JP2008157759A - Optical fiber sensor system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable vibrations at multiple detection points to be detected in a range up to a high-frequency band by using an optical fiber. <P>SOLUTION: Light of a wavelength-variable laser 11 is branched by using optical couplers 13, 15 and 18, and applied to a plurality of sensor sections S1, S2 and Sn. The sensor sections have reflecting plates 23, 26 and 29 respectively, each varying its refection point in accordance with the vibrations. Interference properties of etalons of the plurality of sensor sections are previously varied for respective sensor sections. The laser light of the wavelength-variable laser is scanned in a fixed wavelength range, and applied to the sensor sections, thereby obtaining a superimposed interference signal corresponding to the properties of the etalons. A photoelectric conversion and a Fourier transform are applied to this signal, and its frequency is separated in accordance with the etalon properties of the sensor sections, whereby signals of the sensor section at the multiple points can be detected. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は光ファイバを用いて振動や音響を検出するための光ファイバセンサシステムに関するものである。   The present invention relates to an optical fiber sensor system for detecting vibration and sound using an optical fiber.

光ファイバをセンサとして用いる光ファイバセンサは、電気的なセンサに比べて電磁ノイズの影響を受けないため、信頼性に優れている。光ファイバセンシングシステムとしては、例えば光ファイバの屈曲により通過光量が減衰することを利用して曲がり量を測定する光マイクロベンディング法や、光ファイバの伸びによりブリルアン散乱光の周波数が変位することを利用したBOTDR法などがある。又光ファイバブラッググレーティングにより反射波長や透過波長が変位することを利用してセンシングするものがある。又広帯域の光源を用いて多点の音響信号を検出する多点光マイクロフォンシステムも提案されている(非特許文献1)。
渡邊利成他、「FBGを用いた多地点光マイクロフォンシステムの検討」信学技報、Pn2005-78、OFT2005-65、OPE2005-126、LQE2005-141、P43〜48
An optical fiber sensor using an optical fiber as a sensor is superior in reliability because it is not affected by electromagnetic noise compared to an electrical sensor. As an optical fiber sensing system, for example, an optical microbending method that measures the amount of bending using the attenuation of the amount of light passing through the bending of the optical fiber, or the fact that the frequency of the Brillouin scattered light is displaced by the elongation of the optical fiber is used. And the BOTDR method. In addition, there is a sensor that utilizes the fact that a reflection wavelength or a transmission wavelength is displaced by an optical fiber Bragg grating. A multipoint optical microphone system that detects multipoint acoustic signals using a broadband light source has also been proposed (Non-Patent Document 1).
Toshinari Watanabe et al., "Study on Multi-point Optical Microphone System Using FBG" IEICE Technical Report, Pn2005-78, OFT2005-65, OPE2005-126, LQE2005-141, P43-48

しかるにBOTDR法では、発生パルス毎に位置を測定するためリアルタイムの計測ができず、信号を計測するのに適していないという欠点があった。又測定箇所が局所的であるため、多点の計測や広範囲な計測及び災害など緊急を要する計測に適していないという欠点があった。更に多点FBG法においても従来の方式では波長の変動を感度よく測定するため、測定時間がかかるという欠点があった。又従来の方式は検出可能な周波数は10kHz程度の測定が上限であり、音のように20kHzまでの振動を測定するのが困難であるという欠点があった。   However, the BOTDR method has a drawback in that it cannot measure in real time because the position is measured for each generated pulse, and is not suitable for measuring a signal. In addition, since the measurement location is local, there is a disadvantage that it is not suitable for urgent measurement such as multipoint measurement, wide-range measurement, and disaster. Furthermore, even in the multipoint FBG method, the conventional method has a drawback that it takes a long time to measure the wavelength variation with high sensitivity. Further, the conventional method has a drawback that the upper limit of the detectable frequency is about 10 kHz, and it is difficult to measure vibration up to 20 kHz like sound.

本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであって、波長可変光源を用いることによって信号や音響を高速で検出するための光ファイバセンサシステムを提供することを目的とする。   The present invention has been made paying attention to such conventional problems, and an object thereof is to provide an optical fiber sensor system for detecting signals and sound at high speed by using a wavelength variable light source. .

この課題を解決するために、本発明の光ファイバセンサシステムは、一定の波長範囲で周期的に波長が変化するシングルモードの光を発生する波長可変レーザと、前記波長可変レーザからの光を第1,第2の分岐光に分岐する光分岐部と、前記光分岐部で分岐された第1の分岐光を光ファイバを介して縦続接続された複数の光サーキュレータによって分岐し、その反射光を合成する光サーキュレータ部と、前記光分岐部の第2の分岐光に対して更に分岐する光サーキュレータ、及び光サーキュレータから得られる光を反射する参照ミラーを有し、参照光を生成する参照ミラー部と、前記光サーキュレータ部で分離された分岐光が夫々与えられ、互いに異なる反射基準位置を設定し、外部から加わる振動によって夫々の反射位置が変化する反射光を生成して光サーキュレータ部に戻す複数のセンサ部と、前記光サーキュレータ部からの重畳された反射光信号と前記参照ミラー部で生成された参照光とを干渉させる光干渉部と、前記光干渉部から得られる互いに位相の反転した2つの干渉波の差分を光電変換する受光部と、前記受光部に得られる受光信号をフーリエ変換により周波数領域の信号に変換するフーリエ変換部と、前記フーリエ変換された信号を周波数領域で分離して前記各センサ部からの信号に相当する前記フーリエ変換信号を抽出する周波数分離部と、前記周波数分離部で分離された各センサ部からの信号を時間領域の信号に逆変換するフーリエ逆変換部と、を有するものである。   In order to solve this problem, an optical fiber sensor system according to the present invention includes a wavelength tunable laser that generates single-mode light whose wavelength periodically changes in a certain wavelength range, and light from the wavelength tunable laser. An optical branching unit that branches into the first and second branching beams, and the first branching beam branched by the optical branching unit is branched by a plurality of optical circulators connected in cascade through an optical fiber, and the reflected light is An optical circulator unit to synthesize, an optical circulator that further branches the second branched light of the optical branching unit, and a reference mirror unit that generates a reference light having a reference mirror that reflects light obtained from the optical circulator And the branched light beams separated by the optical circulator unit are respectively given, different reflection reference positions are set, and the respective reflection positions are changed by externally applied vibrations. A plurality of sensor units that generate and return to the optical circulator unit, an optical interference unit that causes the reflected light signal superimposed from the optical circulator unit to interfere with the reference light generated by the reference mirror unit, and the optical interference A light receiving unit that photoelectrically converts a difference between two interference waves whose phases are inverted from each other, a Fourier transform unit that converts a received light signal obtained by the light receiving unit into a frequency domain signal by Fourier transform, and the Fourier transform A frequency separation unit that extracts the Fourier transform signal corresponding to the signal from each sensor unit by separating the generated signal in the frequency domain, and a signal from each sensor unit separated by the frequency separation unit in the time domain And a Fourier inverse transform unit that inversely transforms the signal.

ここで前記各センサ部は、測定対象となる振動源に分岐光を照射し、その反射光を受光するようにしてもよい。   Here, each of the sensor units may irradiate the branched light to the vibration source to be measured and receive the reflected light.

