JP2008020342A - External force detecting apparatus - Google Patents

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Koji Ueno
光司 上野
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Yokogawa Denshikiki Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an external force detecting apparatus capable of detecting a working position of an external force on an optical fiber without severely pushing up the cost. <P>SOLUTION: A light source device composed of a light source 11 and a modulator 12 outputs measurement light being intensity-modulated, and the measurement light is input to an optical fiber section 14. An optical receiver 15 receives return light obtained by inputting the measurement light to the optical fiber section 14. The optical fiber section 14 is composed of transmission-use optical fibers 21a-21d, branch optical fibers 23a-23e branching from the transmission-use optical fibers 21a-21d and the like. Sensor modules 24a-24e each having an optical sensor which changes into its light transmitting state or light absorbing state in accordance with existence of working of the external force, and an attenuator for bringing the amplitude of the return light which returns to the optical receiver 15, to be a prescribed value, are disposed on the branch optical fibers 23a-23e. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、光ファイバに加わる外力の有無を検出する外力検出装置に関する。   The present invention relates to an external force detection device that detects the presence or absence of an external force applied to an optical fiber.

近年、光ファイバに光を入射して、その内部で発生する散乱光又は終端に到達する透過光の特性を分析することによって光ファイバの状態変化を検出する光ファイバセンシング技術の研究・開発が盛んに行われている。この技術の一種として、光ファイバに対して外力が作用した位置を検出する外力検出装置がある。この外力検出装置は、例えば以下の特許文献1に開示されている通り、敷地境界に設置されたフェンスを乗り越えて敷地内に侵入する侵入者、又はフェンスを破壊して敷地内に侵入する侵入者を検知する防犯システムに応用することができる。   In recent years, research and development of optical fiber sensing technology that detects changes in the state of an optical fiber by analyzing the characteristics of scattered light generated inside the optical fiber or transmitted light that reaches the end of the fiber has been actively researched and developed. Has been done. As one type of this technique, there is an external force detection device that detects a position where an external force is applied to an optical fiber. For example, as disclosed in Patent Document 1 below, this external force detection device is an intruder who climbs over a fence installed at a site boundary and enters the site, or an intruder who breaks the fence and enters the site. It can be applied to a crime prevention system that detects

従来、防犯システムでは、機械的なテンションセンサ、振動センサ、赤外線遮断センサ、電界センサ等のセンサが外力検出装置として用いられることが多かった。しかしながら、これらは広域監視を行う場合において雷や電磁ノイズに対する信頼性にやや難があったため、近年では信頼性向上の観点から、光ファイバセンシング技術を応用した外力検出装置が用いられている。光ファイバセンシング技術を応用した外力検出装置としては、例えばFBG(Fiber Bragg Grating)センサを用いたものや、OTDR(Optical Time Domain Reflectmeters)装置により光ファイバの切断箇所を検出するものが提案されている。そして、FBGセンサはフェンスに取り付けられて外力の作用の有無を検知し、OTDR装置はフェンスに取り付けられて破壊の有無を検知する。   Conventionally, in a crime prevention system, a sensor such as a mechanical tension sensor, a vibration sensor, an infrared cut-off sensor, and an electric field sensor is often used as an external force detection device. However, since these devices have some difficulty in reliability against lightning and electromagnetic noise when performing wide-area monitoring, in recent years, external force detection devices using optical fiber sensing technology have been used from the viewpoint of improving reliability. As an external force detection device to which optical fiber sensing technology is applied, for example, a device using an FBG (Fiber Bragg Grating) sensor or a device that detects a cut portion of an optical fiber using an OTDR (Optical Time Domain Reflectmeters) device has been proposed. . The FBG sensor is attached to the fence to detect the presence of an external force, and the OTDR device is attached to the fence to detect the presence or absence of destruction.

ここで、FBGセンサとは、光ファイバの光が通るコア部において、一定の長さにわたって屈折率の周期的な変化(ブラッグ格子)を形成したものであり、広帯域の光を光ファイバに入射して、その反射光の特定波長成分(FGBの格子間隔及び屈折率に応じた特定の波長成分)の変化を検出することにより、センサ部に歪が生じているか否かを検出するものである。また、OTDR装置とは、光ファイバに光を入射させて、その戻り光の強度変化をモニタして光ファイバの切断箇所を検出するものである。
特開2005−32224号公報
Here, the FBG sensor is one in which a periodic change in refractive index (Bragg grating) is formed over a certain length in a core portion through which light of an optical fiber passes, and broadband light is incident on the optical fiber. Thus, by detecting a change in the specific wavelength component of the reflected light (a specific wavelength component corresponding to the lattice spacing and refractive index of the FGB), it is detected whether or not the sensor section is distorted. Further, the OTDR device is a device that makes light incident on an optical fiber and monitors a change in intensity of the return light to detect a cut portion of the optical fiber.
JP 2005-32224 A

ところで、上記のFBGセンサでは特定波長を高精度に検出する必要があり、上記のOTDR装置では微弱な後方散乱光を高精度に検出する必要がある。このため、光ファイバセンシング技術を応用した従来の外力検出装置は装置は、コストが高くなる傾向があるという問題があった。   Incidentally, the FBG sensor needs to detect a specific wavelength with high accuracy, and the OTDR apparatus needs to detect weak backscattered light with high accuracy. For this reason, the conventional external force detection device to which the optical fiber sensing technology is applied has a problem in that the cost tends to increase.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、コストの大幅な上昇を伴うことなく光ファイバに対する外力の作用位置を検出することができる外力検出装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an external force detection device that can detect the acting position of an external force on an optical fiber without a significant increase in cost.

