JP2007139482A - 光ファイバセンサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レイリー後方散乱光が伝送路ファイバ中で蓄積されることがなく、往復路共通伝送のままレイリー後方散乱雑音を抑制することができることを目的とする。
【解決手段】往復共通の１本の伝送路ファイバ４と、光源１と、光源１の光をパルス化して伝送路ファイバ４に出力する光ゲートスイッチ２と、検知する物理量に対する応答機構を備え、伝送路ファイバ４に設けられた複数の光ファイバセンサ５ａ〜５ｎと、光ファイバセンサ５ａ〜５ｎからの信号光を伝送路ファイバ４を介して受光し、該信号光を電気信号に変換して物理量を検出する検出部８とを備え、光ゲートスイッチ２において送出パルス光の繰返し時間を光の往復伝播時間よりも大きく設定して、伝送路ファイバ３中をワンパルス伝送するようにしたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は光ファイバセンサ装置に関するものであり、歪み・温度・変位・圧力などの物理量を検出する光ファイバセンサ装置に関する。

従来より光ファイバセンサは、電磁誘導に対する信頼性が高く、低損失な光伝送であるため長距離かつ大規模な多点計測が可能であり、ハイドロホン「水中音響センサ」（例えば、非特許文献１参照）や地震計「加速度センサ」（例えば、非特許文献２参照）などに利用されている。
現在、実用化されている光ファイバセンサとしては、マイケルソン干渉やサニャック干渉などを利用する位相検出型センサ、マイクロベンド・ロス（光ファイバの微少な曲げ損失）などを利用する強度検出型センサ、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）のブラッグ反射波長シフトなどを利用する波長検出型センサなどがある。
佐藤陵沢 他，"光ファイバハイドロホンの開発"，信学技報 OPE95-2，Vol.95，No.32，pp.2-12，1995 新藤雄吾 他，"光ファイバ加速度センサによる海底地震観測", 第32回 光波センシング技術研究会 講演論文集，LST32-13，pp.93-98，2003

このような従来の位相検出型センサ、強度検出型センサ及び波長検出型センサ等の光ファイバセンサにおいて、送出光と信号光が異なる光ファイバ中を伝送する往復路別伝送方式を採用すると、レイリー後方散乱光の影響は少ないものの、伝送路の光ファイバ芯数が増えるためコストアップになるという問題があった。
そこで、コストアップを避けるために、送出光と信号光が同一の光ファイバ中を往復伝送する往復路共通伝送方式を採用した場合、送出パルスの繰返し時間と光の往復伝搬時間を考慮しないと、その伝送距離が長くなるほど、伝送路から生じるレイリー後方散乱光が蓄積され、これが支配的雑音となって精度が劣化するという問題があった。

本発明に係る光ファイバセンサ装置は、往復共通の１本の伝送路ファイバと、光源と、該光源の光をパルス化して前記伝送路ファイバに出力する光ゲートスイッチと、検知する物理量に対する応答機構を備え、前記伝送路ファイバに設けられた光ファイバセンサと、前記光ファイバセンサからの信号光を前記伝送路ファイバを介して受光し、該信号光を電気信号に変換して物理量を検出する検出部とを備え、前記光ゲートスイッチにおいて送出パルス光の繰返し時間を光の往復伝播時間よりも大きく設定して、前記伝送路ファイバ中をワンパルス伝送するようにしたものである。