この課題を解決するために、本発明の光ファイバセンサシステムは、一定の波長範囲で周期的に波長が変化するシングルモードの光を発生する波長可変レーザと、前記波長可変レーザからの光が与えられる光ファイバ及びその光を分岐及び結合させる光カップラを有し、前記波長可変レーザからのレーザ光を複数に分岐すると共に、反射光を合成する光分岐合成部と、前記光分岐合成部から分岐された光が与えられ、その光を夫々分岐し、互いに異なる反射基準位置を設定すると共に、外部から加わる振動によってその反射位置が変化する反射光と干渉させ、干渉光を前記光分岐合成部に導く複数のセンサ部と、前記光分岐合成部より合成された干渉光を受光して電気信号に変換する受光部と、前記受光部に得られる受光信号をフーリエ変換により周波数領域の信号に変換するフーリエ変換部と、前記フーリエ変換された信号を周波数領域で分離して前記各センサ部からの信号に相当する前記フーリエ変換信号を抽出する周波数分離部と、前記周波数分離部で分離された各センサ部からの信号を時間領域の信号に逆変換するフーリエ逆変換部と、を有するものである。   In order to solve this problem, an optical fiber sensor system according to the present invention includes a wavelength tunable laser that generates single-mode light whose wavelength periodically changes in a certain wavelength range, and light from the wavelength tunable laser. An optical fiber and an optical coupler for branching and coupling the optical fiber, branching the laser light from the wavelength tunable laser into a plurality of light and combining the reflected light, and branching from the light branching and combining unit The reflected light is branched, the light is branched, a different reflection reference position is set, and the reflected light whose reflection position is changed by vibration applied from outside is caused to interfere with the light branching and combining unit. A plurality of sensor units for guiding, a light receiving unit that receives the interference light combined by the light branching and combining unit and converts it into an electrical signal, and a Fourier transform of the light reception signal obtained by the light receiving unit A Fourier transform unit for converting the signal into a frequency domain signal, a frequency separation unit for separating the Fourier transformed signal in the frequency domain and extracting the Fourier transform signal corresponding to the signal from each sensor unit, and the frequency A Fourier inverse transform unit that inversely transforms a signal from each sensor unit separated by the separation unit into a signal in the time domain.

ここで前記各センサ部は、測定対象となる振動源に分岐光を照射し、その反射光を受光するようにしてもよい。   Here, each of the sensor units may irradiate the branched light to the vibration source to be measured and receive the reflected light.

ここで前記センサ部は、光軸に対して45°の角度で配置されたビームスプリッタと、ビームスプリッタから分岐された光を反射して前記ビームスプリッタに戻すミラーを有し、前記ビームスプリッタによって干渉光を生成するようにしてもよい。   Here, the sensor unit includes a beam splitter disposed at an angle of 45 ° with respect to the optical axis, and a mirror that reflects the light branched from the beam splitter and returns the light to the beam splitter, and interferes with the beam splitter. Light may be generated.

この課題を解決するために、本発明の光ファイバセンサシステムは、一定の波長範囲で周期的に波長が変化するシングルモードの光を発生する波長可変レーザと、前記波長可変レーザからの光が与えられる光ファイバ及びその光を分岐及び結合させる光カップラを有し、前記波長可変レーザからのレーザ光を分岐すると共に、反射光を合成する光分岐合成部と、前記光分岐合成部からの分岐された光が夫々与えられ、互いに異なる反射基準位置を設定すると共に、外部から加わる振動によってその反射位置を変化させた反射光を前記光分岐合成部に導く複数のセンサ部と、前記光分岐合成部に接続され、前記波長可変レーザからの分岐光を基準の反射位置で変化させて参照光を前記分岐合成部の光ファイバに導く参照反射部と、前記光分岐合成部より得られる反射光と前記参照反射部より得られる参照光とを干渉させる光干渉部と、前記光干渉部より得られる干渉光を受光して電気信号に変換する受光部と、前記受光部に得られる受光信号をフーリエ変換して周波数領域の信号に変換するフーリエ変換部と、前記フーリエ変換された信号を周波数領域で分離して前記各センサ部からの信号に相当する前記フーリエ変換信号を抽出する周波数分離部と、前記周波数分離部で分離された各センサ部からの信号を時間領域の信号に逆変換するフーリエ逆変換部と、を有するものである。   In order to solve this problem, an optical fiber sensor system according to the present invention includes a wavelength tunable laser that generates single-mode light whose wavelength periodically changes in a certain wavelength range, and light from the wavelength tunable laser. And an optical coupler for branching and coupling the light, branching the laser light from the wavelength tunable laser, and branching the reflected light from the optical branching and combining unit for synthesizing the reflected light. A plurality of sensor units for setting reflected reference positions different from each other and guiding reflected light whose reflection positions are changed by externally applied vibrations to the light branching and combining unit, and the light branching and combining unit A reference reflection unit that guides the reference light to the optical fiber of the branching and combining unit by changing the branched light from the wavelength tunable laser at a reference reflection position, and the optical branching and combining unit. A light interference unit that causes interference between the reflected light obtained from the reference light and the reference light obtained from the reference reflection unit, a light receiving unit that receives the interference light obtained from the light interference unit and converts the light into an electrical signal, and the light receiving unit A Fourier transform unit that transforms the received light signal obtained into a frequency domain signal by Fourier transform, and the Fourier transform signal corresponding to the signal from each sensor unit by separating the Fourier transformed signal in the frequency domain A frequency separation unit for extraction, and a Fourier inverse transform unit that inversely transforms signals from the sensor units separated by the frequency separation unit into signals in the time domain.

ここで前記各センサ部は、測定対象となる振動源にその分岐光を照射し、その反射光を受光するようにしてもよい。   Here, each sensor unit may irradiate the branched light to the vibration source to be measured and receive the reflected light.

このような特徴を有する本発明によれば、シングルモードの光源を用いてその走査速度を十分高速にすることによって、広帯域の振動や音声信号を再現することができ、又複数の振動源の信号を解析することができるという効果が得られる。又請求項1,2の発明によれば、光サーキュレータを用いるため、光の利用効率を向上させることができ、多数のセンサ部を有する検出システムにおいても各センサ部の振動を高感度で検出することができる。   According to the present invention having such a feature, it is possible to reproduce broadband vibrations and audio signals by using a single-mode light source and sufficiently increasing the scanning speed thereof, and signals from a plurality of vibration sources. The effect that can be analyzed is obtained. Further, according to the first and second aspects of the invention, since the optical circulator is used, the light utilization efficiency can be improved, and the vibration of each sensor unit can be detected with high sensitivity even in a detection system having a large number of sensor units. be able to.

図1は本発明の実施の形態1による光ファイバセンサシステムの全体構成を示す図である。本実施の形態では波長可変レーザ11を光源として用いる。波長可変レーザ11は例えば1.5μm帯のシングルモードの光を発生し、その波長を変化させるレーザ光源とする。その波長の範囲は例えば100nmとし、周期的に高速で波長を走査するものとする。この光源の光は光ファイバ12を介して光カップラ13に入力される。光カップラ13は波長可変レーザ11からの光と反射光とを分離するものであり、波長可変レーザ11からの光は光ファイバ14を介して光カップラ15に導かれる。光カップラ15には光ファイバ16,17が接続されている。光ファイバ17には更に光カップラ18が接続され、光カップラ18に更に光ファイバ19,20が接続される。このように次々と連続して光カップラが接続され、波長可変レーザ11からの光が分岐されていく。ここで光ファイバ12,14,16,17,19,20及び光ファイバカップラ13,15,18は波長可変レーザからのレーザ光を分岐して複数のセンサ部に導き、各センサ部からの反射光を合成する光分岐合成部を構成している。   FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an optical fiber sensor system according to Embodiment 1 of the present invention. In this embodiment, the wavelength tunable laser 11 is used as a light source. The wavelength tunable laser 11 is, for example, a laser light source that generates single-mode light in the 1.5 μm band and changes its wavelength. The wavelength range is, for example, 100 nm, and the wavelength is periodically scanned at a high speed. The light from this light source is input to the optical coupler 13 through the optical fiber 12. The optical coupler 13 separates the light from the wavelength tunable laser 11 and the reflected light, and the light from the wavelength tunable laser 11 is guided to the optical coupler 15 through the optical fiber 14. Optical fibers 16 and 17 are connected to the optical coupler 15. An optical coupler 18 is further connected to the optical fiber 17, and optical fibers 19 and 20 are further connected to the optical coupler 18. In this way, the optical couplers are connected one after another, and the light from the wavelength tunable laser 11 is branched. Here, the optical fibers 12, 14, 16, 17, 19, 20 and the optical fiber couplers 13, 15, 18 branch the laser light from the wavelength tunable laser and guide it to a plurality of sensor units, and the reflected light from each sensor unit The optical branching / synthesizing unit for synthesizing is configured.

