JP2001356155A - Ladder type multi-point optical fiber magnetometric sensor - Google Patents

Ladder type multi-point optical fiber magnetometric sensor

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JP2001356155A
JP2001356155A JP2000180747A JP2000180747A JP2001356155A JP 2001356155 A JP2001356155 A JP 2001356155A JP 2000180747 A JP2000180747 A JP 2000180747A JP 2000180747 A JP2000180747 A JP 2000180747A JP 2001356155 A JP2001356155 A JP 2001356155A
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optical
optical fiber
light
sensor
light source
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Inventor
Junpei Miyazaki
淳平 宮崎
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Hitachi Cable Ltd
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Hitachi Cable Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ladder type multi-point optical fiber magnetometric sensor having no electric signal line, a high expanding property and a high interchangeability of sensor systems, an excellent fail-safe property, and a stable output and capable of removing fading. SOLUTION: A plurality of sensor systems 101, 102, 103 detecting optical path difference changes based on magnetic information as light intensity signals via optical interference are arranged in the longitudinal direction of a light source optical fiber 104 connected to a light source. The light inputs of the sensor systems 101, 102, 103 are connected to the light source optical fiber 104 via optical couplers 20, 21, 22 respectively, the light outputs of the sensor systems 101, 102, 103 are connected to a light receiving optical fiber 105 separate from the light source optical fiber 104 via optical couplers 60, 61, 62 respectively, and a magnetic information extracting section 106 for extracting the magnetic information of the sensor systems from the light intensity signals is provided at one end of the light receiving optical fiber 105.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバを用い
た多点型の磁気センサに係り、特に、電気信号線が存在
せず、センサ系の拡張性・互換性が高く、フェールセー
フ性に優れ、フェージングの除去の達成された、出力の
安定した梯子型多点光ファイバ磁気センサに関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multipoint type magnetic sensor using an optical fiber, and in particular, has no electric signal line, has high expandability and compatibility of a sensor system, and has a fail-safe characteristic. The present invention relates to a ladder-type multipoint optical fiber magnetic sensor having excellent output, fading elimination, and stable output.

【0002】[0002]

【従来の技術】光ファイバによる光の干渉を利用して磁
気を検出するセンサとして、電磁力を利用する多点型の
ものが公知である(特開平1−35284号)。この多
点光ファイバ磁気センサは、図7に示されるように、金
属被覆光ファイバからなる磁気検出素子10,13,1
6とこの磁気検出素子10,13,16に交流電流を通
電する交流電源(発振器)11,14,17とを備えた
センサ部171,172,173を、カプラ2を介して
光源1に接続された光ファイバ174の長手方向に直列
に複数配置し、この光ファイバ174とカプラ2を介し
て光源1に接続された別の光ファイバ3とを反対端のカ
プラ4で結合することにより、マッハツェンダ干渉計1
75(以下、光学干渉計という)を構成したもので、光
源1からの光を各センサ部171,172,173に経
由させ、各センサ部171,172,173において、
磁気検出素子10,13,16に通電した交流電流と外
部磁束との相互作用による磁気検出素子10,13,1
6の長手方向の伸縮或いは径方向の側圧変化によって光
路差変化を生じさせ、この光路差変化を光学干渉計17
5が光の強弱信号として検出するようになっている。光
学干渉計175の出力部には光の強弱信号を電気信号に
変換する受光器5が設けられ、各センサ部171,17
2,173には、各センサ部毎の搬送波を用いて前記電
気信号の同期検波を行って当該センサ部の外部磁束の磁
気情報を取り出す同期検波器12,15,18が設けら
れている。また、この多点光ファイバ磁気センサは、フ
ェージングを除去するために、光ファイバ3に光学位相
変調素子9を設け、カプラ4に別の受光器6を接続し、
2つの受光器5,6の信号差の直流成分を光ファイバ3
に光学的に帰還して直流成分が0になるように制御でき
るよう構成されている。7は、2つの受光器5,6の信
号差の直流成分を取り出す補償器、8は、補償器出力を
増幅して光学位相変調素子9に印加する増幅器である。
2つの受光器5,6の信号差の直流成分が0になるよう
に制御することで、フェージングを除去することができ
る。
2. Description of the Related Art As a sensor for detecting magnetism using light interference by an optical fiber, a multipoint sensor using electromagnetic force is known (Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-35284). As shown in FIG. 7, this multi-point optical fiber magnetic sensor has magnetic detecting elements 10, 13, 1 made of a metal-coated optical fiber.
6 and sensor units 171, 172, 173 provided with AC power supplies (oscillators) 11, 14, 17 for supplying an AC current to the magnetic detection elements 10, 13, 16 are connected to the light source 1 via the coupler 2. A plurality of optical fibers 174 are arranged in series in the longitudinal direction of the optical fiber 174, and another optical fiber 3 connected to the light source 1 via the coupler 2 is coupled to the optical fiber 174 with the coupler 4 at the opposite end. Total 1
75 (hereinafter referred to as an optical interferometer). Light from the light source 1 passes through the sensor units 171, 172, and 173.
Magnetic detection elements 10, 13, 1 due to the interaction between an alternating current flowing through magnetic detection elements 10, 13, 16 and an external magnetic flux.
A change in the optical path difference is caused by the expansion and contraction in the longitudinal direction or the change in the lateral pressure in the radial direction of the optical interferometer 17.
5 is detected as a light intensity signal. At the output of the optical interferometer 175, there is provided a photodetector 5 for converting a signal of the intensity of light into an electric signal.
2, 173 are provided with synchronous detectors 12, 15, and 18, which perform synchronous detection of the electric signal using a carrier wave of each sensor unit and extract magnetic information of an external magnetic flux of the sensor unit. Further, in order to remove fading, the multi-point optical fiber magnetic sensor is provided with an optical phase modulation element 9 on the optical fiber 3 and another optical receiver 6 connected to the coupler 4,
The DC component of the signal difference between the two light receivers 5 and 6 is converted into an optical fiber 3
So that the DC component can be controlled so that the DC component becomes zero. Reference numeral 7 denotes a compensator for extracting a DC component of a signal difference between the two light receivers 5 and 6, and reference numeral 8 denotes an amplifier for amplifying an output of the compensator and applying the amplified output to an optical phase modulation element 9.
By controlling the DC component of the signal difference between the two light receivers 5 and 6 to be 0, fading can be removed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、光ファイバ
を用いた磁気センサは、光ファイバ3,174を長くす
れば、比較的容易に広範囲空間にわたる計測が達成でき
る可能性が高いが、上記多点光ファイバ磁気センサの多
点化技術には、以下のような問題点があった。
In the magnetic sensor using an optical fiber, it is highly likely that measurement over a wide area can be achieved relatively easily if the optical fibers 3 and 174 are lengthened. The multipoint technology of the optical fiber magnetic sensor has the following problems.