本発明は以上説明したとおり、往復共通の１本の伝送路ファイバと、光源と、該光源の光をパルス化して前記伝送路ファイバに出力する光ゲートスイッチと、検知する物理量に対する応答機構を備え、前記伝送路ファイバに設けられた光ファイバセンサと、前記光ファイバセンサからの信号光を前記伝送路ファイバを介して受光し、該信号光を電気信号に変換して物理量を検出する検出部とを備え、前記光ゲートスイッチにおいて送出パルス光の繰返し時間を光の往復伝播時間よりも大きく設定して、前記伝送路ファイバ中をワンパルス伝送するようにしたので、レイリー後方散乱光が伝送路ファイバ中で蓄積されることがなく、往復路共通伝送のままレイリー後方散乱雑音を抑制することができるため、低コストな大規模センシングシステムを構築することができるという効果がある。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１の光ファイバセンサ装置の構成を示すブロック図、図２は同光ファイバセンサ装置のワンパルス伝送方式と従来のパルス伝送方式の送出波形と検出波形をそれぞれ示す波形図、図３は同光ファイバセンサ装置のワンパルス伝送方式と従来のパルス伝送方式とのレイリー雑音比較を示すグラフである。
本発明の実施の形態１の光ファイバセンサ装置は、図１に示すように、DFB-LD（Distributed Feed Back-Laser Diode）やファイバ・レーザ等のコヒーレント光源１と、時分割多重（ＴＤＭ：Time Division Multiplexing）を行うための光ゲートスイッチ２と、光の伝送方向を切換える光サーキュレータ３と、往復共通の１本の伝送路ファイバ４、検知する物理量（歪み・温度・変位・圧力など）に対する応答機構を備えた複数の位相検出型光ファイバセンサ５ａ〜５ｎと、送出光を適切な分岐比で各光ファイバセンサへと分岐する複数の光カプラ６ａ〜６ｃと、各光ファイバセンサからの戻り光がパルス・トレインとなり時分割多重できるように光ファイバセンサ間に挿入される適切な長さの遅延ファイバ７ａ〜７ｎと、ＰＤ（Photo Diode）で電気信号に変換して位相復調処理を行い位相を検出する位相検出部８とから構成されている。
その位相検出型センサ５ａ〜５ｎとして主なものに、２ビームの干渉光を利用するマイケルソン干渉型やマッハツェンダ干渉型、マルチパスの干渉光を利用するファブリペロー型やサニャック型等がある。

本発明の実施の形態１の光ファイバセンサ装置では、光ゲートスイッチ２からの送出パルス光は、１度パルスを送出した後は、各光ファイバセンサからの光信号が全て戻ってくるまでは、次のパルスを送出しない方式を採用したものであり、同一時刻に伝送路ファイバ中に往路の光パルスが１個しか存在しないので、以後、「ワンパルス伝送方式」と呼ぶ。
即ち、図２の（ｂ）に示すように、
送出パルスの繰返し時間 ＞ 光の往復伝搬時間
を満たすように設定する。
そして、伝送路ファイバ４の光ファイバ・コアを伝搬する光の速度は2.04×10⁸m/sなので、伝送距離Ｌ[km]としたとき、パルスの繰返し時間T_rep[sec]との関係は、以下の式

で与えられ、1kmで10μsecである。

次に、本発明の実施の形態１の光ファイバセンサ装置の動作について説明する。
コーヒレント光源１からの送出光は、光ゲートスイッチ２でパルス化され、光サーキュレータ３を通過した後、伝送路ファイバ４と光カプラ６ａ〜６ｎをそれぞれ経て、複数の位相検出型光ファイバセンサ５ａ〜５ｎへとそれぞれ送出される。
位相検出型光ファイバセンサ５ａ〜５ｎにおいて測定物理量の大きさに対応した干渉波形が、同じく伝送路ファイバ４を経て、光サーキュレータ３を通過した後、位相検出部８へと戻ってくる。
各位相検出型光ファイバセンサ間には、適切な遅延ファイバ７ａ〜７ｎが挿入され、送出１パルスに対して、各位相検出型光ファイバセンサからの信号は、遅延ファイバ７ａ〜７ｎの往復伝搬時間だけずれたパルス・トレインとなって位相検出部８へと戻ってくる。
そして、「送出パルスの繰返し時間 ＞ 光の往復伝搬時間」を満たすワンパルス伝送方式では、送出波形と検出波形は図２の（ｂ）に示すような関係になる。
位相検出部８において、位相検出型光ファイバセンサ５ａ〜５ｎからの干渉信号の位相復調処理を行うことによって、測定物理量を算出する。

