ1bが接続されている。このセンサ用光フ
ァイバ1bの他端は偏光ビームスプリッタ60を介して
偏波出力が直交する方向にそれぞれ受光機40a、40
bに接続されている。受光機40a、40bの出力は受
信信号処理部51に接続されている。受信信号処理部5
1の出力は、信号認識部53に接続されている。
In the figure, a light source 30 for generating continuous light is connected to one end (left side in the figure) of the sensor optical fiber 1a, and the other end of the sensor optical fiber 1a is provided alongside the sensor optical fiber 1a. At the same time, a sensor optical fiber 1b to which one end is connected is connected. The other end of the optical fiber for sensor 1b is connected via the polarizing beam splitter 60 in the direction in which the polarization outputs are orthogonal to each other.
b. Outputs of the light receivers 40a and 40b are connected to a reception signal processing unit 51. Received signal processing unit 5
The output of 1 is connected to the signal recognition unit 53.

【0061】距離xの地点Pにパルス幅約1μsecの
磁界が加わったときの受光機40a,40bの出力は図
8(a)および図8(b)に示すように2つのパルス波
形が観測される。
When a magnetic field having a pulse width of about 1 μsec is applied to a point P at a distance x, two pulse waveforms are observed from the outputs of the photodetectors 40a and 40b as shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b). You.

【0062】図8(a)および図8(b)は図7に示し
た分布型導波路センサで検出される波形の説明図であ
る。同図において、横軸は時間を示し、縦軸は受光機の
出力をそれぞれ示している。
FIGS. 8A and 8B are explanatory diagrams of waveforms detected by the distributed waveguide sensor shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the output of the light receiver.

【0063】これら2つのパルスの時間差δt12と距離
xとの関係は数7で表される。
The relationship between the time difference δt 12 between these two pulses and the distance x is expressed by equation (7).

【0064】[0064]

【数7】x=L0 −L1 但し、L1=(δt12×v)/2 この数7によって、センサ用光ファイバ1a、1bに加
わった磁界の位置(距離)を求めることができる。波形
処理などの処理は前述した実施例と同様の方法を適用す
ることができる。この分布型導波路センサは、比較的短
時間内に発生する物理現象の検出に対応することがで
き、光源30や受光機40a、40b等からなる検出部
を一か所に設置することが容易である。また、光源30
と受光機40a、40bとが1組でよいため、検出部を
小型化することができる。
X = L 0 −L 1 where L1 = (δt 12 × v) / 2 The position (distance) of the magnetic field applied to the sensor optical fibers 1a and 1b can be obtained from the expression (7). For processing such as waveform processing, the same method as in the above-described embodiment can be applied. This distributed waveguide sensor can detect physical phenomena occurring within a relatively short period of time, and can easily install a detection unit including the light source 30 and the light receivers 40a and 40b in one place. It is. The light source 30
And the light receivers 40a and 40b may be a single set, so that the size of the detection unit can be reduced.

【0065】次に導波路として結合長の異なる複数のセ
ンサ用光ファイバを用いる場合について述べる。
Next, a case where a plurality of sensor optical fibers having different coupling lengths are used as the waveguide will be described.

【0066】偏波面保存光ファイバの偏波状態の変化の
し易さは、その結合長によって決まる。従って、結合長
が決まると、検出することのできる感度やダイナミック
レンジが決まる。そこで、結合長の異なる複数の偏波面
保存光ファイバを併設して用いることにより、高感度、
かつ、広ダイナミックレンジでの検出が可能となる。
The ease of change of the polarization state of the polarization-maintaining optical fiber is determined by its coupling length. Therefore, once the coupling length is determined, the detectable sensitivity and dynamic range are determined. Therefore, by using a plurality of polarization-maintaining optical fibers with different coupling lengths in parallel, high sensitivity,
In addition, detection in a wide dynamic range becomes possible.

【0067】次に多点型の分布型導波路センサについて
述べる。
Next, a multi-point distributed waveguide sensor will be described.

【0068】物理現象に対して検出対象の伝搬波の状態
変化を起こさないような不感導波路を複数本直列に接続
し、これらの不感導波路の間に物理現象に対して伝搬波
の状態変化を生じるような導波路や専用センサ等のセン
サ部を挿入することにより、多点型の分布型導波路セン
サを構成することができる。例えば、振動を検知する場
合、不感導波路としては、結合長が短く振動に対して偏
波状態の変化が起きにくい偏波面保存光ファイバを用
い、センサ部には結合長が長く振動に対して偏波状態の
変化が起きやすい偏波面保存光ファイバやシングルモー
ド光ファイバを用いること等が考えられる。多点型の場
合、センサ部の位置のみに対応した時間ずれでの相関処
理を行えばよいため、検出部を簡略化することができ
る。
A plurality of insensitive waveguides are connected in series so as not to cause a change in the state of the propagation wave to be detected in response to a physical phenomenon, and a state change of the propagating wave in response to the physical phenomenon is provided between these insensitive waveguides. By inserting a sensor part such as a waveguide or a dedicated sensor that causes the above, a multi-point distributed waveguide sensor can be configured. For example, when detecting vibration, use a polarization-maintaining optical fiber whose coupling length is short and the polarization state does not easily change with vibration as the insensitive waveguide, and the coupling length is long and the sensor has a long coupling length against vibration. It is conceivable to use a polarization-maintaining single-mode fiber or a polarization-maintaining single-mode fiber in which the polarization state easily changes. In the case of the multipoint type, since the correlation process only needs to be performed with a time lag corresponding to the position of the sensor unit, the detection unit can be simplified.