そして最後の各光ファイバの端部にはセンサ部S1,S2・・・Snが設けられる。例えば光ファイバ16の端部のセンサ部S1では、コリメートレンズ21が設けられ、その出射光の光軸に垂直にハーフミラー22と反射板23が設けられる。ハーフミラー22は入射光の一部を反射する。反射板23は外部からの振動によって光軸方向に変位し、ハーフミラー22を透過した光を全反射するものであって、その面に垂直な振動を検出する素子である。振動源、例えば音源からの音や振動によって反射板23が振動した場合には、その反射の位置が異なる。これによりハーフミラー22との間で干渉波が変動する。センサ部S2についても同様に、光ファイバ19の他端にはコリメートレンズ24、ハーフミラー25、反射板26が設けられる。又光ファイバ20の端部に設けられるセンサ部Snにもコリメートレンズ27、ハーフミラー28及び振動板29が設けられる。その他の図示しないセンサ部も同様とする。ここで各ハーフミラー22,25,28とそれに対応する反射板23,26及び29の距離L1,L2・・・Lnは夫々異なるように、反射板を配置しておくものとし、その位置を各反射板の基準位置とする。この実施の形態では各センサ部で光を干渉させる。   And sensor part S1, S2 ... Sn is provided in the edge part of each last optical fiber. For example, in the sensor unit S1 at the end of the optical fiber 16, a collimating lens 21 is provided, and a half mirror 22 and a reflecting plate 23 are provided perpendicular to the optical axis of the emitted light. The half mirror 22 reflects a part of incident light. The reflection plate 23 is displaced in the direction of the optical axis by external vibration, totally reflects the light transmitted through the half mirror 22, and is an element that detects vibration perpendicular to the surface. When the reflection plate 23 vibrates due to sound or vibration from a vibration source, for example, a sound source, the position of reflection is different. As a result, the interference wave varies with the half mirror 22. Similarly, for the sensor unit S2, a collimator lens 24, a half mirror 25, and a reflection plate 26 are provided at the other end of the optical fiber 19. A collimator lens 27, a half mirror 28, and a diaphragm 29 are also provided in the sensor portion Sn provided at the end of the optical fiber 20. The same applies to other sensor units (not shown). Here, the reflectors are arranged such that the distances L1, L2,... Ln between the half mirrors 22, 25, and 28 and the corresponding reflectors 23, 26, and 29 are different from each other. The reference position of the reflector is used. In this embodiment, light is caused to interfere with each sensor unit.

さて光カップラ13に得られる反射光の一部は、光ファイバ31に導かれる。光ファイバ31の端部にはコリメートレンズ32が設けられ、その光軸には受光素子であるフォトダイオード33が設けられる。フォトダイオード33は反射光の干渉波を電気信号に変換するものであり、その出力はアンプ34を介して信号処理部35に与えられる。   Now, part of the reflected light obtained by the optical coupler 13 is guided to the optical fiber 31. A collimating lens 32 is provided at the end of the optical fiber 31, and a photodiode 33 as a light receiving element is provided on the optical axis thereof. The photodiode 33 converts the interference wave of the reflected light into an electric signal, and its output is given to the signal processing unit 35 via the amplifier 34.

次に信号処理部35内の構成について説明する。信号処理部35は図2に示すように、フォトダイオード33からの出力をデジタル値に変換するA/D変換部41、A/D変換部41の出力を時間領域の信号から周波数領域の信号に変換するフーリエ変換部42を有している。更にフーリエ変換された周波数領域の信号のうち、周波数帯域によって信号を分離する周波数分離部43及びその出力をフーリエ逆変換するフーリエ逆変換部44を有している。又この逆変換された出力を更にフーリエ変換するフーリエ変換部45を含んで構成されている。   Next, the configuration within the signal processing unit 35 will be described. As shown in FIG. 2, the signal processing unit 35 converts an output from the photodiode 33 into a digital value, and converts the output of the A / D conversion unit 41 from a time domain signal to a frequency domain signal. It has a Fourier transform unit 42 for transforming. Furthermore, a frequency separation unit 43 that separates signals by frequency band out of Fourier-transformed frequency domain signals and a Fourier inverse transform unit 44 that performs Fourier inverse transform on the output thereof are provided. Further, a Fourier transform unit 45 for further Fourier transforming the inversely transformed output is configured.

次に本実施の形態の動作について説明する。波長可変レーザ11は例えば1.5μm帯で100nmの波長帯域を有する波長走査信号を出力する。この走査周波数を例えば50kHzとする。この光は光ファイバ12、光カップラ13,15を介して各光ファイバ16,19,20よりセンサ部S1,S2・・・Snに与えられる。各センサ部ではその端部よりコリメートレンズ22,24,27を介し光が空間に平行光として出射され、ハーフミラー22,25及び28でその一部が反射される。又光の一部はハーフミラーを透過し、反射板23,26又は29で反射される。そしてハーフミラー22と反射板23によって1つのエタロンが構成される。センサ部S1のエタロンの特性は例えば図3Aに示すものとなる。同様にしてハーフミラー25と反射板26とによってエタロンが構成され、その波長λに対する強度変化は図3Bに示すものとなる。又ハーフミラー22と反射板29によって構成されるエタロンの特性は図3Cに示すものとなる。ここで夫々のハーフミラーと反射板との距離L1,L2,Lnが徐々に広くなっているため、図3A〜図3Cに示すようにその強度変化の間隔は距離L1〜Lnが広いほど短いものとなる。   Next, the operation of the present embodiment will be described. The wavelength tunable laser 11 outputs a wavelength scanning signal having a wavelength band of 100 nm in a 1.5 μm band, for example. This scanning frequency is set to 50 kHz, for example. This light is given to the sensor units S1, S2,... Sn from the optical fibers 16, 19, and 20 via the optical fiber 12 and the optical couplers 13 and 15, respectively. In each sensor unit, light is emitted from the end of the sensor unit through the collimator lenses 22, 24, and 27 as parallel light, and part of the light is reflected by the half mirrors 22, 25, and 28. Part of the light passes through the half mirror and is reflected by the reflectors 23, 26 or 29. The half mirror 22 and the reflecting plate 23 constitute one etalon. The characteristics of the etalon of the sensor unit S1 are as shown in FIG. 3A, for example. Similarly, an etalon is constituted by the half mirror 25 and the reflection plate 26, and the intensity change with respect to the wavelength λ is as shown in FIG. 3B. The characteristics of the etalon constituted by the half mirror 22 and the reflection plate 29 are as shown in FIG. 3C. Here, since the distances L1, L2, and Ln between the respective half mirrors and the reflectors are gradually increased, the intervals of the intensity changes are shorter as the distances L1 to Ln are wider as shown in FIGS. 3A to 3C. It becomes.

周期的に波長掃引されたシングルモードの光がこのような特性のエタロンに入射するため、図3A〜図3Cの特性がそのまま時間軸領域で強度が変化する信号に変換される。この反射光は光カップラ18,15を介して重畳されて光カップラ13に加わる。ここで反射板22,26,29は振動源によってその面に垂直に微小間隔移動するものとすると、各エタロンは外部から加わる振動によって図3A,図3B,図3Cに示す特性からわずかにその周期が変化し、重畳された光のレベルもそれに応じたものとなる。その反射光は光ファイバ31よりコリメートレンズ32を介して出射され、フォトダイオード33により電気信号に変換される。そしてA/D変換部41でデジタル値に変換され、更にフーリエ変換部42で周波数領域の信号に変換される。   Since the single-mode light periodically swept in wavelength is incident on the etalon having such characteristics, the characteristics shown in FIGS. 3A to 3C are directly converted into signals whose intensity changes in the time axis region. The reflected light is superimposed via the optical couplers 18 and 15 and added to the optical coupler 13. Here, if the reflectors 22, 26, and 29 are moved by a vibration source at a minute interval perpendicular to the surface, each etalon is slightly cycled from the characteristics shown in FIGS. 3A, 3B, and 3C due to externally applied vibrations. Changes, and the level of the superimposed light is also in accordance therewith. The reflected light is emitted from the optical fiber 31 through the collimator lens 32 and converted into an electric signal by the photodiode 33. Then, it is converted into a digital value by the A / D converter 41 and further converted into a frequency domain signal by the Fourier transformer 42.