【0004】1)各センサ部と基地装置との間の電気信
号線の存在 基地装置(図示せず)は、各センサ部171,172,
173が出力する磁気情報を同時に収集して集中処理す
るもので、例えば、受光器5,6の近傍に設置される。
従来技術では、例えば、左端のセンサ部171を構成す
る部品について、以下のような設置方式が考えられる。
1) Existence of an electric signal line between each sensor unit and the base unit The base unit (not shown) includes each of the sensor units 171, 172,
173 collects the magnetic information output at the same time and performs centralized processing, and is installed, for example, near the photodetectors 5 and 6.
In the related art, for example, the following installation method can be considered for components constituting the left end sensor unit 171.

【0005】a)交流電源11と同期検波器12とを共
に磁気検出素子10の近傍に設置する。この方式による
と、基地装置とセンサ部171との間には、電源線(各
部品のパワー用)に加え、受光器5からの電気信号をセ
ンサ部171に送る電気信号線と、センサ部171から
磁気情報出力を基地装置に送る電気信号線とが必要にな
る。
A) The AC power supply 11 and the synchronous detector 12 are both installed near the magnetic detection element 10. According to this method, in addition to the power supply line (for power of each component), an electric signal line for sending an electric signal from the light receiver 5 to the sensor unit 171 and a sensor unit 171 between the base unit and the sensor unit 171. And an electric signal line for transmitting magnetic information output to the base unit.

【0006】b)交流電源11を磁気検出素子10の近
傍に設置し、同期検波器12を基地装置の近傍に設置す
る。この方式によると、基地装置とセンサ部171との
間には、電源線に加え、センサ部171から交流電源1
1の信号を基地装置側の同期検波器12に送る電気信号
線が必要になる。
[0006] b) The AC power supply 11 is installed near the magnetic detecting element 10 and the synchronous detector 12 is installed near the base unit. According to this method, between the base unit and the sensor unit 171, in addition to the power supply line, the AC power supply 1
An electric signal line for transmitting the signal No. 1 to the synchronous detector 12 on the base device side is required.

【0007】c)交流電源11と同期検波器12とを共
に基地装置の近傍に設置する。この方式によると、基地
装置とセンサ部171との間には、電源線に加え、基地
装置から交流電源11の信号をセンサ部171に送る電
気信号線が必要になる。
C) The AC power supply 11 and the synchronous detector 12 are both installed near the base station. According to this method, an electric signal line for transmitting a signal of the AC power supply 11 from the base device to the sensor unit 171 is required between the base device and the sensor unit 171 in addition to the power supply line.

【0008】このように、いずれの設置方式においても
各センサ部171,172,173と基地装置との間に
電気信号線が存在する。これらの電気信号線には、磁気
情報の検出に直接関与する交流電流が流れるため、電気
信号線が外部からの雑音を受けると、その雑音が大きな
誤差要因となる。また、センサ部同士の配置間隔やセン
サ部と基地装置との距離が長くなると、それに伴って引
き回す電気信号線が長くなり、S/N比低下や設置・保
守時の作業性の悪化をもたらす。
As described above, in any of the installation methods, the electric signal lines exist between the sensor units 171, 172, and 173 and the base device. Since an alternating current directly involved in the detection of magnetic information flows through these electric signal lines, if the electric signal lines receive external noise, the noise causes a large error. In addition, when the arrangement interval between the sensor units and the distance between the sensor unit and the base device become longer, the length of the electric signal line to be routed becomes longer, resulting in a decrease in the S / N ratio and deterioration in workability during installation and maintenance.

【0009】2)センサ部の拡張性・互換性の不足 光ファイバ磁気センサは、1つの磁気検出素子と1つの
交流電源とで1つのセンサ部を構成し、この1つのセン
サ部と光学干渉計とで単点を計測する光ファイバ磁気セ
ンサが構成できる。このような光ファイバ磁気センサを
完全な単体センサと呼ぶことにする。従来技術では、複
数のセンサ部171,172,173を共通の光学干渉
計175に組み込んで多点の光ファイバ磁気センサを構
成しているため、計測点を1つ追加しようとすると、完
全な単体センサの一部(=センサ部)を共通の光学干渉
計175に挿入することになる。このため、多点の光フ
ァイバ磁気センサと完全な単体センサとの互換性が乏し
くなる。また、このように互換性が乏しいために、計測
点の追加が容易でなく、拡張性が乏しくなる。
2) Insufficiency of expandability and compatibility of the sensor unit The optical fiber magnetic sensor forms one sensor unit with one magnetic detecting element and one AC power supply, and the one sensor unit and the optical interferometer Thus, an optical fiber magnetic sensor that measures a single point can be configured. Such an optical fiber magnetic sensor will be referred to as a complete single sensor. In the related art, a plurality of sensor units 171, 172, and 173 are incorporated in a common optical interferometer 175 to constitute a multipoint optical fiber magnetic sensor. A part of the sensor (= sensor part) is inserted into the common optical interferometer 175. For this reason, the compatibility between the multi-point optical fiber magnetic sensor and the complete single sensor is poor. In addition, because of such poor compatibility, it is not easy to add measurement points, and expandability is poor.

【0010】3)フェールセーフ性欠如 多点化(計測空間の広範囲化)によって光学干渉計のア
ーム(光ファイバ3,174のこと)が伸ばされていく
ことになる。しかし、この長いアームの一部に切断や伝
送損失増大などの異常が発生すると、全てのセンサ部1
71,172,173が使用不能となってしまう。
3) Lack of fail-safe property Due to the increase in the number of points (expansion of the measurement space), the arms (optical fibers 3 and 174) of the optical interferometer are extended. However, if an abnormality such as disconnection or an increase in transmission loss occurs in a part of this long arm, all the sensor units 1
71, 172 and 173 become unusable.

【0011】4)フェージング除去困難 多点化に伴いアームの長さが伸びてゆき、あるいはアー
ムを継ぎ足すために使用するコネクタ数が増大すると、
加わる外乱量や偏波変動が増大し、あるいは光の干渉性
の低下によってフェージングの変化量や変化周波数のバ
リエーションが増大し、フェージング除去が困難にな
る。
4) Difficulty of Fading Removal When the number of points increases, the length of the arm increases, or when the number of connectors used to add the arm increases,
The amount of disturbance or polarization fluctuation added increases, or the variation of the fading and the variation of the changing frequency increase due to the decrease of the coherence of light, and it becomes difficult to remove the fading.

【0012】また、従来技術では、直流成分を光学干渉
計175に帰還してフェージングの除去を図っている
が、直流成分には光学的フェージング以外の要素である
カプラ分岐比のずれ、電気信号のDCオフセットも含ま
れており、直流成分は帰還用として必ずしも望ましいも
のではない。
In the prior art, the direct current component is fed back to the optical interferometer 175 to remove fading. However, the direct current component has a difference in coupler branching ratio, which is an element other than optical fading, and an electric signal. A DC offset is also included, and the DC component is not always desirable for feedback.