ここで、まず、送出光と信号光が同一の光ファイバ中を往復伝送する往復路共通伝送方式において従来の「送出パルスの繰返し時間 ＜ 光の往復伝搬時間」とした構成（以下、「従来方式」という）、で、長距離伝送化した場合の不具合について述べる。
入射パワーI_inのパルス光をＬ[ｋｍ]の伝送路に入射した場合、位相検出部８へと戻ってくる信号光パワーI_outは、伝送損失α[dB/km]、伝送距離Ｌ[km]、カプラの分岐比Ｒ[dB]を用いて次式で表せる。（ファイバ伝送損失、カプラ分岐損失共に往復で２倍の損失を受けるので指数の中は２αＬ×２Ｒになる）

一方、全伝送路から光源部へと戻ってくるレイリー散乱の総パワーI_RSは、送出パルス光のデューティ比Ｄ、伝送路ファイバのレイリー後方散乱係数Ｓを用いて次式で表せる。

ここで、レイリー散乱雑音に対する光信号対雑音比（ＯＳＮＲ：Optical Signal-to-Noise Ratio）をＯＳＮＲ_RS＝Iout/I_RSで定義すると、式（１）、式（２）より

となる。

次に、本発明の実施の形態１で述べた式（１）で与えられる「送出パルスの繰返し時間＞光の往復伝搬時間」を満たすワンパルス伝送方式を採用した場合の動作について説明する。
位相検出部８へと戻ってくる信号光パワーI_outは式（２）と同じである。ワンパルス伝送方式におけるレイリー後方散乱光は、伝送路ファイバ中で蓄積されずに、パルス光近傍のレイリー散乱光だけが信号光と重なる。
従って、レイリー散乱の総パワーI_RSは、パルス幅Ｔ、光速ｃ、ファイバの屈折率ｎのとき、次式で表せる。

このとき、レイリー散乱雑音に対するＯＳＮＲ_RSは、式（２）と式（５）から

となる。

式（４）と異なり、ＯＳＮＲ_RSは伝送距離Ｌに依存しないので、どれだけ伝送距離を長くしてもレイリー雑音によって測定精度が劣化することはない。
一般的な分散シフトファイバ（ITU-T G.653準拠：α＝0.25dB/km、Ｓ＝2.2×10^-3）を用いた場合での、従来方式およびワンパルス方式での受光信号パワーおよびレイリー光の計算結果を図３に示す。
カプラの分岐比Ｒ＝0dB、デューティ比Ｄ＝0.1、パルス幅Ｔ＝1μsにおける、受光信号パワーおよび各伝送方式でのレイリー後方散乱雑音パワーを相対的に計算したものである。
従来方式では、レイリー散乱光は１０ｋｍ以上でほぼ一定のパワーに収束し、信号光は伝送損失分だけ劣化するので、結果、ＯＳＮＲ_RSが距離によって急激に劣化する。一方、本発明のワンパルス伝送方式では、信号光とレイリー散乱光との傾きが同じになり、ＯＳＮＲ_RSの距離依存性がなくなくなる。

本発明の実施の形態１の光ファイバセンサ装置は、光源にコヒーレント光源１を用い、光ファイバセンサに位相型光ファイバセンサ５ａ〜５ｎを用い、検出部に位相検出部８を用いて送出光と信号光が同一の伝送路ファイバ中を往復伝送する往復路共通伝送方式とし、上記式（１）で与えられる「送出パルスの繰返し時間 ＞ 光の往復伝搬時間」を満たすワンパルス伝送方式を採用するようにしたので、レイリー後方散乱光が伝送路ファイバ中で蓄積されることがなく、往復路共通伝送のままレイリー後方散乱雑音を抑制することができるため、低コストな大規模センシングシステムを構築することができるという効果がある。