図4はこのフーリエ変換部42の出力を示す図である。ここで反射板23,26及び29が夫々のハーフミラー22,25,28に対して夫々一定の位置にあれば、フーリエ変換後の周波数は夫々f1,f2,fnのように一定となる。ここでスパイクノイズ等が加わったとしても周波数領域の信号に変換されるため、このようなノイズはレベルが低く、高いS/N比で周波数を検出することができる。そして各反射板23,26,29が夫々ΔL1,ΔL2・・・ΔLnの範囲で光軸方向に振動することによって、図4に示すように周波数f1,f2・・・fnも夫々Δf1,Δf2・・・Δfnの範囲で変動する。従って例えば周波数f1について、その変化範囲Δf1のみの信号の周波数帯域を周波数分離部43で検出して、フーリエ逆変換部44で逆変換することにより、図5Aに示すような時間領域の信号に変換することができる。この場合に縦軸は距離L1を中心とする反射板23の振動を示す信号となる。この信号を例えばD/A変換して増幅しスピーカ等から出力すれば、反射板23に得られる音を再現することができる。又図5Aに示す時間領域の信号を更にフーリエ変換部45によってフーリエ変換することによって、図6に示すように周波数領域の信号に変換することができ、そのときのスペクトルを検出できる。   FIG. 4 is a diagram showing the output of the Fourier transform unit 42. Here, if the reflectors 23, 26, and 29 are located at fixed positions with respect to the respective half mirrors 22, 25, and 28, the frequencies after Fourier transform are constant as f1, f2, and fn, respectively. Even if spike noise or the like is added here, it is converted into a signal in the frequency domain, so that such noise has a low level, and the frequency can be detected with a high S / N ratio. Each reflector 23, 26, 29 vibrates in the direction of the optical axis in the range of ΔL1, ΔL2,... ΔLn, so that the frequencies f1, f2,... Fn are also Δf1, Δf2,. ..Variable in the range of Δfn. Therefore, for example, with respect to the frequency f1, the frequency separation unit 43 detects the frequency band of only the change range Δf1, and the inverse Fourier transform unit 44 converts it to a time domain signal as shown in FIG. 5A. can do. In this case, the vertical axis is a signal indicating the vibration of the reflector 23 around the distance L1. If this signal is D / A converted and amplified, for example, and output from a speaker or the like, the sound obtained on the reflector 23 can be reproduced. Further, the time domain signal shown in FIG. 5A is further subjected to Fourier transform by the Fourier transform unit 45, whereby it can be converted into a frequency domain signal as shown in FIG. 6, and the spectrum at that time can be detected.

同じく図4に示す周波数領域の信号から周波数f2を中心とする変化範囲Δf2の信号を周波数分離部43で抽出してフーリエ逆変換することによって図5Bに示す時間軸領域の信号が得られる。これを更にフーリエ変換部45でフーリエ変換すれば、図6Bに示す周波数領域の信号となる。同様に周波数fnを中心とする変化範囲Δfnの周波数領域の信号を抽出してフーリエ逆変換することによって、図5Cに示す時間軸領域の信号が得られる。これをフーリエ変換することによって図6Cに示す周波数領域の信号が得られる。   Similarly, a signal in the change range Δf2 centered on the frequency f2 is extracted from the frequency domain signal shown in FIG. 4 by the frequency separation unit 43 and inverse Fourier transformed to obtain a time axis domain signal shown in FIG. 5B. If this is further subjected to Fourier transform by the Fourier transform unit 45, a signal in the frequency domain shown in FIG. 6B is obtained. Similarly, a time domain signal shown in FIG. 5C is obtained by extracting a frequency domain signal having a change range Δfn centered on the frequency fn and performing inverse Fourier transform. This is Fourier transformed to obtain a frequency domain signal shown in FIG. 6C.

このようにこの実施の形態1では多数のセンサ部S1〜Snの多点の振動を検出し、振動源のモニタ及び振動の解析が可能となる。ここで波長可変レーザ11の走査速度を40kHzとすれば、その1/2までの帯域、即ち20kHzまでの帯域の可聴域の音響信号を再現することができる。又複数の振動源の振動をリアルタイムで解析することが可能となる。更に光源としてコヒーレント長が無限大のシングルモードの光源を用いることによって、センサ数をほぼ無限に拡大することができる。又エタロンの干渉に関して微小な光の干渉も検出できるため、センサ部が簡略化されるという効果も得られる。   As described above, in the first embodiment, it is possible to detect multipoint vibrations of a large number of sensor units S1 to Sn, and to monitor a vibration source and analyze vibrations. Here, if the scanning speed of the wavelength tunable laser 11 is 40 kHz, it is possible to reproduce an audible acoustic signal in a band up to ½, that is, up to 20 kHz. It is also possible to analyze the vibrations of a plurality of vibration sources in real time. Further, by using a single mode light source with an infinite coherent length as the light source, the number of sensors can be increased almost infinitely. In addition, since minute light interference can be detected with respect to the etalon interference, an effect that the sensor unit is simplified can be obtained.

(実施の形態2)
次に本発明の実施の形態2について説明する。この実施の形態ではセンサ部のみが前述した実施の形態1と異なっており、その他の構成については同じであるので、センサ部S1について図7に示す。図示のようにコリメートレンズ21の背後にハーフミラー22を設け、反射板23を用いることなく直接振動源51に向けて光を照射するようにしたものである。ここでハーフミラー22と振動源との距離をあらかじめ所定の距離、例えばセンサ部S1ではL1、前述したセンサ部S2ではL2となるように設定しておく。その他のセンサ部についても実施の形態1と同じとする。こうすれば反射板を用いることなく、直接振動源からの反射光によって光を干渉させて、多点の振動源の振動状態を検出し、分析することができる。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, only the sensor unit is different from the above-described first embodiment, and the other configurations are the same, and therefore the sensor unit S1 is shown in FIG. As shown in the figure, a half mirror 22 is provided behind the collimating lens 21 so that light is irradiated directly toward the vibration source 51 without using the reflector 23. Here, the distance between the half mirror 22 and the vibration source is set in advance to be a predetermined distance, for example, L1 in the sensor unit S1 and L2 in the sensor unit S2. The other sensor units are the same as those in the first embodiment. In this way, it is possible to detect and analyze the vibration state of the multi-point vibration source by causing the light to directly interfere with the reflected light from the vibration source without using a reflector.

(実施の形態3)
次に本発明の実施の形態3について説明する。この実施の形態でもセンサ部のみが前述した実施の形態1と異なっており、その他の構成は同じであるので、センサ部S1について図8に示す。図示のようにハーフミラー22に代えてビームスプリッタ52を光軸に対して45°の角度に配置する。ビームスプリッタ52は信号光の光の一部、例えば1/2を反射し、他の1/2を透過するものである。ビームスプリッタ52で反射された光は図示のようにミラー53に導かれ、そのまま正反射して元のビームスプリッタ52に加わる。従ってこの場合にもハーフミラーと同様に、ビームスプリッタ52で反射された光と反射部23からの反射光とを干渉させることができる。この場合にもビームスプリッタ52の位置から見てミラー53までの距離と反射板23までの距離の差を所定値L1に保っておく必要がある。その他のセンサ部S2,S3・・・についてもこの差をL2,L3・・・としておく。こうすれば実施の形態1と同様に、各センサ部からの反射部の振動状態を分離して検出し、分析することができる。
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. Also in this embodiment, only the sensor unit is different from the above-described first embodiment, and other configurations are the same, and therefore the sensor unit S1 is shown in FIG. As shown in the figure, a beam splitter 52 is arranged at an angle of 45 ° with respect to the optical axis in place of the half mirror 22. The beam splitter 52 reflects a part of the signal light, for example 1/2, and transmits the other 1/2. The light reflected by the beam splitter 52 is guided to the mirror 53 as shown in the figure, and is reflected as it is and added to the original beam splitter 52. Accordingly, in this case, similarly to the half mirror, the light reflected by the beam splitter 52 and the reflected light from the reflecting portion 23 can be made to interfere with each other. Also in this case, it is necessary to keep the difference between the distance to the mirror 53 and the distance to the reflecting plate 23 from the position of the beam splitter 52 at a predetermined value L1. This difference is also set to L2, L3... For the other sensor units S2, S3. In this way, as in the first embodiment, it is possible to separately detect and analyze the vibration state of the reflecting part from each sensor part.

