CN102654418A - 光纤振动传感器 - Google Patents

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CN102654418A CN2012100540477A CN201210054047A CN102654418A CN 102654418 A CN102654418 A CN 102654418A CN 2012100540477 A CN2012100540477 A CN 2012100540477A CN 201210054047 A CN201210054047 A CN 201210054047A CN 102654418 A CN102654418 A CN 102654418A
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Abstract

本发明提供一种光纤振动传感器，其在长度方向整个长度上都具有良好的检测灵敏度，并且能够更细致地确定侵入者侵入的位置。两个光纤环(2a、2b)，长度方向的至少一部分互相沿着对方配置，并且使一个光纤环(2a)的检测振动的灵敏度从一端侧向另一端侧减小，并且使另一个光纤环(2b)的检测振动的灵敏度从一端侧向另一端侧增加，还具有振动发生判定部(18b)，其根据经由两个光纤环(2a、2b)获得的输出的和，判定是否在构造体中发生了振动；以及振动位置判定部(18c)，其根据用经由两个光纤环(2a、2b)获得的输出的和除经由两个光纤环(2a、2b)获得的输出的差而得的输出比，判定在构造体中振动发生的位置。

Description

光纤振动传感器
技术领域
本发明涉及把光纤固定在围栏等构造体上，检测对光纤施加的机械振动，检测到侵入者等的光纤振动传感器，特别涉及萨尼亚克(Sagnac)干涉型光纤振动传感器。
背景技术
为了抑制侵入者的盗窃或破坏、信息的流出，或者为了确保人身安全，对于实体安全(physical security)技术的关心正在提高。特别是在机场或海港、发电厂等重要设施中，采取在用地边界设置围栏来阻止非法侵入的措施，但是围栏的物理高度或强度有限，需要并设检测非法侵入行为的侵入检测传感器。
作为这样的侵入检测传感器，固定在围栏的构造体上，检测该构造体的振动的振动传感器受到关注，因为能够期待低成本化和现场的耐久性，所以使用萨尼亚克干涉系统的萨尼亚克干涉型光纤振动传感器受到关注。
如图13所示，在现有的萨尼亚克干涉型光纤振动传感器中，使用光纤环(fiber loop)132的一部分作为振动检测用的传感器检测部，沿着围栏等构造体配置该光纤环132。
在该光纤振动传感器131中，从光源133出射的光经第一光耦合器(coupler)134传播，通过偏振镜135成为直线偏振光，通过第二光耦合器136分支成两束光，分别入射到光纤环132的不同端。在入射到光纤环132的光中，把一方设为右旋光Lcw，把另一方设为左旋光Lccw。
所述左右旋光Lcw、Lccw通过相位调制器137调制光的相位，绕光纤环132一周后再次入射到第二光耦合器136。入射到第二光耦合器136的左右旋光Lcw、Lccw在第二光耦合器136中干涉而成为干涉光，通过偏振镜135传播，通过第一光耦合器134再次被分支成两束光，分支后的一束光被受光器138接受。
当光纤环132不振动时，受光器138始终检测出固定的光强度，但是当光纤环132振动时，在左右旋光Lcw、Lccw中产生相位差，通过受光器138检测出的光强度发生变化。通过信号处理单元139检测该光强度的变化，由此检测出光纤环132的振动。
在图13所示的光纤振动传感器131中，在光纤环132的中间点附近，左右旋光几乎在同时刻通过，因此存在不易产生由于振动引起的相位差，检测灵敏度下降的问题。特别是在光纤环132的中间点，检测灵敏度为0。
为了解决该问题，在专利文献1中提出了如下光纤振动传感器：在构成光纤环的光纤中，把至少一半长度的光纤作为延迟用光纤收容在振动传感器本体内，把灵敏度为0的光纤环的中间点配置在振动传感器本体内(或者振动传感器本体的出口)，由此使长度方向的灵敏度均一，实现了检测灵敏度的提高。
另外，近年来有如下需求：利用萨尼亚克干涉型光纤振动传感器，例如不仅检测出侵入者，还要确定侵入者从哪里侵入的这样的侵入位置信息。因此，在专利文献2中提出了沿着围栏等构造体配置长度不同的光纤环，根据检测出振动的光纤环的组合来确定在哪个区域发生了振动的光纤振动传感器。
但是，在专利文献2的光纤振动传感器中，为了更加细致地确定侵入者侵入的位置、即振动发生的位置，需要增加光纤环的数量，存在装置结构变得复杂、成本提高的问题。
