JP2008216577A - Monitoring fiber coupler and optical fiber type physical quantity measuring instrument using the same - Google Patents

Monitoring fiber coupler and optical fiber type physical quantity measuring instrument using the same Download PDF

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Akira Ogura
明 小倉
Hideki Kawauchi
秀貴 川内
Masanori Ogura
正紀 小椋
Tatsuya Kumagai
達也 熊谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a monitoring fiber coupler capable of monitoring a light emitting element at a low cost with a simple structure. <P>SOLUTION: In the monitoring fiber coupler, a single mode optical fiber 33s and one multimode optical fiber 33m are connected to each other in the respective end faces. Further, a part of the clad in the longitudinal direction of the single mode optical fiber 33s is connected to the other multimode optical fiber 4. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、マルチモード光ファイバからの光の一部をモニタリングするためのモニタリング用ファイバカプラ及びそれを用いた光ファイバ式物理量測定装置に関する。   The present invention relates to a monitoring fiber coupler for monitoring a part of light from a multimode optical fiber, and an optical fiber type physical quantity measuring apparatus using the same.

光ファイバを利用した物理量測定センサとして、光ファイバ温度センサがある。この光ファイバ温度センサでは、LD(半導体レーザ)などの発光素子で生成される光を測定用光ファイバに入射し、測定用光ファイバからの後方散乱光からSt(ストークス)光とAs(アンチストークス)光を波長分離し、これらの強度比から測定用光ファイバに沿った温度を測定している。   As a physical quantity measurement sensor using an optical fiber, there is an optical fiber temperature sensor. In this optical fiber temperature sensor, light generated by a light emitting element such as an LD (semiconductor laser) is incident on a measurement optical fiber, and St (Stokes) light and As (anti-Stokes) light from backscattered light from the measurement optical fiber. ) The wavelength of the light is separated, and the temperature along the measurement optical fiber is measured from these intensity ratios.

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。   The prior art document information related to the invention of this application includes the following.

特開2005−84347号公報JP 2005-84347 A

発光素子は周囲温度によって出射する光の波長が変わったり、出力が変動したりするため、周囲温度に応じて発光素子の駆動電流を制御する必要がある。   Since the wavelength of light emitted from the light emitting element changes or the output fluctuates depending on the ambient temperature, it is necessary to control the drive current of the light emitting element according to the ambient temperature.

さらに、発光素子の異常判定を行うために、発光素子のモニタリングを行いたいという要求もある。   Further, there is a demand for monitoring the light emitting element in order to determine abnormality of the light emitting element.

しかし、モニタ用のフォトダイオード(PD)を搭載した発光素子は価格が高く、センサ装置のコスト増の要因となる。   However, a light-emitting element equipped with a monitoring photodiode (PD) is expensive and causes an increase in the cost of the sensor device.

また、光ファイバ温度センサでは、励振されるSt光とAs光が微弱なため、発光素子からの光パワーを少しも無駄にしたくないという要求があり、発光素子からの出射光の一部を利用することなく、発光素子のモニタリングを行う構成が必要であった。   Further, in the optical fiber temperature sensor, since the excited St light and As light are weak, there is a demand that the light power from the light emitting element is not wasted at all, and a part of the light emitted from the light emitting element is used. Therefore, a configuration for monitoring the light emitting element is necessary.

そこで、本発明の目的は、簡単な構成で安価に発光素子をモニタリングできるモニタリング用ファイバカプラ及びこれを用いた物理量測定センサを提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a monitoring fiber coupler capable of monitoring a light emitting element with a simple configuration at low cost and a physical quantity measurement sensor using the same.

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項1の発明は、シングルモード光ファイバと一方のマルチモード光ファイバとの端面同士を接続し、更に上記シングルモード光ファイバの長手方向のクラッドの一部と他方のマルチモード光ファイバとを接続したモニタリング用ファイバカプラである。   The present invention has been devised to achieve the above object, and the invention according to claim 1 connects the end faces of a single mode optical fiber and one multimode optical fiber, and further provides the single mode optical fiber. This is a monitoring fiber coupler in which a part of the cladding in the longitudinal direction is connected to the other multimode optical fiber.