【0013】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、電気信号線が存在せず、センサ系の拡張性・互換性
が高く、フェールセーフ性に優れ、フェージングの除去
の達成された、出力の安定した梯子型多点光ファイバ磁
気センサを提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to achieve no elimination of electric signal lines, to have high expandability and compatibility of the sensor system, to have excellent fail-safe properties, and to eliminate fading. An object of the present invention is to provide a ladder-type multipoint optical fiber magnetic sensor having a stable output.

【0014】[0014]

【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、金属が被覆された光ファイバに交流電流を
通電し、この交流電流と外部磁束との相互作用による前
記金属被覆光ファイバの長手方向の伸縮或いは径方向の
側圧変化によって光路差変化を生じさせ、この光路差変
化を光学干渉により光の強弱信号として検出するセンサ
系を、光源に接続された光源用光ファイバの長手方向に
複数配置し、各センサ系の光入力側をそれぞれ光カプラ
を介して前記光源用光ファイバに接続し、各センサ系の
光出力側をそれぞれ光カプラを介して前記光源用とは別
の受光用光ファイバに接続し、この受光用光ファイバの
一端に前記光の強弱信号から各センサ系における前記外
部磁束の磁気情報を取り出すための磁気情報取出部を設
けたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides an optical fiber coated with a metal, which is supplied with an alternating current, and wherein the metal coated optical fiber is formed by an interaction between the alternating current and an external magnetic flux. An optical path difference change is caused by a longitudinal expansion or contraction or a radial side pressure change, and a sensor system for detecting the optical path difference change as a light intensity signal by optical interference is provided in a longitudinal direction of a light source optical fiber connected to the light source. The optical input side of each sensor system is connected to the light source optical fiber via an optical coupler, and the optical output side of each sensor system is received separately from the light source for the light source via an optical coupler. And a magnetic information extracting section for extracting magnetic information of the external magnetic flux in each sensor system from the intensity signal of the light at one end of the light receiving optical fiber.

【0015】前記センサ系が、入力した光を分岐する光
カプラと、この光カプラに接続された複数の前記金属被
覆光ファイバと、これら金属被覆光ファイバに通電する
複数の交流電源と、一方の金属被覆光ファイバに対しフ
ェージング検出のために基準変調を行う光学位相変調素
子と、この光学位相変調素子を駆動する交流電源と、前
記複数の金属被覆光ファイバからの光信号を合波して出
力する光カプラと、その合波された光信号の一部を電気
信号に変換する受光器と、その電気信号からフェージン
グ成分を検出する同期検波器と、その検波信号を他方の
金属被覆光ファイバに帰還する光学位相変調素子とから
なってもよい。
The sensor system comprises: an optical coupler for splitting input light; a plurality of metal-coated optical fibers connected to the optical coupler; a plurality of AC power supplies for supplying power to the metal-coated optical fibers; An optical phase modulation element that performs reference modulation for fading detection on the metal-coated optical fiber, an AC power supply that drives the optical phase modulation element, and multiplexes and outputs optical signals from the plurality of metal-coated optical fibers. Optical coupler, a photodetector that converts a part of the multiplexed optical signal into an electric signal, a synchronous detector that detects a fading component from the electric signal, and the detected signal to the other metal-coated optical fiber. It may be composed of a feedback optical phase modulation element.

【0016】前記磁気情報取出部が、前記受光用光ファ
イバに接続された受光器と、この受光器が前記光の強弱
信号を変換した電気信号から各センサ系毎の複数の搬送
波を検出するキャリア検出器と、各複数の搬送波を用い
て前記電気信号から同期検波を行うことにより、各セン
サ系毎の外部磁束の磁気情報を取り出す同期検波器とか
らなってもよい。
The magnetic information extracting section includes a light receiver connected to the light receiving optical fiber, and a carrier for detecting a plurality of carrier waves for each sensor system from the electric signal obtained by converting the light intensity signal of the light. It may be constituted by a detector and a synchronous detector for extracting magnetic information of an external magnetic flux for each sensor system by performing synchronous detection from the electric signal using each of the plurality of carriers.

【0017】センサ系間の光行路差をセンサ系内の光行
路差に対して十分に大きく設定し、前記光源の可干渉距
離がセンサ系内の光行路差より十分大きく、センサ系間
の光行路差より十分小さくなるように、前記光源のスペ
クトル線幅を制御してもよい。
The optical path difference between the sensor systems is set to be sufficiently large with respect to the optical path difference in the sensor system, and the coherence length of the light source is sufficiently larger than the optical path difference in the sensor system. The spectral line width of the light source may be controlled so as to be sufficiently smaller than the path difference.

【0018】前記光源用光ファイバと各センサ系の光入
力側とに介在する各光カプラの分岐比を、光源からの分
岐通過数に応じて変化させてもよい。
The branch ratio of each optical coupler interposed between the optical fiber for the light source and the optical input side of each sensor system may be changed according to the number of branches passing from the light source.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて詳述する。
An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0020】図1に示されるように、本発明に係る梯子
型多点光ファイバ磁気センサは、金属被覆光ファイバに
よる光路差変化を光学干渉により光の強弱信号として検
出するセンサ系101,102,103,…を、光源1
9に接続された光源用光ファイバ104の長手方向に複
数配置し、各センサ系101,102,103の光入力
側をそれぞれ光カプラ20,21,22,…を介して光
源用光ファイバ104に接続し、各センサ系101,1
02,103の光出力側をそれぞれ光カプラ60,6
1,62,…を介して前記光源用とは別の受光用光ファ
イバ105に接続し、この受光用光ファイバ105の一
端に前記光の強弱信号から各センサ系101,102,
103における外部磁束の磁気情報を取り出すための磁
気情報取出部106を設けたものである。
As shown in FIG. 1, a ladder-type multipoint optical fiber magnetic sensor according to the present invention has a sensor system 101, 102, which detects a change in an optical path caused by a metal-coated optical fiber as a light intensity signal by optical interference. 103,.
9 are arranged in the longitudinal direction of the optical fiber 104 for the light source, and the light input side of each sensor system 101, 102, 103 is connected to the optical fiber 104 for the light source via the optical couplers 20, 21, 22,. Connect each sensor system 101, 1
02 and 103 are connected to optical couplers 60 and 6 respectively.
, 62,... Are connected to another light receiving optical fiber 105 for the light source, and one end of the light receiving optical fiber 105 is connected to one of the sensor systems 101, 102,.
A magnetic information extracting unit 106 for extracting magnetic information of the external magnetic flux in 103 is provided.

【0021】各センサ系は同一構成であるので、センサ
系101について説明する。
Since each sensor system has the same configuration, the sensor system 101 will be described.