专利文献1：日本特开2008-309776号公报
专利文献2：日本特开2010-48706号公报
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种光纤振动传感器，其能够解决上述课题，在长度方向整个长度上都具有良好的检测灵敏度，并且能够更细致地确定侵入者侵入的位置。
本发明是为了达到上述目的而提出的，其提供一种光纤振动传感器，其为具备沿着构造体配置的光纤环、和经由所述光纤环检测在所述构造体中发生的振动的振动传感器本体的萨尼亚克干涉型光纤振动传感器，其中，具备两个所述光纤环，这两个光纤环，长度方向的至少一部分互相沿着对方配置，并且使一个光纤环的检测振动的灵敏度从一端侧向另一端侧减小，且另一个光纤环的检测振动的灵敏度从一端侧向另一端侧增加，所述振动传感器本体具有振动发生判定部，其根据经由所述两个光纤环获得的输出的和，来判定是否在所述构造体中发生了振动；以及振动位置判定部，其根据用经由所述两个光纤环获得的输出的和除经由所述两个光纤环获得的输出的差而得的输出比，来判定在所述构造体中振动发生的位置。
可以逆向配置所述两个光纤环，使得一个光纤环的前端侧位于另一个光纤环的基端侧，一个光纤环的基端侧位于另一个光纤环的前端侧。
另外，本发明提供一种光纤振动传感器，其为具备沿构造体配置的光纤环、和经由所述光纤环检测在所述构造体中发生的振动的振动传感器本体的萨尼亚克干涉型光纤振动传感器，其中，具备两个所述光纤环，这两个光纤环，长度方向的至少一部分互相沿着对方配置，并且使一个光纤环的检测振动的灵敏度从一端侧到另一端侧恒定，并且另一个光纤环的检测振动的灵敏度从一端侧向另一端侧减小或者增加，所述振动传感器本体具有：振动发生判定部，其根据经由所述两个光纤环获得的输出的和，或者经由所述一个光纤环获得的输出，来判定是否在所述构造体中发生了振动；以及振动位置判定部，其根据经由所述两个光纤环获得的输出的输出比，来判定在所述构造体中振动发生的位置。
所述一个光纤环，可以把构成这一个光纤环的光纤的全长的至少一半长度的光纤作为延迟用光纤，收容在所述传感器本体内。
可以同向配置所述两个光纤环，使得各自的基端侧和前端侧一致，并且，所述一个光纤环的长度被形成为所述另一个光纤环的长度以上。
可以把构成所述两个光纤环的每一个光纤环的光纤缠绕在公共的圆筒状的压电陶瓷元件上，形成公共的相位调制器。
所述振动位置判定部，可以在仅通过所述两个光纤环中的一个光纤环检测出振动时，判定为在仅配置有该检测出振动的光纤环的区域中发生了振动。
所述振动位置判定部判定为在所述构造体中发生了振动，并且所述振动位置判定部无法判定在所述构造体中振动发生的位置时，判定为由于自然现象而在所述构造体中发生了振动。
根据本发明，能够提供一种光纤振动传感器，其在长度方向全长上都具有良好的检测灵敏度，并且能够更精细地确定侵入者侵入的位置。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的光纤振动传感器的概要结构图。
图2是用于说明图1的光纤振动传感器的检测灵敏度的图，(a)是表示第一光纤环的检测灵敏度的图，(b)是表示第二光纤环的检测灵敏度的图，(c)是表示这些检测灵敏度的和的图，(d)是表示检测灵敏度比的图。
图3是表示图1的光纤振动传感器的变形例的概要结构图。
图4是表示图1的光纤振动传感器的变形例的概要结构图。
图5是表示图1的光纤振动传感器的变形例的概要结构图。
图6是本发明第二实施方式的光纤振动传感器的概要结构图。
图7是用于说明图6的光纤振动传感器的检测灵敏度的图，(a)是表示第一光纤环的检测灵敏度的图，(b)是表示第二光纤环的检测灵敏度的图，(c)是表示检测灵敏度比的图。
图8是表示图6的光纤振动传感器的变形例的概要结构图。
图9是用于说明图8的光纤振动传感器的检测灵敏度的图，(a)是表示第一光纤环的检测灵敏度的图，(b)是表示第二光纤环的检测灵敏度的图，(c)是表示检测灵敏度比的图。
图10是表示图6的光纤振动传感器的变形例的概要结构图。
图11是本发明第三实施方式的光纤振动传感器的概要结构图。
图12是用于说明图10的光纤振动传感器的检测灵敏度的图，(a)是表示第一光纤环的检测灵敏度的图，(b)是表示第二光纤环的检测灵敏度的图，(c)是表示这些检测灵敏度的和的图，(d)是表示检测灵敏度比的图。
图13是现有的光纤振动传感器的概要结构图。
符号说明
1 光纤振动传感器
2a、2b 光纤环
3a、3b 振动传感器本体
18 信号处理单元
18a 相位差检测部
18b 振动发生判定部
18c 振动位置判定部
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的实施方式。