【0069】図9は本発明の分布型導波路センサの他の
実施例の概略図である。
FIG. 9 is a schematic view of another embodiment of the distributed waveguide sensor of the present invention.

【0070】図1に示した実施例との相違点は導波路に
電気導体を用いた点である。
The difference from the embodiment shown in FIG. 1 is that an electric conductor is used for the waveguide.

【0071】この場合伝送損失を小さくすることのでき
る同軸ケーブルを用いると高性能の分布型導波路センサ
を構成することができる。
In this case, if a coaxial cable that can reduce transmission loss is used, a high-performance distributed waveguide sensor can be constructed.

【0072】図9において、センサ用同軸ケーブル19
の一端(図では左側)には、分岐器29および接続用同
軸ケーブル19aを介して直流電源33と受信機43と
が接続されている。センサ用同軸ケーブル19の他端
(図では右側)には受信機44が接続されている。受信
機43、44の出力は上述した実施例と同様に受信信号
処理部51、52にそれぞれ接続されており、両受信信
号処理部51、52の出力は信号認識部53に接続され
ている。
In FIG. 9, the sensor coaxial cable 19
The DC power supply 33 and the receiver 43 are connected to one end (the left side in the figure) of the device via the branching device 29 and the connecting coaxial cable 19a. A receiver 44 is connected to the other end (right side in the figure) of the sensor coaxial cable 19. Outputs of the receivers 43 and 44 are connected to reception signal processing units 51 and 52, respectively, as in the above-described embodiment. Outputs of both reception signal processing units 51 and 52 are connected to a signal recognition unit 53.

【0073】センサ用同軸ケーブル19のP地点に瞬間
的に外力が加わると、その位置でのセンサ用同軸ケーブ
ル19のインピーダンスが変化してパルス波が発生す
る。発生したパルス波(進行波)はP地点からセンサ用
同軸ケーブル19の両端に向かって伝搬を開始する。こ
れら2つのパルス波(前進波および後進波)をセンサ用
同軸ケーブル19の両端側の受信機43、44で受信
し、これまでの実施例で述べたような処理を行うことに
より、同軸ケーブル19の外力の加わった地点P(距離
x)を求めることができる。
When an external force is momentarily applied to the point P of the sensor coaxial cable 19, the impedance of the sensor coaxial cable 19 at that position changes and a pulse wave is generated. The generated pulse wave (traveling wave) starts propagating from point P toward both ends of the sensor coaxial cable 19. These two pulse waves (forward wave and backward wave) are received by the receivers 43 and 44 at both ends of the coaxial cable 19 for the sensor, and the processing described in the previous embodiments is performed. The point P (distance x) to which the external force is applied can be obtained.

【0074】以上において、本実施例の分布型導波路セ
ンサは、導波路に物理現象によって発生、あるいは、そ
の状態が変化し導波路内を進行波として伝搬する2組の
電磁波を検出し、検出された2組の電磁波の状態の時間
変化開始時刻の差などの時間関係や波形等を解析して物
理現象の発生位置を推定したり、検出された2組の電磁
波の状態の時間変化の時間関係、波形の周波数スペクト
ル、継続時間および減衰状態などを解析して物理現象の
種類を推定したりするので、簡単な構成で、光ファイバ
等の導波路に発生した物理現象の種類やその発生位置を
時間的に連続的に検出することができる。
As described above, the distributed waveguide sensor according to the present embodiment detects two sets of electromagnetic waves which are generated in the waveguide due to a physical phenomenon or whose state changes and propagate as a traveling wave in the waveguide. Analyze the time relationship, waveform, etc., such as the difference between the two sets of electromagnetic wave state time change start times, to estimate the location of occurrence of a physical phenomenon, or detect the time change of the detected two sets of electromagnetic wave states. Since the type of physical phenomenon is estimated by analyzing the relationship, the frequency spectrum of the waveform, the duration, the attenuation state, etc., the type and location of the physical phenomenon that has occurred in a waveguide such as an optical fiber with a simple configuration. Can be continuously detected in time.

【0075】図10は、本発明の分布型導波路センサの
他の実施例の概略図である。
FIG. 10 is a schematic view of another embodiment of the distributed waveguide sensor of the present invention.

【0076】図1に示した実施例との相違点は、一つの
偏光ビームスプリッタに一つの光分岐器と2つの偏光子
の機能を持たせた点である。尚、図1に示した分布型導
波路センサの部材と同様の部材には共通の符号を用い
た。
The difference from the embodiment shown in FIG. 1 is that one polarizing beam splitter has the functions of one optical splitter and two polarizers. The same members as those of the distributed waveguide sensor shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