請求項2の発明は、シングルモード光ファイバのクラッドの一部に傾斜面が形成され、上記シングルモード光ファイバの上記傾斜面が形成された接続側端部と、マルチモード光ファイバの端面とが接続されたモニタリング用ファイバカプラである。   The invention according to claim 2 is characterized in that an inclined surface is formed in a part of the clad of the single mode optical fiber, the connection side end portion where the inclined surface of the single mode optical fiber is formed, and the end surface of the multimode optical fiber. Connected monitoring fiber coupler.

請求項3の発明は、温度や歪みなどの物理量を光学的に測定するためのパルス信号を生成する光源と、上記パルス光信号が伝搬する測定用光ファイバと、上記測定用光ファイバからの後方散乱光を受光する受光器とを備えた光ファイバ式物理量測定装置において、上記後方散乱光の一部をモニタリングするモニタリング部として、請求項1または2記載のモニタリング用ファイバカプラを用いた光ファイバ式物理量測定装置である。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a light source that generates a pulse signal for optically measuring a physical quantity such as temperature and strain, a measurement optical fiber through which the pulse optical signal propagates, and a rear side from the measurement optical fiber. 3. An optical fiber type physical quantity measuring apparatus comprising a light receiving device for receiving scattered light, wherein the monitoring unit for monitoring a part of the back scattered light is an optical fiber type using the monitoring fiber coupler according to claim 1 or 2. It is a physical quantity measuring device.

本発明によれば、簡単な構成でマルチモード光ファイバからの光の一部をモニタリングできる。   According to the present invention, a part of light from a multimode optical fiber can be monitored with a simple configuration.

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。まず、本実施形態に係るモニタリング用ファイバカプラを用いた光ファイバ式物理量測定装置(光ファイバ式物理量測定センサ)の一例として、光ファイバ温度センサを図3で説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. First, an optical fiber temperature sensor will be described with reference to FIG. 3 as an example of an optical fiber physical quantity measuring device (optical fiber physical quantity measuring sensor) using the monitoring fiber coupler according to the present embodiment.

図3に示すように、光ファイバ温度センサ31は、センサ本体32と、LDモジュール36から波長分離機能を有する光フィルタモジュール37まで設けられる装置内光ファイバ33および温度測定用の測定用光ファイバ(センサファイバ)34と、後述するセンサ本体32内の制御手段を制御し、測定箇所の温度を表示する外部演算処理手段としての表示・制御用パソコン35とで構成される。   As shown in FIG. 3, the optical fiber temperature sensor 31 includes a sensor body 32, an in-device optical fiber 33 provided from the LD module 36 to the optical filter module 37 having a wavelength separation function, and a measurement optical fiber for temperature measurement ( Sensor fiber) 34 and a display / control personal computer 35 as an external arithmetic processing means for controlling the control means in the sensor main body 32 to be described later and displaying the temperature of the measurement location.

センサ本体32は、波長λ0のパルス光信号(以下、単に光ともいう)L0を出射する光源としてのLDモジュール36と、パルス光信号を透過し、他方、後方散乱光を波長分離する光フィルタモジュール37と、後方散乱光からレイリー散乱光、St光、As光をそれぞれ受光して電気信号に変換する3個の受光器38と、制御手段としての信号処理回路39および制御回路40とで主に構成される。   The sensor body 32 includes an LD module 36 serving as a light source that emits a pulsed light signal (hereinafter also simply referred to as light) L0 having a wavelength λ0, and an optical filter module that transmits the pulsed light signal and separates the backscattered light by wavelength. 37, three light receivers 38 for receiving Rayleigh scattered light, St light, and As light from back scattered light and converting them into electrical signals, and a signal processing circuit 39 and a control circuit 40 as control means. Composed.

装置内光ファイバ33は、シングルモード光ファイバ33sとマルチモード光ファイバ33mとを接続して構成される。   The in-device optical fiber 33 is configured by connecting a single mode optical fiber 33s and a multimode optical fiber 33m.