(実施の形態4)
次に本発明の実施の形態4について説明する。この実施の形態においてもセンサ部のみが前述した実施の形態1と異なっており、その他の構成は同一であるので詳細な説明を省略する。センサ部S1は図9に示すようにビームスプリッタ52とミラー53を用いて参照光を形成すると共に、反射部23を除いて光を振動源51に直接照射して振動源51からの反射光を受光するようにしたものである。この場合にもセンサ部S1ではビームスプリッタの位置から見てミラー53までの距離と振動源51との間隔との差を距離L1とする。その他のセンサ部S2,S3・・・についてもこの差をL2,L3・・・としておく。こうすれば実施の形態1と同様に各センサ部の振動源の振動状態を分離して検出し、分析することができる。
(Embodiment 4)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. Also in this embodiment, only the sensor unit is different from that of the first embodiment described above, and other configurations are the same, and thus detailed description thereof is omitted. As shown in FIG. 9, the sensor unit S <b> 1 forms reference light by using a beam splitter 52 and a mirror 53, and directly irradiates light to the vibration source 51 except for the reflection unit 23, and reflects reflected light from the vibration source 51. It is designed to receive light. Also in this case, in the sensor unit S1, the difference between the distance to the mirror 53 and the distance from the vibration source 51 when viewed from the position of the beam splitter is set as a distance L1. This difference is also set to L2, L3... For the other sensor units S2, S3. In this way, the vibration state of the vibration source of each sensor unit can be separately detected and analyzed as in the first embodiment.

(実施の形態5)
次に本発明の実施の形態5について図10を用いて説明する。この実施の形態では波長可変レーザ11からの光を光ファイバ12を介して光カップラ61に導く。光カップラ61は光ファイバ12,14,31に加えて光ファイバ62を結合させており、波長可変レーザ11の光を分岐すると共に、後述するように反射光と参照光とを干渉させる光干渉部として機能する。光ファイバ14以降の分岐部である光カップラ15,18や光ファイバ16,17,20については実施の形態1と同様である。各センサ部S1〜Snではハーフミラー22,25,28を除き、コリメートレンズ21,24,27からの平行光を直接反射板23,26,29に与えている。各反射板は振動によって夫々微小距離ΔL1,ΔL2,ΔLnだけ光軸方向に振動するものとする。
(Embodiment 5)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the light from the wavelength tunable laser 11 is guided to the optical coupler 61 through the optical fiber 12. The optical coupler 61 couples an optical fiber 62 in addition to the optical fibers 12, 14, and 31, and branches the light of the wavelength tunable laser 11, and also interferes with reflected light and reference light as will be described later. Function as. The optical couplers 15 and 18 and the optical fibers 16, 17, and 20 that are branched portions after the optical fiber 14 are the same as those in the first embodiment. In each sensor part S1-Sn, except for the half mirrors 22, 25, 28, the parallel light from the collimating lenses 21, 24, 27 is directly applied to the reflecting plates 23, 26, 29. Each reflector is assumed to vibrate in the optical axis direction by minute distances ΔL1, ΔL2, and ΔLn by vibration.

そしてこの実施の形態5では、光ファイバ62の先端にコリメートレンズ63及び参照ミラー64を設ける。ここで光カップラ61から参照ミラー64までの光学距離をL0とする。そして光カップラ61から反射板23までの距離は光学距離L0に実施の形態1のL1の距離分を加算した値、即ちL0+L1に設定しておく。同様にして光カップラ61から反射板26までの光学距離も実施の形態1と同様とするために、L0+L2と設定しておく。更に光カップラ61から反射板29までの光学距離についてはL0+Lnと設定する。こうすればセンサ部S1では参照ミラー64までの距離と反射板23までの光学距離の差はL1となる。同様にしてセンサ部S2,Snではその差はL2及びLnとなる。こうすれば実施の形態1の複数のハーフミラー22,25,28を1つの参照ミラー64で置き換えることができ、光カップラ61で参照ミラー64からの反射光と各センサ部からの反射光とを干渉させることができる。実施の形態5ではハーフミラーの数を少なくすることができるため、センサ数が多くなった場合にこの実施の形態が有効となる。   In the fifth embodiment, a collimator lens 63 and a reference mirror 64 are provided at the tip of the optical fiber 62. Here, the optical distance from the optical coupler 61 to the reference mirror 64 is L0. The distance from the optical coupler 61 to the reflection plate 23 is set to a value obtained by adding the distance L1 of the first embodiment to the optical distance L0, that is, L0 + L1. Similarly, in order to make the optical distance from the optical coupler 61 to the reflecting plate 26 the same as in the first embodiment, it is set to L0 + L2. Further, the optical distance from the optical coupler 61 to the reflecting plate 29 is set to L0 + Ln. In this way, in the sensor unit S1, the difference between the distance to the reference mirror 64 and the optical distance to the reflecting plate 23 is L1. Similarly, the difference between the sensor units S2 and Sn is L2 and Ln. In this way, the plurality of half mirrors 22, 25, and 28 of the first embodiment can be replaced with one reference mirror 64, and the reflected light from the reference mirror 64 and the reflected light from each sensor unit are separated by the optical coupler 61. Can interfere. In the fifth embodiment, since the number of half mirrors can be reduced, this embodiment is effective when the number of sensors increases.

尚この実施の形態では、光カップラ61から各センサ部の反射板までの距離をL0+L1・・・と設定しているが、L0−L1,L0−L2・・・のように差が夫々L1,L2,Lnとなるように設定してもよい。   In this embodiment, the distance from the optical coupler 61 to the reflecting plate of each sensor unit is set as L0 + L1..., But the difference is L1, L0-L1, L0-L2,. You may set so that it may become L2 and Ln.

(実施の形態6)
次に本発明の実施の形態6について図11を用いて説明する。この実施の形態では波長可変レーザ11からの光を光カップラ71に導く。そして光カップラ71は光を分岐する光分岐部であり、第1,第2の分岐光は光ファイバ72,73に与えられる。光ファイバ72にはサーキュレータ74が設けられる。サーキュレータ74は光ファイバ72から入射した光を光ファイバ75に導き、光ファイバ75からサーキュレータ74に入射する光を光ファイバ76に与えるものである。光ファイバ76の他端にはサーキュレータ77が設けられる。サーキュレータ77は光ファイバ76からの入射光を光ファイバ78に導き、光ファイバ78からサーキュレータ77への入射光を光ファイバ79に導くものである。このようにしてサーキュレータを従属接続することによって光を分岐していく。最終段の光ファイバ80にもサーキュレータ81を設ける。サーキュレータ81も同様にして光ファイバ80からの入射光を光ファイバ82に導き、光ファイバ82からサーキュレータ81に入射する光を光ファイバ83に導くものである。ここでサーキュレータ74,77,81とこれらに連結される光ファイバは、光分岐部で分岐された第1の分岐光を分岐して反射光を合成する光サーキュレータ部を構成している。そして光ファイバ75,78及び82の他端には実施の形態5と同様のセンサ部S1,S2,Snが設けられる。
(Embodiment 6)
Next, Embodiment 6 of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the light from the wavelength tunable laser 11 is guided to the optical coupler 71. The optical coupler 71 is an optical branching part that splits light, and the first and second branched lights are given to the optical fibers 72 and 73. The optical fiber 72 is provided with a circulator 74. The circulator 74 guides the light incident from the optical fiber 72 to the optical fiber 75, and gives the light incident from the optical fiber 75 to the circulator 74 to the optical fiber 76. A circulator 77 is provided at the other end of the optical fiber 76. The circulator 77 guides incident light from the optical fiber 76 to the optical fiber 78, and guides incident light from the optical fiber 78 to the circulator 77 to the optical fiber 79. In this way, light is branched by cascade-connecting circulators. A circulator 81 is also provided in the final stage optical fiber 80. Similarly, the circulator 81 guides the incident light from the optical fiber 80 to the optical fiber 82, and guides the light incident from the optical fiber 82 to the circulator 81 to the optical fiber 83. Here, the circulators 74, 77, and 81 and the optical fibers connected thereto constitute an optical circulator unit that divides the first branched light branched by the optical branching unit and synthesizes the reflected light. The other ends of the optical fibers 75, 78, and 82 are provided with sensor portions S1, S2, and Sn similar to those in the fifth embodiment.

