JP2007232439A

JP2007232439A - 光ファイバリング干渉型センサ

Info

Publication number: JP2007232439A
Application number: JP2006051908A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Konuma; 朋浩小沼; Toru Takashima; 徹高嶋; Shinichi Niimi; 慎一新見; Masanori Ishii; 雅典石井
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2007-09-13

Abstract

【課題】光ファイバリング干渉型センサにおいて、光ファイバが破断されてしまった場合においても、光ファイバの破断位置の特定が行えるようにする。
【解決手段】光ファイバリング干渉型センサを構成する光ファイバリングＬａ，Ｌｂに併設した光ファイバ１１と、この光ファイバ１１の一端に光を入射し，その端面に戻る光の強度の時間変化を測定するＯＴＤＲ測定手段１２とを備えている。光ファイバリングＬａ，Ｌｂと光ファイバ１１とは、同一の被覆内に収容されて一体的に構成されていることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバを用いて、光ファイバに加振された際に生じる光ファイバの屈曲による光路変動量から加振の有無および加振位置の算出を行う光ファイバリング干渉型センサに関する。

従来、例えば、特許文献１に記載されているように、光ファイバを用いて構成され、光ファイバに加振された際に生じる光ファイバの屈曲による光路変動量から加振の有無および加振位置の算出を行う光ファイバリング干渉型センサが提案されている。

この光ファイバリング干渉型センサは、図３に示すように、一対の光ファイバＬａ，Ｌｂからなる光ファイバリングを用いて、この光ファイバリングの一端側及び他端側より互いに異なる第１及び第２の波長λ_１，λ_２の光を入射させ、光ファイバリングを経た第１の波長λ_１の光同士の干渉光強度及び第２の波長λ_２の光同士の干渉光強度の変化を観測することにより、光ファイバリング上における加振の有無および加振位置の算出を行うものである。

すなわち、この光ファイバリング干渉型センサにおいては、図４に示すように、第１の発光素子１０１から発せられた第１の波長λ_１の光は、第１の光分岐素子１０２を介して、第１及び第２の波長分割分岐素子１０３，１０４に入射される。第１の波長分割分岐素子１０３に入射された第１の波長λ_１の光は、第１の光ファイバＬａを介して、第４の波長分割分岐素子１０６に伝送される。また、第２の波長分割分岐素子１０４に入射された第１の波長λ_１の光は、第２の光ファイバＬｂを介して、第３の波長分割分岐素子１０５に伝送される。

第４の波長分割分岐素子１０６に伝送された第１の波長λ_１の光は、波長分離されて第３の波長分割分岐素子１０５に送られ、第２の光ファイバＬｂを介して、第２の波長分割分岐素子１０４に伝送される。また、第３の波長分割分岐素子１０５に伝送された第１の波長λ_１の光は、波長分離されて第４の波長分割分岐素子１０６に送られ、第１の光ファイバＬａを介して、第１の波長分割分岐素子１０３に伝送される。

このようにして第２の波長分割分岐素子１０４及び第１の波長分割分岐素子１０３に伝送された第１の波長λ_１の光は、干渉し、第１の光分岐素子１０２を介して、干渉光強度として第１の受光素子１０７により受光される。

一方、この光ファイバリング干渉型センサにおいては、図５に示すように、第２の発光素子１０８から発せられた第２の波長λ_２の光は、第２の光分岐素子１０９を介して、第３及び第４の波長分割分岐素子１０５，１０６に入射される。第３の波長分割分岐素子１０５に入射された第２の波長λ_２の光は、第２の光ファイバＬｂを介して、第２の波長分割分岐素子１０４に伝送される。また、第４の波長分割分岐素子１０６に入射された第２の波長λ_２の光は、第１の光ファイバＬａを介して、第１の波長分割分岐素子１０３に伝送される。