【0077】図10において、光分岐器の代わりに偏光
ビームスプリッタ70、71が用いられており、これら
偏光ビームスプリッタ70、71にはx軸方向の偏波を
出力するx軸偏波出力部と、y軸方向の偏波を出力する
y軸偏波出力部と、x、y両軸の偏波を出力する両軸出
力部とがある。センサ用光ファイバ1は偏光ビームスプ
リッタ70、71の両軸出力部に接続されている。偏光
ビームスプリッタ70のx軸出力は接続用光ファイバ1
1を介して光源31に接続され、偏光ビームスプリッタ
71のx軸出力は接続用光ファイバ12を介して光源3
2に接続されている。偏光ビームスプリッタ70のy軸
出力は接続用光ファイバ13を介して光受信機41に接
続され、偏光ビームスプリッタ71のy軸出力は接続用
光ファイバ14を介して光受信機42に接続されてい
る。両光受信機41、42は受信信号処理部51、52
にそれぞれ接続され、両受信信号処理部51、52は信
号認識部53に接続されている。
In FIG. 10, polarization beam splitters 70 and 71 are used in place of the optical splitter. These polarization beam splitters 70 and 71 have an x-axis polarization output section for outputting polarization in the x-axis direction. , A y-axis polarization output unit that outputs polarizations in the y-axis direction, and a dual-axis output unit that outputs polarizations in both the x and y axes. The sensor optical fiber 1 is connected to the biaxial output units of the polarization beam splitters 70 and 71. The x-axis output of the polarizing beam splitter 70 is the connection optical fiber 1
1 is connected to the light source 31, and the x-axis output of the polarizing beam splitter 71 is connected to the light source 3 via the connection optical fiber 12.
2 are connected. The y-axis output of the polarization beam splitter 70 is connected to the optical receiver 41 via the connection optical fiber 13, and the y-axis output of the polarization beam splitter 71 is connected to the optical receiver 42 via the connection optical fiber 14. I have. Both optical receivers 41 and 42 include reception signal processing units 51 and 52
, And both received signal processing units 51 and 52 are connected to a signal recognition unit 53.

【0078】このような構成において、偏光ビームスプ
リッタ70、71は、一つの光分岐器と2つの偏光子の
機能を有しているので、従来は一つの光分岐器と2つの
偏光子とを2組も必要としていたが、2つ(2組)の偏
光ビームスプリッタだけでよくなり、その結果、部品点
数を削減することができ、光軸の調整が簡略化される。
In such a configuration, since the polarizing beam splitters 70 and 71 have the function of one optical splitter and two polarizers, conventionally, one optical splitter and two polarizers are combined. Although two sets are required, only two (two sets) polarizing beam splitters are required. As a result, the number of parts can be reduced, and the adjustment of the optical axis is simplified.

【0079】また、センサ用光ファイバとして偏波面保
存光ファイバ1aを用い、偏波面保存光ファイバ1aの
両端において、x軸で偏光ビームスプリッタ70、71
のx軸に接続し、また偏波面保存光ファイバ1aの両端
でy軸を偏光ビームスプリッタ70、71のy軸に一致
するように接続してもよい。この場合、図11に示すよ
うに、偏波面保存光ファイバ1aの両端でx軸が偏光ビ
ームスプリッタ70、71のx軸に接続され、偏波面保
存光ファイバ1aの両端でy軸が偏光ビームスプリッタ
70、71のy軸に一致するように接続されている。
尚、図11は図10に示したセンサ用光ファイバの偏光
ビームスプリッタへの接続部を示す図である。
Further, the polarization maintaining optical fiber 1a is used as the optical fiber for the sensor, and the polarization beam splitters 70 and 71 are arranged at both ends of the polarization maintaining optical fiber 1a along the x-axis.
May be connected so that the y-axis at both ends of the polarization-maintaining single-mode fiber 1a coincides with the y-axis of the polarization beam splitters 70 and 71. In this case, as shown in FIG. 11, the x-axis is connected to the x-axis of the polarization beam splitters 70 and 71 at both ends of the polarization-maintaining optical fiber 1a, and the y-axis is connected to the polarization beam splitter at both ends of the polarization-maintaining optical fiber 1a. 70 and 71 are connected so as to coincide with the y-axis.
FIG. 11 is a diagram showing a connection part of the optical fiber for a sensor shown in FIG. 10 to a polarization beam splitter.

【0080】このような接続にすると、外乱がないとき
には光源31から出射した光は偏波面保存光ファイバ1
a内をx軸方向に伝搬し、偏光ビームスプリッタ71に
入力した光が最大効率で光受信機42に入射する。これ
とは逆に光源32から出射した光は、偏波面保存光ファ
イバ1a内をy軸方向に伝搬し偏光ビームスプリッタ7
0に入力した光が最大効率で光受信機41に入射する。
With such a connection, when there is no disturbance, the light emitted from the light source 31 is
Light propagating in the x-axis direction in a and entering the polarization beam splitter 71 enters the optical receiver 42 with maximum efficiency. Conversely, light emitted from the light source 32 propagates in the polarization-maintaining optical fiber 1a in the y-axis direction and
The light input to 0 enters the optical receiver 41 with the maximum efficiency.

【0081】センサ用光ファイバとして用いられる偏波
面保存光ファイバ1aに外力が加わったときには、偏波
面保存光ファイバ1aに歪みが生じ、この歪みによって
x軸方向及びy軸方向の偏波軸がずれるので、光受信機
41、42の出力は減少する方向に変化することにな
る。
When an external force is applied to the polarization-maintaining optical fiber 1a used as the sensor optical fiber, distortion occurs in the polarization-maintaining optical fiber 1a, and the distortion shifts the polarization axes in the x-axis direction and the y-axis direction. Therefore, the outputs of the optical receivers 41 and 42 change in a decreasing direction.