詳細な説明は後述するが、本発明の第1の実施形態であるモニタリング用ファイバカプラ1(図1参照)は、装置内光ファイバ33のシングルモード光ファイバ33sにマルチモード光ファイバ4を接続して主に構成される。また、本発明の第2の実施形態であるモニタリング用ファイバカプラ21(図2参照)は、装置内光ファイバ33のシングルモード光ファイバ33sに傾斜面を形成して主に構成される。   Although detailed description will be given later, the monitoring fiber coupler 1 (see FIG. 1) according to the first embodiment of the present invention connects the multimode optical fiber 4 to the single mode optical fiber 33 s of the in-device optical fiber 33. Mainly composed. The monitoring fiber coupler 21 (see FIG. 2) according to the second embodiment of the present invention is mainly configured by forming an inclined surface on the single mode optical fiber 33 s of the in-device optical fiber 33.

測定用光ファイバ34としては、数kmの短距離で温度測定を行う場合、接続が簡単なマルチモード光ファイバ(MMF)を用いる。光フィルタモジュール37とSt光、As光を受光する受光器38間も、それぞれMMFで接続される。   As the measurement optical fiber 34, a multimode optical fiber (MMF) that is easily connected is used when measuring temperature at a short distance of several kilometers. The optical filter module 37 and the light receivers 38 that receive St light and As light are also connected by MMF.

LDモジュール36は、発光素子としてのLD41と、そのLD41を駆動するドライバ42とからなる。各受光器38は、APD(アバランシェフォトダイオード)43と、APD43の出力を増幅するプリアンプ44とからなる。また、各受光器38と信号処理回路39との間にはA/D(アナログ/デジタル)変換器45がそれぞれ接続される。   The LD module 36 includes an LD 41 as a light emitting element and a driver 42 that drives the LD 41. Each light receiver 38 includes an APD (avalanche photodiode) 43 and a preamplifier 44 that amplifies the output of the APD 43. An A / D (analog / digital) converter 45 is connected between each light receiver 38 and the signal processing circuit 39.

制御回路40は、測定用光ファイバ34から散乱するSt光強度とAs光強度を測定し、これらSt光強度とAs光強度比を基に、測定用光ファイバ34に沿った温度を演算する。また、制御回路40は、LDモジュール36の異常判定を行う機能や、LD41の出力を制御する機能、測定用光ファイバ34の故障点、障害点、異常点を検出するOTDR(Optical Time Domain Reflectometer:光パルス試験器)の機能(例えば、測定用光ファイバ34の損失、接続損失、側圧状態、曲げ状態、断線などの検出機能)も有する。   The control circuit 40 measures the St light intensity and the As light intensity scattered from the measurement optical fiber 34, and calculates the temperature along the measurement optical fiber 34 based on the St light intensity and As light intensity ratio. In addition, the control circuit 40 has a function of determining an abnormality of the LD module 36, a function of controlling the output of the LD 41, and an OTDR (Optical Time Domain Reflectometer: Detecting a failure point, a failure point, and an abnormal point of the measurement optical fiber 34. It also has a function of an optical pulse tester (for example, a detection function of loss, connection loss, side pressure state, bending state, disconnection, etc. of the measurement optical fiber 34).

信号処理回路39は、主に制御回路40に入力される前の信号を高速に演算処理するためのものである。制御回路40にはメモリなどの記憶手段を備えたCPUを用い、信号処理回路39にはFPGA(Field Programmable Gate Array)を用いる。   The signal processing circuit 39 is mainly for high-speed arithmetic processing of signals before being input to the control circuit 40. The control circuit 40 uses a CPU having storage means such as a memory, and the signal processing circuit 39 uses an FPGA (Field Programmable Gate Array).

さて、図1は、本発明の好適な第1の実施形態を示すモニタリング用ファイバカプラの概略図である。   FIG. 1 is a schematic view of a monitoring fiber coupler showing a preferred first embodiment of the present invention.

図1に示すように、第1の実施形態に係るモニタリング用ファイバカプラ1は、LD41から光フィルタモジュール37(図3参照)に至る光ファイバとしての装置内光ファイバ33を、LD41側がシングルモード光ファイバ(SMF)33sとなるように、同一外径のSMF33sと、一方のマルチモード光ファイバとしてのMMF33mとを接続して構成している。   As shown in FIG. 1, the monitoring fiber coupler 1 according to the first embodiment includes an in-device optical fiber 33 as an optical fiber from the LD 41 to the optical filter module 37 (see FIG. 3), and the LD 41 side has a single mode light. The SMF 33s having the same outer diameter and the MMF 33m as one multimode optical fiber are connected so as to be a fiber (SMF) 33s.