上記課題を解決するために、本発明の外力検出装置は、強度が変調された測定光を出力する光源装置(11、12)と、前記測定光を光伝送路(21a〜21d)に入力させて得られる戻り光を受光する受光装置(15)と、前記受光装置からの受光信号の位相を検出して前記光伝送路に対する外力の作用の有無を判定する判定装置(16、17)とを備える外力検出装置(10)において、前記光伝送路に対して分岐して設けられた少なくとも1つの分岐光伝送路(23a〜23e)と、前記分岐光伝送路の途中部位に設けられ、外力の作用の有無によって戻り光の変化を生じさせるとともに、前記受光装置に受光される戻り光の振幅を所定の値にするセンサモジュール(24a〜24e)とを備えることを特徴としている。
この発明によると、光源装置から出力された測定光は、光伝送路中を伝播しつつ一部が分岐光伝送路に分岐される。分岐光伝送路中を伝播する測定光は、分岐光伝送路の途中部位に設けられたセンサモジュールに入力され、外力の作用の有無によって戻り光の変化が生じる。センサモジュールからの戻り光は所定の振幅にされて受光装置で受光される。
ここで、本発明の外力検出装置は、前記センサモジュールが、外力の作用の有無によって光を透過する状態と光を吸収する状態との何れかに切り替わる光センサ(26)と、前記分岐光伝送路から前記受光装置に戻る戻り光の振幅を所定の値にする減衰器(27)とを備えることが望ましい。
また、本発明の外力検出装置は、前記分岐光伝送路に設けられた各々の減衰器は、前記分岐光伝送路の各々から前記受光装置に戻る戻り光の振幅が一定の値になるように減衰量が設定されていることを特徴としている。
また、本発明の外力検出装置は、前記光センサと前記減衰器とは一体にされていることを特徴としている。
好ましくは、本発明の外力検出装置は、前記光源装置が、光源(11)と、当該光源の出力光を所定の被変調信号を用いて強度変調した強度変調光を、前記測定光として出力する光変調手段(12)とを備え、前記判定装置が、前記受光信号の包絡線と、前記被変調信号の包絡線との位相差を検出する位相検出器(16)と、当該位相検出器の位相検出信号に基づいて前記外力の作用の有無を判定する判定部(17)とを備えることを特徴としている。
また、本発明の外力検出装置は、前記判定部が、前記位相検出信号の変化に基づいて、前記光センサの何れに外力が作用したか否かを判定することを特徴としている。
更に、本発明の外力検出装置は、前記分岐光伝送路が、その末端に前記測定光を反射して反射光を発生させる反射部材(25)を備えており、或いは、前記分岐光伝送路の末端が、前記測定光を反射して反射光を発生させる反射端とされていることを特徴としている。
In order to solve the above-described problems, an external force detection device according to the present invention includes a light source device (11, 12) that outputs measurement light with modulated intensity, and inputs the measurement light to optical transmission lines (21a to 21d). A light-receiving device (15) that receives the return light obtained in this manner, and a determination device (16, 17) that detects the phase of the light-receiving signal from the light-receiving device and determines whether or not an external force acts on the optical transmission line. In the external force detection device (10) provided, at least one branch optical transmission line (23a to 23e) provided to be branched with respect to the optical transmission line, and provided in the middle of the branched optical transmission line, The sensor module includes a sensor module (24a to 24e) that changes the return light according to the presence or absence of an action and sets the amplitude of the return light received by the light receiving device to a predetermined value.
According to the present invention, the measurement light output from the light source device is partly branched into the branched optical transmission line while propagating through the optical transmission line. The measurement light propagating through the branch light transmission path is input to a sensor module provided in the middle of the branch light transmission path, and the return light changes depending on the presence or absence of an external force. The return light from the sensor module has a predetermined amplitude and is received by the light receiving device.
Here, the external force detection device of the present invention includes an optical sensor (26) in which the sensor module switches between a state of transmitting light and a state of absorbing light depending on the presence or absence of an external force, and the branched light transmission. It is desirable to provide an attenuator (27) for setting the amplitude of the return light returning from the path to the light receiving device to a predetermined value.
Further, in the external force detection device of the present invention, each attenuator provided in the branch optical transmission line is set so that the amplitude of the return light returning from each of the branch optical transmission lines to the light receiving device becomes a constant value. It is characterized in that an attenuation amount is set.
Moreover, the external force detection device of the present invention is characterized in that the optical sensor and the attenuator are integrated.
Preferably, in the external force detection device of the present invention, the light source device outputs, as the measurement light, the light source (11) and intensity-modulated light obtained by intensity-modulating the output light of the light source using a predetermined modulated signal. A phase detector (16) for detecting a phase difference between an envelope of the received light signal and an envelope of the modulated signal, and a light modulator (12). And a determination unit (17) for determining the presence or absence of the action of the external force based on the phase detection signal.
In the external force detection device of the present invention, the determination unit determines which of the optical sensors has an external force based on a change in the phase detection signal.
Furthermore, in the external force detection device of the present invention, the branched light transmission path includes a reflection member (25) that reflects the measurement light and generates reflected light at the end thereof, or The terminal is a reflection end that reflects the measurement light and generates reflected light.

本発明によれば、特定波長や微弱な後方散乱光を高精度に検出する必要がないため、外力の作用位置をコストの大幅な上昇を伴うことなく検出することができるという効果がある。   According to the present invention, since it is not necessary to detect a specific wavelength or weak backscattered light with high accuracy, it is possible to detect the position where the external force is applied without significantly increasing the cost.

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による外力検出装置について詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態による外力検出装置の全体構成を示す模式図である。図1に示す通り、本実施形態の外力検出装置10は、光源11、変調器12、サーキュレータ13、光ファイバ部14、受光器15、位相検出器16、及び判定部17を備えている。   Hereinafter, an external force detection device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of an external force detection device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the external force detection device 10 of this embodiment includes a light source 11, a modulator 12, a circulator 13, an optical fiber unit 14, a light receiver 15, a phase detector 16, and a determination unit 17.

光源11は、例えばLED(Light Emitting Diode)又はLD(Laser Diode)であり、一定の振幅、波長の光を射出する。変調器12は、光源11が射出した光を、所定周波数の被変調信号により強度変調し、測定光としてサーキュレータ13へ射出する。また、変調器12は、被変調信号Smを位相検出器16に出力する。尚、変調器12は、上記の通り、光源11から射出された光を変調するものであっても良く、或いは例えばLEDに対して変調した電流を供給するように、光源11を直接変調するものであっても良い。後者の場合には、強度変調された測定光が直接LEDから射出されることになる。   The light source 11 is, for example, an LED (Light Emitting Diode) or an LD (Laser Diode), and emits light having a certain amplitude and wavelength. The modulator 12 intensity-modulates the light emitted from the light source 11 with a modulated signal having a predetermined frequency, and emits the light to the circulator 13 as measurement light. Further, the modulator 12 outputs the modulated signal Sm to the phase detector 16. The modulator 12 may modulate the light emitted from the light source 11 as described above, or directly modulate the light source 11 so as to supply a modulated current to the LED, for example. It may be. In the latter case, the intensity-modulated measurement light is emitted directly from the LED.

サーキュレータ13は、変調器12から射出される測定光(或いは、光源11から直接射出される測定光)を光ファイバ部14へ射出するとともに、光ファイバ部14から測定光の進行方向と逆向きに戻ってくる戻り光(反射光)を受光器15へ射出する。   The circulator 13 emits measurement light emitted from the modulator 12 (or measurement light emitted directly from the light source 11) to the optical fiber unit 14 and from the optical fiber unit 14 in a direction opposite to the traveling direction of the measurement light. Returning light (reflected light) returning is emitted to the light receiver 15.

光ファイバ部14は、複数の伝送用光ファイバ21a〜21d(光伝送路)、複数の光カプラ22a〜22d、複数の分岐光ファイバ23a〜23e(分岐光伝送路)、及び複数のセンサモジュール24a〜24eを備える。尚、図1においては、図示の都合上、一部が曲げられた状態の光ファイバ部14を図示しているが、光ファイバ部14は一直線状に配置してもよく、その配置は任意である。   The optical fiber unit 14 includes a plurality of transmission optical fibers 21a to 21d (optical transmission paths), a plurality of optical couplers 22a to 22d, a plurality of branch optical fibers 23a to 23e (branch optical transmission paths), and a plurality of sensor modules 24a. To 24e. In FIG. 1, for convenience of illustration, the optical fiber portion 14 in a partially bent state is illustrated, but the optical fiber portion 14 may be arranged in a straight line, and the arrangement thereof is arbitrary. is there.