実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２の光ファイバセンサ装置の構成を示すブロック図である。
本発明の実施の形態２の光ファイバセンサ装置は、図４に示すように、ＬＥＤ（Light-Emitting Diode）などの広帯域光源１１と、光ゲートスイッチ２と、光サーキュレータ３と、往復共通の１本の伝送路ファイバ４と、検知する物理量に対する応答機構を備えた３つの強度検出型光ファイバセンサ１５ａ〜１５ｎと、光カプラ６ａ〜６ｎと、遅延ファイバ７ａ〜７ｎと、ＰＤを有して強度を検出する強度検出部１８とから構成されている。
その強度検出型センサとして主なものに、マイクロベンド・ロス（光ファイバの微少な曲げ損失）を利用するものがあり、その他に、エアギャップ間の光の伝搬損失を利用するもの等がある。
本発明の実施の形態２の光ファイバセンサ装置も、実施の形態１と同様に、「送出パルスの繰返し時間 ＞ 光の往復伝搬時間」を満たすワンパルス伝送方式で送出光を送る。

次に、本発明の実施の形態２の光ファイバセンサ装置の動作について説明する。
広帯域光源１１からの送出光は、光ゲートスイッチ２でパルス化され、光サーキュレータ３を通過した後、伝送路ファイバ４と光カプラ６ａ〜６ｎをそれぞれ経て、複数の強度検出型光ファイバセンサ１５ａ〜１５ｎへとそれぞれ送出される。
強度検出型光ファイバセンサ１５ａ〜１５ｎにおいて測定物理量分だけ減衰した光信号成分は、同じく伝送路ファイバを４経て、光サーキュレータ３を通過した後、強度検出部１８へと戻ってくる。
各強度検出型光ファイバセンサ間には、適切な遅延ファイバ７ａ〜７ｎが挿入され、送出１パルスに対して、各強度検出型光ファイバセンサからの信号は、遅延ファイバ７ａ〜７ｎの往復伝搬時間だけずれたパルス・トレインとなって強度検出部１８へと戻ってきる。

そして、「送出パルスの繰返し時間 ＞ 光の往復伝搬時間」を満たすワンパルス伝送方式では、送出波形と検出波形は図２の（ｂ）に示すような関係になる。
強度検出部１８において、各強度検出型光ファイバセンサ１５ａ〜１５ｎに対応する受光パワーから測定物理量を算出する。
実施の形態１と同様に、「送出パルスの繰返し時間 ＞ 光の往復伝搬時間」を満たすワンパルス伝送方式を採用することにより、往復路共通伝送におけるレイリー散乱雑音を抑制することができる。
また、レイリー後方散乱光に対するＯＳＮＲ_RSの改善効果なども実施の形態１と同等である。

本発明の実施の形態２の光ファイバセンサ装置は、光源に広帯域光源１１を用い、光ファイバセンサに強度検出型光ファイバセンサ１５ａ〜１５ｎを用い、検出部に強度検出部１８を用いて送出光と信号光が同一の伝送路ファイバ中を往復伝送する往復路共通伝送方式とし、上記式（１）で与えられる「送出パルスの繰返し時間 ＞ 光の往復伝搬時間」を満たすワンパルス伝送方式を採用するようにしたので、レイリー後方散乱光が伝送路ファイバ中で蓄積されることがなく、往復路共通伝送のままレイリー後方散乱雑音を抑制することができるため、低コストな大規模センシングシステムを構築することができるという効果がある。

実施の形態３．
図５は本発明の実施の形態３の光ファイバセンサ装置の構成を示すブロック図である。
本発明の実施の形態３の光ファイバセンサ装置は、図５に示すように、波長が周期的に変化する光を出力する波長可変光源２１、光ゲートスイッチ２、光サーキュレータ３、往復共通の１本の伝送路ファイバ４、検知する物理量に対する応答機構を備えた３つの波長検出型光ファイバセンサ２５ａ〜２５ｎと、光カプラ６ａ〜６ｎと、遅延ファイバ７ａ〜７ｎと、波長フィルタとＰＤとを有して波長を検出する波長検出部２８とから構成されている。
その波長検出型センサとして主なものに、ＦＢＧのブラッグ反射波長を利用するものや、ファブリペロー共振器の共振周波数を利用するものがある。
本発明の実施の形態３の光ファイバセンサ装置も、実施の形態１と同様に、「送出パルスの繰返し時間 ＞ 光の往復伝搬時間」を満たすワンパルス伝送方式で送出光を送る。