(第一实施方式)
首先，说明本发明的第一实施方式。
图1是第一实施方式的光纤振动传感器的概要结构图。
如图1所示，光纤振动传感器1具备：沿着围栏等构造体(未图示)配置的光纤环2；以及经由光纤环2检测在构造体中发生的振动的振动传感器本体3。
在本实施方式中，光纤振动传感器1各具备两个光纤环2和振动传感器本体3。以下称呼图1中的左侧的振动传感器本体3为第一振动传感器本体3a、图1中的右侧的振动传感器本体3为第二振动传感器本体3b，与第一振动传感器本体3a连接的光纤环2为第一光纤环2a，与第二振动传感器本体3b连接的光纤环2为第二光纤环2b。
振动传感器本体3a、3b分别具备：光源11、光电二极管等受光器12、具有用于输入输出光的三个端口17a～17c的第一光耦合器13、偏振镜14、具有用于输入输出光的三个端口17d～17f的第二光耦合器15、以及相位调制器16，另外，还具备信号处理单元18和收容这些的箱体19。
作为光源11，例如可以使用SLD(超辐射发光二极管：Super Luminescentdiode)。由此，能够降低来自光纤环2的返回光和瑞利(Rayleigh)散射光干涉而产生的干涉噪声。
作为光耦合器13、15，可以使用图1中图示的具有1×2输入输出端口的光纤耦合器。另外，作为光耦合器13、15，还可以使用具有2×2输入输出端口的光纤耦合器。
第一光耦合器13的第一端口17a与光源11光学连接，第一光耦合器13的第二端口17b与受光器12光学连接，第一光耦合器13的第三端口17c与偏振镜14的一端光学连接。
第二光耦合器15的第一端口17d与偏振镜14的另一端光学连接，第二光耦合器15的第二端口17e与光纤环2a、2b的一端光学连接，第二光耦合器15的第三端口17f与光纤环2a、2b的另一端光学连接。
在光纤环2a、2b的另一端的附近分别设置相位调制器16。偏振镜14是使中心(core)的双折射率变大、形成为线圈(coil)状的光纤型的偏振镜，用于使来自光源11的光成为直线偏振光。
相位调制器16对在光纤环2中在相互相反方向上传播的光实施具有相对时间延迟的相位调制。通过受光器12检测出的光的强度与在光纤环2中在相互相反方向上传播的光的相位差的余弦成比例，因此，对于零附近的相位差、即微小振动的灵敏度较低。因此，通过相位调制器16进行相位调制，使得与相位差的正弦成比例，由此能够提高对于微小振动的灵敏度。
作为相位调制器16，使用成为振子的圆筒状的压电陶瓷元件(PZT)，在其上缠绕了构成光纤环2的光纤的一部分。在该相位调制器16中，通过向PZT施加的电压使缠绕在PZT上的光纤伸缩，由此能够调制光的相位。
信号处理单元18用于进行光源11的驱动、对通过受光器12检测出的光信号进行光电变换而得的电信号的处理、相位调制器16的调制电平(level)的控制、处理结果(振动波形、振动的强度等)的输出等。信号处理单元18与光源11、受光器12以及相位调制器16电连接。在信号处理单元18中安装有根据来自受光器12的电信号，检测在光纤环2中向相互相反方向传播并从光纤环2的两端出射的光的相位差的相位差检测部18a。另外，在第一振动传感器本体3a的信号处理单元18中还安装有后述的振动发生判定部18b和振动位置判定部18c。
两振动传感器本体3a、3b的信号处理单元18彼此通过电缆20电连接，能够经由电缆20互相收发数据。另外，信号处理单元18彼此间的数据的收发当然可以通过无线通信进行。
光纤环2a、2b分别由相互沿着对方并列配置的两条光纤的前端部彼此连接而形成。在图1中进行了省略表示，但是，在本实施方式中使用把两条光纤收容在具有柔性的管(tube)中的两芯的光缆，在该光缆的前端部熔接两条光纤，形成了光纤环2a、2b。在连接两条光纤的连接部，为了使连接部发生的光损失(弯曲损失)减低，优选光纤的弯曲半径为预定的弯曲半径以上(例如φ60mm以上)。
作为构成光纤环2a、2b的光纤，优选使用保偏光纤(PMF：PolarizationMaintaining Fiber)。例如在作为构成光纤环2a、2b的光纤而使用单模光纤(SMF：Single Mode Fiber)的情况下，在SMF中相互正交的传播系数有微小不同的两个固有偏振光模式传播，因此，由于振动、温度变化等外部干扰而发生模式变换，产生由于该模式变换引起的干涉噪声。为了避免这样的干涉噪声，作为构成光纤环2a、2b的光纤而使用保偏光纤。另外，作为构成光耦合器13、15的各端口17a～17f的光纤也优选使用保偏光纤。