【0022】センサ系101は、入力した光を分岐する
光カプラ23と、この光カプラ23に接続された2つの
金属被覆光ファイバ(以下、磁気検出素子という)2
6,27と、これら磁気検出素子26,27に通電する
2つの交流電源(発振器)32,33と、一方の磁気検
出素子26に対しフェージング検出のために基準変調を
行う光学位相変調素子41と、この光学位相変調素子4
1を駆動する交流電源(発振器)38と、磁気検出素子
26,27からの光信号を合波して出力する光カプラ5
4と、その合波された光信号の一部をモニタして電気信
号に変換する受光器53と、その電気信号からフェージ
ング成分を検出する同期検波器47と、その検波信号を
増幅する増幅器48と、その増幅された検波信号を他方
の磁気検出素子27に帰還する光学位相変調素子42と
からなる。センサ系101の光入力側を構成する光カプ
ラ23が光源用光ファイバ104中の光カプラ20に接
続され、光出力側を構成する光カプラ54が受光用光フ
ァイバ105中の光カプラ60に接続されることにな
る。
The sensor system 101 includes an optical coupler 23 for splitting input light, and two metal-coated optical fibers (hereinafter, referred to as magnetic detecting elements) 2 connected to the optical coupler 23.
6, 27, two AC power supplies (oscillators) 32, 33 for energizing the magnetic detection elements 26, 27, and an optical phase modulation element 41 for performing reference modulation on one of the magnetic detection elements 26 for fading detection. , This optical phase modulation element 4
1 and an optical coupler 5 for multiplexing and outputting optical signals from the magnetic detecting elements 26 and 27.
4, a photodetector 53 for monitoring a part of the multiplexed optical signal and converting it to an electric signal, a synchronous detector 47 for detecting a fading component from the electric signal, and an amplifier 48 for amplifying the detected signal. And an optical phase modulation element 42 that feeds back the amplified detection signal to the other magnetic detection element 27. The optical coupler 23 forming the light input side of the sensor system 101 is connected to the optical coupler 20 in the light source optical fiber 104, and the optical coupler 54 forming the light output side is connected to the optical coupler 60 in the light receiving optical fiber 105. Will be done.

【0023】磁気情報取出部106は、受光用光ファイ
バ105に接続された受光器59と、この受光器59が
前記光の強弱信号を変換した電気信号から各センサ系毎
の2つの搬送波を検出するキャリア検出器63と、各2
つの搬送波を用いて前記電気信号から同期検波を行うこ
とにより、各センサ系毎の外部磁束の磁気情報を取り出
す同期検波器64,65,66とからなる。
The magnetic information extracting section 106 detects a light receiver 59 connected to the light receiving optical fiber 105 and detects two carrier waves for each sensor system from the electric signal obtained by converting the light intensity signal of the light. Carrier detectors 63 and 2 each
Synchronous detectors 64, 65, and 66 for extracting magnetic information of external magnetic flux for each sensor system by performing synchronous detection from the electric signal using one carrier wave.

【0024】図1の梯子型多点光ファイバ磁気センサに
あっては、光源19を出た光は、光カプラ20,21,
22によって分岐され、それぞれのセンサ系101,1
02,103に供給される。光カプラ23,24,25
は、図7のマッハツェンダ干渉計の光カプラ2に相当
し、各センサ系101,102,103の入り口となる
カプラである。各センサ系101,102,103に分
岐された光は、各々磁気情報を取り込んだ後、光カプラ
60,61,62によって合波され、受光器59に送ら
れる。このように、梯子型多点光ファイバ磁気センサ
は、光ファイバのつながり構造が梯子型となっているこ
とが特徴である。
In the ladder-type multi-point optical fiber magnetic sensor shown in FIG.
22, the respective sensor systems 101, 1
02, 103. Optical couplers 23, 24, 25
Is a coupler corresponding to the optical coupler 2 of the Mach-Zehnder interferometer in FIG. 7 and serving as an entrance of each of the sensor systems 101, 102, and 103. The light split into the sensor systems 101, 102, and 103, respectively, after taking in magnetic information, is multiplexed by the optical couplers 60, 61, and 62 and sent to the light receiver 59. Thus, the ladder-type multipoint optical fiber magnetic sensor is characterized in that the connection structure of the optical fibers is a ladder type.

【0025】また、この梯子型構造では、隣接したセン
サ系同士もマッハツェンダ干渉計を形成し、不要な干渉
を起こすおそれがある。そこで、不要な干渉を避けるた
めに、センサ系間の光行路差をセンサ系内の光行路差に
対して十分に大きく設定し、さらに、光源19のスペク
トル線幅の制御を行ってセンサ系内では十分な干渉が発
生し、センサ系間では干渉が発生しないようにしてあ
る。
In this ladder type structure, the adjacent sensor systems also form a Mach-Zehnder interferometer, which may cause unnecessary interference. Therefore, in order to avoid unnecessary interference, the optical path difference between the sensor systems is set to be sufficiently large with respect to the optical path difference in the sensor system. Then, sufficient interference occurs, and no interference occurs between the sensor systems.

【0026】以下、図1の梯子型多点光ファイバ磁気セ
ンサの動作を詳しく説明する。
The operation of the ladder type multipoint optical fiber magnetic sensor shown in FIG. 1 will be described in detail below.

【0027】光源19からスペクトル線幅を制御された
光が光カプラ20に送られ、光カプラ20で第1番目の
センサ系101に送る光と第2番目以降のセンサ系10
2,103に送る光とに分岐される。
The light whose spectral line width is controlled is transmitted from the light source 19 to the optical coupler 20, and the light transmitted to the first sensor system 101 by the optical coupler 20 and the second and subsequent sensor systems 10.
It is split into light to be sent to 2,103.

【0028】第1番目のセンサ系101に送られた光
は、光カプラ23でマッハツェンダ干渉計の2つの光行
路である2本の光ファイバ(符号なし)に分岐される。
それぞれの光行路では、交流電源32,33によってそ
れぞれことなる周波数で駆動される磁気検出素子26,
27によってそれぞれの周波数成分での磁気情報が光路
差変化として取り込まれる。
The light transmitted to the first sensor system 101 is split by the optical coupler 23 into two optical fibers (unsigned) which are two optical paths of the Mach-Zehnder interferometer.
In each optical path, the magnetic detecting elements 26, which are driven at different frequencies by AC power supplies 32, 33, respectively.
27 captures magnetic information of each frequency component as an optical path difference change.