【0082】尚、このような分布型導波路センサにおい
て偏波軸の調整が不十分であったり、調整していなかっ
たりすると、外乱のないときの光受信機41、42の出
力が必ずしも最大値となっておらず、このために光受信
機41の出力波形と光受信機42の出力波形とが異なる
場合もある。この場合には両波形の相関処理により外力
の加わった位置を求める場合に、誤差が発生するおそれ
がある。また、最悪の場合、外力が加わっていないとき
に光受信機41(42)の出力が零となる場合もあり、
この場合にはセンサシステムが正常に機能しているか否
かのチェックが困難になるおそれがあるので、偏波軸の
調整は欠くことができない。しかし本実施例の分布型導
波路センサは偏波軸の調整箇所が従来より少ないため調
整が容易となっている。
If the polarization axis is insufficiently adjusted or not adjusted in such a distributed waveguide sensor, the output of the optical receivers 41 and 42 when there is no disturbance is not always the maximum value. Therefore, the output waveform of the optical receiver 41 and the output waveform of the optical receiver 42 may be different. In this case, an error may occur when a position where an external force is applied is obtained by correlation processing of both waveforms. In the worst case, the output of the optical receiver 41 (42) may become zero when no external force is applied,
In this case, it may be difficult to check whether the sensor system is functioning properly. Therefore, the adjustment of the polarization axis is indispensable. However, in the distributed waveguide sensor of this embodiment, adjustment is easy because the number of adjustment positions of the polarization axis is smaller than that in the related art.

【0083】以上において、本実施例では部品点数が少
ないため偏波軸の調整工数が減少し、調整が容易となる
ので、十分な調整が行われることになり、しかも低価格
化が実現できる。また、センサ用光ファイバとして偏波
面保存光ファイバを用い、偏波軸の方向を最適化して接
続することにより、位置標定精度の向上や、センサシス
テムの信頼性向上を図ることができる。
As described above, in this embodiment, the number of parts is small, so that the number of steps for adjusting the polarization axis is reduced, and the adjustment is easy. Therefore, sufficient adjustment can be performed, and the cost can be reduced. Further, by using a polarization-maintaining optical fiber as the optical fiber for the sensor and optimizing and connecting the direction of the polarization axis, it is possible to improve the positioning accuracy and the reliability of the sensor system.

【0084】図12は本発明の分布型導波路センサの他
の実施例の一部概略図である。
FIG. 12 is a partial schematic view of another embodiment of the distributed waveguide sensor of the present invention.

【0085】図1に示した実施例との相違点は、物理現
象によって発生する音圧等を、光ファイバ中に入射した
連続光の偏波状態変化としてとらえることにより、光フ
ァイバの長手方向に沿った物理量を距離的、時間的に連
続して測定する点である。尚、図1に示した分布型導波
路センサの部材と共通の部材には共通の符号を用いた。
The difference from the embodiment shown in FIG. 1 is that the sound pressure or the like generated by a physical phenomenon is regarded as a change in the polarization state of the continuous light incident on the optical fiber, so that the longitudinal direction of the optical fiber is changed. This is a point in which physical quantities along the distance are measured continuously in terms of distance and time. The same members as those of the distributed waveguide sensor shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

【0086】図12において、センサ用光ファイバ1の
両端には光分岐器80、81がそれぞれ接続されてい
る。光分岐器80には接続用光ファイバ82を介して偏
光子83が接続され、偏光子83には接続用光ファイバ
84を介して光源31が接続されている。さらに光分岐
器80には接続用光ファイバ85を介して偏光子86が
接続され、偏光子86には接続用光ファイバ87を介し
て光受信機41が接続されている。
In FIG. 12, optical splitters 80 and 81 are connected to both ends of the sensor optical fiber 1, respectively. The light splitter 80 is connected to a polarizer 83 via a connection optical fiber 82, and the light source 31 is connected to the polarizer 83 via a connection optical fiber 84. Further, a polarizer 86 is connected to the optical splitter 80 via a connection optical fiber 85, and the optical receiver 41 is connected to the polarizer 86 via a connection optical fiber 87.

【0087】光分岐器81には接続用光ファイバ88を
介して偏光子89が接続され、偏光子89には接続用光
ファイバ90を介して光源32が接続されている。さら
に光分岐器81には接続用光ファイバ91を介して偏光
子92が接続され、偏光子92には接続用光ファイバ9
3を介して光受信機42が接続されている。
The light splitter 81 is connected to a polarizer 89 via a connection optical fiber 88, and the light source 32 is connected to the polarizer 89 via a connection optical fiber 90. Further, a polarizer 92 is connected to the optical branching device 81 via a connection optical fiber 91, and the connection optical fiber 9 is connected to the polarizer 92.
3, an optical receiver 42 is connected.

【0088】光源31、32には図1に示した実施例と
同様、例えばCW発振のレーザが用いられる。
As the light sources 31 and 32, for example, CW oscillation lasers are used as in the embodiment shown in FIG.

【0089】光源31から出射され偏光子83を通って
直線偏光となった光は、センサ用光ファイバ1に入射さ
れ、図で左から右方向にセンサ用光ファイバ1の中を伝
搬し、光受信機42によって光電変換され図にはない解
析装置に送られる。
The light emitted from the light source 31 and converted into linearly polarized light through the polarizer 83 enters the optical fiber for sensor 1 and propagates in the optical fiber for sensor 1 from left to right in FIG. The signal is photoelectrically converted by the receiver 42 and sent to an analyzer not shown.