第1の実施形態では、SMF33sとMMF33mの端面同士を突き合わせて融着接続することで、接続部2を形成し、MMF33mからの後方散乱光の一部がSMF33sのクラッドに光結合するようにしている。ここでいう後方散乱光は、モニタリング用ファイバカプラ1を図3の光ファイバ温度センサ31に使用する場合、光フィルタモジュール37でSt光とAs光が波長分離されるので、レイリー散乱光である。   In the first embodiment, the end faces of the SMF 33s and the MMF 33m are brought into contact with each other so as to be fusion-bonded to form the connection portion 2 so that a part of the backscattered light from the MMF 33m is optically coupled to the cladding of the SMF 33s. Yes. When the monitoring fiber coupler 1 is used in the optical fiber temperature sensor 31 of FIG. 3, the back scattered light here is Rayleigh scattered light because the St light and As light are wavelength-separated by the optical filter module 37.

さらに、モニタリング用ファイバカプラ1は、SMF33sのクラッドと、他方のマルチモード光ファイバとしてのモニタリング用のMMF4とを接続させ、光結合部(MMFカプラ)3を構成している。   Further, the monitoring fiber coupler 1 connects the cladding of the SMF 33 s and the monitoring MMF 4 as the other multimode optical fiber to constitute an optical coupling unit (MMF coupler) 3.

ここで、SMF33sのクラッドとモニタリング用のMMF4とは、SMF33sとモニタリング用のMMF4のコア同士の光結合を無視できる程度(本実施の形態では、光結合効率を0.1dB未満とした)に、SMF33sのコアとMMF4のコアとの間にギャップを設けつつ、クラッド同士が光結合するように、SMF33sのクラッド側面にモニタリング用のMMF4を接続したものである。   Here, the cladding of the SMF 33s and the MMF 4 for monitoring are such that the optical coupling between the cores of the SMF 33s and the monitoring MMF 4 can be ignored (in this embodiment, the optical coupling efficiency is less than 0.1 dB). The monitoring MMF 4 is connected to the side surface of the cladding of the SMF 33 s so that the cladding is optically coupled while providing a gap between the core of the SMF 33 s and the core of the MMF 4.

SMF33sのクラッドとモニタリング用のMMF4との接続は、例えば、SMF33sとモニタリング用のMMF4を隣接させ、接続する部分をアーク放電で融着して行う。モニタリング用のMMF4は、一端が1個目の受光器38(図3参照)に光結合され、他端が反射防止などのために終端処理される。   The connection between the cladding of the SMF 33 s and the monitoring MMF 4 is performed, for example, by adjoining the SMF 33 s and the monitoring MMF 4 and welding the connected portions by arc discharge. One end of the MMF 4 for monitoring is optically coupled to the first light receiver 38 (see FIG. 3), and the other end is terminated to prevent reflection.

本実施形態では、SMF33sとしてコア径10μm/クラッド径125μmのシングルモード光ファイバ、MMF33mやMMF4としてコア径62.5μm/クラッド径125μmのマルチモード光ファイバを用いた。   In this embodiment, a single mode optical fiber having a core diameter of 10 μm / cladding diameter of 125 μm is used as the SMF 33 s, and a multimode optical fiber having a core diameter of 62.5 μm / cladding diameter of 125 μm is used as the MMF 33 m or MMF4.

モニタリング用ファイバカプラ1とLD41の光接続は、接続部2と光結合部3を形成してモニタリング用ファイバカプラ1を作製した後、そのSMF33sとLD41を調心して光結合するとよい。   The optical connection between the monitoring fiber coupler 1 and the LD 41 may be performed by forming the connection portion 2 and the optical coupling portion 3 to produce the monitoring fiber coupler 1 and then aligning the SMF 33s and the LD 41 for optical coupling.

モニタリング用ファイバカプラ1は、図3の光ファイバ温度センサ31において、後方散乱光の一部をモニタリングするモニタリング部(図3中の点線で囲んだ部分)として使用される。   The monitoring fiber coupler 1 is used as a monitoring unit (portion surrounded by a dotted line in FIG. 3) for monitoring a part of the backscattered light in the optical fiber temperature sensor 31 of FIG.