光カプラ22a〜22dは、4つの入出力端を備えており、入力される光を合分波して出力する。光カプラ22aの1つの入出力端は、伝送用光ファイバ21aによってサーキュレータ13に接続されている。また、伝送用光ファイバ21bによって光カプラ22a,22bが接続されており、伝送用光ファイバ21cによって光カプラ22b,22cが接続されており、伝送用光ファイバ21dによって光カプラ22c,22dが接続されている。   The optical couplers 22a to 22d have four input / output terminals, and multiplex / demultiplex the input light and output it. One input / output end of the optical coupler 22a is connected to the circulator 13 by a transmission optical fiber 21a. The optical couplers 22a and 22b are connected by the transmission optical fiber 21b, the optical couplers 22b and 22c are connected by the transmission optical fiber 21c, and the optical couplers 22c and 22d are connected by the transmission optical fiber 21d. ing.

分岐光ファイバ23aは一方の端部にセンサモジュール24aが設けられており、他方の端部が光カプラ22aに接続されている。また、分岐光ファイバ23aは一方の端部にセンサモジュール24bが設けられており、他方の端部が光カプラ22bに接続されている。同様に、分岐光ファイバ23cは一方の端部にセンサモジュール24cが設けられており、他方の端部が光カプラ22cに接続されている。更に、分岐光ファイバ23d,23eは一方の端部にセンサモジュール24d,24eがそれぞれ設けられており、他方の端部が光カプラ22dの異なる入出力端にそれぞれ接続されている。つまり、複数の分岐光ファイバ23a〜23eは、伝送用光ファイバ21a〜21dに対して分岐した状態にある。   The branch optical fiber 23a is provided with a sensor module 24a at one end, and the other end is connected to the optical coupler 22a. The branch optical fiber 23a is provided with a sensor module 24b at one end, and the other end is connected to the optical coupler 22b. Similarly, the branch optical fiber 23c is provided with a sensor module 24c at one end, and the other end is connected to the optical coupler 22c. Further, the branch optical fibers 23d and 23e are respectively provided with sensor modules 24d and 24e at one end, and the other ends are connected to different input / output ends of the optical coupler 22d. That is, the plurality of branch optical fibers 23a to 23e are in a state of being branched with respect to the transmission optical fibers 21a to 21d.

次に、分岐光ファイバ23a〜23eの各々に接続されたセンサモジュール24a〜24eについて説明する。尚、センサモジュール24a〜24eの構成は同様の構成であるため、以下ではセンサモジュール24aについて説明し、センサモジュール24b〜24eについては説明を省略する。図2は、センサモジュール24aの構成を示すブロック図である。図2に示す通り、センサモジュール24aは、分岐光ファイバ23aの端部に設けられた反射部材25、光センサ26、及び減衰器27を含んで構成される。   Next, the sensor modules 24a to 24e connected to the branch optical fibers 23a to 23e will be described. In addition, since the structure of the sensor modules 24a-24e is the same structure, below, the sensor module 24a is demonstrated and description is abbreviate | omitted about the sensor modules 24b-24e. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the sensor module 24a. As shown in FIG. 2, the sensor module 24a includes a reflection member 25, an optical sensor 26, and an attenuator 27 provided at the end of the branch optical fiber 23a.

反射部材25は、分岐光ファイバ23a内を伝播してきた測定光を反射する。測定光が反射部材25で反射されることにより、測定光はその伝播方向と逆向きに進行する反射光となる。尚、この反射部材25は、分岐光ファイバ23aの端部にミラー等の光学部材を取り付けたものであっても良く、或いは分岐光ファイバ23aの端面そのもの(反射端)であっても良い。分岐光ファイバ23aの端面そのものを反射端として用いれば、例えば分岐光ファイバ23aの延長等にも柔軟に対処することができる。   The reflection member 25 reflects the measurement light that has propagated through the branch optical fiber 23a. When the measurement light is reflected by the reflecting member 25, the measurement light becomes reflected light that travels in the direction opposite to the propagation direction. The reflection member 25 may be a member in which an optical member such as a mirror is attached to the end of the branch optical fiber 23a, or may be the end surface itself (reflection end) of the branch optical fiber 23a. If the end face itself of the branch optical fiber 23a is used as a reflection end, for example, extension of the branch optical fiber 23a can be flexibly dealt with.

光センサ26は、外力が作用しない状態では測定光がコアからクラッドに漏れてクラッドで吸収される状態にあり、外力が作用すると分岐光ファイバ23aの内部を進行する測定光及び反射光を透過させる状態になる。つまり、光センサ26に外力が作用していない状態では、センサモジュール24a内で反射光は生じないが、光センサ26に外力が作用するとセンサモジュール24a内で反射光が生ずることになる。   The optical sensor 26 is in a state where the measurement light leaks from the core to the clad and is absorbed by the clad when no external force is applied, and transmits the measurement light and the reflected light that travels inside the branch optical fiber 23a when the external force acts. It becomes a state. That is, in the state where no external force is applied to the optical sensor 26, no reflected light is generated in the sensor module 24a, but when an external force is applied to the optical sensor 26, reflected light is generated in the sensor module 24a.

減衰器27は、光センサ26を透過した測定光、及び反射部材25で反射された反射光を所定量だけ減衰させる。ここで、センサモジュール24a〜24eの各々に設けられる減衰器27の減衰器は既知である。例えば、センサモジュール24a〜24eの各々に設けられる減衰器27の減衰量は、各センサモジュール24a〜24eで生じた反射光のうち受光器15に入射する反射光の強度がそれぞれ同一となるよう設定されている。尚、センサモジュール24a〜24eに設けられる各減衰器27の減衰量は、受光器15に入射する各反射光の強度が完全に同一となるよう設定されていることが望ましいが、検出誤差の範囲内であれば、ある程度の誤差は認められる。   The attenuator 27 attenuates the measurement light transmitted through the optical sensor 26 and the reflected light reflected by the reflecting member 25 by a predetermined amount. Here, the attenuator of the attenuator 27 provided in each of the sensor modules 24a to 24e is known. For example, the attenuation amount of the attenuator 27 provided in each of the sensor modules 24a to 24e is set so that the intensity of the reflected light incident on the light receiver 15 among the reflected light generated by the sensor modules 24a to 24e is the same. Has been. The attenuation amount of each attenuator 27 provided in the sensor modules 24a to 24e is preferably set so that the intensity of each reflected light incident on the light receiver 15 is completely the same, but the range of detection error If it is within, a certain amount of error is recognized.

受光器15は、サーキュレータ13を介して入射される反射光を光電変換することにより、反射光の光強度に応じた電圧信号Srを位相検出器16へ出力する。この電圧信号Srは、反射光の包絡線を示す電気信号である。前述の通り、センサモジュール24a〜24eが備える光センサ26の各々に外力が作用しない状態では、受光器15に反射光が入射しないため、受光器15が出力する電圧信号Srの位相は不定状態となる。これに対し、センサモジュール24a〜24eが備える光センサ26の1つ又は複数に外力が作用すると、受光器15に反射光が入射し、受光器15は反射光の包絡線の位相に応じた位相の電圧信号Srを出力する。   The light receiver 15 photoelectrically converts the reflected light incident through the circulator 13 and outputs a voltage signal Sr corresponding to the light intensity of the reflected light to the phase detector 16. This voltage signal Sr is an electric signal indicating an envelope of reflected light. As described above, when no external force is applied to each of the optical sensors 26 included in the sensor modules 24a to 24e, the reflected light is not incident on the light receiver 15, so that the phase of the voltage signal Sr output from the light receiver 15 is in an indefinite state. Become. On the other hand, when an external force is applied to one or more of the optical sensors 26 provided in the sensor modules 24a to 24e, the reflected light enters the light receiver 15, and the light receiver 15 has a phase corresponding to the phase of the envelope of the reflected light. Voltage signal Sr is output.