【0090】このとき、ある物理現象、例えばケーブル
の地絡などによって発生した音圧がセンサ用光ファイバ
1のa点に加わるとし、この時の時刻をt=0とする。
At this time, suppose that a sound pressure generated due to a certain physical phenomenon, for example, a ground fault of a cable is applied to the point a of the optical fiber for sensor 1, and the time at this time is set to t = 0.

【0091】センサ用光ファイバ1に音圧が加わると、
センサ用光ファイバ1の中を伝搬する光の偏波状態が変
化する。すると、光受信機41、42に入射する光の強
度(受光強度I)は、特定の偏光軸の光を選択する偏光
子86、92の作用により変化する。また、a点から光
受信機41、42までの光ファイバ長の違いにより、図
13に示すように二つの光受信機41、42が強度変化
を示すまでに時間差が生じる。尚、図13は図12に示
した分布型導波路センサの位置標定を説明するための原
理図である。同図において横軸は時間軸を示し、縦軸は
受光強度を示している。
When sound pressure is applied to the sensor optical fiber 1,
The polarization state of the light propagating in the sensor optical fiber 1 changes. Then, the intensity of the light incident on the optical receivers 41 and 42 (the received light intensity I) is changed by the action of the polarizers 86 and 92 that select the light having the specific polarization axis. Further, due to the difference in the optical fiber length from the point a to the optical receivers 41 and 42, a time difference occurs until the two optical receivers 41 and 42 show a change in intensity as shown in FIG. FIG. 13 is a principle diagram for explaining position determination of the distributed waveguide sensor shown in FIG. In the figure, the horizontal axis indicates the time axis, and the vertical axis indicates the received light intensity.

【0092】ここで、センサ用光ファイバ1の長さ(以
下ファイバ長という)Xは既知であり、光受信機41、
42に表れる受光強度Iの強度変化の波形の時間差は測
定結果として既知となる。
Here, the length X (hereinafter referred to as fiber length) of the sensor optical fiber 1 is known, and the optical receiver 41,
The time difference of the waveform of the intensity change of the received light intensity I shown at 42 becomes known as the measurement result.

【0093】a点から光受信機41、42までのファイ
バ長をそれぞれx1 、x2 とすると光受信機42での受
光信号の遅れはx2 /c、光受信機41での受光信号の
遅れはx1 /cとなる。
Assuming that the fiber lengths from point a to the optical receivers 41 and 42 are x 1 and x 2 , respectively, the delay of the received light signal at the optical receiver 42 is x 2 / c, and the delay of the received light signal at the optical receiver 41 is x 2 / c. The delay is x 1 / c.

【0094】以上において、ファイバ長Xと光受信機4
1、42での信号波形の時間差Tについて以下の数8、
数9が成り立つ。
In the above, the fiber length X and the optical receiver 4
Regarding the time difference T between the signal waveforms at 1, 42,
Equation 9 holds.

【0095】[0095]

【数8】X=x1 +x X = x 1 + x 2

【0096】[0096]

【数9】T=(x−x2 )/c 但し、cは光ファイバ中の光速を示す。T = (x 1 −x 2 ) / c where c represents the speed of light in the optical fiber.

【0097】数8、数9より数10、数11となり、a
点の位置が求まる。
From equations 8 and 9, equations 10 and 11 are obtained.
The position of the point is determined.

【0098】[0098]

【数10】x1 =(X+cT)/2X 1 = (X + cT) / 2

【0099】[0099]

【数11】x2 =(X−cT)/2 また、両光受信機41、42において信号波形の一致を
判断する(Tを求める)には、例えば両光受信機41、
42の出力の時間遅延による相関を取ったり、ニューラ
ルネットワーク等の人工知能処理を用いればよい。
X 2 = (X−cT) / 2 In order to determine the coincidence of the signal waveforms in both optical receivers 41 and 42 (to obtain T), for example, the two optical receivers 41 and 42
What is necessary is just to take the correlation by the time delay of the output of 42, or use artificial intelligence processing, such as a neural network.

【0100】このようにして、以下のように時間的に連
続してセンシングを行うことができる。地中電力ケーブ
ルの表面や洞道内にセンサ用光ファイバを布設すること
により、電力ケーブルの監視が時間的に連続して行うこ
とができる。例えば、電力ケーブルの微地絡した時には
約10KHz〜100KHzの音波を発生するので、こ
れを検出することができる。
In this manner, sensing can be performed temporally continuously as described below. By laying the sensor optical fiber on the surface of the underground power cable or in the tunnel, the power cable can be monitored continuously in time. For example, a small ground fault in the power cable generates a sound wave of about 10 KHz to 100 KHz, which can be detected.

【0101】また、ビルやプラント等にセンサ用光ファ
イバを布設し、システムを構築することにより防犯シス
テムとして応用することも可能である。
Further, by laying an optical fiber for a sensor in a building or a plant and constructing a system, it is also possible to apply the system as a security system.

【0102】尚、本実施例では光源にレーザを用いた
が、これに限定されるものではなく、発光ダイオード等
他の種類の光源を用いてもよい。また、本実施例では光
源から出射される光に連続光を用いたが、これに限定さ
れるものではなく一定周期で変調してもよいがこの場合
には、その周期のみを検波する検波回路を光受信機の後
段にそれぞれ設けることにより検出のS/N比を向上さ
せることができる。
In this embodiment, a laser is used as the light source. However, the present invention is not limited to this, and another type of light source such as a light emitting diode may be used. In the present embodiment, continuous light is used as light emitted from the light source. However, the present invention is not limited to this. Modulation may be performed at a constant period. In this case, a detection circuit that detects only that period is used. Are provided downstream of the optical receiver, respectively, so that the S / N ratio of detection can be improved.