図1及び図3を用いて、第1の実施形態の作用を光ファイバ温度センサ31の動作と共に説明する。   The operation of the first embodiment will be described together with the operation of the optical fiber temperature sensor 31 with reference to FIGS. 1 and 3.

LDモジュール36から出射された波長λ0の光L0は、SMF33sからMMF33mを介して光フィルタモジュール37に入射される。更に光L0は光フィルタモジュール37を透過し、測定用光ファイバ34に入射される。このとき、図1に示すように接続部2において、コア径が小さいSMF33sからコア径が大きいMMF33mに光L0が入射されるため、損失はほぼ0である。   The light L0 having the wavelength λ0 emitted from the LD module 36 enters the optical filter module 37 from the SMF 33s via the MMF 33m. Further, the light L 0 passes through the optical filter module 37 and enters the measurement optical fiber 34. At this time, as shown in FIG. 1, the light L0 is incident on the connecting portion 2 from the SMF 33s having a small core diameter to the MMF 33m having a large core diameter, and thus the loss is almost zero.

その後、測定用光ファイバ34の各点から戻ってきた後方散乱光は、光フィルタモジュール37でレイリー散乱光(厳密にはブリルアン散乱光を含む)、St光、As光に波長分離される。   Thereafter, the backscattered light returned from each point of the measurement optical fiber 34 is wavelength-separated into Rayleigh scattered light (including strictly Brillouin scattered light), St light, and As light by the optical filter module 37.

そして、レイリー散乱光は、MMF33mに再入射され、接続部2において、コア径が大きいMMF33mからコア径が小さいSMF33sに入射される。このとき、レイリー散乱光の一部がSMF33sのクラッドに光結合されてクラッディングモード光LMとなり、SMF33sのクラッド内を伝搬する。   The Rayleigh scattered light is re-incident on the MMF 33m, and enters the SMF 33s having a small core diameter from the MMF 33m having a large core diameter at the connection portion 2. At this time, a part of the Rayleigh scattered light is optically coupled to the cladding of the SMF 33s to become the cladding mode light LM and propagates in the cladding of the SMF 33s.

クラッディングモード光LMは、光結合部3に達すると、その一部がモニタリング用のMMF4のコアに光結合され、MMF4のコアを伝搬し、モニタ光mとして図3の1個目の受光器38で受光される。他方、As光とSt光は、光フィルタモジュール37において分波され、それぞれ2個目、3個目の受光器38で受光される。   When the cladding mode light LM reaches the optical coupling unit 3, a part of the cladding mode light LM is optically coupled to the core of the MMF 4 for monitoring, propagates through the core of the MMF 4, and is the first light receiver in FIG. The light is received at 38. On the other hand, the As light and the St light are demultiplexed by the optical filter module 37 and received by the second and third light receivers 38, respectively.

モニタ光m、As光、St光は、各A/D変換器45、信号処理回路39を介して制御回路40に入力される。制御回路40は、サンプリング時間間隔ごとに、測定用光ファイバ34各点からのSt光とAs光の強度比を求め、この強度比から測定箇所の温度を求める。サンプリング時間間隔は距離分解能によって変わる。求めた温度はパソコン35に表示される。   The monitor light m, As light, and St light are input to the control circuit 40 via each A / D converter 45 and the signal processing circuit 39. The control circuit 40 obtains the intensity ratio of St light and As light from each point of the measurement optical fiber 34 at each sampling time interval, and obtains the temperature of the measurement location from this intensity ratio. The sampling time interval depends on the distance resolution. The obtained temperature is displayed on the personal computer 35.

ただし、St光とAs光は非常に微弱なので、温度測定は繰り返し行い、得られたデータを前回のデータに加算し、加算結果を利用して温度計算し、各点の温度結果を得る。位置情報は、光が測定用光ファイバ34に入射してから後方散乱光を受信するまでの時間差から求める。   However, since the St light and As light are very weak, the temperature measurement is repeated, and the obtained data is added to the previous data, and the temperature is calculated using the addition result to obtain the temperature result at each point. The position information is obtained from the time difference from when the light enters the measurement optical fiber 34 until the backscattered light is received.