第２の波長分割分岐素子１０４に伝送された第２の波長λ_２の光は、波長分離されて第１の波長分割分岐素子１０３に送られ、第１の光ファイバＬａを介して、第４の波長分割分岐素子１０６に伝送される。また、第１の波長分割分岐素子１０３に伝送された第２の波長λ_２の光は、波長分離されて第２の波長分割分岐素子１０４に送られ、第２の光ファイバＬｂを介して、第３の波長分割分岐素子１０５に伝送される。

このようにして第４の波長分割分岐素子１０６及び第３の波長分割分岐素子１０５に伝送された第２の波長λ_２の光は、干渉し、第２の光分岐素子１０９を介して、干渉光強度として第２の受光素子１１０により受光される。

このようにして、異なる波長λ_１，λ_２の光によるリング干渉計が構成され、光ファイバリングをなす各光ファイバＬａ，Ｌｂが加振されると、第１及び第２の受光素子１０７，１１０により検出される干渉光強度に変化が生じ、この変化量に基づいて、加振の有無や加振位置の算出を行うことができる。

このような光ファイバリング干渉型センサは、特許文献２に記載されているように、例えば、フェンスなどに光ファイバリングを敷設し、落石や侵入者の検知等に用いることができる。すなわち、港湾の岸壁や管理施設周辺のフェンスに光ファイバリングを敷設し、
不法侵入を検知するためのシステムとして構成することができる。また、主要監視個所に設置した監視用ＩＴＶや出入り口に設けたインターロック装置などと併用して、遠隔監視用システムを構成することができる。

特開２００２−３６５０５８公報特開２００５−４３０８７公報

ところで、前述したような光ファイバリング干渉型センサにおいては、光ファイバが破断されてしまった場合には、受光素子に光が入射されなくなってしまう。この場合には、位相差の検知ができなくなり、光ファイバの破断位置の特定も行なうことができない。

例えば、光ファイバリング干渉型センサにおける光ファイバが、この光ファイバが設置されているフェンスとともに破壊されて破断してしまったような場合には、光ファイバのどの位置において異常が生じたのかを特定することができない。

そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、光ファイバリング干渉型センサにおいて、光ファイバが破断されてしまった場合においても、光ファイバの破断位置の特定が行えるようになされた光ファイバリング干渉型センサを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る光ファイバリング干渉型センサは、以下の構成のいずれか一を有するものである。

〔構成１〕
第１の光ファイバをループ回路となるよう構成した光ファイバリングと，波長の異なる２つの光源と，前記光源からの光を前記光ファイバリングに入射する手段と，光ファイバリングを伝播した光を干渉させる手段を備えた光ファイバリング干渉計に，前記光ファイバリング干渉計の干渉光から振動を検出する手段とを備えた光ファイバリング干渉型振動センサであって、前記光ファイバセンサ部に併設した第２の光ファイバと、前記第２の光ファイバの一端から光を入射して、その端面に戻る光の強度の時間変化を測定するＯＴＤＲ測定手段とを備えていることを特徴とするものである。

この光ファイバリング干渉型センサにおいては、光ファイバリングに併設した光ファイバが破断した場合には、ＯＴＤＲ測定手段により、光ファイバの破断位置の特定を行うことができる。

〔構成２〕
構成１を有する光ファイバリング干渉型センサにおいて、光ファイバリングを構成する光ファイバと、ＯＴＤＲ測定手段から光を入射される光ファイバとは、同一の被覆内に収容されて一体的に構成されていることを特徴とするものである。

この光ファイバリング干渉型センサにおいては、光ファイバリングを構成する光ファイバとＯＴＤＲ測定手段から光を入射される光ファイバとが同一の被覆内に収容されて一体的に構成されているので、光ファイバリングが破断されるときには、併設した光ファイバもともに破断される。