次に、本発明の実施の形態３の光ファイバセンサ装置の動作について説明する。
波長可変光源２１からの送出光は、光ゲートスイッチ２でパルス化され、光サーキュレータ３を通過した後、伝送路ファイバ４と光カプラ６ａ〜６ｎをそれぞれ経て、複数の波長検出型光ファイバセンサ２５ａ〜２５ｎへとそれぞれ送出される。
波長検出型光ファイバセンサ２５ａ〜２５ｎにおいて測定物理量の大きさに対応した信号波長成分だけが、同じく伝送路ファイバを４経て、光サーキュレータ３を通過した後、波長検出部２８へと戻ってくる。
各波長検出型光ファイバセンサ間には、適切な遅延ファイバ７ａ〜７ｎが挿入され、送出１パルスに対して、各光波長検出型ファイバセンサからの信号は、遅延ファイバ７ａ〜７ｎの往復伝搬時間だけずれたパルス・トレインとなって波長検出部２８へと戻ってきる。
そして、「送出パルスの繰返し時間 ＞ 光の往復伝搬時間」を満たすワンパルス伝送方式では、送出波形と検出波形は図２の（ｂ）に示すような関係になる。
波長検出部２８は、波長フィルタとＰＤから構成され、波長フィルタの透過スペクトルは各波長検出型光ファイバセンサ２５ａ〜２５ｎの帯域内で波長特性をもつので、各波長検出型光ファイバセンサ２５ａ〜２５ｎの反射波長に対応した光パワーが透過する。従って、波長検出部２８はＰＤが検出する光パワーから測定物理量を算出することができる。

実施の形態１と同様に、「送出パルスの繰返し時間 ＞ 光の往復伝搬時間」を満たすワンパルス伝送方式を採用することにより、往復路共通伝送におけるレイリー散乱雑音を抑制することができる。
また、レイリー後方散乱光に対するＯＳＮＲ_RSの改善効果なども実施の形態１と同等である。

本発明の実施の形態３の光ファイバセンサ装置は、光源に波長可変光源２１を用い、光ファイバセンサに波長検出型光ファイバセンサ２５ａ〜２５ｎを用い、検出部に波長検出部２８を用いて送出光と信号光が同一の伝送路ファイバ中を往復伝送する往復路共通伝送方式とし、上記式（１）で与えられる「送出パルスの繰返し時間 ＞ 光の往復伝搬時間」を満たすワンパルス伝送方式を採用するようにしたので、レイリー後方散乱光が伝送路ファイバ中で蓄積されることがなく、往復路共通伝送のままレイリー後方散乱雑音を抑制することができるため、低コストな大規模センシングシステムを構築することができるという効果がある。

図６は本発明の実施の形態４の光ファイバセンサ装置の構成を示すブロック図、図７は実施の形態１〜３と実施の形態４との光ファイバセンサ装置のワンパルス伝送方式の送出波形と検出波形をそれぞれ示す波形図、図８はワンパルス伝送方式における伝送距離とサンプリング周波数との関係を示すグラフである。
本発明の実施の形態４の光ファイバセンサ装置は、図６に示すように、発振波長帯域の異なる３つの光を出力する波長可変光源２１Ａ〜２１Ｃと、波長可変光源２１Ａ〜２１Ｃからの発振波長帯域の異なる３つの光を波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）し、パルス化して送出する光スイッチ２２、光サーキュレータ３、往復共通の１本の伝送路ファイバ４、検知する物理量に対する応答機構を備えた複数の波長検出型光ファイバセンサ２５ａ〜２５ｎと、光カプラ６ａ〜６ｎと、遅延ファイバ７ａ〜７ｎと、ＷＤＭ多重したパルスの信号光を３つの波長フィルタを有して分離する信号分離器（ＤＥＭＵＸ：Demultiplexer）２９と、波長フィルタとＰＤとを有して分離した信号から波長を検出する波長検出部２８と、同一センサの擬似ＷＤＭ信号をつなぎ合わせる後処理３０とからから構成されている。
その波長検出型センサとしては、周期的な波長特性をもつファブリペロー型のセンサが望ましい。