さらに、制御回路40は、1個目の受光器38で検出したモニタ光mに基づき、LD41のモニタリングを行い、ドライバ42をフィードバック制御してLD41の駆動電流を制御する。   Further, the control circuit 40 monitors the LD 41 based on the monitor light m detected by the first light receiver 38, and feedback-controls the driver 42 to control the drive current of the LD 41.

制御回路40は、LD41がフィードバック制御の命令にしたがって作動しなかったり、出力が低下したりするなどの異常時には、LD41が異常であると判定し、警告信号をパソコン35に送信し、その旨をパソコン35に表示させたり、LD41の作動を停止したりする。   The control circuit 40 determines that the LD 41 is abnormal when the LD 41 does not operate in accordance with the feedback control command or the output is reduced, and sends a warning signal to the personal computer 35 to indicate that. It is displayed on the personal computer 35 or the operation of the LD 41 is stopped.

また、制御回路40は、モニタ光mから測定用光ファイバ34に沿った伝送損失を測定することで、測定用光ファイバ34の損失、接続損失、側圧状態、曲げ状態、断線、これらの場所(箇所)などを検出する。制御回路40は、これらの検出に基づき、信号測定用光ファイバ34の故障点、障害点、異常点がある場合には、警告信号をパソコン35に送信し、その旨をパソコン35に表示させる。   Further, the control circuit 40 measures the transmission loss along the measurement optical fiber 34 from the monitor light m, so that the loss of the measurement optical fiber 34, the connection loss, the side pressure state, the bending state, the disconnection, and these locations ( ) Etc. are detected. Based on these detections, the control circuit 40 transmits a warning signal to the personal computer 35 and displays it on the personal computer 35 when there is a failure point, fault point, or abnormal point in the signal measuring optical fiber 34.

このように、モニタリング用ファイバカプラ1は、主としてMMFで構成される装置内光ファイバ33の一部をSMF33sとし、そのSMF33sのクラッドとモニタリング用のMMF4を接続して形成される。   As described above, the monitoring fiber coupler 1 is formed by connecting a part of the in-device optical fiber 33 mainly composed of MMF to SMF 33s and connecting the cladding of the SMF 33s and the monitoring MMF 4 to each other.

従来の光ファイバ温度センサは、光源にレイリー散乱光が戻ってくる構成が一般的であり、レイリー散乱光を利用していなかった。しかし、モニタリング用ファイバカプラ1では、SMF33sとMMF33mの接続部2でレイリー散乱光の一部を取り出し、これをSMF33sのクラッドに接続したモニタリング用のMMF4で受光器38に向けて出力する。   A conventional optical fiber temperature sensor generally has a configuration in which Rayleigh scattered light returns to a light source, and does not use Rayleigh scattered light. However, in the monitoring fiber coupler 1, a part of the Rayleigh scattered light is extracted by the connection part 2 between the SMF 33 s and the MMF 33 m and is output to the light receiver 38 by the monitoring MMF 4 connected to the cladding of the SMF 33 s.

本実施形態に係るモニタリング用ファイバカプラ1によれば、モニタ用PDを備えた高価なLDを用いる必要がない。また、レイリー散乱光を利用するため、LD41からの出射光をモニタリングする必要がない。これにより、LD41からの光パワーをロスすることなく、LD41をモニタリングできる。   According to the monitoring fiber coupler 1 according to the present embodiment, it is not necessary to use an expensive LD provided with a monitoring PD. Further, since Rayleigh scattered light is used, there is no need to monitor the light emitted from the LD 41. Thereby, LD41 can be monitored, without losing the optical power from LD41.

すなわち、モニタリング用ファイバカプラ1によれば、簡単な構成でマルチモード光ファイバからの光の一部をモニタリングできる。   That is, according to the monitoring fiber coupler 1, a part of light from the multimode optical fiber can be monitored with a simple configuration.

特に、このモニタリング用ファイバカプラ1を用いて光ファイバ温度センサ31を構成すれば、LD41のモニタリングを行いつつ、測定用光ファイバ34に沿った温度も測定できる。   In particular, if the optical fiber temperature sensor 31 is configured using this monitoring fiber coupler 1, the temperature along the measurement optical fiber 34 can be measured while monitoring the LD 41.