在本实施方式的光纤振动传感器1中，使两个所述光纤环2a、2b长度方向的至少一部分互相沿着对方接近配置，并且配置该两个光纤环，使一个光纤环2a的检测振动的灵敏度从一端侧(图示左侧)向另一端侧(图示右侧)减小，并且另一个光纤环2b的检测振动的灵敏度从一端侧(图示左侧)向另一端侧(图示右侧)增加。通过如此接近配置光纤环2a、2b，能够检测相同振动。
如上所述，在光纤环2a、2b的中间点附近(即前端部)，左右旋光几乎同时刻通过，因此难以发生由于振动引起的相位差，检测振动的灵敏度从光纤环2a、2b的基端侧向前端侧逐渐下降，在光纤环2的中间点，检测振动的灵敏度变为零。因此，在本实施方式中，逆向配置两个光纤环2a、2b，使第二光纤环2b的前端侧位于第一光纤环2a的基端侧，使第二光纤环2b的基端侧位于第一光纤环2a的前端侧。
另外，在本实施方式中，两个光纤环2a、2b形成为相同长度(光缆长度)L，使得这两个光纤环2a、2b在整个长度上相互沿着对方并列配置。第一光纤环2a的前端部被收容在第二振动传感器本体3b内，第二光纤环2b的前端部被收容在第一振动传感器本体3a内。
在本实施方式中，两振动传感器本体3a、3b之间的区域为振动可检测区域(测量区域)。以下，把第一光纤环2a的基端(第二光纤环2b的前端)设为基准0，把到第一振动传感器本体3a的箱体19的距离设为L1，把到第二振动传感器本体3b的箱体19的距离设为L2，把到第一光纤环2a的前端(第二光纤环2b的基端)的距离设为L3(距离L3与光纤环2a、2b的光缆长度L相等)。此时，振动可检测区域为从距离L1到L2的范围。
本实施方式的光纤振动传感器1具有：根据经由两个光纤环2a、2b获得的输出的和，判定是否在构造体中发生了振动的振动发生判定部18b；以及根据用经由两个光纤环2a、2b获得的输出的和除经由两个光纤环2a、2b获得的输出的差而得的输出比，来判定在构造体中振动发生的位置的振动位置判定部18c。在此，振动发生判定部18b和振动位置判定部18c被安装在第一振动传感器本体3a的信号处理单元18中。另外，在此所谓的输出是相位差检测部18a检测出的相位差。
另外，光纤振动传感器1具备未图示的报警单元，信号处理单元18的振动发生判定部18b在判定出在构造体中发生了振动时，使报警单元工作。
报警单元例如通过发出声音及/或光对侵入者实施威慑，其配置在光纤环2a、2b的附近。振动发生判定部18b根据检测出的振动水平(经由两个光纤环2a、2b获得的输出的和)，发出“报警”或者“注意”的警报(alarm)，通知监视者等有侵入，并在检测出的振动水平为预定强度以上时使报警单元工作。
另外，振动发生判定部18b可以对通过光纤环2a、2b获得的振动波形进行傅里叶变换，并根据频率特性分析振动的主要原因。由此推定是由于雨、风等自然现象引起的振动，还是由于人的原因而引起的振动，能够仅当由于人的原因而引起的振动的情况下使报警单元工作。
或者，在振动发生判定部18b判定为在构造体中发生了振动，但是振动位置判定部18c无法判定(确定)在构造体中振动发生的位置的情况下，可以判定为在构造体全体中发生了振动，并判定为是由于雨、风等自然现象引起的振动。具体来说，在振动发生判定部18b判定出在构造体中发生了振动后，振动位置判定部18c进行了振动发生的位置的判定处理，但是无法判定位置的情况下，判断为是由于自然现象引起的振动，或者信号处理单元18并行处理振动发生判定部18b的有无发生振动的判定、和振动位置判定部18c的发生位置的判定，在发生了振动但是无法判定位置时，可以判断为由于自然现象引起的振动(发生振动并且也可以判定位置时，判断为由于人的原因而引起的振动，除此以外的情况下判断为振动没有发生)。
在此，说明光纤振动传感器1中的检测振动的灵敏度(以下称为检测灵敏度)。
如图2(a)所示，第一光纤环2a的检测灵敏度A从距离0到L3，即从第一光纤环2a的基端到前端逐渐降低。
与此相对，如图2(b)所示，第二光纤环2b的检测灵敏度B从距离0到L3，即从第二光纤环2b的前端到基端逐渐增加。
当把这两个检测灵敏度A、B加起来时，如图2(c)所示，检测灵敏度的和A+B为恒定的值。由此可知，通过使振动发生判定部18b构成为通过经由两个光纤环2a、2b获得的输出的和来判定振动的发生，能够使长度方向的灵敏度均一，使长度方向整个长度都具有良好的检测灵敏度(即，能够消除检测灵敏度为0的位置)。
另外，用检测灵敏度A、B的和除检测灵敏度A、B的差而得的检测灵敏度比如图2(d)所示，从距离0到L3，值从1逐渐减小到-1。在图2(d)中表示把纵轴作为检测灵敏度比的情况，但是在把用经由两个光纤环2a、2b获得的输出的和除经由两个光纤环2a、2b获得的输出的差而得的输出比作为纵轴的情况下，也具有与图2(d)同样的关系，因此可以根据该输出比的值来判定在从距离0到L3的哪个位置发生了振动。