次に、本発明の実施の形態４の光ファイバセンサ装置の動作について説明する。
３つの波長可変光源２１Ａ〜２１Ｃからの光は、光スイッチ２により波長分割多重されて（異なる波長ごとに時間差を持たせて）送出される。その送出光は光サーキュレータ３を通過した後、伝送路ファイバ４と光カプラ６ａ〜６ｎをそれぞれ経て、複数の波長検出型光ファイバセンサ２５ａ〜２５ｎへとそれぞれ送出される。
波長検出型光ファイバセンサ２５ａ〜２５ｎにおいて測定物理量の大きさに対応した信号波長成分が、同じく伝送路ファイバ４経て、光サーキュレータ３を通過した後、信号分離器２９で波長分離されて波長検出部２８へと戻ってくる。

この実施の形態４では、光スイッチ２２でＷＤＭ多重したパルス光を送出するが、各波長検出型光ファイバセンサ２５ａ〜２５ｎは光カプラ６ａ〜６ｎで分岐されているので、全ての送出光に対して応答する。
従って、３つの波長可変光源２１Ａ〜２１Ｃからの光を光スイッチ２２によって波長分割多重して例えば３つの波長のＷＤＭ光源を用いた場合、３個の波長検出型光ファイバセンサ２５ａ〜２５ｎに対して、３個の信号光が戻ってくる。
これらを信号分離器２９で分離し、波長検出部２８による波長検出後に後処理部３０でつなぎ合わせることによって、ワンパルス伝送方式のサンプリング周波数を３倍に上げることができ、ワンパルス伝送方式の欠点であるサンプリング周波数の低下を改善することができる（図７の（ｂ）参照）。
ここで、後処理部３０によるつなぎ合わせとは、ＷＤＭの各チャンネル信号であるλ1〜λ3は、わずかにタイミングずれた状態で受信するので、チャンネル数と同数のＡ／Ｄボードで信号を受信した後、各チャンネルのデータをスイープするようにデータを並び替えること、即ち各波長検出型光ファイバセンサでそれぞれ受けるλ1〜λ3の信号を、λ1はλ1で一つにまとめ、λ2はλ2で一つにまとめ、λ3はλ3で一つにまとめることをいう。このつなぎ合わせの処理により、時間間隔が１／３に短縮（高サンプリング）化することができる。

実施の形態１〜３のワンパルス伝送方式においては、伝送距離が長くなるほど測定サンプリング時間が遅くなる。これは、「サンプリング時間 ＞ 光の往復伝搬時間」に制約されるからである。伝送距離10kmでサンプリング時間約100μsec（サンプリング周波数10kHz）である。ワンパルス伝送方式における伝送距離と最大サンプリング周波数との関係を図８に示す。
サンプリング周波数を上げるために、同時刻に伝送路上に複数個のパルスが存在するようにパルス間隔を狭めれば良いが、そうすると他のパルスからのレイリー後方散乱光が雑音となってしまう。
そこで、実施の形態４では、複数の送出光を波長毎に時間をずらして送出することによって、擬似的なワンパルス伝送方式を採用した。