位相検出器16は、受光器15から入力された電圧信号Srと、変調器12から入力される被変調信号Smとの位相差を検出し、検出信号を判定部17へ出力する。図3は、位相検出器16の内部構成を示すブロック図である。図3に示す通り、位相検出器16は、ロックインアンプと同様の構成であり、PSD(Phase Sensitive Detecter:同期検波回路)31a,31b、ローパスフィルタ(LPF)32a,32b、位相シフタ34、及び位相検出部33を備えている。   The phase detector 16 detects the phase difference between the voltage signal Sr input from the light receiver 15 and the modulated signal Sm input from the modulator 12, and outputs the detection signal to the determination unit 17. FIG. 3 is a block diagram showing the internal configuration of the phase detector 16. As shown in FIG. 3, the phase detector 16 has a configuration similar to that of a lock-in amplifier, and includes PSDs (Phase Sensitive Detectors) 31a and 31b, low-pass filters (LPF) 32a and 32b, a phase shifter 34, and A phase detector 33 is provided.

PSD31aは受光器15から出力される電圧信号Srと変調器12から出力される被変調信号Smとを乗算する。LPF32aは、カットオフ周波数が電圧信号Sr及び被変調信号Smの周波数よりも十分低いカットオフ周波数特性を有し、このカットオフ周波数以下の成分の信号Xのみを透過させる。位相シフタ34は、変調器12から出力される被変調信号Smの位相を90度だけずらす(シフトさせる)。   The PSD 31 a multiplies the voltage signal Sr output from the light receiver 15 and the modulated signal Sm output from the modulator 12. The LPF 32a has a cut-off frequency characteristic whose cut-off frequency is sufficiently lower than the frequency of the voltage signal Sr and the modulated signal Sm, and transmits only the signal X having a component equal to or lower than the cut-off frequency. The phase shifter 34 shifts (shifts) the phase of the modulated signal Sm output from the modulator 12 by 90 degrees.

PSD31bは受光器15から出力される電圧信号Srと位相シフタ34から出力される信号とを乗算する。LPF32bは、LPF32aと同様に、カットオフ周波数が電圧信号Sr及び被変調信号Smの周波数よりも十分低いカットオフ周波数特性を有し、このカットオフ周波数以下の成分の信号Yのみを透過させる。位相検出部33は、LPF32aから出力される信号X及びLPF32bから出力される信号Yに基づいて、受光器15から出力される電圧信号Srと、変調器12から出力される被変調信号Smとの位相差を検出し、検出信号を判定部8へ出力する。   The PSD 31b multiplies the voltage signal Sr output from the light receiver 15 and the signal output from the phase shifter 34. Similar to the LPF 32a, the LPF 32b has a cut-off frequency characteristic whose cut-off frequency is sufficiently lower than the frequencies of the voltage signal Sr and the modulated signal Sm, and transmits only the signal Y having a component equal to or lower than the cut-off frequency. Based on the signal X output from the LPF 32a and the signal Y output from the LPF 32b, the phase detection unit 33 generates a voltage signal Sr output from the light receiver 15 and a modulated signal Sm output from the modulator 12. A phase difference is detected, and a detection signal is output to the determination unit 8.

次に、位相検出器16の検出原理について具体的に説明する。いま、受光器15から出力される電圧信号Srをsin(ωt+α)とし、変調器12から出力される被変調信号Smをcos(ωt+β)とする。これらの信号がPSD31aで乗算されると、以下の(1)式で表される信号が得られる。

Figure 2008020342
Next, the detection principle of the phase detector 16 will be specifically described. Now, it is assumed that the voltage signal Sr output from the light receiver 15 is sin (ωt + α), and the modulated signal Sm output from the modulator 12 is cos (ωt + β). When these signals are multiplied by the PSD 31a, a signal represented by the following equation (1) is obtained.
Figure 2008020342

上記(1)式で示される信号をLPF32aに入力して、電圧信号Sr及び被変調信号Smの周波数よりも十分低いカットオフ周波数以上の成分を除去すると、以下の(2)式で示される信号Xが得られる。

Figure 2008020342
When the signal expressed by the above equation (1) is input to the LPF 32a and components having a cutoff frequency that is sufficiently lower than the frequency of the voltage signal Sr and the modulated signal Sm are removed, the signal expressed by the following equation (2) X is obtained.
Figure 2008020342

また、変調器12から出力される被変調信号Smが位相シフタ34に入力されると、位相シフタ34からは電圧信号Srに対して位相が90度だけずれた信号(cos(ωt+β))が出力される。受光器15から出力される電圧信号Srと位相シフタ34から出力される信号がPSD31bで乗算されると、以下の(3)式で表される信号が得られる。

Figure 2008020342
When the modulated signal Sm output from the modulator 12 is input to the phase shifter 34, the phase shifter 34 outputs a signal (cos (ωt + β)) whose phase is shifted by 90 degrees with respect to the voltage signal Sr. Is done. When the voltage signal Sr output from the light receiver 15 and the signal output from the phase shifter 34 are multiplied by the PSD 31b, a signal represented by the following equation (3) is obtained.
Figure 2008020342

上記(3)式で示される信号をLPF32bに入力して、電圧信号Sr及び被変調信号Smの周波数よりも十分低いカットオフ周波数以上の成分を除去すると、以下の(4)式で示される信号Yが得られる。

Figure 2008020342
When the signal expressed by the above expression (3) is input to the LPF 32b and components having a cutoff frequency that is sufficiently lower than the frequency of the voltage signal Sr and the modulated signal Sm are removed, the signal expressed by the following expression (4) Y is obtained.
Figure 2008020342

ここで、α−β=φとして、LPF32a,32bから出力される信号X,Yを位相空間に図示すると図4の通り表される。図4は、LPF32a,32bから出力される信号X,Yを位相空間に表した図である。尚、図4中のRは、LPF32a,32bから出力される信号X,Yを合成した信号の大きさである。この信号の大きさR及びLPF32a,32bの出力X,Yの位相φは以下の(5)式で示される。

Figure 2008020342
位相検出部33は、LPF32a,32bから出力される信号X,Yから、上記の(5)式を用いて変調器12から出力される被変調信号Smと受光器15から出力される電圧信号Srとの位相差φ(=α−β)を求める。 Here, assuming that α−β = φ, the signals X and Y output from the LPFs 32a and 32b are shown in the phase space as shown in FIG. FIG. 4 is a diagram showing the signals X and Y output from the LPFs 32a and 32b in the phase space. Note that R in FIG. 4 is the magnitude of a signal obtained by combining the signals X and Y output from the LPFs 32a and 32b. The magnitude R of this signal and the phase φ of the outputs X and Y of the LPFs 32a and 32b are expressed by the following equation (5).
Figure 2008020342
From the signals X and Y output from the LPFs 32a and 32b, the phase detection unit 33 uses the above equation (5) to output the modulated signal Sm output from the modulator 12 and the voltage signal Sr output from the light receiver 15. To obtain a phase difference φ (= α−β).

