JP2007180707A - 振動検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】伝送距離が長くなっても検出結果に誤差を生じず、正確に振動を検出する振動検出装置を提供する。
【解決手段】本体部1から光伝送路3を介してセンサ部2へ第1の光信号が伝送され、センサ部2において外部から受けた振動に応じて、第1の光信号が第2の光信号に変換される。そして、変換された第2の光信号は、光伝送路4を介して本体部1へ伝送され、本体部1で電気信号に変換された後、検出信号として出力される。ここで、光源20から射出される第1の光信号は、所定の波長帯域の波長を含むのに対して、光フィルタ部24から射出される第2の光信号は、その波長スペクトルが振動子34における振動の変位に対応付けられた波長をもつ。
【選択図】図1
【解決手段】本体部1から光伝送路3を介してセンサ部2へ第1の光信号が伝送され、センサ部2において外部から受けた振動に応じて、第1の光信号が第2の光信号に変換される。そして、変換された第2の光信号は、光伝送路4を介して本体部1へ伝送され、本体部1で電気信号に変換された後、検出信号として出力される。ここで、光源20から射出される第1の光信号は、所定の波長帯域の波長を含むのに対して、光フィルタ部24から射出される第2の光信号は、その波長スペクトルが振動子34における振動の変位に対応付けられた波長をもつ。
【選択図】図1
Description
この発明は遠隔地における振動を検出する振動検出装置に関し、特に光ファイバを用いて伝送を行なう振動検出装置に関するものである。
従来から、遠隔地に配置されたさまざま設備に対して、状態監視を行ないたいというニーズが存在する。たとえば、プラントに配置された複数の設備について、温度、振動、動作音などを集中監視することで、設備に生じ得る異常や故障などの早期発見や事前予測を実現できる。このようなニーズに対して、遠隔監視システムや保全監視システムと称されるシステムが実現されている。
このようなシステムにおいては、各設備において検出された状態情報を監視場所まで伝送する必要がある。また、各設備において状態情報を検出するためには、電力などの動作駆動源を必要とする。そのため、多くのシステムにおいては、監視場所と各設備に配置されたセンサなどとを電線を介して接続し、信号伝送および電力供給を実現する構成が採用されていた。
しかしながら、プラント内にはさまざまな設備が配置されているため、電線が敷設されたルート上に強力な電磁界が存在する場合もあり、伝送される電気信号にノイズが混入するなどの問題が生じることがあった。そのため、伝送距離が制限されてしまうという問題があった。また、可燃性ガスなどの存在により電気的な配線が敷設できないという場合もあった。
そこで、たとえば、特開2002−232999号公報(特許文献1)には、光源と受光素子とループ状光ファイバの開放部の両端とが分岐結合素子に接続されて構成された光ファイバループ干渉計型センサが開示されている。この光ファイバループ干渉計型センサによれば、電気信号に代えて光信号を用いるため、周囲環境からのノイズの影響を受けにくく、伝送距離の延長が容易となる。また、センサ部分の電源を不要にできる。
特開2002−232999号公報
しかしながら、光ファイバの伝送距離が長くなるほど、光ファイバ自体に与えられる振動や偏波ゆらぎなどにより、光信号の光強度には時間的な変動が生じる。上述した特開2002−232999号公報(特許文献1)に開示される光ファイバループ干渉計型センサにおいては、時計回り伝搬光と反時計回り伝搬光との位相差による干渉光の強度変化に基づいて、振動を検出する構成であるため、伝送距離が長くなれば、上述のような要因により干渉光に時間的な強度変化が生じる。そのため、誤差が大きくなるという問題があった。
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、伝送距離が長くなっても検出結果に誤差を生じず、正確に振動を検出する振動検出装置を提供することである。
この発明に係る振動検出装置は、第1の光伝送路と、第1の光伝送路を介して第1の光信号を与える光信号供給手段と、光信号供給手段により与えられた第1の光信号を受け、外部から受けた振動の変位に対応付けられた波長をもつ第2の光信号を生成するセンサ部と、センサ部において生成される第2の光信号を伝送する第2の光伝送路と、第2の光伝送路を介して第2の光信号を受け、第2の光信号の波長変化に基づいて、センサ部が受けた振動の変位に応じた検出信号を出力する信号出力部とからなる。
好ましくは、光信号供給手段は、第1の光信号として、その波長スペクトルが所定の波長帯域幅を含むような光信号を発生する光源からなり、センサ部は、外部から受けた振動に応じて変位を発生する変位発生部と、第1の光伝送路と第2の光伝送路との間に配置され、変位発生部において発生した変位に応じて、透過させる光の波長を変化させる光フィルタ部とからなる。
また、好ましくは、光信号供給手段は、第1の光信号として、その波長スペクトルが所定の波長帯域幅を含むような光信号を発生する光源からなり、センサ部は、外部から受けた振動に応じて変位を発生する変位発生部と、変位発生部において発生した変位に応じて、反射する光の波長を変化させる波長選択性光反射部と、第1の光伝送路を介して伝送される第1の光信号を第1の光反射部へ導き、かつ、第1の光反射部において反射されて生じる第2の光信号を第2の光伝送路へ導く光循環部とからなる。
また、好ましくは、光信号供給手段は、第1の光信号として、励起光を発生する励起光光源からなり、センサ部は、外部から受けた振動に応じて変位を発生する変位発生部と、光活性物質が添加された第3の光伝送路と、第3の光伝送路の一端に接続され、所定の光強度をもつ光信号を透過させる第1の光反射部と、第3の光伝送路の他端に接続される第2の光反射部と、第3の光伝送路において誘起光が生じるように、第1の光伝送路を介して伝送される励起光を第3の光伝送路に注入する光結合部と、第3の光伝送路と第1の光反射部との間、または、第3の光伝送路と第2の光反射部との間に配置され、変位発生部において発生した変位に応じて、透過させる光の波長を変化させる光フィルタ部とからなる。
また、好ましくは、光信号供給手段は、第1の光信号として、励起光を発生する励起光光源からなり、センサ部は、外部から受けた振動に応じて変位を発生する変位発生部と、光活性物質が添加された第3の光伝送路と、第3の光伝送路の一端に接続され、所定の光強度をもつ光信号を透過させる第1の反射部と、第3の光伝送路の他端に接続され、変位発生部において発生した変位に応じて、反射する光の波長を変化させる波長選択性光反射部と、第3の光伝送路において誘起光が生じるように、第1の光伝送路を介して伝送される励起光を第3の光伝送路に注入する光結合部とからなる。
また、好ましくは、光信号供給手段は、センサ部から第2の光伝送路を介して伝送される第2の光信号を増幅した後、第1の光信号として射出する光増幅部からなり、センサ部は、外部から受けた振動に応じて変位を発生する変位発生部と、第1の光伝送路と第2の光伝送路との間に配置され、変位発生部において発生した変位に応じて、透過させる光の波長を変化させる光フィルタ部とからなる。
また、好ましくは、光信号供給手段は、センサ部から第2の光伝送路を介して伝送される第2の光信号を増幅した後、第1の光信号として射出する光増幅部からなり、センサ部は、外部から受けた振動に応じて変位を発生する変位発生部と、変位発生部において発生した変位に応じて、反射する光の波長を変化させる波長選択性光反射部と、第1の光伝送路を介して伝送される第1の光信号を波長選択性光反射部へ導き、かつ、波長選択性光反射部において反射されて生じる第2の光信号を第2の光伝送路へ導く光循環部とからなる。
さらに好ましくは、変位発生部は、光フィルタ部と連結され、自身の発生する変位を直接的に光フィルタ部へ与える。
また、さらに好ましくは、センサ部は、変位発生部と連結され、変位発生部において発生する変位に応じた電力を発生する変位電気変換部と、光フィルタ部と連結され、変位電気変換部において発生する電力に応じた変位を光フィルタ部へ与える圧電素子とをさらに含む。
また、さらに好ましくは、変位発生部は、波長選択性光反射部と連結され、自身の発生する変位を直接的に波長選択性光反射部へ与える。
また、さらに好ましくは、センサ部は、変位発生部と連結され、変位発生部において発生する変位に応じた電力を発生する変位電気変換部と、波長選択性光反射部と連結され、変位電気変換部において発生する電力に応じた変位を波長選択性光反射部へ与える圧電素子とをさらに含む。
また、さらに好ましくは、センサ部は、波長選択性光反射部と光循環部とが接続される端と反対側の端において、波長選択性光反射部と接続され、かつ、波長選択性光反射部を透過した光信号を電力に変換する、第1の光電気変換部をさらに含む。
好ましくは、第3の光伝送路は、光活性物質添加光ファイバまたは光活性物質光導波路である。
また、好ましくは、信号出力部は、第2の光信号を受け、当該第2の光信号における光強度を所定の値に変換して出力する波長強度変換部と、波長強度変換部における変換後の第2の光信号を受け、その光強度に応じた電気信号を出力する第2の光電気変換部とからなり、波長強度変換部は、変換後の光強度が第2の光信号の波長と一意に対応付けられるように第2の光信号の光強度を変換する。
さらに好ましくは、信号出力部は、波長強度変換部に与えられる第2の光信号の一部を抽出する光分岐部と、光分岐部において抽出された第2の光信号を受け、その光強度に応じた電気信号を出力する第3の光電気変換部と、第3の光電気変換部から出力される電気信号を基準として、第2の光電気変換部から出力される電気信号を補正して検出信号を生成する演算部とをさらに含む。
好ましくは、センサ部は、外部から受けた音波による振動を検出する。
この発明によれば、センサ部は、外部から受けた振動の変位に対応付けられた波長をもつ第2の光信号を生成し、第2の光伝送路を介して信号出力部へ伝送する。また、信号出力部は、第2の光信号の波長変化に基づいてセンサ部が受けた振動の変位に応じた信号を出力する。そのため、第1および第2の光伝送路において、光強度を変化させるような外乱が生じても、信号出力部から出力される信号には誤差を生じない。よって、伝送距離が長くなっても検出結果に誤差を生じず、正確に振動を検出する振動検出装置を実現できる。
この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1に従う振動検出装置101の概略構成図である。
図1は、この発明の実施の形態1に従う振動検出装置101の概略構成図である。
図1を参照して、振動検出装置101は、光伝送路3および4と、本体部1と、センサ部2とからなる。振動検出装置101では、本体部1から光伝送路3を介してセンサ部2へ第1の光信号が伝送され、センサ部2において外部から受けた振動に応じて、第1の光信号が第2の光信号に変換される。そして、変換された第2の光信号は、光伝送路4を介して本体部1へ伝送され、本体部1で電気信号に変換された後、検出信号として出力される。一例として、振動検出装置101は、音源から発生する音波による振動を検出する。