モニタリング用ファイバカプラ1を用いれば、測定用光ファイバ34の故障点、障害点、異常点を検出するOTDRの機能を簡単に追加した光ファイバ温度センサ31も得られる。   If the monitoring fiber coupler 1 is used, an optical fiber temperature sensor 31 to which an OTDR function for detecting a failure point, a failure point, and an abnormal point of the measurement optical fiber 34 is simply added can be obtained.

次に、第2の実施形態を説明する。   Next, a second embodiment will be described.

図2に示すように、モニタリング用ファイバカプラ21は、装置内光ファイバ33をSMF33sとMMF33mで構成する点は、図1のモニタリング用ファイバカプラ1と同じである。   As shown in FIG. 2, the monitoring fiber coupler 21 is the same as the monitoring fiber coupler 1 of FIG. 1 in that the in-device optical fiber 33 is composed of SMF 33s and MMF 33m.

このモニタリング用ファイバカプラ21は、MMF33mと接続される、SMF33sの接続端部のクラッドに、光結合部としての反射面となる傾斜面23を形成し、その傾斜面23を形成したSMF33sの端面とMMF33mの端面同士を、LD41の出射光に対して透明な接着剤(例えば、UV(紫外線)硬化型樹脂)で接続して接続部22を形成したものである。   This monitoring fiber coupler 21 is formed with an inclined surface 23 serving as a reflection surface as an optical coupling portion on the cladding of the connection end portion of the SMF 33s connected to the MMF 33m, and an end surface of the SMF 33s on which the inclined surface 23 is formed. The end faces of the MMF 33m are connected to each other by an adhesive (for example, UV (ultraviolet ray) curable resin) that is transparent to the light emitted from the LD 41 to form the connection portion 22.

図2では、SMF33sのクラッドの下部に傾斜面23を形成した例を示した。傾斜面23は、SMF33sの接続部22のクラッドの一部を、SMF33sの光軸と直交する方向に対し、接続部22側からSMF33s側へ向かって略45°傾斜するように形成されている。   In FIG. 2, the example which formed the inclined surface 23 in the lower part of the clad | crud of SMF33s was shown. The inclined surface 23 is formed so that a part of the cladding of the connection part 22 of the SMF 33s is inclined by approximately 45 ° from the connection part 22 side toward the SMF 33s side with respect to the direction orthogonal to the optical axis of the SMF 33s.

傾斜面23は、SMF33sのコアに近接する側の傾斜面の一端から、傾斜面23側のSMF33sのコアとクラッドの境界までの距離を10μm以上設けて形成される。   The inclined surface 23 is formed such that a distance from one end of the inclined surface on the side close to the core of the SMF 33 s to the boundary between the core of the SMF 33 s on the inclined surface 23 side and the cladding is 10 μm or more.

モニタリング用ファイバカプラ21では、接続部22において、レイリー散乱光の一部がMMF33mから空間部に出射され、さらに傾斜面23で(図2では下方向に)反射されてモニタ光mとして受光器38へ向けて出力される。   In the monitoring fiber coupler 21, a part of the Rayleigh scattered light is emitted from the MMF 33 m to the space portion at the connection portion 22, and further reflected by the inclined surface 23 (downward in FIG. 2) to be received as the monitor light m. Is output to

傾斜面23で反射されたモニタ光mは、受光器38で直接受光すればよい。また、センサ本体32内の構造によっては、モニタ光mを集光レンズなどによりマルチモード光ファイバに光結合し、センサ本体32内の所望の場所に設けられた受光器38に受光させてもよい。   The monitor light m reflected by the inclined surface 23 may be directly received by the light receiver 38. Further, depending on the structure in the sensor main body 32, the monitor light m may be optically coupled to the multimode optical fiber by a condenser lens or the like and received by a light receiver 38 provided at a desired location in the sensor main body 32. .

これにより、モニタリング用ファイバカプラ21によっても、モニタリング用ファイバカプラ1と同じ作用効果が得られる。   Thereby, the same effect as the monitoring fiber coupler 1 can be obtained by the monitoring fiber coupler 21.

上記実施形態では、発光素子としてLDを用いた例で説明したが、数km程度の短距離であれば、LEDを用いてもよい。   In the above embodiment, an example in which an LD is used as a light emitting element has been described. However, an LED may be used as long as the distance is about several kilometers.