【0029】磁気検出素子26から出た光は、交流電源
38によって駆動される光学位相変調素子41で一定周
波数、一定振幅の変調を受ける。2つの光行路の光が光
カプラ54で合波されることにより、干渉が発生する。
光カプラ54の片端の出力は、受光器53によって電気
信号に変換される。この電気信号は、同期検波器47に
より交流電源38の周波数の2倍の周波数成分で同期検
波される。この検波信号が増幅器48で増幅され、その
増幅された検波信号が光学位相変調素子42に印加され
る。これによって帰還ループが成立し、センサ系内の2
つの光行路の光行路差が1/4波長ずれた点に制御され
る。これにより変調周波数の基本波成分の感度が最大に
なるように動作点が安定化される。
The light emitted from the magnetic detection element 26 is modulated at a constant frequency and a constant amplitude by an optical phase modulation element 41 driven by an AC power supply 38. Interference occurs when the lights of the two optical paths are combined by the optical coupler 54.
The output at one end of the optical coupler 54 is converted into an electric signal by the light receiver 53. This electric signal is synchronously detected by the synchronous detector 47 with a frequency component twice as high as the frequency of the AC power supply 38. This detection signal is amplified by the amplifier 48, and the amplified detection signal is applied to the optical phase modulation element 42. As a result, a feedback loop is established, and 2 in the sensor system is formed.
The optical path difference between the two optical paths is controlled to a point shifted by 波長 wavelength. This stabilizes the operating point so that the sensitivity of the fundamental component of the modulation frequency is maximized.

【0030】一方、光カプラ54のもう片端の出力は、
光カプラ60に導かれ、第2番目以降のセンサ系10
2,103の光が合波された光と合波され、受光器59
に入力される。受光器59で変換された電気信号は、キ
ャリア検出器63に送られる。このキャリア検出器63
では、磁気情報が含まれる周波数成分の周波数検出が行
われ、それぞれの周波数信号が生成される。この再生キ
ャリア信号と受光器59からの電気信号とが同期検波器
64,65,66に送られる。各同期検波器64,6
5,66では、それぞれの周波数成分に含まれる磁気情
報が抽出される。
On the other hand, the output of the other end of the optical coupler 54 is
The second and subsequent sensor systems 10 guided to the optical coupler 60
2, 103 light is multiplexed with the multiplexed light, and
Is input to The electric signal converted by the light receiver 59 is sent to the carrier detector 63. This carrier detector 63
In, frequency detection of frequency components including magnetic information is performed, and respective frequency signals are generated. The reproduced carrier signal and the electric signal from the light receiver 59 are sent to the synchronous detectors 64, 65, 66. Each synchronous detector 64, 6
At 5, 66, magnetic information included in each frequency component is extracted.

【0031】以上の梯子型多点光ファイバ磁気センサに
あっては、光カプラ23から光カプラ54までのマッハ
ツェンダ干渉計を構成するセンサ系101は、1つの筐
体に格納され、センサ系内の光行路が延長されることは
ないので、外乱の影響を受けにくくなる。また、各セン
サ系101,102,103には、電源線(各部品のパ
ワー用)のみが接続され、基地装置からの電気信号線は
接続されない。従って、各センサ系と基地装置との間の
電気信号の行き来がなく、電気信号線の引き回しが不要
となる。また、1つのセンサ系が故障しても他のセンサ
系の信号は出力されるため、フェールセーフ性が高くな
る。また、センサ系はそれぞれ互換性があり、センサ系
を増設するに際して、従来のように光学干渉計を切断し
て部品を挿入する必要がなく、拡張性に優れている。
In the ladder-type multi-point optical fiber magnetic sensor described above, the sensor system 101 constituting the Mach-Zehnder interferometer from the optical coupler 23 to the optical coupler 54 is stored in one housing, and the sensor system 101 Since the optical path is not extended, it is less susceptible to disturbance. Further, only a power supply line (for power of each component) is connected to each of the sensor systems 101, 102, and 103, and an electric signal line from the base device is not connected. Therefore, there is no exchange of electric signals between each sensor system and the base device, and it is not necessary to route electric signal lines. Further, even if one sensor system fails, a signal of another sensor system is output, so that fail-safe performance is improved. Further, the sensor systems are interchangeable with each other, and it is not necessary to cut off the optical interferometer and insert a component as in the related art when adding a sensor system, which is excellent in expandability.

【0032】また、光源の可干渉距離がセンサ系内の光
行路差(第1番目のセンサ系101では光カプラ23か
ら光カプラ54で合波するまでの2つの光行路の光行路
差)より十分大きく、なおかつセンサ系間の光行路差
(光カプラ20から光カプラ21までの光行路と光カプ
ラ61から光カプラ60までの光行路との和にほぼ一
致)より十分小さくなるように、光源19のスペクトル
線幅を制御するので、センサ系間の干渉性雑音を低減す
ることができる。
Further, the coherence length of the light source is determined by the optical path difference in the sensor system (in the first sensor system 101, the optical path difference between the two optical paths from the optical coupler 23 to the optical coupler 54). The light source is set to be sufficiently large and sufficiently smaller than the optical path difference between the sensor systems (substantially equal to the sum of the optical path from the optical coupler 20 to the optical coupler 21 and the optical path from the optical coupler 61 to the optical coupler 60). Since the 19 spectral line widths are controlled, coherent noise between the sensor systems can be reduced.

【0033】梯子型の分岐を構成するとき、センサ系間
の分岐カプラである光カプラ20,21,22に、入力
対出力比が1:2の光カプラを用いると、第n番目のセ
ンサ系への入力光の強さは、第1番目のセンサ系101
への入力光の強さの2-nに弱まってしまう。そこで、各
光カプラ20,21,22の分岐比を、光源19からの
分岐通過数に応じて変化させる。末端につながる出力の
配分が大きくなる分岐比を採用することにより、末端側
のセンサ系への入力光の強さが弱まる度合いを低減で
き、センサ系間の感度差を緩和することができる。
When a ladder-type branch is configured, if an optical coupler having an input-to-output ratio of 1: 2 is used for the optical couplers 20, 21, and 22, which are branch couplers between the sensor systems, the n-th sensor system The intensity of the input light to the first sensor system 101
Input light intensity to 2 -n . Therefore, the branching ratio of each of the optical couplers 20, 21, 22 is changed in accordance with the number of branch passages from the light source 19. By adopting the branching ratio in which the distribution of the output connected to the terminal is increased, the degree of weakening of the intensity of the input light to the sensor system on the terminal side can be reduced, and the sensitivity difference between the sensor systems can be reduced.

【0034】図2に示すような梯子型2点光ファイバ磁
気センサを実際に作成した。図示されるように、定偏波
光源に接続された光源用光ファイバと受光器に接続され
た受光用光ファイバとの間に、第1番目のセンサ系#
1、第2番目のセンサ系#2を設けた。センサ系#1、
#2の内部構成は簡略に示したが、図1のセンサ系と同
一構成である。センサ系#1、#2間の光源用光ファイ
バ及び受光用光ファイバは、5mの延長ケーブルとし
た。
A ladder-type two-point optical fiber magnetic sensor as shown in FIG. 2 was actually produced. As shown in the figure, a first sensor system # is provided between a light source optical fiber connected to a constant polarization light source and a light receiving optical fiber connected to a light receiver.
1. A second sensor system # 2 was provided. Sensor system # 1,
Although the internal configuration of # 2 is shown simply, it has the same configuration as the sensor system of FIG. The light source optical fiber and the light receiving optical fiber between the sensor systems # 1 and # 2 were 5 m extension cables.