光伝送路3および4は、いずれも光ファイバからなる。光伝送路3は、光源20と本体部1とを接続し、光源20から射出される第1の光信号を伝搬させる。一方、光伝送路4は、センサ部2と本体部1とを接続し、センサ部2から射出される第2の光信号を伝搬させる。なお、光伝送路3および4は、それぞれ第1の光信号および第2の光信号の波長帯域において、損失および分散(波長分散、モード分散、偏波モード分散など)が小さいことが望ましい。
本体部1は、光源20と、信号出力部10とからなる。
光源20は、光伝送路3の一端と接続され、その波長スペクトルが所定の波長帯域を含むような第1の光信号を発生して、光伝送路3へ射出する。後述するように、センサ部2において変位に応じた波長成分が第1の光信号から抽出されるので、センサ部2におけるダイナミックレンジを広くするため、第1の光信号に含まれる波長帯域は広いことが望ましい。なお、第1の光信号における各波長成分の光強度が略同一、すなわち波長スペクトルが平坦である必要はなく、少なくとも各波長の光強度は、光源20からセンサ部2を経て信号出力部10に至るまでの経路における光損失に比較して、十分大きければよい。
光源20は、光伝送路3の一端と接続され、その波長スペクトルが所定の波長帯域を含むような第1の光信号を発生して、光伝送路3へ射出する。後述するように、センサ部2において変位に応じた波長成分が第1の光信号から抽出されるので、センサ部2におけるダイナミックレンジを広くするため、第1の光信号に含まれる波長帯域は広いことが望ましい。なお、第1の光信号における各波長成分の光強度が略同一、すなわち波長スペクトルが平坦である必要はなく、少なくとも各波長の光強度は、光源20からセンサ部2を経て信号出力部10に至るまでの経路における光損失に比較して、十分大きければよい。
信号出力部10は、光伝送路4の一端と接続され、光伝送路4を介して伝送される第2の光信号を受け、その波長変化に対応付けてそのレベルが変化するような検出信号を生成する。そして、信号出力部10は、光分岐部22と、光フィルタ部24と、光電気変換部26および30と、演算部28とからなる。
光分岐部22は、光伝送路4の一端と接続され、光伝送路4を介して伝送される第2の光信号を2つに分割して、その分割した第2の光信号をそれぞれ光フィルタ部24および光電気変換部30へ導く。
光フィルタ部24は、光分岐部22から受けた第2の光信号の光強度を所定のレベルに減衰して光電気変換部26へ出力する。具体的には、光フィルタ部24は、入力する光信号の波長と対応付けられるような透過特性を有し、第2の光信号の波長と一意に対応付けられるように、第2の光信号の光強度を変換する。すなわち、光フィルタ部24は、第2の光信号の波長に対応した光強度となるように第2の光信号を減衰させる。
光電気変換部26は、光フィルタ部24から出力される光信号を受け、その光強度に応じた電気信号を出力する。同様に、光電気変換部30は、光分岐部22から受けた第2の光信号を受け、その光強度に応じた電気信号を出力する。なお、光電気変換部26および30から出力される電気信号は、アナログ信号またはデジタル信号のいずれでもよいが、互いに同一の種類であることが望ましい。
演算部28は、それぞれ光電気変換部26および30から出力される電気信号を受け、光電気変換部26から受けた値を光電気変換部30から受けた値で除算し、その除算結果を検出信号として出力する。なお、必要に応じて、除算結果に所定の換算定数を乗じて検出信号としてもよく、また、所定のバイアス定数を加算または減算してもよい。
そのため、演算部28が出力する検出信号は、信号出力部10に到達する第2の光信号の光強度に関わらず、光フィルタ部24の透過率に応じた値となる。すなわち、演算部28は、光伝送路3または4における振動や偏波ゆらぎなどで生じる第2の光信号の時間的な光強度変動による誤差を抑制するため、信号出力部10に到達した第2の光信号の光強度を基準として、光フィルタ部24から出力される光信号を補正(規格化)する。
センサ部2は、振動子34と、光フィルタ部32とからなる。
振動子34は、外部の音源から音波を受け、その音波振動に応じた変位を発生する。そして、振動子34は、発生した変位を機械的に連結された光フィルタ部32へ与える。
振動子34は、外部の音源から音波を受け、その音波振動に応じた変位を発生する。そして、振動子34は、発生した変位を機械的に連結された光フィルタ部32へ与える。
光フィルタ部32は、光伝送路3の一端と光伝送路4の一端との間に配置され、振動子34から受けた変位に応じて、光伝送路3を介して伝送された第1の光信号のうち、所定の波長成分だけを透過させる。そして、光フィルタ部32は、透過させた光信号を第2の光信号として、光伝送路4へ射出する。すなわち、光フィルタ部32は、振動子34から与えられた振動の変位に対応付けられた波長をもつ第2の光信号を出力する。したがって、光源20から射出される第1の光信号は、所定の波長帯域の波長を含むのに対して、光フィルタ部24から射出される第2の光信号は、その波長スペクトルが振動子34における振動の変位に対応付けられた波長をもつ。
この発明の実施の形態1においては、「光信号供給手段」は、光源20により実現され、振動子34が「変位発生部」に相当し、光フィルタ部24が「波長強度変換部」に相当する。
図2は、光フィルタ部32を実現するための構成の一例である。
図2(a)は、光フィルタ部32の概略構成図である。
図2(a)は、光フィルタ部32の概略構成図である。
図2(b)は、光フィルタ部32の動作状態を示す図である。
図2(c)は、光フィルタ部32の別の動作状態を示す図である。
図2(c)は、光フィルタ部32の別の動作状態を示す図である。
図2(a)を参照して、光フィルタ部32は、振動子34と連結され、その垂直断面が台形状の可動誘電体膜36を含む。そして、可動誘電体膜36は、振動子34から紙面横方向の変位を受けて紙面左側または紙面右側に駆動される。一方、光伝送路3を伝搬する第1の光信号は、紙面縦方向に沿って、可動誘電体膜36の可動方向と直交する向きに可動誘電体膜36へ入射する。さらに、可動誘電体膜36を透過した光信号は、第2の光信号として光伝送路4へ射出され、信号出力部10へ伝送される。すなわち、第1の光信号から変換される第2の光信号の波長は、第1の光信号が透過する可動誘電体膜36の膜厚に依存することになる。
具体的には、図2(b)を参照して、図示しない振動子34が紙面左側への変位を生じると、それに伴い可動誘電体膜36も紙面左側に移動する。この場合において、第1の光信号が透過する膜厚をd1とする。次に、図2(c)を参照して、図示しない振動子34が紙面右側への変位を生じると、それに伴い可動誘電体膜36も紙面右側に移動する。この場合において、第1の光信号が透過する膜厚をd2とする。
ここで、可動誘電体膜36を透過する波長は膜厚に略比例するので、第1の光信号が透過する可動誘電体膜36の膜厚がd1からd2(<d1)に変化すれば、それに応じて、第2の光信号の波長も変化する。
このように、光フィルタ部32は、外部から受けた音波振動の変位に対応付けられた波長をもつ第2の光信号を生成する。なお、可動誘電体膜36の形状は、振動子34の変位に応じて実質的にその膜厚を変化させるような形状であればいずれの形状でもよいが、処理を簡素化するため、変位と波長変化との間に比例関係があることが望ましく、一例として、この発明の実施の形態1においては、可動誘電体膜36は、その垂直断面が台形となるように構成される。
上述したように、センサ部2において振動子34の変位に対応付けられた波長をもつ第2の光信号が生成される。次に、第2の光信号の波長変化に基づいて、振動子34の変位に応じた検出信号を生成する構成について説明する。
図3は、光フィルタ部24の透過特性を説明するための図である。
図1および図3を参照して、信号出力部10を構成する光フィルタ部24は、入力される光信号の波長と一意に対応付けられる透過率を有する。一例として、光フィルタ部24は、センサ部2において生成される第2の光信号の波長変動幅において、その透過率が波長に比例するような透過特性をもつ。
図1および図3を参照して、信号出力部10を構成する光フィルタ部24は、入力される光信号の波長と一意に対応付けられる透過率を有する。一例として、光フィルタ部24は、センサ部2において生成される第2の光信号の波長変動幅において、その透過率が波長に比例するような透過特性をもつ。
具体的には、光フィルタ部24は、波長λ2をもつ第2の光信号に対して透過率t2を発揮する。そして、光フィルタ部24は、波長λ1(<λ2)をもつ光信号に対して透過率t1(<t2)を発揮し、波長λ3(>λ2)をもつ光信号に対して透過率t3(>t2)を発揮する。そのため、光フィルタ部24に入力する第2の光信号の光強度が一定であれば、光フィルタ部24を透過して出力される光信号は、その透過率に応じた光強度をもつことになる。すなわち、光フィルタ部24は、第2の光信号における波長変化を光強度変化に変換する。
このように、第2の光信号の波長変化が光強度変化に変換されるので、信号出力部10は、振動子34の変位に応じた振幅変動をもつ検出信号を出力する。
再度、図1を参照して、光源20から射出される第1の光信号、光伝送路3および4、ならびに光フィルタ部32の損失が時間的に変化しなければ、理想的には、光フィルタ部24へ入射する第2の光信号の光強度は一定であり、光フィルタ部24から出力される光信号の光強度に基づいて検出信号を生成できる。しかしながら、光伝送路3および4が長距離化すると、光ファイバ自体に与えられる振動や偏波ゆらぎなどの影響を受け、第2の光信号の光強度が時間的に変化してしまう。そのため、検出信号に誤差が生じる場合もある。そこで、光分岐部22が光伝送路4を介して伝送された第2の光信号を2つに分割し、その一方を光フィルタ部24へ与えるとともに、他方を光電気変換部30へ与える。すなわち、第2の光信号がそれぞれ光フィルタ部24および光電気変換部30へ与えられる。
したがって、光電気変換部30は、光フィルタ部24に入力される光信号の光強度に応じた電気信号を生成し、一方、光電気変換部26は、光フィルタ部24から出力される光強度に応じた電気信号を生成する。そして、演算部28が光電気変換部30から出力される値で光電気変換部26から出力される値を除算して検出信号を生成するので、演算部28から出力される検出信号は、第2の光信号における光強度の時間的変動に関わらず、光フィルタ部24の透過率に対応した値となる。すなわち、演算部28は、光フィルタ部24に入力される光信号の光強度により光フィルタ部24から出力される光信号の光強度を規格化する。
ここで、光分岐部22における分割比率が同一であれば、演算部28において除算を行なうことで検出信号を生成できるが、光分岐部22における分割比率が異なる場合には、その分割比率を補正するための定数でさらに補正する必要がある。
なお、光伝送路3および4の伝送距離が短い場合などであって、第2の光信号における光強度の時間的変動が無視できる場合には、規格化する必要はなく、光分岐部22、光電気変換部30および演算部28を省略してもよい。