さて光カップラ71で分岐した光ファイバ73の他端にもサーキュレータ84が設けられる。サーキュレータ84は光ファイバ73からの光を光ファイバ85に導き、光ファイバ85からの反射光を光ファイバ86に導くものである。光ファイバ85の他端にはコリメートレンズ87及び参照ミラー88が設けられる。ここで光ファイバ83,86の他端には、光カップラ89が設けられる。光カップラ89は光ファイバ83からの反射光と光ファイバ86からの参照光とを干渉させることによって、位相の反転した2つの干渉波を取り出す光干渉部である。2つの干渉波はバランスドフォトダイオード90に導かれる。バランスドフォトダイオード90は2つの入力の差分値を電気信号に変換する受光素子である。このフォトダイオード90の出力は増幅器34を介して前述した信号処理部35に与えられる。信号処理部35の構成は前述した実施の形態1と同一である。   A circulator 84 is also provided at the other end of the optical fiber 73 branched by the optical coupler 71. The circulator 84 guides the light from the optical fiber 73 to the optical fiber 85 and guides the reflected light from the optical fiber 85 to the optical fiber 86. A collimating lens 87 and a reference mirror 88 are provided at the other end of the optical fiber 85. Here, an optical coupler 89 is provided at the other end of the optical fibers 83 and 86. The optical coupler 89 is an optical interference unit that extracts two interference waves whose phases are inverted by causing the reflected light from the optical fiber 83 and the reference light from the optical fiber 86 to interfere with each other. Two interference waves are guided to the balanced photodiode 90. The balanced photodiode 90 is a light receiving element that converts a difference value between two inputs into an electric signal. The output of the photodiode 90 is supplied to the signal processing unit 35 described above via the amplifier 34. The configuration of the signal processing unit 35 is the same as that of the first embodiment.

この実施の形態ではマイケルソン干渉計でなく、マッハツェンダ干渉計を用いており、又光サーキュレータを用いるため前述した光カップラに比べて光信号の減衰を少なくすることができる。又この実施の形態では、光カップラ89から位相の反転した2つの干渉波を取り出すことができ、その差分をバランスドフォトダイオード90によって検出しているため、信号レベルを2倍にすることができる。従って波長可変レーザ11の出力レベルが低くても多数のセンサ部を有する多点型の検出システムに用いることができ、各センサ部の振動を高感度で検出することができるという優れた効果が得られる。   In this embodiment, a Mach-Zehnder interferometer is used instead of a Michelson interferometer, and since an optical circulator is used, attenuation of the optical signal can be reduced as compared with the optical coupler described above. In this embodiment, two interference waves whose phases are inverted can be extracted from the optical coupler 89, and the difference between them is detected by the balanced photodiode 90, so that the signal level can be doubled. . Therefore, even if the output level of the wavelength tunable laser 11 is low, it can be used for a multi-point type detection system having a large number of sensor units, and an excellent effect that vibrations of each sensor unit can be detected with high sensitivity is obtained. It is done.

尚この実施の形態では、各センサ部はコリメートレンズからの出力を外部からの振動によってその光軸上の位置が振動する反射板23,26,29に与えているが、実施の形態2と同様に分岐した光を直接振動源に照射してその反射光を受光するようにしてもよい。又この実施の形態では、参照ミラー部で生成された参照光と光サーキュレータ部からの重畳された反射光とを光カップラを用いて干渉させているが、光カップラに代えてビームスプリッタ等を用いることもできる。   In this embodiment, each sensor unit applies the output from the collimating lens to the reflecting plates 23, 26, and 29 whose positions on the optical axis vibrate due to external vibration, but as in the second embodiment. The reflected light may be received by directly irradiating the vibration source with the light branched off. In this embodiment, the reference light generated by the reference mirror unit and the reflected light superimposed from the optical circulator unit are interfered by using an optical coupler, but a beam splitter or the like is used instead of the optical coupler. You can also

本発明の実施の形態1による光ファイバセンサシステム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 optical fiber sensor system by Embodiment 1 of this invention. 本実施の形態の信号処理部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the signal processing part of this Embodiment. センサ部S1におけるエタロンの波長と信号強度を示す図である。It is a figure which shows the wavelength of etalon and signal strength in sensor part S1. センサ部S2におけるエタロンの波長と信号強度を示す図である。It is a figure which shows the wavelength of etalon and signal strength in sensor part S2. センサ部Snにおけるエタロンの波長と信号強度を示す図である。It is a figure which shows the wavelength and signal intensity | strength of an etalon in sensor part Sn. 光ファイバに重畳される反射光の信号を示す図である。It is a figure which shows the signal of the reflected light superimposed on an optical fiber. 周波数分離部で分離されフーリエ逆変換して得られるセンサ部S1の振動を示す図である。It is a figure which shows the vibration of sensor part S1 which is isolate | separated by a frequency separation part and is obtained by carrying out Fourier inverse transform. 周波数分離部で分離されフーリエ逆変換して得られるセンサ部S2の振動を示す図である。It is a figure which shows the vibration of sensor part S2 which is isolate | separated by a frequency separation part and is obtained by carrying out Fourier inverse transform. 周波数分離部で分離されフーリエ逆変換して得られるセンサ部Snの振動を示す図である。It is a figure which shows the vibration of the sensor part Sn isolate | separated by a frequency separation part and obtained by carrying out Fourier inverse transform. センサ部S1の時間軸方向の信号を周波数軸に変換した図である。It is the figure which converted the signal of the time-axis direction of sensor part S1 into the frequency axis. センサ部S2の時間軸方向の信号を周波数軸に変換した図である。It is the figure which converted the signal of the time-axis direction of sensor part S2 into the frequency axis. センサ部Snの時間軸方向の信号を周波数軸に変換した図である。It is the figure which converted the signal of the time-axis direction of the sensor part Sn into the frequency axis. 本発明の実施の形態2によるセンサ部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 part by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3によるセンサ部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 part by Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4によるセンサ部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 part by Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5による光ファイバセンサシステム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 optical fiber sensor system by Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態6による光ファイバセンサシステム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 optical fiber sensor system by Embodiment 6 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11 波長可変レーザ
12,14,16,17,19,20,62,72,73,75,76,78,79,80,82,83 光ファイバ
13,15,18,71,89 光カップラ
21,24,27,63,87 コリメートレンズ
22,25,28 ハーフミラー
23,26,29 反射板
S1,S2・・・Sn センサ部
33 フォトダイオード
34 アンプ
35 信号処理部
41 A/D変換部
42 フーリエ変換部
43 周波数分離部
44 フーリエ逆変換部
45 フーリエ変換部
51 振動源
52 ビームスプリッタ
53 ミラー
64 参照ミラー
74,77,81,84 光サーキュレータ
90 バランスドフォトダイオード
11 wavelength tunable laser 12, 14, 16, 17, 19, 20, 62, 72, 73, 75, 76, 78, 79, 80, 82, 83 optical fiber 13, 15, 18, 71, 89 optical coupler 21, 24, 27, 63, 87 Collimating lens 22, 25, 28 Half mirror 23, 26, 29 Reflector S1, S2,... Sn sensor unit 33 Photo diode 34 Amplifier 35 Signal processing unit 41 A / D conversion unit 42 Fourier transform Unit 43 frequency separation unit 44 inverse Fourier transform unit 45 Fourier transform unit 51 vibration source 52 beam splitter 53 mirror 64 reference mirror 74, 77, 81, 84 optical circulator 90 balanced photodiode

Claims (7)