【0035】図2の梯子型2点光ファイバ磁気センサの
出力を図3に示す。計測対象の外部磁束は地磁気であ
る。センサ系#2の出力は21.9kHz、センサ系#
1の出力は23.1kHzであり、それぞれ図示のよう
な出力強度が得られた。これにより、地磁気を感度よく
検出することができた。
FIG. 3 shows the output of the ladder type two-point optical fiber magnetic sensor of FIG. The external magnetic flux to be measured is geomagnetism. The output of sensor system # 2 is 21.9 kHz, sensor system #
The output of No. 1 was 23.1 kHz, and the output intensity as shown in each figure was obtained. As a result, the geomagnetism could be detected with high sensitivity.

【0036】次に、本発明の梯子型多点光ファイバ磁気
センサにおける各種の特性について考察する。
Next, various characteristics of the ladder type multipoint optical fiber magnetic sensor of the present invention will be considered.

【0037】1.干渉性雑音の低減 マッハツェンダ干渉計での雑音の要因としては、1)光
源の位相雑音、2)光の可干渉性、3)偏波変動、4)
戻り光、5)光源の強度変化などが挙げられる。ここで
は、影響が大きいと思われる1)〜4)について考察す
る。
1. Reduction of coherent noise The causes of noise in a Mach-Zehnder interferometer are: 1) phase noise of a light source, 2) coherence of light, 3) polarization fluctuation, 4)
Return light, 5) a change in the intensity of the light source, and the like. Here, 1) to 4) that are considered to have a large effect will be considered.

【0038】1)光源の位相雑音 光源の位相雑音は、光源の位相(周波数)ふらつきに起
因しており、スペクトル線幅によって決定される。マッ
ハツェンダ干渉計では、その光行路差が光の可干渉距離
よりも十分小さな領域では、光行路差に比例して位相雑
音が増大する。光行路差が理想的に0であれば、信号出
力に雑音は発生しない。マッハツェンダ干渉計の合波点
における光源の位相雑音dφn (x)は、数1のように
与えられる。ただし、 2Δλw :光源スペクトル半値幅(波長値) x:光行路差 λ0 :光源中心波長 λ0 >>Δλw とする。
1) Phase noise of the light source The phase noise of the light source is caused by the phase (frequency) fluctuation of the light source, and is determined by the spectral line width. In a Mach-Zehnder interferometer, in an area where the optical path difference is sufficiently smaller than the coherence length of light, phase noise increases in proportion to the optical path difference. If the optical path difference is ideally zero, no noise is generated in the signal output. The phase noise dφ n (x) of the light source at the multiplexing point of the Mach-Zehnder interferometer is given by Expression 1. Here, 2Δλ w : light source spectrum half width (wavelength value) x: optical path difference λ 0 : light source center wavelength λ 0 >> Δλ w

【0039】[0039]

【数1】 (Equation 1)

【0040】2)光の可干渉性 光の可干渉性は、干渉によって発生する現象作用の全て
に係数として係ってくる。この係数VC は、数2のよう
に与えられる。ただし、 n:ファイバ屈折率 2Δλw :光源スペクトル半値幅(波長値) x:光行路差 λ0 :光源中心波長 λ0 >>Δλw とする。
2) Coherence of light The coherence of light is related as a coefficient to all of the phenomena caused by interference. This coefficient V C is given as in Equation 2. Here, n: fiber refractive index 2Δλ w : light source spectral half width (wavelength value) x: optical path difference λ 0 : light source center wavelength λ 0 >> Δλ w

【0041】[0041]

【数2】 (Equation 2)

【0042】3)偏波状態(偏波変動) 光結合時の2つの光の偏波状態は、直接雑音に寄与する
ものではないが、2つの偏波面の角度差が0になるとき
は、2つの光の干渉性が最大となり、直交するときは、
2つの光の干渉性が最小となる。つまり、偏波角の差が
可干渉性を表す係数として作用する。2つの光は、実際
には楕円偏光となっているが、簡単のために直線偏光と
みなし、その偏波面の角度差をηとすると、干渉性の係
数Vp は、数3のように与えられる。
3) Polarization State (Polarization Fluctuation) The polarization state of two lights at the time of optical coupling does not directly contribute to noise, but when the angle difference between the two polarization planes becomes zero, When the coherence of the two lights is maximum and they are orthogonal,
The coherence of the two lights is minimized. That is, the difference between the polarization angles acts as a coefficient indicating the coherence. Although the two lights are actually elliptically polarized light, they are regarded as linearly polarized light for the sake of simplicity, and if the angle difference between their polarization planes is η, the coefficient of coherence V p is given by Can be

【0043】[0043]

【数3】 (Equation 3)

【0044】4)戻り光 マッハツェンダ干渉計では、リング干渉計とは異なり、
1つの光ファイバの中を互いに逆方向に伝搬する信号光
は存在しないため、戻り光が直接信号に与える影響は小
さいと考えられる。
4) Return light In the Mach-Zehnder interferometer, unlike the ring interferometer,
Since there is no signal light propagating in the opposite direction in one optical fiber, it is considered that the influence of the return light directly on the signal is small.

【0045】ここで、図4に示すように多点化したマッ
ハツェンダ干渉計のモデルについて、信号および雑音の
大きさを求めた。光源に関するパラメータは、 λ0 :光源中心波長 2Δλw :光源スペクトル半値幅(波長値)とし、光フ
ァイバに関するパラメータは、 ΔLm:センサ系内の光行路差 ΔLs:センサ系間の光行路差 η:合波点での2つの光の偏波面の角度差とする。この
とき、センサ系の信号S、センサ系間の干渉によって生
じる雑音Nは、それぞれ数4の式で表される。
Here, the magnitudes of the signal and the noise were obtained for the multipoint Mach-Zehnder interferometer model as shown in FIG. Parameters relating to the light source are λ 0 : light source center wavelength 2Δλ w : light source spectrum half width (wavelength value), and parameters relating to the optical fiber are: ΔLm: optical path difference in the sensor system ΔLs: optical path difference between the sensor systems η: It is defined as the angle difference between the polarization planes of the two lights at the combining point. At this time, the signal S of the sensor system and the noise N generated by the interference between the sensor systems are expressed by the following equations.