(変形例1)
上述のこの発明の実施の形態1においては、光フィルタ部32の可動誘電体膜36が振動子34と機械的に連結される構成について説明したが、振動子34における変位に応じて電力を発生させ、その電力に応じて可動誘電体膜36を駆動してもよい。
上述のこの発明の実施の形態1においては、光フィルタ部32の可動誘電体膜36が振動子34と機械的に連結される構成について説明したが、振動子34における変位に応じて電力を発生させ、その電力に応じて可動誘電体膜36を駆動してもよい。
図4は、この発明の実施の形態1の変形例1に従うセンサ部2’の概略構成図である。
図4を参照して、上述のこの発明の実施の形態1におけるセンサ部2に代えて、この発明の実施の形態1の変形例1に従うセンサ部2’を用いることができる。
図4を参照して、上述のこの発明の実施の形態1におけるセンサ部2に代えて、この発明の実施の形態1の変形例1に従うセンサ部2’を用いることができる。
センサ部2’は、光フィルタ部32と、振動子34と、磁石40と、コイル42と、圧電素子38とからなる。
光フィルタ部32および振動子34については、上述したこの発明の実施の形態1と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
磁石40は、振動子34と連結され、振動子34が発生する変位に応じて、その位置を変化させる。
コイル42は、磁石40が振動子34の変位に応じて位置を変化する軸に沿って、磁石40の周囲に配置され、磁石40の移動によって生じる鎖交磁界の時間的変化に応じて、電力を発生する。
圧電素子38は、コイル42で発生した電力を受け、その電力に応じた圧電歪みを発生する。そして、圧電素子38は、その圧電歪みを連結された可動誘電体膜36に与える。すなわち、圧電素子38は、コイル42が発生する電力に応じた変位を可動誘電体膜36へ与える。一例として、圧電素子38は、チタン酸バリウムなどからなる。
この発明の実施の形態1の変形例1においては、磁石40およびコイル42が「変位電気変換部」に相当する。
なお、コイル42から出力される電力が小さい場合には、コイル42と圧電素子38との間に増幅器を挿入してもよい。
上述のように、この発明の実施の形態1の変形例1においては、振動子34が可動誘電体膜36を直接駆動しないので、振動子34の変位幅と可動誘電体膜36の可動幅とを一致させる必要がない。そのため、振動子34および光フィルタ部32を互いに独立して最適な大きさで製作することができ、大きさの制約を受けない。したがって、検出対象とする振動(振幅・音圧)に応じて振動子34を適切に選択することで、所望の感度を実現できる。さらに、増幅器を用いることで、微小な振動に対してもより高い感度の検出を実現できる。
(変形例2)
上述のこの発明の実施の形態1およびその変形例1においては、第1の光信号の伝搬経路上における可動誘電体膜36の膜厚を変化させる構成について説明したが、干渉型のフィルタで構成してもよい。
上述のこの発明の実施の形態1およびその変形例1においては、第1の光信号の伝搬経路上における可動誘電体膜36の膜厚を変化させる構成について説明したが、干渉型のフィルタで構成してもよい。
図5は、この発明の実施の形態1の変形例2に従うセンサ部2”の概略構成図である。
図5を参照して、上述のこの発明の実施の形態1におけるセンサ部2に代えて、この発明の実施の形態1の変形例2に従うセンサ部2”を用いることができる。
図5を参照して、上述のこの発明の実施の形態1におけるセンサ部2に代えて、この発明の実施の形態1の変形例2に従うセンサ部2”を用いることができる。
センサ部2”は、光フィルタ部44と、振動子34とからなり、光フィルタ部44は、反射膜46aおよび46bを含む。
振動子34については、変位を生じる方向が異なる点を除いて、上述したこの発明の実施の形態1と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
反射膜46aおよび46bは、互いにその面が平行するように対向して配置され、所定の光強度以下の光を反射する。そして、反射膜46aは、光フィルタ部44内で固定され、一方、反射膜46bは、振動子34からの変位を受けて、紙面縦方向に沿って移動する。すなわち、反射膜46bは、振動子34からの変位を受け、反射膜46aとの距離を変化させる。
光フィルタ部44における光信号の挙動について説明すると、光伝送路3を介して伝送される第1の光信号の一部は、反射膜46aを透過して反射膜46aと反射膜46bとの間で多重反射を生じる。ここで、反射膜46aと反射膜46bとの間隔をdとすると、nを正の整数として、nλ=2dが成立する波長のみが互いに強め合い、その他の波長は、互いに打消し合う。したがって、互いに干渉することによって強め合う波長の光信号だけが、反射膜46bを透過でき、光伝送路4へ射出される。
そのため、反射膜46aと反射膜46bとの間隔dを変化させることで、光フィルタ部32を透過する波長を変化させることができる。よって、光フィルタ部32は、第1の光信号を受け、振動子34の振動による変位に応じた波長成分を抽出して、第2の光信号を生成できる。
上述のように、この発明の実施の形態1の変形例2においては、光フィルタ部44を透過する波長が、互いに対向する反射膜46aと反射膜46bとの間隔に比例するので、第2の光信号の変動波長幅に応じた光フィルタ部44の設計が容易にできる。
この発明の実施の形態1によれば、センサ部は、その波長スペクトルが所定の波長帯域を含むような第1の光信号のうち、振動子から受けた変位に応じた所定の波長成分だけを透過させて、第2の光信号を生成する。一方、本体部は、伝送路を介して伝送される第2の光信号の波長変化に対応してそのレベルが変化するような検出信号を発生する。そのため、第1および第2の光伝送路において、光強度を変化させるような外乱が生じても、信号出力部から出力される信号には誤差を生じない。よって、伝送距離が長くなっても検出結果に誤差を生じず、正確に振動を検出する振動検出装置を実現できる。
また、この発明の実施の形態1によれば、信号出力部は、第2の光信号の波長に対応した光強度となるように、第2の光信号をその波長と一意に対応付けられる光強度に変換する光フィルタ部を含む。そのため、光学的な処理により、波長変化に基づいた振動の変位に応じた検出信号を容易に生成できる。
また、この発明の実施の形態1によれば、信号出力部において、光フィルタ部に入力する第2の光信号の光強度を基準として、光フィルタ部から出力される検出信号を規格化するので、第1および第2の伝送路などにおいて生じる外乱により光強度が時間的に変化しても、その変化した光強度を基準として、光フィルタ部の透過率を算出できるので、伝送距離が長くなっても検出結果に生じる誤差を抑制できる。
[実施の形態2]
上述のこの発明の実施の形態1においては、光源から射出された第1の光信号から所定の波長だけを透過させることで第2の光信号を生成する構成について説明した。一方、この発明の実施の形態2においては、光源から射出された第1の光信号のうち所定の波長だけを反射することで第2の光信号を生成する構成について説明する。
上述のこの発明の実施の形態1においては、光源から射出された第1の光信号から所定の波長だけを透過させることで第2の光信号を生成する構成について説明した。一方、この発明の実施の形態2においては、光源から射出された第1の光信号のうち所定の波長だけを反射することで第2の光信号を生成する構成について説明する。
図6は、この発明の実施の形態2に従う振動検出装置102の概略構成図である。
図6を参照して、振動検出装置102は、図1に示すこの発明の実施の形態1に従う振動検出装置101において、センサ部2をセンサ部5に代えたものと等価である。振動検出装置102では、本体部1から光伝送路3を介して伝送された第1の光信号のうち、センサ部5で所定の波長が選択的に反射され、第2の光信号が生成される。
図6を参照して、振動検出装置102は、図1に示すこの発明の実施の形態1に従う振動検出装置101において、センサ部2をセンサ部5に代えたものと等価である。振動検出装置102では、本体部1から光伝送路3を介して伝送された第1の光信号のうち、センサ部5で所定の波長が選択的に反射され、第2の光信号が生成される。
センサ部5は、光サーキュレータ50と、振動子34と、ファイバブラッググレーティング(FBG:Fiber Bragg Gratings;以下、FBGと称す)52とからなる。
光サーキュレータ50は、3つのポートを備え、各ポートは、光伝送路3、FBG52、光伝送路4とそれぞれ接続される。また、光サーキュレータ50は、1つのポートに入射された光を、入力されたポートと反時計回りで次に位置するポートから放射する。つまり、光サーキュレータ50は、光伝送路3から入力された第1の光信号をFBG52へ導き、FBG52で反射された第2の光信号を光伝送路4へ導く。
振動子34は、光サーキュレータ50がFBG52と接続される一端と反対側の端において、FBG52と連結され、自己の変位をFBG52へ与える。その他については、この発明の実施の形態1と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
FBG52は、軸方向に周期的な屈折率変化が形成された光ファイバであり、特定の波長をもつ光を選択的に反射し、それ以外の波長をもつ光を透過させる性質をもつ。このFBG52で反射される光の波長は、屈折率変化の周期によって定まるため、FBG52は、伸張されることによりその反射する光の波長をシフトさせる。また、FBG52は、振動子34が生じる変位に応じて伸張されるように配置される。
その他については、この発明の実施の形態1と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
この発明の実施の形態2においては、「光信号供給手段」は、光源20により実現され、振動子34が「変位発生部」に相当し、FBG52が「波長選択性光反射部」に相当し、光サーキュレータ50が「光循環部」に相当し、光フィルタ部24が「波長強度変換部」に相当する。
以下、センサ部5についてより詳細に説明する。
光源20から射出された第1の光信号は、光伝送路3を伝搬してセンサ部5へ到達すると、光サーキュレータ50によりFBG52へ導かれる。ここで、FBG52は、その伸縮量に応じて所定の波長を反射するので、光サーキュレータ50から導かれた第1の光信号のうち、所定の波長成分だけが選択的に反射される。そして、FBG52で反射された所定の波長成分の光信号が第2の光信号として光サーキュレータ50を介して、光伝送路4へ射出される。
光源20から射出された第1の光信号は、光伝送路3を伝搬してセンサ部5へ到達すると、光サーキュレータ50によりFBG52へ導かれる。ここで、FBG52は、その伸縮量に応じて所定の波長を反射するので、光サーキュレータ50から導かれた第1の光信号のうち、所定の波長成分だけが選択的に反射される。そして、FBG52で反射された所定の波長成分の光信号が第2の光信号として光サーキュレータ50を介して、光伝送路4へ射出される。