【0103】[0103]

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
In summary, according to the present invention, the following excellent effects are exhibited.

【0104】(1) 油パイプライン、ガス管および水道管
等の破裂、漏れおよび外傷等の検知ができる。
(1) It is possible to detect ruptures, leaks, traumas, and the like of oil pipelines, gas pipes, water pipes, and the like.

【0105】(2) 鉄道や道路等の崩落や崖崩れや列車位
置の検知が行える。
(2) It is possible to detect a collapse of a railroad or a road, a landslide, or a train position.

【0106】(3) 地中電力ケーブルや通信ケーブル等の
事故検知が行える。
(3) Accident detection of underground power cables, communication cables, etc. can be performed.

【0107】(4) 架空送電線の事故やギャロッピングの
検知が行える。
(4) It is possible to detect an accident of an overhead transmission line or galloping.

【0108】(5) ドア、窓およびマンホールの蓋等の開
閉の検知が行える。
(5) Opening and closing of doors, windows, manhole covers and the like can be detected.

【0109】(6) 床面等にセンサ用光ファイバを布設す
ることにより侵入者の監視が行える。
(6) An intruder can be monitored by laying a sensor optical fiber on the floor or the like.

【0110】(7) 一般の分布型導波路センサを使用する
場合、測定対象物とセンサ用導波路の位置関係を例え
ば、センサ用導波路をたたく等することにより検知する
ことができる。
(7) When a general distributed waveguide sensor is used, the positional relationship between the object to be measured and the sensor waveguide can be detected by, for example, hitting the sensor waveguide.

【0111】(8) 振動源に組み合わせることで構造物の
劣化診断が行える。
(8) Deterioration diagnosis of a structure can be performed by combining with a vibration source.

【0112】(9) センサ用光ファイバに外乱によりけい
光が発生するような現象の位置も検知することができ
る。
(9) It is possible to detect the position of a phenomenon in which fluorescent light is generated by disturbance in the sensor optical fiber.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の分布型導波路センサの一実施例の概念
図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram of one embodiment of a distributed waveguide sensor of the present invention.

【図2】図1に示した両光受信機で検出される波形を示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing waveforms detected by both optical receivers shown in FIG.

【図3】本発明の分布型導波路センサの他の実施例の概
略図である。
FIG. 3 is a schematic view of another embodiment of the distributed waveguide sensor of the present invention.

【図4】図3に示した光受信機の出力と時間との関係を
示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between output of the optical receiver shown in FIG. 3 and time.

【図5】連続した物理現象に対して図1に示した分布型
導波路センサに適用した場合の波形処理を説明するため
の説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining waveform processing when applied to the distributed waveguide sensor shown in FIG. 1 for continuous physical phenomena.

【図6】異なる2地点で同時に物理現象が発生した場合
に、図1に示した分布型導波路センサの波形処理を説明
するための説明図である。
6 is an explanatory diagram for explaining waveform processing of the distributed waveguide sensor shown in FIG. 1 when physical phenomena occur simultaneously at two different points.

【図7】本発明の分布型導波路センサの他の実施例の概
略図である。
FIG. 7 is a schematic view of another embodiment of the distributed waveguide sensor of the present invention.

【図8】図7に示した分布型導波路センサで検出される
波形の説明図である。
8 is an explanatory diagram of a waveform detected by the distributed waveguide sensor shown in FIG.

【図9】本発明の分布型導波路センサの他の実施例の概
略図である。
FIG. 9 is a schematic view of another embodiment of the distributed waveguide sensor of the present invention.

【図10】本発明の分布型導波路センサの他の実施例の
概略図である。
FIG. 10 is a schematic view of another embodiment of the distributed waveguide sensor of the present invention.

【図11】図10に示したセンサ用光ファイバの偏光ビ
ームスプリッタへの接続部を示す図である。
11 is a diagram showing a connection portion of the optical fiber for a sensor shown in FIG. 10 to a polarization beam splitter.

【図12】本発明の分布型導波路センサの他の実施例の
一部概略図である。
FIG. 12 is a partial schematic view of another embodiment of the distributed waveguide sensor of the present invention.

【図13】図12に示した分布型導波路センサの位置標
定の原理図である。
FIG. 13 is a principle diagram of position locating of the distributed waveguide sensor shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 導波路(センサ用光ファイバ) 41、42 光受信機(検出手段) 53 信号認識部(信号認識手段) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Waveguide (optical fiber for sensors) 41, 42 Optical receiver (detection means) 53 Signal recognition part (signal recognition means)

フロントページの続き (72)発明者 遠藤 重広 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日 立電線株式会社オプトロシステム研究所 内 (56)参考文献 特開 平1−142717(JP,A) 特開 平2−98646(JP,A) 特開 昭61−170604(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01D 21/00 G01B 11/16 G01R 27/06 G01R 31/08 Continuation of the front page (72) Inventor Shigehiro Endo 5-1-1, Hidaka-cho, Hitachi City, Ibaraki Pref. Opto-System Laboratory, Hitachi Cable Ltd. (56) References JP-A-1-142717 (JP, A JP-A-2-98646 (JP, A) JP-A-61-170604 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01D 21/00 G01B 11/16 G01R 27 / 06 G01R 31/08