【0046】[0046]

【数4】 (Equation 4)

【0047】(1)式を(4)式に代入し、(1)〜
(3)式を(5)式に代入して計算シミュレーションを
行った。センサ系間の光行路差を1m〜100mの間で
1mずつ変化させた時の信号Sと雑音Nとの関係を図5
に示す。また、このときの計算条件を表1に示す。な
お、光源のスペクトル線幅は、半導体レーザの場合、中
心波長の10-6〜10-11 程度であることが知られてい
る。そこで、今回の実験に近いと推定される2通りの光
源スペクトル線幅(A=0.03,B=0.3)につい
て計算した。
By substituting equation (1) into equation (4),
Calculation simulation was performed by substituting equation (3) into equation (5). FIG. 5 shows the relationship between the signal S and the noise N when the optical path difference between the sensor systems is changed by 1 m between 1 m and 100 m.
Shown in Table 1 shows the calculation conditions at this time. It is known that the spectral line width of the light source is about 10 −6 to 10 −11 of the center wavelength in the case of a semiconductor laser. Therefore, two types of light source spectral line widths (A = 0.03, B = 0.3) estimated to be close to the current experiment were calculated.

【0048】[0048]

【表1】 [Table 1]

【0049】図5では、信号Sは0dBライン、Aでの
雑音Nは実線、Bでの雑音Nは破線で示されている。
A,Bの雑音Nを比較すると、この計算条件では、光源
のスペクトル線幅を10倍にすると、光行路差10mの
場合で、雑音Nを20dB程度低減できることが推測さ
れる。
In FIG. 5, the signal S is indicated by a 0 dB line, the noise N at A is indicated by a solid line, and the noise N at B is indicated by a broken line.
Comparing the noise N of A and B, it is presumed that, under these calculation conditions, if the spectral line width of the light source is increased by 10 times, the noise N can be reduced by about 20 dB when the optical path difference is 10 m.

【0050】2.センサ系間感度差の緩和 図6に示されるように、光源から伸ばされた光ファイバ
と受光器に接続されている光ファイバとの間に、複数の
センサ1、センサ2、…、センサnを並列させて配置す
ることにより梯子型の多点センサを構成したとき、各カ
プラによる各センサへの入力光の分岐比を(センサ
側):(光ファイバ延長側)=1:rとした。このと
き、第i番目のセンサへの入力光の強さaiは数5の式
で表される。
2. As shown in FIG. 6, a plurality of sensors 1, sensor 2,..., Sensor n are provided between the optical fiber extended from the light source and the optical fiber connected to the light receiver. When a ladder-type multi-point sensor was configured by arranging them in parallel, the branching ratio of input light to each sensor by each coupler was set to (sensor side) :( optical fiber extension side) = 1: r. At this time, the intensity ai of the input light to the i-th sensor is expressed by Expression 5.

【0051】[0051]

【数5】 (Equation 5)

【0052】r=1及びr=9のときの第i番目のセン
サへの入力光の強さaiは数6のようになる。
When r = 1 and r = 9, the intensity ai of the input light to the i-th sensor is as shown in Expression 6.

【0053】[0053]

【数6】 (Equation 6)

【0054】rを大きくすれば、初期値が小さくなるも
のの、後段で光の強さが小さくなる減少率をある程度小
さくすることができる。例えば、検出部のダイナミック
レンジが20dB程度確保できる場合、r=9とすると
20点程度の多点化が可能と考えられる。
When r is increased, the initial value is reduced, but the reduction rate at which the light intensity decreases in the subsequent stage can be reduced to some extent. For example, if the dynamic range of the detection unit can be secured at about 20 dB, it is considered that about 20 points can be obtained by setting r = 9.

【0055】[0055]

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
The present invention exhibits the following excellent effects.

【0056】(1)センサ系毎に交流電源を設け、各セ
ンサ系の光出力信号を合波して伝送し、受光側で電気信
号からキャリア検出するようにしたので、センサ系から
外に出る電気信号線が存在しない。
(1) An AC power supply is provided for each sensor system, the optical output signals of each sensor system are multiplexed and transmitted, and the carrier is detected from the electric signal on the light receiving side. There is no electric signal line.

【0057】(2)光学干渉計を含む完全な単体センサ
としてセンサ系を構成し、そのセンサ系を梯子型に配置
したので、センサ系の拡張性・互換性が高い。
(2) The sensor system is configured as a complete single sensor including an optical interferometer, and the sensor system is arranged in a ladder form, so that the expandability and compatibility of the sensor system are high.

【0058】(3)個々のセンサ系内の光ファイバ故障
が全体の光伝送に影響しないので、フェールセーフ性に
優れる。
(3) Since the failure of the optical fiber in each sensor system does not affect the entire optical transmission, excellent fail-safe property is obtained.

【0059】(4)センサ系内でフェージングを除去し
ているので、全体の光伝送距離や光素子数の増大に関係
なく、フェージングの除去が達成される。
(4) Since fading is eliminated in the sensor system, fading can be eliminated irrespective of an increase in the entire optical transmission distance or the number of optical elements.

【0060】(5)光行路差設定及びスペクトル線幅制
御によりセンサ系内では十分な干渉が発生し、センサ系
間では干渉が発生しないようにしたので、雑音の少ない
安定した出力を得ることができる。
(5) By setting the optical path difference and controlling the spectral line width, sufficient interference occurs in the sensor system and no interference occurs between the sensor systems, so that a stable output with little noise can be obtained. it can.

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

【図1】本発明の一実施形態を示す梯子型多点光ファイ
バ磁気センサの構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a ladder-type multipoint optical fiber magnetic sensor showing one embodiment of the present invention.

【図2】本発明の梯子型多点光ファイバ磁気センサを実
際に作成したときの構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram when a ladder-type multipoint optical fiber magnetic sensor of the present invention is actually created.

【図3】図2の梯子型多点光ファイバ磁気センサによる
地磁気の検出結果を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a detection result of terrestrial magnetism by the ladder-type multipoint optical fiber magnetic sensor of FIG. 2;

【図4】本発明の雑音解析のための多点化モデルを示す
図である。
FIG. 4 is a diagram showing a multipoint model for noise analysis according to the present invention.

【図5】本発明の雑音解析の結果得られた光行路差対出
力の特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram of optical path difference versus output obtained as a result of noise analysis according to the present invention.

【図6】本発明の梯子型多点センサにおける分岐比モデ
ルを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a branch ratio model in the ladder-type multipoint sensor of the present invention.