ここで、FBG52は、振動子34が発生する変位に応じて伸縮されるので、その反射する波長もその伸縮量、すなわち振動子34が生じる変位に応じて変化する。したがって、FBG52は、振動子34から与えられた振動の変位に対応付けられた波長をもつ第2の光信号を出力する。
なお、FBG52の反射特性は、屈折率変化の大きさ、屈折率変化の周期および光ファイバの長さに応じて決定されるので、振動子34の変位幅および第1の光信号の波長スペクトルなどに応じて決定される。
(変形例1)
上述のこの発明の実施の形態2においては、FBG52が直接振動子34と連結される構成について説明したが、振動子34における変位に応じて電力を発生させ、その電力に応じてFBG52を伸縮させてもよい。
上述のこの発明の実施の形態2においては、FBG52が直接振動子34と連結される構成について説明したが、振動子34における変位に応じて電力を発生させ、その電力に応じてFBG52を伸縮させてもよい。
図7は、この発明の実施の形態2の変形例1に従うセンサ部5’の概略構成図である。
図7を参照して、この発明の実施の形態2に従うセンサ部5に代えて、この発明の実施の形態2の変形例1に従うセンサ部5’を用いることができる。
図7を参照して、この発明の実施の形態2に従うセンサ部5に代えて、この発明の実施の形態2の変形例1に従うセンサ部5’を用いることができる。
センサ部5’は、図4に示すセンサ部2’において、光フィルタ部32に代えてFBG52および光サーキュレータ50を用いたものと等価である。すなわち、この発明の実施の形態1の変形例1と同様に、振動子34が変位を発生すると、その変位に応じて磁石40がその位置を変化させ、コイル42に電力が生じる。そして、圧電素子38が、その電力に応じてFBG52に歪みを生じさせて、FBG52を伸張させる。したがって、センサ部5’は、振動子34が生じた振動の変位に対応付けられた波長をもつ第2の光信号を生成する。その他については、この発明の実施の形態1の変形例1と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
この発明の実施の形態2の変形例1においては、磁石40およびコイル42が「変位電気変換部」に相当する。
上述のように、この発明の実施の形態2の変形例1においては、振動子34がFBG52を機械的に伸張しないので、振動子34の変位幅とFBG52の伸張幅とを一致させる必要がない。そのため、振動子34およびFBG52を互いに独立して最適な大きさで製作することができ、大きさの制約を受けない。したがって、検出対象とする振動(振幅・音圧)に応じて振動子34の大きさを自在に選択することで、所望の感度を実現できる。さらに、増幅器を用いることで、微小な振動に対しても高い感度で検出できる。
(変形例2)
上述のこの発明の実施の形態2およびその変形例1においては、FBG52に入射する第1の光信号のうち、FBG52で反射されなかった波長成分は、FBG52に吸収されてしまうが、この吸収される波長成分から電力を取出すように構成してもよい。
上述のこの発明の実施の形態2およびその変形例1においては、FBG52に入射する第1の光信号のうち、FBG52で反射されなかった波長成分は、FBG52に吸収されてしまうが、この吸収される波長成分から電力を取出すように構成してもよい。
図8は、この発明の実施の形態2の変形例2に従うセンサ部5”の概略構成図である。
図8を参照して、この発明の実施の形態2に従うセンサ部5に代えて、この発明の実施の形態2の変形例2に従うセンサ部5”を用いることができる。
図8を参照して、この発明の実施の形態2に従うセンサ部5に代えて、この発明の実施の形態2の変形例2に従うセンサ部5”を用いることができる。
センサ部5”は、図7に示すセンサ部5’において、振動子34、磁石40およびコイル42に代えて、光電気変換部(O/E)54およびコンデンサマイク56を備えたものと等価である。
光電気変換部54は、FBG52と光サーキュレータ50との接続端と反対側の端において、FBG52と接続され、FBG52を透過する光信号を受けて電力に変換する。そして、光電気変換部54は、その変換した電力を駆動電力としてコンデンサマイク56へ供給する。
コンデンサマイク56は、コンデンサと同様に2枚の電極をもち、その一方の電極を振動子として機能させるマイクである。そして、外部からの音波振動に応じて振動子となる電極が変位し、電極間の距離を変化させる。電極間の距離変化に伴い、電極間の静電容量も変化するので、音波振動に応じた電気信号を出力できる。一般的なコンデンサマイクは、電極間に電荷を蓄えるための駆動電源を外部から供給する必要があり、そのような駆動電源は「ファンタム電源」などと称される。この発明の実施の形態2の変形例2においては、光電気変換部54が変換する電力を駆動電源としてコンデンサマイク56へ供給する。さらに、コンデンサマイク56は、音波振動に応じて出力される電気信号を圧電素子38へ与える。
圧電素子38は、コンデンサマイク56から与えられる電気信号に応じた圧電歪みを生じ、FBG52に連結された光電気変換部54にその圧電歪みを与えることで、間接的にFBG52を伸縮させる。
FBG52および光サーキュレータ50の機能については、上述したこの発明の実施の形態2に従うセンサ部5と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
このようにして、この発明の実施の形態2の変形例2に従うセンサ部5”は、コンデンサマイク56が受けた音波振動の変位に対応付けられた波長をもつ第2の光信号を生成する。
なお、光電気変換部54において変換された電力をコンデンサマイクに供給する以外にも、他の周辺装置へ供給するように構成してもよい。たとえば、図4または図7に示すような、コイル42と圧電素子38とを含むセンサ部において、微小な振動に対する感度を向上させるためにコイル42と圧電素子38との間に挿入される増幅器に対して電力を供給してもよい。
また、電源を必要とするマイクロフォンの一例として、コンデンサマイクを用いる場合について説明したが、コンデンサマイク以外にも、電源を必要とするいずれもマイクロフォンを用いてもよい。
上述のように、この発明の実施の形態2の変形例2においては、光電気変換部54がFBG52で反射されなかった光信号から電力を取出す。すなわち、光源20から射出される第1の光信号を、振動の変位を伝送する信号光および電源を供給する供給源として用いることができるため、本体部1の構成を変更することなく、センサ部5”の構成を比較的高い自由度で設計することができる。したがって、検出対象の音波に応じて、市販されているコンデンサマイクのうち所望の特性を有するものを比較的自由に選択でき、より汎用化および低価格化を実現できる。
この発明の実施の形態2によれば、センサ部は、その波長スペクトルが所定の波長帯域を含むような第1の光信号のうち、振動子から受けた変位に応じた所定の波長成分だけを反射して第2の光信号を生成する。一方、本体部は、伝送路を介して伝送される第2の光信号の波長変化に対応してそのレベルが変化するような検出信号を発生する。そのため、第1および第2の光伝送路において、光強度を変化させるような外乱が生じても、信号出力部から出力される信号には誤差を生じない。よって、伝送距離が長くなっても検出結果に誤差を生じず、正確に振動を検出する振動検出装置を実現できる。
また、この発明の実施の形態2によれば、信号出力部は、第2の光信号の波長に対応した光強度となるように、第2の光信号をその波長と一意に対応付けられる光強度に変換する光フィルタ部を含む。そのため、光学的な処理により、波長変化に基づいた振動の変位に応じた検出信号を容易に生成できる。さらに、この発明の実施の形態2によれば、信号出力部において、光フィルタ部に入力する第2の光信号の光強度を基準として、光フィルタ部から出力される検出信号を規格化するので、第1および第2の伝送路などにおいて生じる外乱により光強度が時間的に変化しても、その変化した光強度を基準として、光フィルタ部の透過率を算出できるので、伝送距離が長くなっても検出結果に生じる誤差を抑制できる。
[実施の形態3]
上述のこの発明の実施の形態1および2においては、光源からその波長スペクトルが所定の波長帯域を含むような第1の信号光を射出する構成について説明した。一方、この発明の実施の形態3においては、光源から波長スペクトルが狭い励起光を射出する構成について説明する。
上述のこの発明の実施の形態1および2においては、光源からその波長スペクトルが所定の波長帯域を含むような第1の信号光を射出する構成について説明した。一方、この発明の実施の形態3においては、光源から波長スペクトルが狭い励起光を射出する構成について説明する。
図9は、この発明の実施の形態3に従う振動検出装置103の概略構成図である。
図9を参照して、振動検出装置103は、光伝送路3および4と、本体部6と、センサ部7とからなる。振動検出装置103においては、本体部6からセンサ部7へ第1の光信号として励起光が射出され、その励起光を受けて、センサ部7において誘起光が生じる。そして、センサ部7において生じた誘起光は、センサ部7が外部から受けた振動に応じた波長でレーザ発振して、第2の光信号に変換される。さらに、センサ部7で生じた第2の光信号が本体部6へ射出され、信号出力部10から検出信号として出力される。
図9を参照して、振動検出装置103は、光伝送路3および4と、本体部6と、センサ部7とからなる。振動検出装置103においては、本体部6からセンサ部7へ第1の光信号として励起光が射出され、その励起光を受けて、センサ部7において誘起光が生じる。そして、センサ部7において生じた誘起光は、センサ部7が外部から受けた振動に応じた波長でレーザ発振して、第2の光信号に変換される。さらに、センサ部7で生じた第2の光信号が本体部6へ射出され、信号出力部10から検出信号として出力される。
光伝送路3および4は、この発明の実施の形態1と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
本体部6は、励起光光源58と、信号出力部10とからなる。
励起光光源58は、光伝送路3の一端と接続され、センサ部7において誘起光を生じるような所定の波長をもつ励起光を発生して、光伝送路3へ射出する。後述するように、センサ部7における誘導放出を生じるために適した波長を用いることが望ましい。
励起光光源58は、光伝送路3の一端と接続され、センサ部7において誘起光を生じるような所定の波長をもつ励起光を発生して、光伝送路3へ射出する。後述するように、センサ部7における誘導放出を生じるために適した波長を用いることが望ましい。
信号出力部10は、この発明の実施の形態1と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
センサ部7は、光反射部64と、ハーフミラー66と、光フィルタ部32と、振動子34と、光結合部62と、光活性物質添加ファイバ60とからなる。
光反射部64は、光活性物質添加ファイバ60の一端と接続され、光活性物質添加ファイバ60から入射する光信号を反射する。