判定部17は、位相検出器16から入力される検出信号に基づいて、光ファイバ部14への外力の作用の有無を判定する。この判定部17は、位相検出器16の出力する検出信号(アナログ信号)を量子化するA/D変換器、所定の判定処理プログラムを記憶する記憶部、A/D変換器から出力されたデジタル信号としての検出データに上記判定処理プログラムに基づく判定処理を施すCPU(Central Processing Unit)、及びこのCPUによる判定処理結果を外部に出力する出力部等から構成されている。   The determination unit 17 determines whether or not an external force is applied to the optical fiber unit 14 based on the detection signal input from the phase detector 16. The determination unit 17 includes an A / D converter that quantizes a detection signal (analog signal) output from the phase detector 16, a storage unit that stores a predetermined determination processing program, and a digital signal output from the A / D converter. The CPU includes a central processing unit (CPU) that performs detection processing based on the above-described determination processing program on detection data as a signal, and an output unit that outputs a determination processing result by the CPU to the outside.

次に、本実施形態の外力検出装置10による外力検出の原理について説明する。変調器12が強度変調に用いる被変調信号の波長λは、その被変調信号の周波数をf、光の速度をc、光ファイバ部14の屈折率(伝送用光ファイバ21a〜21d及び分岐光ファイバ23a〜23eの屈折率)をnとすると、下記の式(6)で表される。

Figure 2008020342
Next, the principle of external force detection by the external force detection device 10 of the present embodiment will be described. The wavelength λ of the modulated signal used by the modulator 12 for intensity modulation is f for the frequency of the modulated signal, c for the speed of light, and the refractive index of the optical fiber section 14 (transmission optical fibers 21a to 21d and branch optical fibers). When the refractive index of 23a to 23e is n, it is represented by the following formula (6).
Figure 2008020342

更に、光源11からサーキュレータ13までの距離と、サーキュレータ13から受光器15までの距離とを同距離とし、光源11からセンサモジュール24a〜24eに設けられた反射部材25の何れかまでの距離をLとすると、光源11から受光器15までの距離は、2Lと表される。この距離2Lと、被変調信号の波長λとの関係は、下記の式(7)で表される。

Figure 2008020342
Further, the distance from the light source 11 to the circulator 13 and the distance from the circulator 13 to the light receiver 15 are the same distance, and the distance from the light source 11 to any of the reflecting members 25 provided in the sensor modules 24a to 24e is L. Then, the distance from the light source 11 to the light receiver 15 is expressed as 2L. The relationship between the distance 2L and the wavelength λ of the modulated signal is expressed by the following equation (7).
Figure 2008020342

ここで、Nは正の整数であり、lはl<λなる関係を満たすある長さである。被変調信号の波長λを位相角2πラジアンに対応させると、長さlがφラジアンに相当するときには、長さlは以下の(8)式で表される。

Figure 2008020342
上記(8)式中における位相角φは、光源11から射出された測定光を基準としたときの受光器15に受光される反射光の包絡線の位相差を示している。 Here, N is a positive integer, and l is a certain length that satisfies the relationship l <λ. When the wavelength λ of the modulated signal is made to correspond to a phase angle of 2π radians, the length l is expressed by the following equation (8) when the length l corresponds to φ radians.
Figure 2008020342
The phase angle φ in the above equation (8) indicates the phase difference of the envelope of the reflected light received by the light receiver 15 when the measurement light emitted from the light source 11 is used as a reference.

本実施形態では、図1に示す通り、複数のセンサモジュール24a〜24eが設けられており、これらに設けられた光センサ26の複数に外力が作用して複数の反射光が生ずることもある。このため、受光器15で受光された反射光が、何れのセンサモジュール24a〜24eで生じたかを判定する必要がある。   In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a plurality of sensor modules 24 a to 24 e are provided, and a plurality of reflected lights may be generated due to an external force acting on a plurality of optical sensors 26 provided on these. For this reason, it is necessary to determine in which sensor module 24a to 24e the reflected light received by the light receiver 15 is generated.

いま、センサモジュール24a〜24eで生ずる反射光であって受光器15で受光される反射光の振幅(包絡線の最大値)をそれぞれP〜Pとし、位相をそれぞれφ〜φとすると、受光器15で受光される反射光は以下の(9)式で表される。

Figure 2008020342
Now, the amplitude (maximum value of the envelope) of the reflected light generated by the sensor modules 24a to 24e and received by the light receiver 15 is P A to P E , and the phases are φ A to φ E , respectively. Then, the reflected light received by the light receiver 15 is expressed by the following equation (9).
Figure 2008020342

受光器15から出力される電圧信号Srは、上記(9)式に表される反射光の振幅に比例した信号になり、上記(9)式中の位相φ〜φを検出することができれば、受光器15で受光された反射光が何れのセンサモジュール24a〜24eで生じたものであるか、即ちセンサモジュール24a〜24eに設けられた何れの光センサ26に外力が作用したのかを検出することができる。しかしながら、各反射光の振幅P〜Pが異なっている場合には、振幅が大きい成分が支配的になって他の成分(振幅が小さな成分)を検出することが困難になる。 The voltage signal Sr output from the light receiver 15 becomes a signal proportional to the amplitude of the reflected light expressed by the above equation (9), and the phases φ A to φ E in the above equation (9) can be detected. If possible, it is detected in which sensor module 24a-24e the reflected light received by the light receiver 15 is generated, that is, in which optical sensor 26 provided in the sensor module 24a-24e is applied. can do. However, when the amplitudes P A to P E of the reflected lights are different, the component having a large amplitude becomes dominant, and it becomes difficult to detect other components (components having a small amplitude).

いま、センサモジュール24a〜24eの各々に減衰器27が設けられておらず、受光器15には振幅が異なる反射光が入射する場合を考える。図5は、受光器15に入射する振幅が異なる反射光の一例を示す図である。尚、図5においては、横軸に時間をとり、縦軸に振幅をとっている。図5(a)は、センサモジュール24aで生じた反射光のうちの受光器15に入射する反射光R1の振幅の時間変化の一例を示す図である。図5(b)は、センサモジュール24bで生じた反射光のうちの受光器15に入射する反射光R2の振幅の時間変化の一例を示す図である。同様に、図5(c)〜図5(e)は、センサモジュール24c〜24eで生じた反射光のうちの受光器15に入射する反射光R3〜R5の振幅の時間変化の一例を示す図である。図5(f)は、受光器15に入射する反射光R1〜R5を合成した反射光R0を示す図である。   Now, let us consider a case where the attenuator 27 is not provided in each of the sensor modules 24 a to 24 e and reflected light having different amplitudes enters the light receiver 15. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of reflected light having different amplitudes incident on the light receiver 15. In FIG. 5, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents amplitude. FIG. 5A is a diagram illustrating an example of a temporal change in the amplitude of the reflected light R1 incident on the light receiver 15 out of the reflected light generated by the sensor module 24a. FIG. 5B is a diagram illustrating an example of a temporal change in the amplitude of the reflected light R2 incident on the light receiver 15 out of the reflected light generated by the sensor module 24b. Similarly, FIG.5 (c)-FIG.5 (e) are figures which show an example of the time change of the amplitude of reflected light R3-R5 which injects into the light receiver 15 among the reflected light which arose in sensor module 24c-24e. It is. FIG. 5F is a diagram illustrating reflected light R0 obtained by combining the reflected lights R1 to R5 incident on the light receiver 15.