【図7】従来の多点光ファイバ磁気センサの構成図であ
る。
FIG. 7 is a configuration diagram of a conventional multipoint optical fiber magnetic sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

19 光源 20,21,22 光源用光ファイバの分岐用の光カプ
ラ 23,24,25 センサ系の光入力側の光カプラ 26,27,28,29,30,31 金属被覆光ファ
イバ(磁気検出素子) 32,33,34,35,36,37 磁気検出素子を
駆動する交流電源(発振器) 38,39,40 基準変調用の交流電源(発振器) 41,43,45 基準変調用の光学位相変調素子 42,44,46 帰還用の光学位相変調素子 47,49,51 フェージング成分検出用の同期検波
器 48,50,52 増幅器 53,55,57 モニタ用の受光器 54,56,58 センサ系の光出力側の光カプラ 59 磁気情報取出部の受光器 60,61,62 受光用光ファイバの合波用の光カプ
ラ 63 キャリア検出器 64,65,66 磁気情報取出用の同期検波器 101,102,103 センサ系 104 光源用光ファイバ 105 受光用光ファイバ 106 磁気情報取出部
Reference Signs List 19 light source 20, 21, 22 optical coupler for branching optical fiber for light source 23, 24, 25 optical coupler on optical input side of sensor system 26, 27, 28, 29, 30, 31 metal-coated optical fiber (magnetic detecting element) 32, 33, 34, 35, 36, 37 AC power supply (oscillator) for driving the magnetic detection element 38, 39, 40 AC power supply (oscillator) for reference modulation 41, 43, 45 Optical phase modulation element for reference modulation 42, 44, 46 Optical phase modulation elements for feedback 47, 49, 51 Synchronous detectors for fading component detection 48, 50, 52 Amplifiers 53, 55, 57 Monitor light receivers 54, 56, 58 Light of sensor system Output side optical coupler 59 Optical receiver for magnetic information extraction unit 60, 61, 62 Optical coupler for multiplexing optical fiber for light reception 63 Carrier detector 64, 65, 66 For extraction of magnetic information Synchronous detectors 101, 102, 103 Sensor system 104 Optical fiber for light source 105 Optical fiber for light reception 106 Magnetic information extraction unit

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属が被覆された光ファイバに交流電流
を通電し、この交流電流と外部磁束との相互作用による
前記金属被覆光ファイバの長手方向の伸縮或いは径方向
の側圧変化によって光路差変化を生じさせ、この光路差
変化を光学干渉により光の強弱信号として検出するセン
サ系を、光源に接続された光源用光ファイバの長手方向
に複数配置し、各センサ系の光入力側をそれぞれ光カプ
ラを介して前記光源用光ファイバに接続し、各センサ系
の光出力側をそれぞれ光カプラを介して前記光源用とは
別の受光用光ファイバに接続し、この受光用光ファイバ
の一端に前記光の強弱信号から各センサ系における前記
外部磁束の磁気情報を取り出すための磁気情報取出部を
設けたことを特徴とする梯子型多点光ファイバ磁気セン
サ。
1. An AC current is applied to an optical fiber coated with metal, and an optical path difference changes due to a longitudinal expansion or contraction or a radial side pressure change of the metal-coated optical fiber due to an interaction between the AC current and an external magnetic flux. A plurality of sensor systems for detecting the change in the optical path difference as a signal of the intensity of light by optical interference are arranged in the longitudinal direction of the optical fiber for the light source connected to the light source, and the light input side of each of the sensor systems is optically controlled. Connected to the light source optical fiber via a coupler, the light output side of each sensor system is connected to a different light receiving optical fiber from the light source for the light source via an optical coupler, respectively, at one end of this light receiving optical fiber A ladder-type multipoint optical fiber magnetic sensor, comprising: a magnetic information extracting unit for extracting magnetic information of the external magnetic flux in each sensor system from the light intensity signal.
【請求項2】 前記センサ系が、入力した光を分岐する
光カプラと、この光カプラに接続された複数の前記金属
被覆光ファイバと、これら金属被覆光ファイバに通電す
る複数の交流電源と、一方の金属被覆光ファイバに対し
フェージング検出のために基準変調を行う光学位相変調
素子と、この光学位相変調素子を駆動する交流電源と、
前記複数の金属被覆光ファイバからの光信号を合波して
出力する光カプラと、その合波された光信号の一部を電
気信号に変換する受光器と、その電気信号からフェージ
ング成分を検出する同期検波器と、その検波信号を他方
の金属被覆光ファイバに帰還する光学位相変調素子とか
らなることを特徴とする請求項1記載の梯子型多点光フ
ァイバ磁気センサ。
2. The optical system according to claim 1, wherein the sensor system includes an optical coupler that branches the input light, a plurality of the metal-coated optical fibers connected to the optical coupler, and a plurality of AC power supplies that supply current to the metal-coated optical fibers. An optical phase modulation element that performs reference modulation on one of the metal-coated optical fibers for fading detection, and an AC power supply that drives the optical phase modulation element,
An optical coupler that multiplexes and outputs optical signals from the plurality of metal-coated optical fibers, a photodetector that converts a part of the multiplexed optical signal into an electric signal, and detects a fading component from the electric signal 2. The ladder-type multi-point optical fiber magnetic sensor according to claim 1, comprising a synchronous detector that performs the detection and an optical phase modulation element that returns the detection signal to the other metal-coated optical fiber.
【請求項3】 前記磁気情報取出部が、前記受光用光フ
ァイバに接続された受光器と、この受光器が前記光の強
弱信号を変換した電気信号から各センサ系毎の複数の搬
送波を検出するキャリア検出器と、各複数の搬送波を用
いて前記電気信号から同期検波を行うことにより、各セ
ンサ系毎の外部磁束の磁気情報を取り出す同期検波器と
からなることを特徴とする請求項1又は2記載の梯子型
多点光ファイバ磁気センサ。
3. The magnetic information extracting unit detects a plurality of carrier waves for each sensor system from a light receiver connected to the light receiving optical fiber, and the light receiver converts an electric signal obtained by converting an intensity signal of the light. And a synchronous detector for extracting magnetic information of an external magnetic flux for each sensor system by performing synchronous detection from the electric signal using each of the plurality of carrier waves. Or the ladder-type multipoint optical fiber magnetic sensor according to 2.
【請求項4】 センサ系間の光行路差をセンサ系内の光
行路差に対して十分に大きく設定し、前記光源の可干渉
距離がセンサ系内の光行路差より十分大きく、センサ系
間の光行路差より十分小さくなるように、前記光源のス
ペクトル線幅を制御することを特徴とする請求項1〜3
いずれか記載の梯子型多点光ファイバ磁気センサ。
4. An optical path difference between the sensor systems is set to be sufficiently large with respect to the optical path difference in the sensor system, and the coherence length of the light source is sufficiently larger than the optical path difference in the sensor system. The spectral line width of the light source is controlled so as to be sufficiently smaller than the optical path difference.
The ladder-type multipoint optical fiber magnetic sensor according to any one of the above.
【請求項5】 前記光源用光ファイバと各センサ系の光
入力側とに介在する各光カプラの分岐比を、光源からの
分岐通過数に応じて変化させたことを特徴とする請求項
1〜4いずれか記載の梯子型多点光ファイバ磁気セン
サ。
5. The branch ratio of each optical coupler interposed between the optical fiber for the light source and the optical input side of each sensor system is changed according to the number of branch passes from the light source. 5. The ladder-type multi-point optical fiber magnetic sensor according to any one of items 4 to 4.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012066527A1 (en) * 2010-11-18 2012-05-24 Israel Aerospace Industries Ltd. Optical magnetometer sensor network

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