JP2008020342A - External force detecting apparatus - Google Patents
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Abstract
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
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。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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
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PA〜PEとし、位相をそれぞれφA〜φE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。
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φA〜φE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PA〜PE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
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
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
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φB〜φE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
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。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Claims (8)
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.
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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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010127705A (en) * | 2008-11-26 | 2010-06-10 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Fiber optic sensor |
DE102011003073A1 (en) * | 2011-01-24 | 2012-07-26 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Glazing arrangement with safety function, safety system for a glazing arrangement and method for detecting a mechanical or thermal stress of a planar glazing element |
CN102646308A (en) * | 2012-04-20 | 2012-08-22 | 北京交通大学 | Perimeter security system based on single optical fiber and fiber bragg grating of single optical fiber |
CN105387960A (en) * | 2015-11-03 | 2016-03-09 | 大连理工大学 | In-service prestressed reinforcement local position effective stress detection device and measurement method |
JP2021529300A (en) * | 2018-07-04 | 2021-10-28 | アリエル サイエンティフィック イノベーションズ リミテッド | Methods and systems for determining grating perturbations with modulated light |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03231116A (en) * | 1990-02-06 | 1991-10-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Optical fiber sensor |
JP2004322760A (en) * | 2003-04-23 | 2004-11-18 | Fujikura Ltd | Collision object identification device |
-
2006
- 2006-07-13 JP JP2006192809A patent/JP2008020342A/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03231116A (en) * | 1990-02-06 | 1991-10-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Optical fiber sensor |
JP2004322760A (en) * | 2003-04-23 | 2004-11-18 | Fujikura Ltd | Collision object identification device |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010127705A (en) * | 2008-11-26 | 2010-06-10 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Fiber optic sensor |
DE102011003073A1 (en) * | 2011-01-24 | 2012-07-26 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Glazing arrangement with safety function, safety system for a glazing arrangement and method for detecting a mechanical or thermal stress of a planar glazing element |
DE102011003073B4 (en) * | 2011-01-24 | 2013-05-02 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Security system for detecting a break-in attempt on a safety glazing |
CN102646308A (en) * | 2012-04-20 | 2012-08-22 | 北京交通大学 | Perimeter security system based on single optical fiber and fiber bragg grating of single optical fiber |
CN105387960A (en) * | 2015-11-03 | 2016-03-09 | 大连理工大学 | In-service prestressed reinforcement local position effective stress detection device and measurement method |
JP2021529300A (en) * | 2018-07-04 | 2021-10-28 | アリエル サイエンティフィック イノベーションズ リミテッド | Methods and systems for determining grating perturbations with modulated light |
US11698277B2 (en) | 2018-07-04 | 2023-07-11 | Ariel Scientific Innovations Ltd. | Method and system for determining grating perturbation by modulated light |
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