ハーフミラー66は、光活性物質添加ファイバ60の他端と接続され、光活性物質添加ファイバ60から入射する光信号が所定の光強度以下であれば反射し、所定の光強度を超えればその光信号を透過させる。
光フィルタ部32は、光活性物質添加ファイバ60とハーフミラー66との間に配置され、光活性物質添加ファイバ60からハーフミラー66の方向へ伝搬する光信号およびその逆方向へ伝搬する光信号のうち、振動子34から受けた変位に応じた所定の波長成分だけを透過させる。その他については、この発明の実施の形態1と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
振動子34については、この発明の実施の形態1と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
光結合部62は、光活性物質添加ファイバ60と光フィルタ部32との間に配置され、光伝送路3を介して伝搬される第1の光信号を光活性物質添加ファイバ60へ注入する。
光活性物質添加ファイバ60は、一例として、光ファイバのコアに光活性物質として、希土類元素が添加された光ファイバである。光活性物質添加ファイバ60に励起光を入射させると、添加されている希土類元素が励起光により励起される。一方、光活性物質添加ファイバ60は、その両端にそれぞれ光反射部64およびハーフミラー66が接続されるので、光活性物質添加ファイバ60で誘起された誘起光は、光反射部64とハーフミラー66との間を多重反射する。そのため、その多重反射する誘起光が光活性物質添加ファイバ60を伝搬する過程において、励起状態となった希土類元素に誘導放出が生じ、誘起光が増幅される。すなわち、光反射部64、光活性物質添加ファイバ60およびハーフミラー66で構成される系は、レーザ発振を生じる。
この発明の実施の形態3では、一例として、光活性物質添加ファイバ60は、エルビウムイオン添加ファイバとする。この場合において、励起光光源58から射出される第1の光信号の波長は、980nmまたは1480nmであり、誘起光の波長は、1550nmとなる。なお、エルビニウムイオンの他にも、ネオジウムイオン、プラセオジウムイオンおよびツリウムイオンなどを添加した光活性物質添加ファイバを用いてもよい。
さらに、このような誘起光の波長幅は比較的広く、1550nmを中心として約30nmである。これは、光フィルタ部32が透過させる波長を変化させたとしても、その変化がこの約30nmの波長幅内であれば、レーザ発振が可能であることを意味する。そこで、光フィルタ部32は、振動子34から変位を受け、その透過させる波長をこの約30nmの範囲で変化させて、センサ部7においてレーザ発振する波長を変化させる。多重反射により、ハーフミラー66に入射する誘起光の強度が所定の値を超えると、誘起光は、ハーフミラー66を透過して、光伝送路4へ射出される。この射出されたレーザ光が第2の光信号となる。
このように、センサ部7においては、励起光光源58から射出される第1の光信号である励起光を受け、振動子34から与えられた振動の変位に対応付けられた波長においてレーザ発振を生じ、その生じたレーザ光を第2の光信号として信号出力部10へ射出する。
ここで、極めて短時間で見ると、振動子34から与えられる振動の変位が変化する毎に、レーザ発振が一旦消滅し、再度レーザ発振を形成することになるが、誘起光が多重反射してレーザ発振を形成する時間に比較して、振動子34が検出する振動の最小周期(検出対象の最大周波数の逆数)は十分長いため、実用上の問題はない。
この発明の実施の形態3においては、「光信号供給手段」は、励起光光源58により実現され、振動子34が「変位発生部」に相当し、光活性物質添加ファイバ60は、「第3の光伝送路」に相当し、光フィルタ部24が「波長強度変換部」に相当する。
なお、光フィルタ部32は、光活性物質添加ファイバ60と光反射部64と間に配置されるようにしてもよい。すなわち、光フィルタ部32は、光反射部64とハーフミラー66との間を多重反射する誘起光のうち、所定の波長成分だけを透過させるように配置すればよい。
また、上述の説明においては、光活性物質が添加された光伝送路の一例として、光活性物質添加ファイバを用いる場合について説明したが、基板上に当該基板より高い屈折率をもつ媒質で薄膜を形成した光導波路に対して、さらに光活性物質を添加した光物質添加光導波路を用いてもよい。すなわち、薄膜状に形成された媒質に上述した光活性物質を添加することで、誘起光を発生させることができる。このように、光活性物質が添加された光導波路を用いることで、光物質添加光ファイバを用いる場合に比較して、より小型なセンサ部を実現することができる。
(変形例)
上述のこの発明の実施の形態3においては、光活性物質添加ファイバ60に入射する第1の光信号である励起光についても、光反射部64とハーフミラー66との間を多重反射するが、光活性物質添加ファイバ60で生じる誘起光の波長と、励起光の波長とが大きく異なることを利用して、励起光から電力を取出すように構成してもよい。
上述のこの発明の実施の形態3においては、光活性物質添加ファイバ60に入射する第1の光信号である励起光についても、光反射部64とハーフミラー66との間を多重反射するが、光活性物質添加ファイバ60で生じる誘起光の波長と、励起光の波長とが大きく異なることを利用して、励起光から電力を取出すように構成してもよい。
図10は、この発明の実施の形態3の変形例に従うセンサ部7’の概略構成図である。
図10を参照して、この発明の実施の形態3におけるセンサ部7に代えて、この発明の実施の形態3の変形例に従うセンサ部7’を用いることができる。
図10を参照して、この発明の実施の形態3におけるセンサ部7に代えて、この発明の実施の形態3の変形例に従うセンサ部7’を用いることができる。
センサ部7’は、光活性物質添加ファイバ60と、光結合部62と、光フィルタ部32と、ハーフミラー66と、波長選択性光反射部68と、光電気変換部(O/E)54と、圧電素子38と、コンデンサマイク56とからなる。
光活性物質添加ファイバ60と、光結合部62と、光フィルタ部32と、ハーフミラー66とについては、この発明の実施の形態3と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
波長選択性光反射部68は、光活性物質添加ファイバ60の一端と接続され、光活性物質添加ファイバ60を伝搬した後の誘起光を反射し、かつ、励起光を透過させる。たとえば、上述したエルビニウムイオンを添加した光活性物質添加ファイバ60においては、励起光の波長が980nmまたは1480nmであり、誘起光の波長が1550nmであるため、十分な波長差が存在し、このような波長選択性光反射部68を容易に実現できる。
光電気変換部54は、波長選択性光反射部68を介して、光活性物質添加ファイバ60の一端と接続され、波長選択性光反射部68を透過する励起光を受けて電力に変換する。そして、光電気変換部54は、その変換した電力を駆動電力としてコンデンサマイク56へ供給する。
コンデンサマイク56は、光電気変換部54から駆動電源を受け、音波振動に応じて出力される電気信号を圧電素子38へ与える。その他については、上述したこの発明の実施の形態2の変形例2と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
圧電素子38は、コンデンサマイク56で発生した電気信号を受け、その電気信号に応じた圧電歪みを発生する。そして、圧電素子38は、その圧電歪みから生じる変位を連結された光フィルタ部32に与える。その他については、この発明の実施の形態1の変形例1と同様であるので詳細な説明は繰返さない。
このようにして、この発明の実施の形態3の変形例に従うセンサ部7’は、コンデンサマイク56が受けた音波振動の変位に対応付けられた波長においてレーザ発振を生じ、第2の光信号を生成する。
なお、光電気変換部54において変換された電力をコンデンサマイクに供給する以外にも、他の周辺装置へ供給するように構成してもよい。
上述のように、この発明の実施の形態3の変形例においては、光電気変換部54が誘起光の発生に使用されなかった励起光から電力を取出す。すなわち、励起光光源58から射出される第1の光信号である励起光を、誘起光の発生および電源の供給源として用いることができるため、本体部6の構成を変更することなく、センサ部7’の構成を比較的高い自由度で設計することができる。したがって、検出対象の音波に応じて、市販されているコンデンサマイクのうち所望の特性を有するものを比較的自由に選択でき、より汎用化および低価格化を実現できる。
さらに、上述の構成に代えて、図4に示すような磁石40およびコイル42を用いて光フィルタ部32を駆動するように構成してもよい。
この発明の実施の形態3によれば、センサ部は、励起光光源から出力される励起光を受けて生じる誘起光を多重反射させることでレーザ発振させる。また、センサ部は、誘起光が多重反射する経路に挿入された光フィルタ部により、振動子から受けた変位に応じた所定の波長成分だけを透過させて、レーザ発振する波長を変化させる。そして、センサ部は、発振させたレーザ光を第2の光信号として本体部へ伝送する。一方、本体部は、伝送路を介して伝送される第2の光信号の波長変化に対応してそのレベルが変化するような検出信号を発生する。そのため、第1および第2の光伝送路において、光強度を変化させるような外乱が生じても、信号出力部から出力される信号には誤差を生じない。よって、伝送距離が長くなっても検出結果に誤差を生じず、正確に振動を検出する振動検出装置を実現できる。
また、この発明の実施の形態3によれば、センサ部に所定の波長成分を含む励起光だけを与えればよいので、上述したこの発明の実施の形態1および2と比較して、第1の光信号の波長スペクトルが狭くて済む。また、センサ部においてレーザ発振させるので、センサ部に与える光エネルギーの積算値が高ければよく、瞬間的な光強度は小さくてもよい。よって、より安価な光源で実現することができる。
また、この発明の実施の形態3によれば、信号出力部は、第2の光信号の波長に対応した光強度となるように、第2の光信号をその波長と一意に対応付けられる光強度に変換する光フィルタ部を含む。そのため、光学的な処理により、波長変化に基づいた振動の変位に応じた検出信号を容易に生成できる。さらに、この発明の実施の形態3によれば、信号出力部において、光フィルタ部に入力する第2の光信号の光強度を基準として、光フィルタ部から出力される検出信号を規格化するので、第1および第2の伝送路などにおいて生じる外乱により光強度が時間的に変化しても、その変化した光強度を基準として、光フィルタ部の透過率を算出できるので、伝送距離が長くなっても検出結果に生じる誤差を抑制できる。
[実施の形態4]
上述のこの発明の実施の形態3においては、励起光を受けて誘起された誘起光のうち所定の波長だけを透過させることでレーザ発振させる構成について説明した。一方、この発明の実施の形態4においては、励起光を受けて誘起された誘起光のうち所定の波長だけを反射することでレーザ発振させる構成について説明する。