另外，不仅使用两个光纤环2a、2b的输出的差，而使用将其除以输出的和所得的输出比的理由是，输出的差根据构造物中发生的振动的强度而变化，所以仅通过输出的差难以判定在哪个位置发生了振动。即，通过使用上述输出比，进行了标准化，能够与振动的强度的大小无关地判定出在哪个位置发生了振动。
接下来，说明光纤振动传感器1的动作。
在两振动传感器本体3a、3b中，从光源11出射的光通过第一光耦合器13传播，通过偏振镜14成为直线偏振光，入射到第二光耦合器15。在第二光耦合器15中，入射的光被分支成两束，分支后的光分别入射到光纤环2a、2b的不同端。
在光纤环2a、2b中传播的左右旋光通过相位调制器16进行相位调制，绕光纤环2一周后再次入射到第二光耦合器15。入射到第二光耦合器15的左右旋光在第二光耦合器15中干涉而成为干涉光。该干涉光通过偏振镜14传播，通过第一光耦合器13再次分支成两束光，分支后的一束光被受光器12接受。
当光纤环2a、2b不振动时，受光器12始终检测出恒定的光强度，但是当光纤环2a、2b振动时，在光纤环2a、2b中传播的左右旋光中产生相位差，通过受光器12检测的光强度发生变化。因为通过受光器12受光的光强度与左右旋光的相位差的正弦成比例，所以对光纤环2造成的振动越大，相位差越大，通过受光器12受光的光强度的变化也越大。
信号处理单元18的相位差检测部18a根据来自受光器12的电信号，检测通过受光器12受光的光强度的变化，检测左右旋光的相位差。第二振动传感器本体3b的相位差检测部18b经由电缆20把检测出的相位差发送给第一振动传感器本体3a的信号处理单元18。
振动发生判定部18b计算第一振动传感器本体3a的相位差检测部18a检测出的相位差与第二振动传感器本体3b的相位差检测部18a检测出的相位差的和，即经由两个光纤环2a、2b获得的输出的和，当其值超过预定的阈值时，判定为在构造体中发生了振动。振动发生判定部18b当判定出在构造体中发生了振动时，根据上述输出的和的大小，使报警单元工作。另外，在此作为经由光纤环2a、2b获得的输出而使用了相位差，但是也可以使用通过受光器12受光的光强度的变化量自身作为输出。
振动位置判定部18c用经由两个光纤环2a、2b获得的输出(相位差)的和除经由两个光纤环2a、2b获得的输出(相位差)的差，来计算输出比，并根据该输出比判定在构造体中发生振动的位置。振动位置判定部18c把判定出的振动发生的位置显示在未图示的显示器等上，通知监视者等。
说明本实施方式的作用。
在本实施方式的光纤振动传感器1中，使两个光纤环2a、2b长度方向的至少一部分相互沿着对方接近配置，并且使一个光纤环2a的检测振动的灵敏度从一端侧向另一端侧降低，并且，使另一个光纤环2b的检测振动的灵敏度从一端侧向另一端侧增加，根据经由两个光纤环2a、2b获得的输出的和，判定是否在构造体中发生了振动，根据用经由两个光纤环2a、2b获得的输出的和除经由两个光纤环2a、2b获得的输出的差而得的输出比，判定在构造体中振动发生的位置。
由此，在长度方向整个长度上检测灵敏度为0的部位消失，能够在长度方向整个长度上获得良好的检测灵敏度，并且，能够更细致地精确确定在构造体中振动发生的位置，即侵入者侵入的位置。
另外，在光纤振动传感器1中，将相互沿着对方并列配置的两条光纤的前端部彼此连接而形成光纤环2a、2b。例如，在光纤环2a、2b中，当从一端到中间点的光纤(去路)和从中间点到另一端的光纤(回路)的距离相距较大时，振动的影响失衡而引起误差，无法正确判定振动发生的位置，但是在本实施方式中，去路和回路的光纤相互沿着对方并列配置，因此不会产生这样的误差。
(第一实施方式的变形例)
接着，说明第一实施方式的变形例。
图3表示的光纤振动传感器31是在图1的光纤振动传感器1中，把信号处理单元18汇总为一个，安装在第一振动传感器本体3a中而得到的光纤振动传感器。第二振动传感器本体3b内的光源11、受光器12、相位调制器16以及第一振动传感器本体3a内的信号处理单元18通过电缆32电连接。另外，当通过受光器12获得的电信号微弱时，可以具备放大来自受光器12的电信号的放大器。此时，只要在第一振动传感器本体3a内的受光器12和信号处理单元18之间、以及第二振动传感器本体3b内的受光器12和电缆32之间设置相同放大倍数的放大器即可。
图4表示的光纤振动传感器41是在图3的光纤振动传感器31中进一步把光源11也做成公共光源而得的光纤振动传感器。在光纤振动传感器41中，来自光源11的光通过第三光耦合器42分支，分支后的一束光入射到第一振动传感器本体3a内的第一光耦合器13，分支后的另一束光经由连接两振动传感器本体3a、3b之间的中继用光纤43入射到第二振动传感器本体3b内的第一光耦合器13。