第１の光ファイバをループ回路となるよう構成した光ファイバリングと，波長の異なる２つの光源と，前記光源からの光を前記光ファイバリングに入射する手段と，光ファイバリングを伝播した光を干渉させる手段を備えた光ファイバリング干渉計に，前記光ファイバリング干渉計の干渉光から振動を検出する手段とを備えた光ファイバリング干渉型振動センサであって、前記光ファイバセンサ部に併設した第２の光ファイバと、前記第２の光ファイバの一端から光を入射して、その端面に戻る光の強度の時間変化を測定するＯＴＤＲ測定手段とを備えているので、光ファイバリングに併設した光ファイバが破断した場合には、ＯＴＤＲ測定手段により求められるＯＴＤＲ波形により、光ファイバの破断位置の特定を行うことができる。

また、構成２を有する本発明に係る光ファイバリング干渉型センサにおいては、光ファイバリングを構成する光ファイバと、ＯＴＤＲ測定手段から光を入射される光ファイバとが、同一の被覆内に収容されて一体的に構成されているので、光ファイバリングが破断されるときには、併設した光ファイバもともに破断される。

すなわち、本発明は、光ファイバリング干渉型センサにおいて、光ファイバが破断されてしまった場合においても、光ファイバの破断位置の特定が行えるようになされた光ファイバリング干渉型センサを提供することができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る光ファイバリング干渉型センサの構成を示すブロック図である。

本発明に係る光ファイバリング干渉型センサは、図１に示すように、複数の光ファイバＬａ，Ｌｂからなるリング状光路を含む光ファイバリングを用いて、この光ファイバリングの一端側及び／又は他端側より互いに異なる複数の波長λ_１，λ_２の光を入射させ、光ファイバリングを経た各波長λ_１，λ_２の光それぞれの干渉光強度の変化を観測することにより、光ファイバリング上における加振の有無や加振位置の算出を行う振動位置推定装置を有している。

この振動位置推定装置においては、第１の発光素子１（または、光入力端子）から発せられた第１の波長λ_１の光は、第１の光分岐素子２を介して、第１及び第２の波長分割分岐素子３，４に入射される。第１の波長分割分岐素子３に入射された第１の波長λ_１の光は、第１の光ファイバＬａの一端側に入射され、第１の光ファイバＬａを介して、第４の波長分割分岐素子６に伝送される。また、第２の波長分割分岐素子４に入射された第１の波長λ_１の光は、第２の光ファイバＬｂの一端側に入射され、第２の光ファイバＬｂを介して、第３の波長分割分岐素子５に伝送される。

第４の波長分割分岐素子６に伝送された第１の波長λ_１の光は、波長分離されて第３の波長分割分岐素子５に送られ、第２の光ファイバＬｂを介して、第２の波長分割分岐素子４に伝送される。また、第３の波長分割分岐素子５に伝送された第１の波長λ_１の光は、波長分離されて第４の波長分割分岐素子６に送られ、第１の光ファイバＬａを介して、第１の波長分割分岐素子３に伝送される。

このようにして第２の波長分割分岐素子４及び第１の波長分割分岐素子３に伝送された第１の波長λ_１の光は、干渉し、第１の光分岐素子２を介して、干渉光強度として第１の受光素子７（または、光出力端子）により受光される。

一方、この振動位置推定装置においては、第２の発光素子８（または、光入力端子）から発せられた第２の波長λ_２の光は、第２の光分岐素子９を介して、第３及び第４の波長分割分岐素子５，６に入射される。第３の波長分割分岐素子５に入射された第２の波長λ_２の光は、第２の光ファイバＬｂの他端側に入射され、第２の光ファイバＬｂを介して、第２の波長分割分岐素子４に伝送される。また、第４の波長分割分岐素子６に入射された第２の波長λ_２の光は、第１の光ファイバＬａの他端側に入射され、第１の光ファイバＬａを介して、第１の波長分割分岐素子３に伝送される。

第２の波長分割分岐素子４に伝送された第２の波長λ_２の光は、波長分離されて第１の波長分割分岐素子３に送られ、第１の光ファイバＬａを介して、第４の波長分割分岐素子６に伝送される。また、第１の波長分割分岐素子３に伝送された第２の波長λ_２の光は、波長分離されて第２の波長分割分岐素子４に送られ、第２の光ファイバＬｂを介して、第３の波長分割分岐素子５に伝送される。