一定の波長範囲で周期的に波長が変化するシングルモードの光を発生する波長可変レーザと、
前記波長可変レーザからの光を第1,第2の分岐光に分岐する光分岐部と、
前記光分岐部で分岐された第1の分岐光を光ファイバを介して縦続接続された複数の光サーキュレータによって分岐し、その反射光を合成する光サーキュレータ部と、
前記光分岐部の第2の分岐光に対して更に分岐する光サーキュレータ、及び光サーキュレータから得られる光を反射する参照ミラーを有し、参照光を生成する参照ミラー部と、
前記光サーキュレータ部で分離された分岐光が夫々与えられ、互いに異なる反射基準位置を設定し、外部から加わる振動によって夫々の反射位置が変化する反射光を生成して光サーキュレータ部に戻す複数のセンサ部と、
前記光サーキュレータ部からの重畳された反射光信号と前記参照ミラー部で生成された参照光とを干渉させる光干渉部と、
前記光干渉部から得られる互いに位相の反転した2つの干渉波の差分を光電変換する受光部と、
前記受光部に得られる受光信号をフーリエ変換により周波数領域の信号に変換するフーリエ変換部と、
前記フーリエ変換された信号を周波数領域で分離して前記各センサ部からの信号に相当する前記フーリエ変換信号を抽出する周波数分離部と、
前記周波数分離部で分離された各センサ部からの信号を時間領域の信号に逆変換するフーリエ逆変換部と、を有する光ファイバセンサシステム。
A tunable laser that generates single-mode light whose wavelength periodically changes in a certain wavelength range;
An optical branching unit for branching light from the wavelength tunable laser into first and second branched light;
An optical circulator unit that divides the first branched light branched by the optical branching unit by a plurality of optical circulators cascaded via an optical fiber, and synthesizes the reflected light;
An optical circulator that further branches the second branched light of the optical branching section, a reference mirror that reflects light obtained from the optical circulator, and a reference mirror section that generates reference light;
A plurality of sensors to which the branched light beams separated by the optical circulator unit are respectively given, set different reflection reference positions, generate reflected light whose respective reflection positions change due to vibration applied from the outside, and return them to the optical circulator unit And
An optical interference unit that causes interference between the reflected light signal superimposed from the optical circulator unit and the reference light generated by the reference mirror unit;
A light receiving unit that photoelectrically converts a difference between two interference waves whose phases are inverted from each other obtained from the optical interference unit;
A Fourier transform unit that converts a received light signal obtained by the light receiving unit into a frequency domain signal by Fourier transform;
A frequency separation unit for separating the Fourier-transformed signal in a frequency domain and extracting the Fourier transform signal corresponding to the signal from each sensor unit;
An optical fiber sensor system comprising: a Fourier inverse transform unit that inversely transforms a signal from each sensor unit separated by the frequency separation unit into a time domain signal.
前記各センサ部は、測定対象となる振動源に分岐光を照射し、その反射光を受光する請求項1記載の光ファイバセンサシステム。   The optical fiber sensor system according to claim 1, wherein each of the sensor units irradiates a branching light to a vibration source to be measured and receives the reflected light. 一定の波長範囲で周期的に波長が変化するシングルモードの光を発生する波長可変レーザと、
前記波長可変レーザからの光が与えられる光ファイバ及びその光を分岐及び結合させる光カップラを有し、前記波長可変レーザからのレーザ光を複数に分岐すると共に、反射光を合成する光分岐合成部と、
前記光分岐合成部から分岐された光が与えられ、その光を夫々分岐し、互いに異なる反射基準位置を設定すると共に、外部から加わる振動によってその反射位置が変化する反射光と干渉させ、干渉光を前記光分岐合成部に導く複数のセンサ部と、
前記光分岐合成部より合成された干渉光を受光して電気信号に変換する受光部と、
前記受光部に得られる受光信号をフーリエ変換により周波数領域の信号に変換するフーリエ変換部と、
前記フーリエ変換された信号を周波数領域で分離して前記各センサ部からの信号に相当する前記フーリエ変換信号を抽出する周波数分離部と、
前記周波数分離部で分離された各センサ部からの信号を時間領域の信号に逆変換するフーリエ逆変換部と、を有する光ファイバセンサシステム。
A tunable laser that generates single-mode light whose wavelength periodically changes in a certain wavelength range;
An optical branching / synthesizing unit that includes an optical fiber to which light from the wavelength tunable laser is applied and an optical coupler for branching and coupling the light, and divides the laser light from the wavelength tunable laser into a plurality of parts and combines reflected light When,
The light branched from the light branching / synthesizing unit is given, branches the light, sets different reflection reference positions, and interferes with the reflected light whose reflection position changes due to vibration applied from the outside, thereby interfering light. A plurality of sensor units for guiding the light to the optical branching and combining unit;
A light receiving unit that receives the interference light combined from the light branching and combining unit and converts it into an electrical signal;
A Fourier transform unit that converts a received light signal obtained by the light receiving unit into a frequency domain signal by Fourier transform;
A frequency separation unit for separating the Fourier-transformed signal in a frequency domain and extracting the Fourier transform signal corresponding to the signal from each sensor unit;
An optical fiber sensor system comprising: a Fourier inverse transform unit that inversely transforms a signal from each sensor unit separated by the frequency separation unit into a signal in a time domain.
前記各センサ部は、測定対象となる振動源に分岐光を照射し、その反射光を受光する請求項3記載の光ファイバセンサシステム。   The optical fiber sensor system according to claim 3, wherein each of the sensor units irradiates a vibration source to be measured with a branched light and receives the reflected light. 前記センサ部は、光軸に対して45°の角度で配置されたビームスプリッタと、ビームスプリッタから分岐された光を反射して前記ビームスプリッタに戻すミラーを有し、前記ビームスプリッタによって干渉光を生成する請求項3又は4記載の光ファイバセンサシステム。   The sensor unit includes a beam splitter disposed at an angle of 45 ° with respect to the optical axis, and a mirror that reflects the light branched from the beam splitter and returns the light to the beam splitter. The optical fiber sensor system of Claim 3 or 4 to produce | generate. 一定の波長範囲で周期的に波長が変化するシングルモードの光を発生する波長可変レーザと、
前記波長可変レーザからの光が与えられる光ファイバ及びその光を分岐及び結合させる光カップラを有し、前記波長可変レーザからのレーザ光を分岐すると共に、反射光を合成する光分岐合成部と、
前記光分岐合成部からの分岐された光が夫々与えられ、互いに異なる反射基準位置を設定すると共に、外部から加わる振動によってその反射位置を変化させた反射光を前記光分岐合成部に導く複数のセンサ部と、
前記光分岐合成部に接続され、前記波長可変レーザからの分岐光を基準の反射位置で変化させて参照光を前記分岐合成部の光ファイバに導く参照反射部と、
前記光分岐合成部より得られる反射光と前記参照反射部より得られる参照光とを干渉させる光干渉部と、
前記光干渉部より得られる干渉光を受光して電気信号に変換する受光部と、
前記受光部に得られる受光信号をフーリエ変換して周波数領域の信号に変換するフーリエ変換部と、
前記フーリエ変換された信号を周波数領域で分離して前記各センサ部からの信号に相当する前記フーリエ変換信号を抽出する周波数分離部と、
前記周波数分離部で分離された各センサ部からの信号を時間領域の信号に逆変換するフーリエ逆変換部と、を有する光ファイバセンサシステム。
A tunable laser that generates single-mode light whose wavelength periodically changes in a certain wavelength range;
An optical fiber to which light from the wavelength tunable laser is applied and an optical coupler for branching and coupling the light; and a light branching and combining unit for branching the laser light from the wavelength tunable laser and combining reflected light;
Each of the branched light beams from the light branching and combining unit is given, and a plurality of reflection reference positions are set, and a plurality of reflected lights whose reflection positions are changed by vibration applied from the outside are guided to the light branching and combining unit. A sensor unit;
A reference reflection unit connected to the optical branching and combining unit, for changing the branched light from the wavelength tunable laser at a reference reflection position and guiding the reference light to the optical fiber of the branching and combining unit;
A light interference unit that causes interference between reflected light obtained from the light branching and combining unit and reference light obtained from the reference reflecting unit;
A light receiving unit that receives interference light obtained from the light interference unit and converts it into an electrical signal;
A Fourier transform unit that transforms a received light signal obtained in the light receiving unit into a frequency domain signal by Fourier transform;
A frequency separation unit for separating the Fourier-transformed signal in a frequency domain and extracting the Fourier transform signal corresponding to the signal from each sensor unit;
An optical fiber sensor system comprising: a Fourier inverse transform unit that inversely transforms a signal from each sensor unit separated by the frequency separation unit into a time domain signal.
前記各センサ部は、測定対象となる振動源にその分岐光を照射し、その反射光を受光する請求項6記載の光ファイバセンサシステム。   The optical fiber sensor system according to claim 6, wherein each of the sensor units irradiates the vibration source to be measured with the branched light and receives the reflected light.
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Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010127705A (en) * 2008-11-26 2010-06-10 Furukawa Electric Co Ltd:The Fiber optic sensor
JP2010261911A (en) * 2009-05-11 2010-11-18 Optical Comb Inc Vibration measuring instrument and vibration measuring method
JP2011027648A (en) * 2009-07-28 2011-02-10 Optical Comb Inc Apparatus and method for measuring vibration
DE102009043546A1 (en) * 2009-09-30 2011-03-31 Lios Technology Gmbh Method and device for the spatially resolved measurement of mechanical quantities, in particular mechanical vibrations
JP2011237422A (en) * 2010-04-30 2011-11-24 General Electric Co <Ge> Arc flash detection system and method
JP2012137327A (en) * 2010-12-24 2012-07-19 Okuma Corp Vibration detecting device and vibration detecting method
JP2012242383A (en) * 2011-05-13 2012-12-10 General Electric Co <Ge> Methods, systems, and apparatus for detecting light and acoustic waves
JP2014532182A (en) * 2011-10-06 2014-12-04 オーエフエス ファイテル,エルエルシー Broadband fiber sensor array
CN104266743A (en) * 2014-10-22 2015-01-07 中国科学院电子学研究所 Wavelength modulation optical fiber acoustic sensor
WO2015146533A1 (en) * 2014-03-24 2015-10-01 独立行政法人情報通信研究機構 Acceleration sensor and active anti-vibration apparatus using same
CN105067103A (en) * 2015-08-31 2015-11-18 上海交通大学 Vibration detection device and method based on optical frequency domain reflectometer
JP2016080411A (en) * 2014-10-10 2016-05-16 株式会社トプコン Interferometer device
JP2016085142A (en) * 2014-10-27 2016-05-19 日本電信電話株式会社 Optical fiber vibration sensor and vibration measuring method
CN105628174A (en) * 2016-01-08 2016-06-01 中国人民解放军国防科学技术大学 Optical fiber F-P sensor vibration demodulation system based on polarization switching
CN106932083A (en) * 2017-03-19 2017-07-07 国网福建省电力有限公司 A kind of optical-fiber wireless vibrating sensor device based on high-intensity magnetic field background
JP2017167065A (en) * 2016-03-18 2017-09-21 株式会社東京精密 Oscillation measurement device and oscillation measurement method
JP2018072516A (en) * 2016-10-27 2018-05-10 浜松ホトニクス株式会社 Position detection metho and optical module
CN108507663A (en) * 2018-03-26 2018-09-07 天津大学 Distribution type fiber-optic sound sensing device and method based on dual-polarization double sideband modulation
KR20190101780A (en) * 2018-02-23 2019-09-02 주식회사 케이티 Apparatus and method for sensing acoustic of multple infrastructures
CN112826492A (en) * 2020-12-29 2021-05-25 上海联影医疗科技股份有限公司 Vibration sensor and medical imaging device
WO2022064975A1 (en) * 2020-09-25 2022-03-31 国立大学法人 岡山大学 Physical quantity measurement device and temperature measurement device
JP2022067792A (en) * 2020-10-21 2022-05-09 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 Droplet/liquid film detection system and droplet/liquid film detection method
KR20230081021A (en) * 2021-11-30 2023-06-07 한국광기술원 fiber-optic hydrogen sensor