图5表示的光纤振动传感器51是在图3的光纤振动传感器31中把第二振动传感器本体3b内的光源11、受光器12、第一光耦合器13以及偏振镜14移动到第一振动传感器本体3a内而得到的光纤振动传感器。来自该移动后的偏振镜14的光经由连接两振动传感器本体3a、3b之间的中继用光纤52入射到第二振动传感器本体3b内的第二光耦合器15。另外，在光纤振动传感器51中当然也可以使光源11作为公共光源。
(第二实施方式)
接着，说明本发明的第二实施方式。
图6表示的光纤振动传感器61是在图3的光纤振动传感器31中，在第一光纤环2a中形成延迟用光纤(延迟用光纤线圈)62而得到的光纤振动传感器。
第一光纤环2a是通过缠绕构成第一光纤环2a的光纤的全长的至少一半长度的光纤作为延迟用光纤62，收容在第一振动传感器本体3a内而形成的。在此，在第一光纤环2a的相位调制器16侧的端部(图示下侧的端部)形成了延迟用光纤62，但是也可以在与第一光纤环2a的相位调制器16相反侧的端部(图示上侧的端部)形成延迟用光纤62。
通过形成延迟用光纤62，检测灵敏度为0的位置被包含在延迟用光纤62中，如图7(a)所示，第一光纤环2a的检测灵敏度A在长度方向上为恒定值。
与此相对，如图7(b)所示，第二光纤环2b的检测灵敏度B从距离0到L3，即从第二光纤环2b的前端到基端逐渐增加。
在此，假设第一光纤环2a的检测灵敏度A为S，第二光纤环2b的基端的检测灵敏度B为2S。此时，用第一光纤环2a的检测灵敏度A除两个光纤环2a、2b的检测灵敏度的差而得的检测灵敏度比为图7(c)所示那样，与图2(d)表示的光纤振动传感器1的情况相同。另外，两个光纤环2a、2b的检测灵敏度A、B的关系并不限于此，第二光纤环2b的基端的检测灵敏度B也可以不为第一光纤环2a的检测灵敏度A的两倍。此时，如图7(c)所示的曲线图(graph)的斜率发生变化，或者曲线图整体在上下方向上移动，但是基本上成为相同的特性。
在光纤振动传感器61中，振动位置判定部18c根据经由两个光纤环2a、2b获得的输出的输出比，判定在构造体中振动发生的位置。在此所说的输出比，如果把第一光纤环2a的输出(相位差)设为Xa、把第二光纤环2b的输出(相位差)设为Xb，则通过Xb/Xa表示，是单纯地用第一光纤环2a的输出Xa除第二光纤环2b的输出Xb而得的值，与上述的第一实施方式中所述的输出比不同。另外，如上述的检测灵敏度比那样也可以使用(Xa-Xb)/Xa来进行判定，但是，如果把(Xa-Xb)/Xa进行变形成为-(Xb/Xa-1)，可知区别仅在于使用把纵轴设为Xb/Xa、横轴设为距离的曲线图反转后平行移动而得的曲线图来进行判定，实质上与使用Xb/Xa的判定相同。
另外，在光纤振动传感器61中，与上述的光纤振动传感器1相同，振动发生判定部18b根据经由两个光纤环2a、2b获得的输出的和来判定是否在构造体中发生了振动。但是，如光纤振动传感器61那样，当在振动可检测区域(测量区域)的整个区域配置有检测灵敏度恒定的光纤环2a时，也可以将振动发生判定部18b构成为仅根据检测灵敏度恒定的光纤环2a的输出来判定是否在构造体中发生了振动。
(第二实施方式的变形例)
接着，说明第二实施方式的变形例。
图8表示的光纤振动传感器81是在图6的光纤振动传感器61中进行如下配置而得的光纤振动传感器：把第二振动传感器本体3b内的光源11、受光器12、第一光耦合器13、偏振镜14、第二光耦合器15以及相位调制器16移动到第一振动传感器本体3a内并且省略振动传感器本体3b，并把第二光纤环2b的朝向反转，并使两个光纤环2a、2b各自的基端侧和前端侧一致地同向配置。在该光纤振动传感器81中，振动可检测区域为L1～L3的范围。
在光纤振动传感器81中，使两个光纤环2a、2b长度相同，但如果是检测不发生延迟等的范围，两个光纤环2a、2b的长度也可以不同。但是，此时需要使检测灵敏度恒定的第一光纤环2a的长度在检测灵敏度有梯度的第二光纤环2b的长度以上。这是因为，如果第二光纤环2b变长，则出现仅配置第二光纤环2b的区域，在该区域中配置了包含检测灵敏度为0的中间点的检测灵敏度低的第二光纤环2b的前端部，在该区域中无法高精度地检测振动。另外，当如图6的光纤振动传感器61那样逆向配置两个光纤环2a、2b时，即使第一光纤环2a的长度小于第二光纤环2b的长度也没有问题。
当比第二光纤环2b长地形成第一光纤环2a时，将振动位置判定部18c构成为当仅通过第一光纤环2a检测出振动，未通过第二光纤环2b检测出振动时，判定为在仅配置了第一光纤环2a的区域中发生了振动。