このようにして第４の波長分割分岐素子６及び第３の波長分割分岐素子５に伝送された第２の波長λ_２の光は、干渉し、第２の光分岐素子９を介して、干渉光強度として第２の受光素子１０（または、光出力端子）により受光される。

このようにして、異なる波長λ_１，λ_２の光によるリング干渉計が構成され、光ファイバリングをなす各光ファイバＬａ，Ｌｂが加振されると、第１及び第２の受光素子７，１０により検出される干渉光強度に変化が生じ、この変化に基づいて、加振の有無や加振位置の算出を行うことができる。

そして、この光ファイバリング干渉型センサにおいては、振動位置推定装置の光ファイバリングをなす各光ファイバＬａ，Ｌｂに、切断検知用の被測定光ファイバ１１が併設されている。この被測定光ファイバ１１は、光ファイバリングを構成する光ファイバＬａ，Ｌｂと、同一の被覆内に収容されて一体的に構成されている。すなわち、光ファイバリングを構成する光ファイバＬａ，Ｌｂが外力によって破断されるときには、被測定光ファイバ１１も同時に破断されることとなる。

この被測定光ファイバ１１の一端側には、ＯＴＤＲ（Optical Time-DomainReflectometry）測定手段１２が接続されている。この光ファイバリング干渉型センサにおいては、光ファイバが破断した場合には、ＯＴＤＲ測定手段１２による測定結果を参照することにより、破断点の特定が可能となる。

すなわち、光ファイバＬａ，Ｌｂが破断すると、振動位置推定装置の受光素子７，１０に光が入射しなくなる。このとき、振動位置推定装置は、光ファイバリングが破断したと判断し、ＯＴＤＲ測定手段１２に破断位置（光ファイバの終端位置）情報を要求する。ＯＴＤＲ測定手段１２は、破断位置情報を振動位置推定装置に送信する。

ＯＴＤＲ測定手段１２は、パルス発生器１３から発生させられたパルス信号がレーザ発生器１４に送られる。レーザ発生器１４は、たとえば半導体レーザとそれの駆動回路とからなり、入力されたパルス信号に応じたパルス状のレーザ光（たとえば波長１．３μｍ）を発生し、この光パルスを光ファイバカプラなどからなる光路切替手段１５を経てダミー光ファイバ１６の一端に入射する。ダミー光ファイバ１６はたとえば数メートルのシングルモード光ファイバからなり、その他端には被測定光ファイバ１１が接続されている。ダミー光ファイバ１６と被測定光ファイバ１１との接続部１７では、Ｖ溝に両光ファイバ１６、１１の先端を挿入して端面軸合わせした状態で接続したり、あるいは両端を融着接続する。こうしてダミー光ファイバ１６を経て被測定光ファイバ１１の一端に光パルスが入射させられる。

被測定光ファイバ１１の一端に入射させられた光パルスは、その被測定光ファイバ１１中を伝搬していき、散乱を生じたり、反射を生じる。その散乱光や反射光は、被測定光ファイバ１１の入射端側に戻ってきてダミー光ファイバ１６および光路切替手段１５を介して受光器１８に導かれる。受光器１８は、アバランシェフォトダイオードなどの受光素子と、その出力を増幅する増幅回路などから構成されており、受光信号をＡ／Ｄ変換器１９に送る。

Ａ／Ｄ変換器１９は、上記のパルス発生器１３から送られてきたパルス信号に同期して動作している。すなわち、パルス信号から一定時間経過した時から一定の周期で受光信号をサンプリングしてデジタルデータに変換する動作を開始する。こうして、光パルス入射からの遅延時間ごとに受光レベルに関するデータが得られる。たとえば１５０００回サンプリングが行われるとすると、１５０００の遅延時間の各々についてデータが得られる。この遅延時間は光が入射端から反射点までを往復する時間に相当するため、サンプリング周期に対応する距離ごとの受光レベルデータが得られたことになる。