また、上記実施形態では、物理量測定センサとして光ファイバ温度センサ31を例に挙げて説明したが、ひずみセンサなどに各実施形態のモニタリング用ファイバカプラを使用してもよい。   In the above embodiment, the optical fiber temperature sensor 31 is described as an example of the physical quantity measurement sensor. However, the monitoring fiber coupler of each embodiment may be used for a strain sensor or the like.

例えば、上記実施形態で後方散乱光から波長分離したレイリー散乱光は、厳密には、波長λ0から約10GHz周波数シフトしたブリルアン散乱光を含む。そこで、図1や図2の各光結合部の後段(下流側)に、ブリルアン散乱光を波長分離する光フィルタを設け、図3のセンサ本体32内に4個目の受光器38、A/D変換器45を設ければ、測定用光ファイバ34に発生したひずみも測定できる。   For example, the Rayleigh scattered light wavelength-separated from the back scattered light in the above embodiment strictly includes Brillouin scattered light shifted from the wavelength λ0 by about 10 GHz. Therefore, an optical filter for wavelength-separating the Brillouin scattered light is provided at the subsequent stage (downstream side) of each optical coupling section in FIGS. 1 and 2, and the fourth light receiver 38, A / If the D converter 45 is provided, the strain generated in the measurement optical fiber 34 can also be measured.

本発明の好適な第1の実施形態を示すモニタリング用ファイバカプラの概略図である。1 is a schematic view of a monitoring fiber coupler showing a preferred first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態を示すモニタリング用ファイバカプラの概略図である。It is the schematic of the fiber coupler for monitoring which shows the 2nd Embodiment of this invention. 図1に示したモニタリング用ファイバカプラを用いた光ファイバ温度センサの一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the optical fiber temperature sensor using the fiber coupler for monitoring shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 モニタリング用ファイバカプラ
2 接続部
3 光結合部
4 モニタリング用マルチモード光ファイバ(他方のマルチモード光ファイバ)
33 装置内光ファイバ
33s シングルモード光ファイバ
33m マルチモード光ファイバ(一方のマルチモード光ファイバ)
41 LD(発光素子)
LM クラッディングモード光
m モニタ光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fiber coupler for monitoring 2 Connection part 3 Optical coupling part 4 Multimode optical fiber for monitoring (the other multimode optical fiber)
33 In-device optical fiber 33s Single mode optical fiber 33m Multimode optical fiber (one multimode optical fiber)
41 LD (light emitting device)
LM cladding mode light m monitor light

Claims (3)

シングルモード光ファイバと一方のマルチモード光ファイバとの端面同士を接続し、更に上記シングルモード光ファイバの長手方向のクラッドの一部と他方のマルチモード光ファイバとを接続したことを特徴とするモニタリング用ファイバカプラ。   Monitoring is characterized in that end faces of a single mode optical fiber and one multimode optical fiber are connected to each other, and a part of the longitudinal cladding of the single mode optical fiber is connected to the other multimode optical fiber. Fiber coupler. シングルモード光ファイバのクラッドの一部に傾斜面が形成され、上記シングルモード光ファイバの上記傾斜面が形成された接続側端部と、マルチモード光ファイバの端面とが接続されたことを特徴とするモニタリング用ファイバカプラ。   An inclined surface is formed in a part of the clad of the single mode optical fiber, and the connection side end portion where the inclined surface of the single mode optical fiber is formed is connected to the end surface of the multimode optical fiber. Monitoring fiber coupler. 温度や歪みなどの物理量を光学的に測定するためのパルス信号を生成する光源と、上記パルス光信号が伝搬する測定用光ファイバと、上記測定用光ファイバからの後方散乱光を受光する受光器とを備えた光ファイバ式物理量測定装置において、上記後方散乱光の一部をモニタリングするモニタリング部として、請求項1または2記載のモニタリング用ファイバカプラを用いたことを特徴とする光ファイバ式物理量測定装置。   A light source that generates a pulse signal for optically measuring a physical quantity such as temperature and strain, a measurement optical fiber through which the pulse light signal propagates, and a light receiver that receives backscattered light from the measurement optical fiber An optical fiber type physical quantity measuring apparatus comprising: a monitoring fiber coupler according to claim 1 or 2 as a monitoring unit for monitoring a part of the backscattered light. apparatus.
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