図5(a)〜図5(f)においては、比較のために一定振幅の参照光SRを図示している。尚、各反射光R0〜R5の振幅は参照光SRの振幅で正規化している。また、図5(a)〜図5(e)では、縦軸のスケールを変えて図示しているため、各図に図示された参照光SRの波形は一見すると異なっているが、参照光SRの波形は同一である点に注意されたい。   5A to 5F show the reference light SR having a constant amplitude for comparison. The amplitudes of the reflected lights R0 to R5 are normalized by the amplitude of the reference light SR. Further, in FIGS. 5A to 5E, since the scale of the vertical axis is changed, the waveform of the reference light SR shown in each figure is different at first glance, but the reference light SR is different. Note that the waveforms are identical.

センサモジュール24a〜24eに設けられた光センサ26の全てに外力が作用している状態を考え、この状態において測定光がサーキュレータ13から光ファイバ部14に入射したとすると、センサモジュール24a〜24eの各々で反射光が生じ、その反射光は光サーキュレータ13を介して受光器15に順に入射する。測定光が各センサモジュール24a〜24eの反射部材25に到達するまでの光路長には差があり、また、各センサモジュール24a〜24eで生じた反射光が受光器15に到達するまでの光路長には差があるため、図5(a)〜図5(e)に示す通り、反射光R1〜R5の順で順に受光器15に入射する。   Considering a state in which an external force is applied to all of the optical sensors 26 provided in the sensor modules 24a to 24e, and assuming that measurement light enters the optical fiber portion 14 from the circulator 13 in this state, the sensor modules 24a to 24e Reflected light is generated in each, and the reflected light sequentially enters the light receiver 15 via the optical circulator 13. There is a difference in the optical path length until the measurement light reaches the reflecting member 25 of each sensor module 24a-24e, and the optical path length until the reflected light generated by each sensor module 24a-24e reaches the light receiver 15. Therefore, as shown in FIGS. 5A to 5E, the reflected lights R1 to R5 sequentially enter the light receiver 15 in this order.

また、図5(a)〜図5(e)に示す通り、反射光R1の振幅が最も大きく、反射光R2〜R4の順で次第に振幅が小さくなり、反射光R5の振幅が最も小さいとする。これらの反射光R1〜R5を合成した図5(f)に示される反射光R0を参照すると、反射光R1が支配的になり、他の反射光R2〜R5を殆ど判別することはできない。このように、反射光R1〜R5の振幅の差が大きい場合には、位相検出器16では前述した(9)式中の位相φ〜φを検出することが困難になる。 As shown in FIGS. 5A to 5E, the amplitude of the reflected light R1 is the largest, the amplitude gradually decreases in the order of the reflected lights R2 to R4, and the amplitude of the reflected light R5 is the smallest. . Referring to the reflected light R0 shown in FIG. 5 (f) obtained by synthesizing these reflected lights R1 to R5, the reflected light R1 becomes dominant and the other reflected lights R2 to R5 can hardly be discriminated. Thus, when the difference in amplitude of the reflected lights R1 to R5 is large, it is difficult for the phase detector 16 to detect the phases φ B to φ E in the above-described equation (9).

次に、センサモジュール24a〜24eの各々に減衰器27が設けられており、しかもこれらの減衰器27の減衰量が、各センサモジュール24a〜24eで生じた反射光のうち受光器15に入射する反射光の強度がそれぞれ同一となるよう設定されている場合を考える。かかる場合においては、受光器15で受光される反射光は以下の(10)式で表される。

Figure 2008020342
上記(10)式を参照すると、各反射波の振幅はPと一定であるため、各反射波の位相φ〜φを検出することが可能となる。 Next, each of the sensor modules 24a to 24e is provided with an attenuator 27, and the attenuation amount of these attenuators 27 is incident on the light receiver 15 among the reflected light generated by the sensor modules 24a to 24e. Consider a case where the reflected light intensity is set to be the same. In such a case, the reflected light received by the light receiver 15 is expressed by the following equation (10).
Figure 2008020342
Referring to the above equation (10), the amplitude of each reflected wave is constant at P 0 , so that the phases φ A to φ E of each reflected wave can be detected.

図6は、受光器15に入射する一定振幅の反射光の一例を示す図である。尚、図6においては、図5と同様に横軸に時間を、縦軸に振幅をそれぞれ取っている。また、図6(a)〜図6(e)には、図5(a)〜図5(e)と同様に、センサモジュール24a〜24eでそれぞれ生じた反射光のうちの受光器15に入射する反射光R1〜R5の振幅の時間変化の一例を図示している。尚、図6(f)は、受光器15に入射する反射光R1〜R5を合成した反射光R0を示す図である。   FIG. 6 is a diagram illustrating an example of reflected light having a constant amplitude incident on the light receiver 15. In FIG. 6, time is plotted on the horizontal axis and amplitude is plotted on the vertical axis, as in FIG. Further, in FIGS. 6A to 6E, similarly to FIGS. 5A to 5E, the reflected light generated by the sensor modules 24a to 24e is incident on the light receiver 15. An example of the time change of the amplitude of reflected light R1 to R5 is shown. FIG. 6F is a diagram showing reflected light R0 obtained by combining reflected lights R1 to R5 incident on the light receiver 15.

また、図6(a)〜図6(f)においても、比較のために一定振幅の参照光SRを図示しており、各反射光R0〜R5の振幅は参照光SRの振幅で同じくしている。図6(a)〜図6(e)に示す通り、反射光R1〜R5の振幅は同一であるが、これらの反射光R1〜R5を合成した図6(f)に示される反射光R0を参照すると、過渡的状態(受光器15に入射する反射光の数が変化する状態)では、振幅が変化していることが分かる。   6A to 6F also show the reference light SR having a constant amplitude for comparison, and the amplitudes of the reflected lights R0 to R5 are the same as the amplitude of the reference light SR. Yes. As shown in FIG. 6A to FIG. 6E, the reflected lights R1 to R5 have the same amplitude, but the reflected light R0 shown in FIG. Referring to it, it can be seen that the amplitude changes in a transient state (a state in which the number of reflected light incident on the light receiver 15 changes).

図7は、受光器15に入射する各反射波の位相関係を説明するための図である。尚、図7(a)には、図6(f)と同一の受光器15に入射する反射光R1〜R5を合成した反射光R0を図示している。図7(a)中の期間T1では、センサモジュール24aで生じた反射光R1のみが受光器15に入射する。このため、位相比較記16が受光器15から出力される電圧信号Srの位相を検出すれば、反射光が生じた位置(外力が作用した光センサ26)を特定することができる。   FIG. 7 is a diagram for explaining the phase relationship of each reflected wave incident on the light receiver 15. FIG. 7A shows reflected light R0 obtained by combining reflected lights R1 to R5 incident on the same light receiver 15 as FIG. 6F. In the period T1 in FIG. 7A, only the reflected light R1 generated by the sensor module 24a enters the light receiver 15. For this reason, if the phase comparator 16 detects the phase of the voltage signal Sr output from the light receiver 15, the position where the reflected light is generated (the optical sensor 26 to which the external force is applied) can be specified.