上述のこの発明の実施の形態3においては、励起光を受けて誘起された誘起光のうち所定の波長だけを透過させることでレーザ発振させる構成について説明した。一方、この発明の実施の形態4においては、励起光を受けて誘起された誘起光のうち所定の波長だけを反射することでレーザ発振させる構成について説明する。
図11は、この発明の実施の形態4に従う振動検出装置104の概略構成図である。
図11を参照して、振動検出装置104は、図9に示すこの発明の実施の形態3に従う振動検出装置103において、センサ部7をセンサ部8に代えたものと等価である。
図11を参照して、振動検出装置104は、図9に示すこの発明の実施の形態3に従う振動検出装置103において、センサ部7をセンサ部8に代えたものと等価である。
センサ部8は、光活性物質添加ファイバ60と、光結合部62と、ハーフミラー66と、振動子34と、FBG52とからなる。
光活性物質添加ファイバ60と、光結合部62と、ハーフミラー66とについては、この発明の実施の形態3と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
振動子34は、FBG52と光活性物質添加ファイバ60とが接続される反対側の端において、FBG52と連結され、その変位をFBG52へ与える。その他については、この発明の実施の形態1と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
FBG52は、軸方向に周期的な屈折率変化が形成された光ファイバであり、特定の波長をもつ光を選択的に反射し、それ以外の波長をもつ光を透過させる。また、FBG50は、振動子34が生じる変位に応じて伸張されるように連結される。そして、FBG52で反射される光の波長は、屈折率変化の周期によって定まるため、FBG52は、振動子34からの変位を受けて伸張し、その反射する波長をシフトさせる。
その他については、この発明の実施の形態3と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
この発明の実施の形態4においては、「光信号供給手段」は、励起光光源58により実現され、光活性物質添加ファイバ60は、「第3の光伝送路」に相当し、FBG52が「波長選択性光反射部」に相当し、光フィルタ部24が「波長強度変換部」に相当する。
この発明の実施の形態4に従うセンサ部8においては、上述したこの発明の実施の形態3に従うセンサ部7と同様に、励起光光源58から射出される第1の光信号である励起光を受け、振動子34から与えられる振動の変位に対応付けられた波長においてレーザ発振を生じ、その生じたレーザ光を第2の光信号として信号出力部10へ射出するが、そのレーザ発振の構成が異なるので、以下に説明する。
光活性物質添加ファイバ60に入射された励起光により生じる誘起光は、直接またはハーフミラー66で反射されてFBG52に入射する。FBG52は、振動子34から与えられた振動の変位に対応付けられた波長だけを反射するので、誘起光のうち、FBG52で反射される波長をもつ誘起光だけがハーフミラー66との間で多重反射することになる。そして、多重反射により、ハーフミラー66に入射する誘起光の強度が所定の値を超えると、誘起光は、ハーフミラー66を透過して光伝送路4へ射出される。すなわち、センサ部8では、FBG52で反射される波長においてレーザ発振が生じて、第2の光信号が射出される。
このように、センサ部8は、励起光光源58から射出される第1の光信号である励起光を受け、振動子34から与えられた振動の変位に対応付けられた波長においてレーザ発振を生じ、その生じたレーザ光を第2の光信号として信号出力部10へ射出する。
また、上述の説明においては、光活性物質が添加された光伝送路の一例として、光活性物質添加ファイバを用いる場合について説明したが、この発明の実施の形態3における場合と同様に、光導波路に対して光活性物質を添加した光物質添加光導波路を用いてもよい。
(変形例)
上述したように、FBG52は、振動子34から受けた振動の変位に対応付けられる波長だけを選択的に反射するので、誘起光の発生に使用されなかった励起光およびFBG52を透過した誘起光から電力を取出してもよい。上述したように、図8に示すこの発明の実施の形態2の変形例2に従うセンサ部5”と同様に、FBG52の端に接続され、FBG52を透過する光信号を受けて電力に変換する光電気変換部をさらに備えるように構成してもよい。その他の動作や効果などについては、この発明の実施の形態2の変形例2と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
上述したように、FBG52は、振動子34から受けた振動の変位に対応付けられる波長だけを選択的に反射するので、誘起光の発生に使用されなかった励起光およびFBG52を透過した誘起光から電力を取出してもよい。上述したように、図8に示すこの発明の実施の形態2の変形例2に従うセンサ部5”と同様に、FBG52の端に接続され、FBG52を透過する光信号を受けて電力に変換する光電気変換部をさらに備えるように構成してもよい。その他の動作や効果などについては、この発明の実施の形態2の変形例2と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
この発明の実施の形態4によれば、センサ部は、励起光光源から出力される励起光を受けて生じる誘起光を多重反射させることでレーザ発振させる。また、センサ部は、誘起光が多重反射する経路に挿入されたFBGにより、振動子から受けた変位に応じた所定の波長成分だけを反射させて、レーザ発振する波長を変化させる。そして、センサ部は、発振させたレーザ光を第2の光信号として本体部へ伝送する。一方、本体部は、伝送路を介して伝送される第2の光信号の波長変化に対応してそのレベルが変化するような検出信号を発生する。そのため、第1および第2の光伝送路において、光強度を変化させるような外乱が生じても、信号出力部から出力される信号には誤差を生じない。よって、伝送距離が長くなっても検出結果に誤差を生じず、正確に振動を検出する振動検出装置を実現できる。
また、この発明の実施の形態4によれば、センサ部に所定の波長成分を含む励起光だけを与えればよいので、上述したこの発明の実施の形態1および2と比較して、第1の光信号の波長スペクトルが狭くて済む。また、センサ部においてレーザ発振させるので、センサ部に与える光エネルギーの積算値が高ければよく、瞬間的な光強度は小さくてもよい。よって、より安価な光源で実現することができる。
また、この発明の実施の形態4によれば、信号出力部は、第2の光信号の波長に対応した光強度となるように、第2の光信号をその波長と一意に対応付けられる光強度に変換する光フィルタ部を含む。そのため、光学的な処理により、波長変化に基づいた振動の変位に応じた検出信号を容易に生成できる。さらに、この発明の実施の形態4によれば、信号出力部において、光フィルタ部に入力する第2の光信号の光強度を基準として、光フィルタ部から出力される検出信号を規格化するので、第1および第2の伝送路などにおいて生じる外乱により光強度が時間的に変化しても、その変化した光強度を基準として、光フィルタ部の透過率を算出できるので、伝送距離が長くなっても検出結果に生じる誤差を抑制できる。
[実施の形態5]
上述のこの発明の実施の形態3および4においては、センサ部においてレーザ発振する構成について説明した。一方、この発明の実施の形態5においては、本体部およびセンサ部の全体でレーザ発振する構成について説明する。
上述のこの発明の実施の形態3および4においては、センサ部においてレーザ発振する構成について説明した。一方、この発明の実施の形態5においては、本体部およびセンサ部の全体でレーザ発振する構成について説明する。
図12は、この発明の実施の形態5に従う振動検出装置105の概略構成図である。
図12を参照して、振動検出装置105は、本体部9と、センサ部2と、光伝送路3および4とからなる。振動検出装置105においては、本体部9およびセンサ部2が光伝送路3および4を介して、ループ状に接続される。そして、本体部9は、センサ部2から光伝送路4を介して伝送される第2の光信号を増幅した後、第1の光信号としてセンサ部2へ射出し、センサ部2は、本体部9から受けた第1の光信号のうち、外部から受けた振動の変位に応じた波長を選択的に透過させる。この動作が連続的に繰返されることで、センサ部2が外部から受けた変位に対応付けられる波長においてレーザ発振が生じる。さらに、生じたレーザ光の一部が本体部9において検出信号に変換された後、出力される。
図12を参照して、振動検出装置105は、本体部9と、センサ部2と、光伝送路3および4とからなる。振動検出装置105においては、本体部9およびセンサ部2が光伝送路3および4を介して、ループ状に接続される。そして、本体部9は、センサ部2から光伝送路4を介して伝送される第2の光信号を増幅した後、第1の光信号としてセンサ部2へ射出し、センサ部2は、本体部9から受けた第1の光信号のうち、外部から受けた振動の変位に応じた波長を選択的に透過させる。この動作が連続的に繰返されることで、センサ部2が外部から受けた変位に対応付けられる波長においてレーザ発振が生じる。さらに、生じたレーザ光の一部が本体部9において検出信号に変換された後、出力される。
本体部9は、光増幅部70と、光分岐部72と、信号出力部10とからなる。
光増幅部70は、光伝送路3と光伝送路4との間に配置され、センサ部2から光伝送路4を介して伝送される第2の光信号を受け、その光強度を増幅した後、光伝送路4を介してセンサ部2へ射出する。
光増幅部70は、光伝送路3と光伝送路4との間に配置され、センサ部2から光伝送路4を介して伝送される第2の光信号を受け、その光強度を増幅した後、光伝送路4を介してセンサ部2へ射出する。
光分岐部72は、光伝送路4と光増幅部70との間に配置され、光伝送路4を介して伝送される第2の光信号を2分割し、その一方を光増幅部70へ与え、他方を信号出力部10へ与える。なお、光分岐部72の分割比は、均等である必要はなく、外乱に対する影響を抑制する目的において、信号出力部10へ与える割合が高いことが望ましい。
信号出力部10は、この発明の実施の形態1と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。また、センサ部2と、光伝送路3および4とについても、この発明の実施の形態1と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
この発明の実施の形態5においては、「光信号供給手段」は、光増幅部70により実現され、振動子34が「変位発生部」に相当し、光フィルタ部24が「波長強度変換部」に相当する。
図13は、光増幅部70の一実現例についての概略構成図である。
図13を参照して、光増幅部70は、励起光光源80と、光結合部76と、光活性物質添加ファイバ74と、波長選択性光フィルタ部78とからなる。
図13を参照して、光増幅部70は、励起光光源80と、光結合部76と、光活性物質添加ファイバ74と、波長選択性光フィルタ部78とからなる。