個々の波長については、伝送路上に１個しかパルスが存在しないワンパルス伝送であることから、擬似的なワンパルス伝送方式と呼ぶことができる。
この場合、異なる複数波長のレイリー散乱光は信号分離器２９の波長フィルタで分離することができる。波長復調後に復調されたＷＤＭ信号をつなぎ合わせることによって、レイリー後方散乱光を抑制した状態のままで、サンプリング周波数を上げることができ、ｎ波長の擬似ＷＤＭを行うことにより、サンプリング周波数はｎ倍になる（図７（ｂ）参照）。

上記実施の形態１〜３のワンパルス伝送方式においては、送出パルス光が戻ってくるまでの間は送出パルスを送出できないので、長距離伝送になるに従いセンサ信号のサンプリング時間が遅くなるが、本発明の実施の形態４の光ファイバセンサ装置は、そのような場合に、ｎ波の擬似ＷＤＭ光源を使用することによって、レイリー後方散乱光を抑制した状態のままサンプリング周波数をｎ倍にすることができる。

（利用形態）の説明
実施の形態１〜３において、伝送損失が同軸ケーブルよりも光ファイバの方が一桁少ないという理由で、送出光を複数の光ファイバセンサで受光する多重センサの構成について述べたが、多重化なしの１つの光ファイバセンサにおいても、ワンパルス伝送方式を採用することでレイリー雑音を抑制する効果がある。
全ての実施の形態において、長距離伝送を前提にした構成について述べたが、たとえ伝送距離が短くても（＜１ｋｍ程度）、システム雑音レベルが非常に低く、レイリー後方散乱光が支配的雑音となるようなシステムにおいては、有効に機能する。
全ての実施の形態において、空間分割多重（ＳＤＭ：Spatial Division Multiplexing）、周波数分割多重（ＦＤＭ：Frequency Division Multiplexing）など他の多重化方式と併用する構成においても、有効に機能する。

全ての実施の形態において、光源直後の光サーキュレータを光カプラに変更しても、同様の効果が得られる。ただし、光カプラの挿入損失や多重反射の影響があるので、光カプラに入れ替える場合は、適切な位置に光アイソレータを挿入するのが望ましい。
全ての実施の形態において、光アンプを省略して説明したが、長距離伝送で高多重化する場合には、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium-Doped Fiber Amplifier)やラマンアンプなどによる光増幅は必須である。また、増幅位置としても送出直前に増幅するブースタアンプ、受光部直前に増幅するプリアンプ共に、各実施の形態の伝送方式は有効に機能する。
全ての実施の形態において、光カプラあるいは光合分波器（光サーキュレータ）を用いた分岐型の光ファイバセンサの多重形態について述べたが、ＦＢＧや誘電多層膜を利用したインライン型の光ファイバセンサを使って、無分岐の多重形態を構成する場合においても、同様の効果が得られる。

実施の形態４は、３つの波長可変光源２１Ａから２１Ｃを実施の形態３の波長検出型システムに適用した構成について述べたが、３つの波長可変光源２１Ａから２１Ｃを実施の形態１及び２に適用しても同様の効果が得られる。
実施の形態１においてコヒーレント光源、実施の形態２において広帯域光源、実施の形態３において波長可変光源を用いた構成について述べたが、これらは一般的な構成で使われる光源であって、例えば実施の形態１の位相検出型に低コヒーレント光源を使う方式や、実施の形態３の波長検出に広帯域光源を使う方式等のように、他の光源と入れ替えても同様の効果が得られる。
全ての実施の形態において、光源から一番手前の光ファイバセンサまでの間に長距離の伝送路ファイバが挿入された構成について述べたが、各センサ間に長距離の伝送路ファイバが挿入される構成についても同様の効果が得られる。
実施の形態１〜３において、位相・強度・波長検出型光ファイバセンサそれぞれ個別の構成について述べたが、伝送路ファイバの芯数が制限されているときに、波長検出と強度検出を併用したシステムを構築し、同じ伝送路ファイバに波長検出型光ファイバセンサと強度検出型光ファイバとをつなげていくというようなこれらを複合したマルチセンサシステムにおいても、全ての実施の形態の効果は有効に機能する。