これに対し、図7(a)中の期間T2では、センサモジュール24aで生じた反射光R1とセンサモジュール24bで生じた反射光R2とが受光器15に入射する。このため、反射光R0の振幅は、これらを合成したものとなる。ここで、反射光R1,R2を位相空間に表すと図7(b)中のベクトルV1,V2で表され、反射光R0は、ベクトルV1,V2を合成したベクトルV11で表される。   In contrast, in the period T2 in FIG. 7A, the reflected light R1 generated by the sensor module 24a and the reflected light R2 generated by the sensor module 24b are incident on the light receiver 15. For this reason, the amplitude of the reflected light R0 is a combination of these. Here, when the reflected lights R1 and R2 are represented in the phase space, they are represented by vectors V1 and V2 in FIG. 7B, and the reflected light R0 is represented by a vector V11 obtained by combining the vectors V1 and V2.

次に、図7(a)中の期間T3では、センサモジュール24aで生じた反射光R1、センサモジュール24bで生じた反射光R2、及びセンサモジュール24cで生じた反射光R3が受光器15に入射する。従って、これらの反射光R1〜R3を合成した反射光R0を位相空間に表すと、図7(c)に示す通り、ベクトルV1,V2を合成したベクトルV11と反射光R3のベクトルV3とを合成したベクトルV12で表される。   Next, in a period T3 in FIG. 7A, the reflected light R1 generated by the sensor module 24a, the reflected light R2 generated by the sensor module 24b, and the reflected light R3 generated by the sensor module 24c enter the light receiver 15. To do. Therefore, when the reflected light R0 obtained by combining these reflected lights R1 to R3 is represented in the phase space, the vector V11 obtained by combining the vectors V1 and V2 and the vector V3 of the reflected light R3 are combined as shown in FIG. 7C. Represented by the vector V12.

次いで、図7(a)中の期間T4では、センサモジュール24aで生じた反射光R1、センサモジュール24bで生じた反射光R2、センサモジュール24cで生じた反射光R3、及びセンサモジュール24dで生じた反射光R4が受光器15に入射する。従って、これらの反射光R1〜R4を合成した反射光R0を位相空間に表すと、図7(d)に示す通り、ベクトルV1〜V3を合成したベクトルV12と反射光R4のベクトルV4とを合成したベクトルV13で表される。   7A, the reflected light R1 generated by the sensor module 24a, the reflected light R2 generated by the sensor module 24b, the reflected light R3 generated by the sensor module 24c, and the sensor module 24d. The reflected light R4 enters the light receiver 15. Accordingly, when the reflected light R0 obtained by combining these reflected lights R1 to R4 is represented in the phase space, the vector V12 obtained by combining the vectors V1 to V3 and the vector V4 of the reflected light R4 are combined as shown in FIG. Represented by the vector V13.

更に、図7(a)中の期間T5では、センサモジュール24aで生じた反射光R1、センサモジュール24bで生じた反射光R2、センサモジュール24cで生じた反射光R3、センサモジュール24dで生じた反射光R4、及びセンサモジュール24eで生じた反射光R5が受光器15に入射する。従って、これらの反射光R1〜R5を合成した反射光R0を位相空間に表すと、図7(e)に示す通り、ベクトルV1〜V4を合成したベクトルV13と反射光R5のベクトルV5とを合成したベクトルV14で表される。   Further, in the period T5 in FIG. 7A, the reflected light R1 generated by the sensor module 24a, the reflected light R2 generated by the sensor module 24b, the reflected light R3 generated by the sensor module 24c, and the reflected light generated by the sensor module 24d. The light R4 and the reflected light R5 generated by the sensor module 24e enter the light receiver 15. Accordingly, when the reflected light R0 obtained by combining these reflected lights R1 to R5 is represented in the phase space, the vector V13 obtained by combining the vectors V1 to V4 and the vector V5 of the reflected light R5 are combined as shown in FIG. Represented by the vector V14.

以上の通り、受光器15に入射する反射光の数が変化すると、受光器15に入射する反射光を合成した反射光R0の振幅及び位相が変化する。尚、この変化が現れるのは、変化が生じた過渡的なときのみであり、その数が変化しない定常状態では変化は現れない。サーキューレータ13に対する光センサ26各々の光学的な距離は既知であるため、位相検出器16がその位相変化が生じたときにその位相を検出し、判定部17がその位相をベクトルV1〜V5に分解する処理を行うことにより、何れのセンサモジュール24a〜24eで反射が生じたのか、即ち何れの光センサ26に外力が作用したのかを判定することができる。以上の原理によって、光センサ26を備えるセンサモジュール24a〜24eをそれぞれ異なる場所に敷設することにより、複数箇所での外力検出を可能とすることができる。   As described above, when the number of reflected lights incident on the light receiver 15 changes, the amplitude and phase of the reflected light R0 obtained by combining the reflected lights incident on the light receiver 15 change. This change appears only when the change occurs transiently and does not appear in a steady state where the number does not change. Since the optical distance of each of the optical sensors 26 with respect to the circulator 13 is known, the phase detector 16 detects the phase when the phase change occurs, and the determination unit 17 determines the phase as vectors V1 to V5. It is possible to determine which of the sensor modules 24a to 24e has caused the reflection, that is, which of the optical sensors 26 has been subjected to an external force by performing the process of disassembling. By laying the sensor modules 24a to 24e including the optical sensor 26 at different locations based on the above principle, it is possible to detect external force at a plurality of locations.

以上説明した通り、本実施形態によれば、特定波長や微弱な後方散乱光を高精度に検出する必要がないため、光ファイバに対する外力の作用位置をコストの大幅な上昇を伴うことなく検出することができる。また、上述したセンサモジュールを備える光ファイバ部14を、例えば敷地境界に設置されたフェンス等に敷設することで、敷地内に侵入する侵入者を検知する防犯システムに応用することができる。   As described above, according to the present embodiment, since it is not necessary to detect a specific wavelength or weak backscattered light with high accuracy, the position where the external force is applied to the optical fiber is detected without a significant increase in cost. be able to. Moreover, the optical fiber part 14 provided with the sensor module mentioned above can be applied to the crime prevention system which detects the intruder who invades in the site by laying it on a fence or the like installed at the site boundary, for example.

尚、上記実施形態では、5つのセンサモジュール24a〜24eを備える例について説明したが、センサモジュールの数は任意の数とすることができる。また、実施にあたっては、被変調信号として正弦波の他に矩形波を用いてもよく、また、変調方法として光源11が射出する光に連続して被変調信号を重畳してもよいし、間欠的に被変調信号を重畳してもよい。   In addition, although the example provided with the five sensor modules 24a-24e was demonstrated in the said embodiment, the number of sensor modules can be made into arbitrary numbers. In implementation, a rectangular wave may be used in addition to a sine wave as the modulated signal, and the modulated signal may be superimposed on the light emitted from the light source 11 as a modulation method, or intermittently. Alternatively, the modulated signal may be superimposed.