励起光光源80は、光結合部76と接続され、光活性物質添加ファイバ74において誘起光を生じるような所定の波長をもつ励起光を発生して、光結合部76へ射出する。
光結合部76は、光伝送路4と光活性物質添加ファイバ74との間に配置され、光伝送路4を介して伝搬される第2の光信号、および、励起光光源80から与えられる励起光を光活性物質添加ファイバ74へ注入する。
光活性物質添加ファイバ74は、一例として、光ファイバのコアに光活性物質として、希土類元素が添加された光ファイバである。光活性物質添加ファイバ74は、励起光が入射されると、添加されている希土類元素が励起光により励起され、その励起エネルギーが同時に入射される第2の光信号に転移して、第2の光信号を増幅する。一例として、光活性物質添加ファイバ74は、エルビウムイオン添加ファイバとする。この場合において、第2の光信号の波長は、1550nmであり、励起光光源80から射出される励起光の波長は、980nmまたは1480nmである。なお、エルビニウムイオンの他にも、ネオジウムイオン、プラセオジウムイオンおよびツリウムイオンなどを添加した光活性物質添加ファイバを用いてもよい。
波長選択性光フィルタ部78は、光活性物質添加ファイバ74と光伝送路3との間に配置され、第2の光信号が光活性物質添加ファイバ74において増幅されて生じる第1の光信号を透過させ、かつ、励起光光源80から注入される励起光のうち、第2の光信号の増幅に使用されなかった励起光を吸収する。すなわち、波長選択性光フィルタ部78は、光伝送路3を伝搬する第1の光信号に励起光が混入しないように、励起光を除去する。なお、上述したエルビニウムイオンを添加した光活性物質添加ファイバ74においては、増幅される第2の光信号の波長が1550nmであり、励起光の波長が980nmまたは1480nmであるため、十分な波長差が存在し、このような波長選択性光フィルタ部78を容易に実現できる。
以下、この発明の実施の形態5に従う振動検出装置105におけるレーザ発振について説明する。
図12および図13を参照して、光増幅部70に含まれる光活性物質添加ファイバ74で増幅された第1の光信号は、光伝送路3を伝搬して光フィルタ部32へ入射する。そして、光フィルタ部32において第1の光信号から抽出された第2の光信号は、光伝送路4を伝搬して光活性物質添加ファイバ74に入射する。光活性物質添加ファイバ74では、励起光光源80からの励起光により第2の光信号は増幅される。さらに、光活性物質添加ファイバ74で増幅された第2の光信号は、再度、第1の光信号として射出される。以下、この動作が繰返され、光増幅部70、光伝送路3、センサ部2および光伝送路4の経路でレーザ発振が生じる。
一方、この発明の実施の形態1において説明したように、センサ部2は、第1の光信号を受け、振動子34の変位に応じた波長成分を抽出して、第2の光信号を生成する。そのため、振動検出装置105においてレーザ発振する波長は、振動子34から与えられた振動の変位に対応付けられた波長となる。したがって、信号出力部10は、第2の光信号の波長変化に基づいて、振動子34の変位に応じた検出信号を出力できる。
なお、例えば、エルビウムイオン添加ファイバにおける誘起光の波長幅は、1550nmを中心として約30nmであるので、光フィルタ部32における波長変動幅もその波長幅30nm以内とする必要がある。
また、極めて短時間で見ると、振動子34から与えられる振動の変位が変化する毎に、レーザ発振が一旦消滅し、再度レーザ発振を形成することになるが、誘起光が光伝送路3および4を一周する時間に比較して、振動子34が検出する振動の最小周期(検出対象の最大周波数の逆数)は十分長いため、実用上の問題はない。
上述した振動検出装置105においては、第2の光信号における光強度の変動による影響を抑制するため、信号出力部10が第2の光信号の光強度に基づいて規格化できる構成としたが、振動検出装置105におけるレーザ発振が安定していれば、第2の光信号の光強度に基づいて規格化する必要はなく、光分岐部22、光電気変換部30および演算部28を省略してもよい。
この発明の実施の形態5によれば、本体部に含まれる光増幅部が、センサ部を介してループ状に形成された第1および第2の光伝送路を伝搬する光信号を増幅してレーザ発振させる。一方、センサ部は、光増幅部により増幅された第1の光信号のうち、振動子から受けた変位に応じた所定の波長成分だけを透過させて、レーザ発振する波長を変化させる。さらに、本体部は、伝送路を介して伝送される第2の光信号の波長変化に対応してそのレベルが変化するような検出信号を発生する。そのため、第1および第2の光伝送路において、光強度を変化させるような外乱が生じても、信号出力部から出力される信号には誤差を生じない。よって、伝送距離が長くなっても検出結果に誤差を生じず、正確に振動を検出する振動検出装置を実現できる。
また、この発明の実施の形態5によれば、ループ状に形成された第1および第2の光伝送路を循環する光信号を増幅することでレーザ発振が生じるので、上述したこの発明の実施の形態1〜4と異なり、センサ部へ伝送するための第1の光を生成するための光源を必要としない。また、循環する光信号を順次増幅することで、レーザ発振が生じるので、比較的小さな増幅作用で済む。よって、より安価な光増幅器で実現することができる。
また、この発明の実施の形態5によれば、信号出力部は、第2の光信号の波長に対応した光強度となるように、第2の光信号をその波長と一意に対応付けられる光強度に変換する光フィルタ部を含む。そのため、光学的な処理により、波長変化に基づいた振動の変位に応じた検出信号を容易に生成できる。さらに、この発明の実施の形態5によれば、信号出力部において、光フィルタ部に入力する第2の光信号の光強度を基準として、光フィルタ部から出力される検出信号を規格化するので、第1および第2の伝送路などにおいて生じる外乱により光強度が時間的に変化しても、その変化した光強度を基準として、光フィルタ部の透過率を算出できるので、伝送距離が長くなっても検出結果に生じる誤差を抑制できる。
[実施の形態6]
上述のこの発明の実施の形態5においては、光増幅部から射出された第1の光信号から所定の波長だけを透過させることで第2の光信号を生成する構成について説明した。一方、この発明の実施の形態6においては、光増幅部から射出された第1の光信号のうち所定の波長だけを反射することで第2の光信号を生成する構成について説明する。
上述のこの発明の実施の形態5においては、光増幅部から射出された第1の光信号から所定の波長だけを透過させることで第2の光信号を生成する構成について説明した。一方、この発明の実施の形態6においては、光増幅部から射出された第1の光信号のうち所定の波長だけを反射することで第2の光信号を生成する構成について説明する。
図14は、この発明の実施の形態6に従う振動検出装置106の概略構成図である。
図14を参照して、振動検出装置106は、図12に示すこの発明の実施の形態5に従う振動検出装置105において、センサ部2をセンサ部5に代えたものと等価である。振動検出装置106では、光増幅部70から光伝送路3を介して伝送された第1の光信号のうち、センサ部5で所定の波長が選択的に反射され、第2の光信号が生成される。すなわち、振動検出装置106においては、光増幅部70、光伝送路3、光サーキュレータ50、FBG52、光サーキュレータ50および光伝送路4の経路でレーザ発振が生じる。
図14を参照して、振動検出装置106は、図12に示すこの発明の実施の形態5に従う振動検出装置105において、センサ部2をセンサ部5に代えたものと等価である。振動検出装置106では、光増幅部70から光伝送路3を介して伝送された第1の光信号のうち、センサ部5で所定の波長が選択的に反射され、第2の光信号が生成される。すなわち、振動検出装置106においては、光増幅部70、光伝送路3、光サーキュレータ50、FBG52、光サーキュレータ50および光伝送路4の経路でレーザ発振が生じる。
センサ部5については、図6に示すこの発明の実施の形態2に従う振動検出装置102と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
この発明の実施の形態6においては、「光信号供給手段」は、光増幅部70により実現され、振動子34が「変位発生部」に相当し、FBG52が「波長選択性光反射部」に相当し、光サーキュレータ50が「光循環部」に相当し、光フィルタ部24が「波長強度変換部」に相当する。
(変形例)
さらに、センサ部5に含まれるFBG52は、振動子34から受けた振動の変位に対応付けられる波長だけを選択的に反射するので、センサ部2に入射された第1の光信号のうち、レーザ発振に用いられない波長の光信号から電力を取出してもよい。上述したように、図8に示すこの発明の実施の形態2の変形例2に従うセンサ部5”と同様に、FBG52の一端に接続され、FBG52を透過する光信号を受けて電力に変換する光電気変換部をさらに備えるように構成することもできる。
さらに、センサ部5に含まれるFBG52は、振動子34から受けた振動の変位に対応付けられる波長だけを選択的に反射するので、センサ部2に入射された第1の光信号のうち、レーザ発振に用いられない波長の光信号から電力を取出してもよい。上述したように、図8に示すこの発明の実施の形態2の変形例2に従うセンサ部5”と同様に、FBG52の一端に接続され、FBG52を透過する光信号を受けて電力に変換する光電気変換部をさらに備えるように構成することもできる。
その他の動作や効果などについては、この発明の実施の形態2の変形例2と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
この発明の実施の形態6によれば、本体部に含まれる光増幅部が、センサ部を介してループ状に形成された第1および第2の光伝送路を伝搬する光信号を増幅してレーザ発振させる。一方、センサ部は、光増幅部により増幅された第1の光信号のうち、振動子から受けた変位に応じた所定の波長成分だけを反射して、レーザ発振する波長を変化させる。さらに、本体部は、伝送路を介して伝送される第2の光信号の波長変化に対応してそのレベルが変化するような検出信号を発生する。そのため、第1および第2の光伝送路において、光強度を変化させるような外乱が生じても、信号出力部から出力される信号には誤差を生じない。よって、伝送距離が長くなっても検出結果に誤差を生じず、正確に振動を検出する振動検出装置を実現できる。
また、この発明の実施の形態6によれば、ループ状に形成された第1および第2の光伝送路を循環する光信号を増幅することでレーザ発振が生じるので、上述したこの発明の実施の形態1〜4と異なり、センサ部へ伝送するための第1の光を生成するための光源を必要としない。また、循環する光信号を順次増幅することで、レーザ発振が生じるので、比較的小さな増幅作用で済む。よって、より安価な光増幅器で実現することができる。