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】導波路の任意の位置に作用した物理現象を
検出する分布型導波路センサにおいて、導波路に物理現
象によって発生、あるいは、その状態が変化し導波路内
を進行波として伝搬する2組の電磁波を検出する検出手
段と、その検出手段で検出された2組の電磁波の状態の
時間変化の時間関係を解析して物理現象の発生位置を推
定する信号認識手段とを備えたことを特徴とする分布型
導波路センサ。
In a distributed waveguide sensor for detecting a physical phenomenon acting on an arbitrary position of a waveguide, the waveguide is generated by a physical phenomenon or its state changes and propagates in the waveguide as a traveling wave. Detecting means for detecting two sets of electromagnetic waves, and signal recognizing means for estimating a position where a physical phenomenon occurs by analyzing a time relationship of a time change of states of the two sets of electromagnetic waves detected by the detecting means; A distributed waveguide sensor characterized by the following.
【請求項2】導波路の任意の位置に作用した物理現象を
検出する分布型導波路センサにおいて、導波路に物理現
象によって発生、あるいは、その状態が変化し導波路内
を進行波として伝搬する2組の電磁波を検出する検出手
段と、その検出手段で検出された2組の電磁波の状態の
周波数スペクトル、継続時間および減衰状態を解析して
物理現象の種類を推定する信号認識手段とを備えたこと
を特徴とする分布型導波路センサ。
2. In a distributed waveguide sensor for detecting a physical phenomenon acting on an arbitrary position of a waveguide, the waveguide is generated as a result of a physical phenomenon or changes its state and propagates as a traveling wave in the waveguide. Detecting means for detecting two sets of electromagnetic waves, and signal recognizing means for analyzing the frequency spectrum, duration and attenuation state of the two sets of electromagnetic waves detected by the detecting means to estimate the type of physical phenomenon; A distributed waveguide sensor, characterized in that:
【請求項3】導波路の任意の位置に作用した物理現象を
検出する分布型導波路センサにおいて、導波路に物理現
象によって発生、あるいは、その状態が変化し導波路内
を進行波として伝搬する2組の電磁波を検出する検出手
段と、その検出手段で検出された2組の電磁波の状態の
時間変化の時間関係、周波数スペクトル、継続時間およ
び減衰状態を解析して物理現象の発生位置とその種類を
推定する信号認識手段とを備えたことを特徴とする分布
型導波路センサ。
3. In a distributed waveguide sensor for detecting a physical phenomenon acting on an arbitrary position of a waveguide, the waveguide is generated by a physical phenomenon or changes its state and propagates in the waveguide as a traveling wave. Detecting means for detecting two sets of electromagnetic waves, and analyzing the time relationship, frequency spectrum, duration, and attenuation state of the two sets of electromagnetic waves detected by the detecting means with respect to time, and the location of occurrence of a physical phenomenon and its A distributed waveguide sensor, comprising: signal recognition means for estimating a type.
【請求項4】一本の導波路に物理現象によって発生、あ
るいは、その状態が変化しその両方向に伝搬する2組の
電磁波の状態の時間変化を解析して物理現象を検出する
ことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか
1項に記載の分布型導波路センサ。
4. A method of detecting physical phenomena by analyzing a time change of two sets of electromagnetic waves generated or generated by a physical phenomenon in one waveguide or changing its state and propagating in both directions. The distributed waveguide sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein:
【請求項5】併設されると共に一端が互いに接続された
2本の導波路の一方の導波路の他端に光源が接続され、
他方の導波路の他端に接続され物理現象によって該2本
の導波路に発生、あるいは、その状態が変化し該各導波
路内を進行波として伝搬する2組の電磁波を検出する検
出手段と、その検出手段で検出された2組の電磁波の状
態の時間変化を解析することにより物理現象を検出する
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項
に記載の分布型導波路センサ。
5. A light source is connected to the other end of one of two waveguides that are provided side by side and connected to each other at one end,
Detecting means connected to the other end of the other waveguide for detecting two sets of electromagnetic waves which are generated in the two waveguides by a physical phenomenon or whose states change and propagate as traveling waves in each of the waveguides; 4. The distribution-type waveguide according to claim 1, wherein a physical phenomenon is detected by analyzing a time change of a state of the two sets of electromagnetic waves detected by the detection unit. Wave path sensor.
【請求項6】上記2組の電磁波の状態の時間変化波形の
相関をタイミングをずらして取り込み、上記電磁波の波
形が一致したときの時間差に基づいて上記電磁波の状態
変化をもたらした物理量が導波路に加わった位置を推定
することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか
1項に記載の分布型導波路センサ。
6. A physical quantity that causes a change in the state of the electromagnetic wave based on a time difference when the waveforms of the electromagnetic waves coincide with each other is obtained by shifting the correlation of the time-changed waveforms of the two sets of electromagnetic waves. The distributed waveguide sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the position added to (1) is estimated.
【請求項7】上記導波路の軸に沿って伝搬する両方向の
電磁波を、上記導波路の両端でそれぞれ別の受信機で受
信することを特徴とする請求項1から請求項4、請求項
6のいずれか1項に記載の分布型導波路センサ。