また、上記実施形態では、光センサ26は、外力が作用しない状態では測定光がコアからクラッドに漏れてクラッドで吸収される状態にあり、外力が作用すると分岐光ファイバの内部を進行する測定光及び反射光を透過させる状態になるものを例に挙げて説明した、しかしながら、外力が作用していない状態では分岐光ファイバの内部を進行する測定光及び反射光を透過させる状態になり、外力が作用している状態では測定光を吸収するものを用いることもできる。   Further, in the above embodiment, the optical sensor 26 is in a state where the measurement light leaks from the core to the clad and is absorbed by the clad when no external force acts, and the measurement light that travels inside the branch optical fiber when the external force acts. However, when the external force is not applied, the measurement light and the reflected light traveling inside the branch optical fiber are transmitted and the external force is not transmitted. In the state of acting, one that absorbs the measuring light can be used.

更に、上記実施形態では、減衰量が既知の減衰器27をセンサモジュールの各々に設けて、受光器15に入射する反射光の振幅を一定にしていたが、光センサ26に代えて既知の損失を有する光センサを用いれば減衰器27を省略することが可能である。即ち、光センサと減衰器とを一体にすることができる。   Further, in the above embodiment, the attenuator 27 having a known attenuation amount is provided in each sensor module, and the amplitude of the reflected light incident on the light receiver 15 is made constant. The attenuator 27 can be omitted if an optical sensor having That is, the optical sensor and the attenuator can be integrated.

本発明の一実施形態による外力検出装置の全体構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing the whole external force detection device composition by one embodiment of the present invention. センサモジュール24aの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the sensor module 24a. 位相検出器16の内部構成を示すブロック図である。2 is a block diagram showing an internal configuration of a phase detector 16. FIG. LPF32a,32bから出力される信号X,Yを位相空間に表した図である。It is the figure which represented the signals X and Y output from LPF32a, 32b in phase space. 受光器15に入射する振幅が異なる反射光の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the reflected light from which the amplitude which injects into the light receiver 15 differs. 受光器15に入射する一定振幅の反射光の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of reflected light having a constant amplitude that enters the light receiver 15. 受光器15に入射する各反射波の位相関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the phase relationship of each reflected wave which injects into the light receiver.

符号の説明Explanation of symbols

10 外力検出装置
11 光源
12 変調器
15 受光器
16 位相検出器
17 判定部
21a〜21d 伝送用光ファイバ
23a〜23e 分岐光ファイバ
24a〜24e センサモジュール
25 反射部材
26 光センサ
27 減衰器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 External force detection apparatus 11 Light source 12 Modulator 15 Light receiver 16 Phase detector 17 Judgment part 21a-21d Optical fiber for transmission 23a-23e Branching optical fiber 24a-24e Sensor module 25 Reflective member 26 Optical sensor 27 Attenuator

Claims (8)

強度が変調された測定光を出力する光源装置と、前記測定光を光伝送路に入力させて得られる戻り光を受光する受光装置と、前記受光装置からの受光信号の位相を検出して前記光伝送路に対する外力の作用の有無を判定する判定装置とを備える外力検出装置において、
前記光伝送路に対して分岐して設けられた少なくとも1つの分岐光伝送路と、
前記分岐光伝送路の途中部位に設けられ、外力の作用の有無によって戻り光の変化を生じさせるとともに、前記受光装置に受光される戻り光の振幅を所定の値にするセンサモジュールと
を備えることを特徴とする外力検出装置。
A light source device that outputs measurement light whose intensity is modulated; a light receiving device that receives return light obtained by inputting the measurement light to an optical transmission path; and a phase of a light reception signal from the light receiving device to detect the phase In an external force detection device comprising a determination device that determines the presence or absence of an external force action on an optical transmission line,
At least one branched optical transmission line provided to be branched with respect to the optical transmission line;
A sensor module that is provided at an intermediate portion of the branched light transmission path, changes the return light depending on the presence or absence of an external force, and sets the amplitude of the return light received by the light receiving device to a predetermined value. An external force detection device characterized by.
前記センサモジュールは、外力の作用の有無によって光を透過する状態と光を吸収する状態との何れかに切り替わる光センサと、
前記分岐光伝送路から前記受光装置に戻る戻り光の振幅を所定の値にする減衰器と
を備えることを特徴とする請求項1記載の外力検出装置。
The sensor module is an optical sensor that switches between a state of transmitting light and a state of absorbing light depending on the presence or absence of an external force; and
The external force detection device according to claim 1, further comprising: an attenuator that sets a return light amplitude returning from the branch light transmission path to the light receiving device to a predetermined value.
前記分岐光伝送路に設けられた各々の減衰器は、前記分岐光伝送路の各々から前記受光装置に戻る戻り光の振幅が一定の値になるように減衰量が設定されていることを特徴とする請求項2記載の外力検出装置。   Each attenuator provided in the branched light transmission path is set to have an attenuation amount so that the amplitude of the return light returning from each of the branched light transmission paths to the light receiving device becomes a constant value. The external force detection device according to claim 2. 前記光センサと前記減衰器とは一体にされていることを特徴とする請求項2又は請求項3記載の外力検出装置。   4. The external force detection device according to claim 2, wherein the optical sensor and the attenuator are integrated. 前記光源装置は、光源と、当該光源の出力光を所定の被変調信号を用いて強度変調した強度変調光を、前記測定光として出力する光変調手段とを備え、
前記判定装置は、前記受光信号の包絡線と、前記被変調信号の包絡線との位相差を検出する位相検出器と、当該位相検出器の位相検出信号に基づいて前記外力の作用の有無を判定する判定部とを備える
ことを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載の外力検出装置。
The light source device includes a light source, and light modulation means for outputting, as the measurement light, intensity-modulated light obtained by intensity-modulating the output light of the light source using a predetermined modulated signal,
The determination device includes: a phase detector that detects a phase difference between an envelope of the light reception signal and an envelope of the modulated signal; and whether the external force is applied based on a phase detection signal of the phase detector. The external force detection device according to claim 1, further comprising: a determination unit that determines.
前記判定部は、前記位相検出信号の変化に基づいて、前記光センサの何れに外力が作用したか否かを判定することを特徴とする請求項5記載の外力検出装置。   The external force detection device according to claim 5, wherein the determination unit determines which external force is applied to any of the optical sensors based on a change in the phase detection signal. 前記分岐光伝送路は、その末端に前記測定光を反射して反射光を発生させる反射部材を備えることを特徴とする請求項1から請求項6の何れか一項に記載の外力検出装置。   The external force detection device according to any one of claims 1 to 6, wherein the branched light transmission path includes a reflection member that reflects the measurement light and generates reflected light at an end thereof. 前記分岐光伝送路の末端は、前記測定光を反射して反射光を発生させる反射端とされていることを特徴とする請求項1から請求項6の何れか一項に記載の外力検出装置。
7. The external force detection device according to claim 1, wherein an end of the branched light transmission path is a reflection end that reflects the measurement light and generates reflected light. 8. .
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