また、この発明の実施の形態6によれば、信号出力部は、第2の光信号の波長に対応した光強度となるように、第2の光信号をその波長と一意に対応付けられる光強度に変換する光フィルタ部を含む。そのため、光学的な処理により、波長変化に基づいた振動の変位に応じた検出信号を容易に生成できる。さらに、この発明の実施の形態6によれば、信号出力部において、光フィルタ部に入力する第2の光信号の光強度を基準として、光フィルタ部から出力される検出信号を規格化するので、第1および第2の伝送路などにおいて生じる外乱により光強度が時間的に変化しても、その変化した光強度を基準として、光フィルタ部の透過率を算出できるので、伝送距離が長くなっても検出結果に生じる誤差を抑制できる。
なお、この発明の実施の形態1〜6においては、本体部が光源20、励起光光源58、または光増幅部70を含む構成について説明したが、光源20、励起光光源58、光増幅部70が本体部とは異なる場所に配置されてもよい。
また、この発明の実施の形態1〜6においては、外部の音源から受けた音波の振動を検出する構成について説明したが、機械的・電気的に発生するさまざまな振動の検出に適応できることは言うまでもない。たとえば、発電機やモータなどの回転機の軸受部に生じる振動を検出することで、その寿命や劣化状態を判定することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 本体部、2,2’,2”,5,5’,5”,7,8 センサ部、3,4 光伝送路、6,9 本体部、10 信号出力部、20 光源、22,72 光分岐部、24,32,44 光フィルタ部、26,30 光電気変換部、28 演算部、34 振動子、36 可動誘電体膜、38 圧電素子、40 磁石、42 コイル、46a,46b 反射膜、50 光サーキュレータ、54 光電気変換部(O/E)、56 コンデンサマイク、58,80 励起光光源、60,74 光活性物質添加ファイバ、62,76 光結合部、64 光反射部、66 ハーフミラー、68 波長選択性光反射部、70 光増幅部、78 波長選択性光フィルタ部、101,102,103,104,105,106 振動検出装置。
Claims (16)
- 第1の光伝送路と、
前記第1の光伝送路を介して第1の光信号を与える光信号供給手段と、
前記光信号供給手段により与えられた前記第1の光信号を受け、外部から受けた振動の変位に対応付けられた波長をもつ第2の光信号を生成するセンサ部と、
前記センサ部において生成される前記第2の光信号を伝送する第2の光伝送路と、
前記第2の光伝送路を介して前記第2の光信号を受け、前記第2の光信号の波長変化に基づいて、前記センサ部が受けた振動の変位に応じた検出信号を出力する信号出力部とからなる、振動検出装置。 - 前記光信号供給手段は、前記第1の光信号として、その波長スペクトルが所定の波長帯域幅を含むような光信号を発生する光源からなり、
前記センサ部は、
外部から受けた振動に応じて変位を発生する変位発生部と、
前記第1の光伝送路と前記第2の光伝送路との間に配置され、前記変位発生部において発生した変位に応じて、透過させる光の波長を変化させる光フィルタ部とからなる、請求項1に記載の振動検出装置。 - 前記光信号供給手段は、前記第1の光信号として、その波長スペクトルが所定の波長帯域幅を含むような光信号を発生する光源からなり、
前記センサ部は、
外部から受けた振動に応じて変位を発生する変位発生部と、
前記変位発生部において発生した変位に応じて、反射する光の波長を変化させる波長選択性光反射部と、
前記第1の光伝送路を介して伝送される前記第1の光信号を前記第1の光反射部へ導き、かつ、前記第1の光反射部において反射されて生じる前記第2の光信号を前記第2の光伝送路へ導く光循環部とからなる、請求項1に記載の振動検出装置。 - 前記光信号供給手段は、前記第1の光信号として、励起光を発生する励起光光源からなり、
前記センサ部は、
外部から受けた振動に応じて変位を発生する変位発生部と、
光活性物質が添加された第3の光伝送路と、
前記第3の光伝送路の一端に接続され、所定の光強度をもつ光信号を透過させる第1の光反射部と、
前記第3の光伝送路の他端に接続される第2の光反射部と、
前記第3の光伝送路において誘起光が生じるように、前記第1の光伝送路を介して伝送される前記励起光を前記第3の光伝送路に注入する光結合部と、
前記第3の光伝送路と前記第1の光反射部との間、または、前記第3の光伝送路と前記第2の光反射部との間に配置され、前記変位発生部において発生した変位に応じて、透過させる光の波長を変化させる光フィルタ部とからなる、請求項1に記載の振動検出装置。 - 前記光信号供給手段は、前記第1の光信号として、励起光を発生する励起光光源からなり、
前記センサ部は、
外部から受けた振動に応じて変位を発生する変位発生部と、
光活性物質が添加された第3の光伝送路と、
前記第3の光伝送路の一端に接続され、所定の光強度をもつ光信号を透過させる第1の反射部と、
前記第3の光伝送路の他端に接続され、前記変位発生部において発生した変位に応じて、反射する光の波長を変化させる波長選択性光反射部と、
前記第3の光伝送路において誘起光が生じるように、前記第1の光伝送路を介して伝送される前記励起光を前記第3の光伝送路に注入する光結合部とからなる、請求項1に記載の振動検出装置。 - 前記光信号供給手段は、前記センサ部から前記第2の光伝送路を介して伝送される前記第2の光信号を増幅した後、前記第1の光信号として射出する光増幅部からなり、
前記センサ部は、
外部から受けた振動に応じて変位を発生する変位発生部と、
前記第1の光伝送路と前記第2の光伝送路との間に配置され、前記変位発生部において発生した変位に応じて、透過させる光の波長を変化させる光フィルタ部とからなる、請求項1に記載の振動検出装置。 - 前記光信号供給手段は、前記センサ部から前記第2の光伝送路を介して伝送される前記第2の光信号を増幅した後、前記第1の光信号として射出する光増幅部からなり、
前記センサ部は、
外部から受けた振動に応じて変位を発生する変位発生部と、
前記変位発生部において発生した変位に応じて、反射する光の波長を変化させる波長選択性光反射部と、
前記第1の光伝送路を介して伝送される前記第1の光信号を前記波長選択性光反射部へ導き、かつ、前記波長選択性光反射部において反射されて生じる前記第2の光信号を前記第2の光伝送路へ導く光循環部とからなる、請求項1に記載の振動検出装置。 - 前記変位発生部は、前記光フィルタ部と連結され、自身の発生する変位を直接的に前記光フィルタ部へ与える、請求項2、4、6のいずれか1項に記載の振動検出装置。
- 前記センサ部は、
前記変位発生部と連結され、前記変位発生部において発生する変位に応じた電力を発生する変位電気変換部と、
前記光フィルタ部と連結され、前記変位電気変換部において発生する電力に応じた変位を前記光フィルタ部へ与える圧電素子とをさらに含む、請求項2、4、6のいずれか1項に記載の振動検出装置。 - 前記変位発生部は、前記波長選択性光反射部と連結され、自身の発生する変位を直接的に前記波長選択性光反射部へ与える、請求項3、5、7のいずれか1項に記載の振動検出装置。
- 前記センサ部は、
前記変位発生部と連結され、前記変位発生部において発生する変位に応じた電力を発生する変位電気変換部と、
前記波長選択性光反射部と連結され、前記変位電気変換部において発生する電力に応じた変位を前記波長選択性光反射部へ与える圧電素子とをさらに含む、請求項3、5、7のいずれか1項に記載の振動検出装置。 - 前記センサ部は、前記波長選択性光反射部と前記光循環部とが接続される端と反対側の端において、前記波長選択性光反射部と接続され、かつ、前記波長選択性光反射部を透過した光信号を電力に変換する、第1の光電気変換部をさらに含む、請求項3、5、7、10、11のいずれか1項に記載の振動検出装置。
- 前記第3の光伝送路は、光活性物質添加光ファイバまたは光活性物質光導波路である、請求項3または4に記載の振動検出装置。
- 前記信号出力部は、
前記第2の光信号を受け、当該第2の光信号における光強度を所定の値に変換して出力する波長強度変換部と、
前記波長強度変換部における変換後の第2の光信号を受け、その光強度に応じた電気信号を出力する第2の光電気変換部とからなり、
前記波長強度変換部は、変換後の光強度が前記第2の光信号の波長と一意に対応付けられるように前記第2の光信号の光強度を変換する、請求項1〜13のいずれか1項に記載の振動検出装置。 - 前記信号出力部は、
前記波長強度変換部に与えられる前記第2の光信号の一部を抽出する光分岐部と、
前記光分岐部において抽出された第2の光信号を受け、その光強度に応じた電気信号を出力する第3の光電気変換部と、
前記第3の光電気変換部から出力される電気信号を基準として、前記第2の光電気変換部から出力される電気信号を補正して検出信号を生成する演算部とをさらに含む、請求項14に記載の振動検出装置。 - 前記センサ部は、外部から受けた音波による振動を検出する、請求項1〜15のいずれか1項に記載の振動検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005374526A JP2007180707A (ja) | 2005-12-27 | 2005-12-27 | 振動検出装置 |
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JP2005374526A JP2007180707A (ja) | 2005-12-27 | 2005-12-27 | 振動検出装置 |
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ID=38305465
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JP2005374526A Withdrawn JP2007180707A (ja) | 2005-12-27 | 2005-12-27 | 振動検出装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2007180707A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008008898A (ja) * | 2006-05-31 | 2008-01-17 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 振動検出装置 |
CN101808264A (zh) * | 2010-02-10 | 2010-08-18 | 中国科学院半导体研究所 | 光纤激光麦克风 |
JP2013061162A (ja) * | 2011-09-12 | 2013-04-04 | Ihi Inspection & Instrumentation Co Ltd | Fbgセンサの計測方法及び計測装置 |
CN111654207A (zh) * | 2020-05-28 | 2020-09-11 | 天津大学 | 一种面向压电陶瓷微位移驱动控制的位移反馈装置及方法 |
-
2005
- 2005-12-27 JP JP2005374526A patent/JP2007180707A/ja not_active Withdrawn
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