実施の形態４において、信号分離器２９及び並列の波長検出部２８を使った構成について述べたが、戻ってくる３波長には時間差がついているので、信号分離器の代わりに、この時間差を利用して、これに同期した光スイッチで分配するようにした送出パルスに同期した可変波長フィルタを用いた１系統の波長検出部に置き換えても同様の効果が得られる。
実施の形態４において、３つの波長の擬似ＷＤＭについて述べたが、３つの波長に限定するものではなく、複数の波長の擬似ＷＤＭにおいても同様の効果が得られる。

本発明の実施の形態１の光ファイバセンサ装置の構成を示すブロック図。 同光ファイバセンサ装置のワンパルス伝送方式と従来のパルス伝送方式の送出波形と検出波形をそれぞれ示す波形図。 同光ファイバセンサ装置のワンパルス伝送方式と従来のパルス伝送方式とのレイリー雑音比較を示すグラフ。 本発明の実施の形態２の光ファイバセンサ装置の構成を示すブロック図。 本発明の実施の形態３の光ファイバセンサ装置の構成を示すブロック図。 本発明の実施の形態４の光ファイバセンサ装置の構成を示すブロック図。 実施の形態１〜３と実施の形態４との光ファイバセンサ装置のワンパルス伝送方式の送出波形と検出波形をそれぞれ示す波形図。 ワンパルス伝送方式におけう伝送距離とサンプリング周波数との関係を示すグラフ。

符号の説明

１ コヒーレント光源、２ 光ゲートスイッチ、３ 光サーキュレータ、４ 伝送路ファイバ、５ａ〜５ｎ 位相型光センサ、６ａ〜６ｎ 光カプラ、７ａ〜７ｎ 遅延ファイバ、８ 位相検出部。

Claims (6)

1. 往復共通の１本の伝送路ファイバと、
   光源と、
   該光源の光をパルス化して前記伝送路ファイバに出力する光ゲートスイッチと、
   検知する物理量に対する応答機構を備え、前記伝送路ファイバに設けられた光ファイバセンサと、
   前記光ファイバセンサからの信号光を前記伝送路ファイバを介して受光し、該信号光を電気信号に変換して物理量を検出する検出部と、
   を備えた光ファイバセンサ装置において、
   前記光ゲートスイッチにおいて送出パルス光の繰返し時間を光の往復伝播時間よりも大きく設定して、前記伝送路ファイバ中をワンパルス伝送することを特徴とする光ファイバセンサ装置。
2. 前記光ファイバセンサは前記伝送路ファイバに分岐するよう複数設けられていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバセンサ装置。
3. 前記光源はコヒーレント光源であり、前記光ファイバセンサは位相検出型光ファイバセンサであり、前記検出部は位相復調部を有して位相を検出をする位相検出部であることを特徴とする請求項１又は２記載の光ファイバセンサ装置。
4. 前記光源は広帯域光源であり、前記光ファイバセンサは強度検出型光ファイバセンサであり、前記検出部は強度を検出する強度検出部であることを特徴とする請求項１又は２記載の光ファイバセンサ装置。
5. 前記光源は波長が周期的に変化する光を出力する波長可変光源であり、前記光ファイバセンサは波長検出型光ファイバセンサであり、前記検出部は波長フィルタを有して波長を検出する波長検出部であることを特徴とする請求項１又は２記載の光ファイバセンサ装置。
6. 前記光源は発振波長帯域の異なる光を出力する複数の波長可変光源であり、前記光ゲートスイッチに代えた光スイッチは複数波長可変光源の複数の波長の光をＷＤＭ多重したパルス光を送出し、前記検出部は波長フィルタを有して波長を検出する波長検出部であり、該波長検出部の前段にＷＤＭ多重したパルスの信号光を複数の波長フィルタを有して分離する信号分離器を設け、前記波長検出部の後段にＷＤＭ信号をつなぎ合わせる後処理部を設けたことを特徴とする請求項２記載の光ファイバセンサ装置。
   

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