在光纤振动传感器81中，如图9(a)所示，第一光纤环2a的检测灵敏度A在长度方向上为恒定值，但是，第二光纤环2b的检测灵敏度B如图9(b)所示，从距离0到L3，即从第二光纤环2b的基端到前端逐渐减小。因此，如果设第一光纤环2a的检测灵敏度A为S，第二光纤环2b的基端的检测灵敏度B为2S，则用第一光纤环2a的检测灵敏度A除两光纤环2a、2b的检测灵敏度的差而得的检测灵敏度比为图9(c)所示那样，与图7(c)表示的光纤振动传感器61的检测灵敏度比的曲线图相比，左右反转。
根据光纤振动传感器81可以省略第二振动传感器本体3b，因此可以使装置整体变得紧凑。
图10表示的光纤振动传感器101是在图8的光纤振动传感器81中进一步共用光源11和相位调制器16而得的光纤振动传感器。在光纤振动传感器101中省略第一光耦合器13，通过第三光耦合器102对来自光源11的光进行分支，入射到各个偏振镜14，并且通过具有2×2输入输出端口的光纤耦合器构成第二光耦合器15，受光器12与第二光耦合器15光学连接。
可以把构成两个光纤环2a、2b的各光纤环的光纤缠绕在公共的圆筒状的压电陶瓷元件(PZT)上而形成相位调制器16。
根据光纤振动传感器101，光源11与相位调制器16为共用，另外能够减少使用的光耦合器的数量，因此，能够进一步使装置紧凑，实现低成本化。
(第三实施方式)
接着，说明第三实施方式。
图11表示的光纤振动传感器111，是在图1的光纤振动传感器1中仅使两个光纤环2a、2b的长度方向的一部分相互沿着对方配置而得到的光纤振动传感器。在此，因为两个光纤环2a、2b相互逆向配置，所以两个光纤环2a、2b其前端部彼此重合。在此，把第一光纤环2a的基端设为基准0，把到第一振动传感器本体3a的箱体19的距离设为L1，把到第二光纤环2b的前端的距离设为L4，把到第一光纤环2a的前端的距离设为L5，把到第二振动传感器本体3b的箱体19的距离设为L2，把到第二光纤环2b的基端的距离设为L3。振动可检测区域成为距离L1～L2的范围，一起配置两个光纤环2a、2b双方的区域为距离L4～L5的范围。另外，在此，把两个光纤环2a、2b设为相同光缆长度L。L5与第一光纤环2a的光缆长度L相等，L3-L4与第二光纤环2b的光缆长度L相等。
在光纤振动传感器111中，振动可检测区域由仅配置有第一光纤环2a的从距离L1到L4的区域(以下称为区域X)、配置有两光纤环2a、2b的从距离L4到L5的区域(以下称为区域Y)、以及仅配置有第二光纤环2b的从距离L5到L2的区域(以下称为区域Z)构成。
在光纤振动传感器111中，振动位置判定部18c在仅通过两个光纤环2a、2b中的一个光纤环2a(或者2b)检测出振动时，判定为在仅配置有该检测出振动的光纤环2a(或者2b)的区域X(或Z)中发生了振动。另外，振动位置判定部18c在通过光纤环2a、2b双方检测出振动时，判定为在配置有两光纤环2a、2b的区域Y中发生了振动，并根据用经由两个光纤环2a、2b获得的输出的和除经由两个光纤环2a、2b获得的输出的差而得的输出比，精确地判定在区域Y内在构造体中发生了振动的位置。
在此，说明光纤振动传感器111中的检测灵敏度。
如图12(a)所示，第一光纤环2a的检测灵敏度A从距离0到L5、即从第一光纤环2a的基端到前端逐渐减小。在从距离L5到L3的区域中没有配置第一光纤环2a，因此检测灵敏度A为0。
与此相对，如图12(b)所示，第二光纤环2b的检测灵敏度B从距离L4到L3、即从第二光纤环2b的前端到基端逐渐增加。在从距离0到L4的区域中没有配置第二光纤环2b，因此检测灵敏度B为0。
如果将检测灵敏度A、B相加，则如图12(c)所示，检测灵敏度的和A+B在区域X中与第一光纤环2a的检测灵敏度A相等，在区域Z中与第二光纤环2b的检测灵敏度B相等，在区域Y中成为恒定值。因此，可知通过把振动发生判定部18b构成为根据经由两个光纤环2a、2b获得的输出的和来判定振动的发生，能够在长度方向整个长度上获得良好的检测灵敏度。区域X、Z在光纤环2a、2b的基端部附近，检测灵敏度本来就高，在区域Y中可以通过合计两个光纤环2a、2b的输出来提高检测灵敏度，使检测灵敏度为0的位置消失。
另外，图12(d)表示用检测灵敏度A、B的和除检测灵敏度A、B的差而得的检测灵敏度比。如图12(d)所示，在区域X中，因为检测灵敏度B＝0，所以检测灵敏度比(A-B)/(A+B)＝1为恒定值。另外，在区域Z中，因为检测灵敏度A＝0，所以检测灵敏度比(A-B)/(A+B)＝-1为恒定值。在区域Y中，从距离L4到L5，从1逐渐减小到-1的值。因此，在区域Y中，根据用经由两个光纤环2a、2b获得的输出的和除经由两个光纤环2a、2b获得的输出的差而得的输出比的值，能够精确地判断在从距离L4到L5的哪个位置上发生了振动。