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111385020B (en) * 2018-12-29 2022-04-29 海思光电子有限公司 Wavelength measuring device

Cited By (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010127705A (en) * 2008-11-26 2010-06-10 Furukawa Electric Co Ltd:The Fiber optic sensor
JP2010261911A (en) * 2009-05-11 2010-11-18 Optical Comb Inc Vibration measuring instrument and vibration measuring method
JP2011027648A (en) * 2009-07-28 2011-02-10 Optical Comb Inc Apparatus and method for measuring vibration
DE102009043546A1 (en) * 2009-09-30 2011-03-31 Lios Technology Gmbh Method and device for the spatially resolved measurement of mechanical quantities, in particular mechanical vibrations
JP2011237422A (en) * 2010-04-30 2011-11-24 General Electric Co <Ge> Arc flash detection system and method
JP2012137327A (en) * 2010-12-24 2012-07-19 Okuma Corp Vibration detecting device and vibration detecting method
JP2012242383A (en) * 2011-05-13 2012-12-10 General Electric Co <Ge> Methods, systems, and apparatus for detecting light and acoustic waves
US9395242B2 (en) 2011-10-06 2016-07-19 Ofs Fitel, Llc Broadband fiber sensor array
JP2014532182A (en) * 2011-10-06 2014-12-04 オーエフエス ファイテル,エルエルシー Broadband fiber sensor array
WO2015146533A1 (en) * 2014-03-24 2015-10-01 独立行政法人情報通信研究機構 Acceleration sensor and active anti-vibration apparatus using same
JP2015184115A (en) * 2014-03-24 2015-10-22 国立研究開発法人情報通信研究機構 Acceleration sensor and active vibration removing device using the same
JP2016080411A (en) * 2014-10-10 2016-05-16 株式会社トプコン Interferometer device
CN104266743B (en) * 2014-10-22 2018-06-22 中国科学院电子学研究所 Wavelength modulation optical fiber sonic transducer
CN104266743A (en) * 2014-10-22 2015-01-07 中国科学院电子学研究所 Wavelength modulation optical fiber acoustic sensor
JP2016085142A (en) * 2014-10-27 2016-05-19 日本電信電話株式会社 Optical fiber vibration sensor and vibration measuring method
CN105067103A (en) * 2015-08-31 2015-11-18 上海交通大学 Vibration detection device and method based on optical frequency domain reflectometer
CN105628174A (en) * 2016-01-08 2016-06-01 中国人民解放军国防科学技术大学 Optical fiber F-P sensor vibration demodulation system based on polarization switching
JP2017167065A (en) * 2016-03-18 2017-09-21 株式会社東京精密 Oscillation measurement device and oscillation measurement method
JP2018072516A (en) * 2016-10-27 2018-05-10 浜松ホトニクス株式会社 Position detection metho and optical module
CN106932083A (en) * 2017-03-19 2017-07-07 国网福建省电力有限公司 A kind of optical-fiber wireless vibrating sensor device based on high-intensity magnetic field background
CN106932083B (en) * 2017-03-19 2020-09-04 国网福建省电力有限公司 Optical fiber wireless vibration sensor device based on high-intensity magnetic field background
KR102352297B1 (en) 2018-02-23 2022-01-14 주식회사 케이티 Apparatus and method for sensing acoustic of multple infrastructures
KR20190101780A (en) * 2018-02-23 2019-09-02 주식회사 케이티 Apparatus and method for sensing acoustic of multple infrastructures
CN108507663B (en) * 2018-03-26 2020-01-31 天津大学 Distributed optical fiber acoustic sensing device and method based on dual-polarization dual-sideband modulation
CN108507663A (en) * 2018-03-26 2018-09-07 天津大学 Distribution type fiber-optic sound sensing device and method based on dual-polarization double sideband modulation
WO2022064975A1 (en) * 2020-09-25 2022-03-31 国立大学法人 岡山大学 Physical quantity measurement device and temperature measurement device
JP7553085B2 (en) 2020-09-25 2024-09-18 国立大学法人 岡山大学 Physical quantity measuring device and temperature measuring device
JP2022067792A (en) * 2020-10-21 2022-05-09 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 Droplet/liquid film detection system and droplet/liquid film detection method
JP7381430B2 (en) 2020-10-21 2023-11-15 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 Droplet/liquid film detection system and droplet/liquid film detection method
CN112826492A (en) * 2020-12-29 2021-05-25 上海联影医疗科技股份有限公司 Vibration sensor and medical imaging device
CN112826492B (en) * 2020-12-29 2023-08-08 上海联影医疗科技股份有限公司 Vibration sensor and medical imaging apparatus
KR20230081021A (en) * 2021-11-30 2023-06-07 한국광기술원 fiber-optic hydrogen sensor
KR102702051B1 (en) * 2021-11-30 2024-09-03 한국광기술원 fiber-optic hydrogen sensor

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