この光パルス入射・受光レベルデータ収集が多数回繰り返されて、平均化処理回路２０においてサンプリング（距離）ごとのデータの平均値が求められ、雑音の影響が除去される。このデータは、演算処理装置２１に送られ、さらに、外部インターフェイス部２２に送られる。求められたデータを、横軸を被測定光ファイバ１１（およびダミー光ファイバ１６）の距離方向、縦軸を受光レベル（ｄＢ）とすると、図２に示したような波形が得られる。

ダミー光ファイバ１６および被測定光ファイバ１１を伝搬する光は、ダミー光ファイバ１６と被測定光ファイバ１１との接続点１７および被測定光ファイバ１１の終点で大きく反射するため、通常、図２の波形のロ、ニのように受光レベルが急激に大きくなる部分を生じる。その他の部分（距離）では、ダミー光ファイバ１６および被測定光ファイバ１１の伝送損失特性にしたがって直線的に下がっていくような特性となる。イがダミー光ファイバ１６の部分であり、ハが被測定光ファイバ１７の部分である。

なお、前述の実施の形態では、受光素子７，１０に入射される光の有無で光ファイバの破断を検知していたが、ＯＴＤＲ測定手段１２の測定結果から、光ファイバの破断の有無を検知してもよい。

すなわち、光ファイバが破断すると、ＯＴＤＲ測定手段１２により測定した破断位置（光ファイバの終端位置）に変化が生じる。このとき、ＯＴＤＲ測定手段１２から振動位置推定装置に、破断位置情報を送信するようにしてもよい。

また、破断位置（光ファイバ終端位置）変化の有無の判断を、ＯＴＤＲ測定手段１２で行なわずに、ＯＴＤＲ測定手段１２が一定の間隔で破断位置情報を振動位置推定装置に送信するようにしておき、振動位置推定装置が破断位置変化の有無の判断を行うようにしてもよい。

その他、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で、具体的な構成などは種々に変更できることは言うまでもない。

本発明に係る光ファイバリング干渉型センサの構成を示すブロック図である。本発明に係る光ファイバリング干渉型センサのＯＴＤＲ測定手段において、ＯＴＤＲの波形を示す説明図である。従来の光ファイバリング干渉型センサの構成を示すブロック図である。前記従来の光ファイバリング干渉型センサにおける第１の波長λ_１の光路を示すブロック図である。前記従来の光ファイバリング干渉型センサにおける第２の波長λ_２の光路を示すブロック図である。

符号の説明

１第１の発光素子
２第１の光分岐素子
３第１の波長分割分岐素子
４第２の波長分割分岐素子
５第３の波長分割分岐素子
６第４の波長分割分岐素子
７第１の受光素子
８第２の発光素子
９第２の光分岐素子
１０第２の受光素子
１１被測定光ファイバ
１２ＯＴＤＲ測定手段
１３パルス発生器
１４レーザー発生器
１５光路切替器
１６ダミー光ファイバ
１７接続部
１８受光器
１９Ａ／Ｄ変換器
２０平均化処理回路
２１演算処理装置
２２外部インターフェイス部

Claims

第１の光ファイバをループ回路となるよう構成した光ファイバリングと，波長の異なる２つの光源と，前記光源からの光を前記光ファイバリングに入射する手段と，光ファイバリングを伝播した光を干渉させる手段を備えた光ファイバリング干渉計に，前記光ファイバリング干渉計の干渉光から振動を検出する手段とを備えた光ファイバリング干渉型振動センサであって、
前記光ファイバセンサ部に併設した第２の光ファイバと、
前記第２の光ファイバの一端から光を入射して、その端面に戻る光の強度の時間変化を測定するＯＴＤＲ測定手段と
を備えていることを特徴とする光ファイバリング干渉型センサ。
前記第１の光ファイバと、前記第２の光ファイバとは、同一の被覆内に収容されて一体的に構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバリング干渉型センサ。