如此，在光纤振动传感器111中，可以根据两个光纤环2a、2b中的每一个是否检测到振动，判定在三个区域X、Y、Z的哪个区域中发生了振动，并且当在区域Y中发生了振动时，能够根据上述的输出比精确地判定在哪个位置发生了振动。
根据光纤振动传感器111，即使在缩短了光纤环2a、2b的长度(光缆长度L)的情况下，也可以在广大的区域内检测出振动，并且可以确定振动发生的位置、即侵入者侵入的位置。
另外，在光纤振动传感器111中，将振动位置判定部18c构成为当仅通过两个光纤环2a、2b中的一个光纤环2a(或者2b)检测到振动时，判定为在仅配置有该检测出振动的光纤环2a(或2b)的区域X(或Z)中发生了振动，但是，也可以将振动位置判定部18c构成为当输出比为1时判定为在区域X中发生了振动，当输出比为-1是判定为在区域Z中发生了振动。
另外，在第三实施方式中，说明了使两个光纤环2a、2b的长度相同的情况，但是，只要在检测中不发生延迟等的范围内，两个光纤环2a、2b的长度也可以不同。
另外，可以在两个光纤环2a、2b中的一个光纤环2a中设置延迟用光纤，使一个光纤环2a的检测灵敏度恒定。此时，当在区域Y中发生了振动时，可以根据用一个光纤环2a的输出除另一个光纤环2b的输出而得的输出比，来判定在哪个位置发生了振动。
本发明并不限于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，当然可以进行各种变更。
例如，在上述实施方式中，使用两条两芯的光缆形成了两个光纤环2a、2b，但是，也可以使用四芯的光缆，使其每两芯为一对，形成两个光纤环2a、2b。另外，例如图4的光纤振动传感器41那样，在需要中继用光纤43的情况下，还可以使用包含该中继用光纤43的五芯的光缆。

Claims (8)

1.一种光纤振动传感器，其为具备沿构造体配置的光纤环、和经由所述光纤环检测在所述构造体中发生的振动的振动传感器本体的萨尼亚克干涉型光纤振动传感器，其特征在于，
具备两个所述光纤环，这两个光纤环，长度方向的至少一部分互相沿着对方配置，并且使一个光纤环的检测振动的灵敏度从一端侧向另一端侧减小，且另一个光纤环的检测振动的灵敏度从一端侧向另一端侧增加，
所述振动传感器本体具有：
振动发生判定部，其根据经由所述两个光纤环获得的输出的和，来判定是否在所述构造体中发生了振动；以及
振动位置判定部，其根据用经由所述两个光纤环获得的输出的和除经由所述两个光纤环获得的输出的差而得的输出比，来判定在所述构造体中振动发生的位置。
2.根据权利要求1所述的光纤振动传感器，其特征在于，
逆向配置所述两个光纤环，使得一个光纤环的前端侧位于另一个光纤环的基端侧，一个光纤环的基端侧位于另一个光纤环的前端侧。
3.一种光纤振动传感器，其为具备沿构造体配置的光纤环、和经由所述光纤环检测在所述构造体中发生的振动的振动传感器本体的萨尼亚克干涉型光纤振动传感器，其特征在于，
具备两个所述光纤环，这两个光纤环，长度方向的至少一部分互相沿着对方配置，并且使一个光纤环的检测振动的灵敏度从一端侧到另一端侧恒定，且另一个光纤环的检测振动的灵敏度从一端侧向另一端侧减小或者增加，
所述振动传感器本体具有：
振动发生判定部，其根据经由所述两个光纤环获得的输出的和，或者经由所述一个光纤环获得的输出，来判定是否在所述构造体中发生了振动；以及
振动位置判定部，其根据经由所述两个光纤环获得的输出的输出比，来判定在所述构造体中振动发生的位置。
4.根据权利要求3所述的光纤振动传感器，其特征在于，
所述一个光纤环把构成这一个光纤环的光纤的全长的至少一半长度的光纤作为延迟用光纤，收容在所述传感器本体内。
5.根据权利要求3或4所述的光纤振动传感器，其特征在于，
同向配置所述两个光纤环，使得各自的基端侧和前端侧一致，并且，所述一个光纤环的长度被形成为所述另一个光纤环的长度以上。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的光纤振动传感器，其特征在于，
把构成所述两个光纤环的每一个光纤环的光纤缠绕在公共的圆筒状的压电陶瓷元件上，形成了公共的相位调制器。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的光纤振动传感器，其特征在于，
所述振动位置判定部，在仅通过所述两个光纤环中的一个光纤环检测出振动时，判定为在仅配置有该检测出振动的光纤环的区域中发生了振动。
8.根据权利要求1～7中任意一项所述的光纤振动传感器，其特征在于，所述振动位置判定部判定为在所述构造体中发生了振动，并且所述振动位置判定部无法判定在所述构造体中振动发生的位置时，判定为由于自然现象而在所述构造体中发生了振动。
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