7. An electromagnetic wave propagating in both directions along the axis of the waveguide is received by different receivers at both ends of the waveguide. The distributed waveguide sensor according to any one of the above items.
【請求項8】上記導波路の受信機と反対端に電磁波源を
有することを特徴とする請求項1から請求項7のいずれ
か1項に記載の分布型導波路センサ。
8. The distributed waveguide sensor according to claim 1, further comprising an electromagnetic wave source at an end of the waveguide opposite to a receiver.
【請求項9】上記信号認識手段は、時間遅延機能と2組
の電磁波の状態の時間変化波形の相関処理機能とを有す
ると共に、上記導波路上の複数地点に作用した物理現象
によって発生した電磁波を処理する際に時間遅延・相関
処理をそれぞれの地点に対応した遅延時間を用いること
により複数地点の物理現象を検出することを特徴とする
請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の分布型導
波路センサ。
9. The signal recognizing means has a time delay function and a function of correlating time-varying waveforms of two sets of electromagnetic wave states, and an electromagnetic wave generated by a physical phenomenon acting on a plurality of points on the waveguide. 9. The method according to claim 1, wherein when processing is performed, the physical phenomena at a plurality of points are detected by using a delay time corresponding to each point in the time delay / correlation processing. Distributed waveguide sensor.
【請求項10】上記導波路に光ファイバを用い、該光フ
ァイバの軸に沿って両方向に伝搬する光の光量や偏波な
どの状態の時間変化を測定し、これら2組の測定結果を
基に光量や偏波状態の変化をもたらした物理現象を検出
することを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか
1項に記載の分布型導波路センサ。
10. An optical fiber is used as the waveguide, and the time change of the state of light propagating in both directions along the axis of the optical fiber is measured based on these two sets of measurement results. The distributed waveguide sensor according to any one of claims 1 to 9, wherein a physical phenomenon that causes a change in a light amount or a polarization state is detected.
【請求項11】上記光ファイバが、シングルモード光フ
ァイバまたは偏波面保存光ファイバであることを特徴と
する請求項10に記載の分布型導波路センサ。
11. The distributed waveguide sensor according to claim 10, wherein said optical fiber is a single mode optical fiber or a polarization maintaining optical fiber.
【請求項12】上記光ファイバが、結合長の異なる複数
本の偏波面保存光ファイバを束ねたことを特徴とする請
求項10または請求項11に記載の分布型導波路セン
サ。
12. The distributed waveguide sensor according to claim 10, wherein said optical fiber is a bundle of a plurality of polarization-maintaining optical fibers having different coupling lengths.
【請求項13】上記導波路にセンサ用同軸ケーブルを用
い、該センサ用同軸ケーブルの軸に沿って進行波として
伝搬する2組の電磁波を検出することを特徴とする請求
項1から請求項4のいずれか1項に記載の分布型導波路
センサ。
13. A coaxial cable for a sensor is used for the waveguide.
As a traveling wave along the axis of the sensor coaxial cable.
Claims: Detecting two sets of propagating electromagnetic waves
A distributed waveguide according to any one of claims 1 to 4.
Sensor.
【請求項14】導波路の任意の位置に作用した物理現象
を検出する分布型導波路センサにおいて、センサ用光フ
ァイバの両端に接続され、光分岐器及び偏光子の機能を
有する偏光ビームスプリッタと、それぞれの偏光ビーム
スプリッタの異なる偏光軸と同軸になるように接続され
た光源と受光器とを備え、該受光器で検出された情報よ
り前記物理現象の発生位置を推定することを特徴とする
分布型導波路センサ。
14. A physical phenomenon acting on an arbitrary position of a waveguide.
In a distributed waveguide sensor that detects
It is connected to both ends of the fiber, and functions as an optical splitter and polarizer.
Polarization beam splitters and their respective polarization beams
Connected to be coaxial with the different polarization axes of the splitter
Light source and a light receiver, and information detected by the light receiver is provided.
Estimating the occurrence position of the physical phenomenon.
Distributed waveguide sensor.
【請求項15】前記センサ用光ファイバとして偏波面保
存光ファイバを用い、センサ用光ファイバの両端で相対
する2組の光源をそれぞれ該偏波面保存光ファイバの異
なる偏波軸の偏光ビームスプリッタの入出力部に接続す
ることを特徴とする請求項14記載の分布型導波路セン
サ。
15. A polarization preserving optical fiber for the sensor.
Using the existing optical fiber, the opposite ends of the sensor optical fiber
Two sets of light sources, each having a different polarization-maintaining optical fiber.
Connected to the input / output part of the polarization beam splitter
15. The distributed waveguide sensor according to claim 14, wherein
Sa.
【請求項16】導波路の任意の位置に作用した物理現象
を検出する分布型導波路センサにおいて、センサ用の光
ファイバに連続光を入射し、物理現象が前記光ファイバ
に加わることにより光ファイバ中の偏波状態に変化が現
われ、これを受光器によって検出することにより、前記
物理現象の発生した位置までの距離及び時間を連続して
検知するようにしたことを特徴とする分布型導波路セン
サ。
16. A physical phenomenon acting on an arbitrary position of a waveguide.
In a distributed waveguide sensor that detects
Continuous light is incident on the fiber, and the physical phenomenon
Changes in the polarization state in the optical fiber
By detecting this with a light receiver,
Continuous distance and time to the location where the physical phenomenon occurred
A distributed waveguide sensor characterized by sensing
Sa.
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