JP2008309776A - 光ファイバ振動センサ - Google Patents

Abstract

【課題】検出感度のよい光ファイバ振動センサを提供する。
【解決手段】光ファイバ振動センサは、光源と、受光器と、光分岐結合部と、信号処理ユニットと、光ファイバからなるファイバループ部を含む。ファイバループ部を構成する光ファイバの一部が光ファイバ振動センサの本体の筐体内に設けられ、上記ファイバループ部を構成する光ファイバの他の部分は振動検出用光ファイバとして上記筐体の外部に敷設される。
【選択図】図１

Description

本発明は、検出感度のよい光ファイバ振動センサに関する。

従来、ループ状の光ファイバ中に左右両回りの光を伝搬させ、周回した左右両回り光を干渉させ、その干渉光の強度変化を測定することで光ファイバに加えられた物理的外乱（振動、衝撃）を検出するセンサとして、図７のようなサニャック干渉方式の振動センサが知られている。

図７において、光ファイバ振動センサ１０１は、光源１０２と、受光器１０３と、光ファイバからなるファイバループ部１０４と、該ファイバループ部１０４に上記光源１０２からの光を左右両回りに入射させると共に、上記ファイバループ部１０４から出射された左右両回りの出射光を干渉させて干渉光を上記受光器に導く光分岐結合部１０５と、上記受光器１０３が受光した干渉光の受信信号を処理する信号処理ユニット１０６とを備え、上記ファイバループ部１０４を構成する光ファイバを振動検出用光ファイバとして振動検出対象物に敷設したものである。

ファイバループ部１０４をフェンスに敷設しておくと、フェンスが揺れたとき、ファイバループ部１０４に回転角速度が生じたときと同じような受光信号が得られる。サニャック干渉方式振動センサでは、振動数や振幅の絶対値は検出できないが、あらかじめ何か特定のものがフェンスに当たったときの受光信号の変化を調べて比較用サンプルとしておき、その後検出される受光信号の変化を比較用サンプルと比較して特定のものがフェンスに当たったことを認識するようにできる。この方式は、立ち入り禁止区域、民家などで人がフェンスを揺すったことを検知したり、道路や鉄道の防護壁が落石で揺れたことを検知することに応用できる。

特開２００３−２４７８８７号公報

しかしながら、特開２００３−２４７８８７号公報に開示されるサニャック干渉方式振動センサは、ファイバループ部１０４の場所によって感度が異なるという感度特性を有する。これは、ファイバループ部１０４のループ長方向中央部近傍では、光分岐結合部で分岐された左右両回りの光がほぼ同時刻に通過するため、振動による位相差が発生しにくいことによる。特に、ファイバループ部１０４の中間点では感度はゼロとなる。このため、ファイバループ部１０４が敷設された振動検出対象物において、場所によって振動を検知する感度が不均一になる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、良好かつ均一の検出感度を有する光ファイバ振動センサを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、光源と、受光器と、光を分岐又は結合する光分岐結合部と、上記受光器からの受信信号を処理する信号処理ユニットと、上記光分岐結合部により分岐された光をそれぞれ左回り光・右回り光として伝搬するファイバループ部と、上記光源、上記受光器、上記光分岐結合部、上記信号処理ユニット及び上記ファイバループ部の一部を収納する筐体とを備え、上記光分岐結合部の一側が上記光源と上記受光器に接続され、他側が上記ファイバループ部に接続された光ファイバ振動センサにおいて、上記光分岐結合部は、上記光源及び上記受光器が接続される第１光カプラと、上記第１光カプラからの光を直線偏光する偏光子と、上記偏光子からの光を分岐して上記ファイバループ部にそれぞれ入射すると共に上記ファイバループ部からの出射光を結合する第２光カプラとを備え、上記ファイバループ部には位相変調器が設けられると共に、上記ファイバループ部を構成する光ファイバの一部が光ファイバ遅延部として上記筐体内に設けられ、上記ファイバループ部を構成する残りの光ファイバは振動検出用光ファイバとして上記筐体の外部に敷設されるものである。

上記光ファイバ遅延部は、上記ファイバループ部を構成する光ファイバの少なくとも半分の長さを有してもよい。

上記振動検出用光ファイバは、並列に並べた２心の光ファイバの一端同士を直接または折り返し用光ファイバを用いて接続して形成されてもよい。

上記振動検出用光ファイバは、上記筐体の外部に設けられた上記ファイバループ部が折り返されると共に可撓性を有するチューブ内に設けられてもよい。

上記筐体と、該筐体に対して着脱自在に設けられた上記振動検出用光ファイバとを備えてもよい。

上記光源、上記受光器、上記光分岐結合部に用いられる光ファイバ及び上記ファイバループ部を構成する光ファイバが偏波面保存ファイバであってもよい。

更に、本発明は、光源と、
受光器と、
左回り光・右回り光を伝搬するループ構造を備えたファイバループ部と、
一側が上記光源と上記受光器に接続され、他側が上記ファイバループ部に接続され、光源から出力された光を分岐して上記ファイバループ部に入力し、ファイバループから出力された光を結合して受光器に入力する光分岐結合部と、
左回り光と右回り光に位相差を与える位相変調器とからなり、
ファイバループ部の一部は測定対象に敷設されるセンサケーブルを構成し、ファイバループ部の少なくとも半分はセンサケーブル外に設けられることを特徴とする光ファイバ振動センサを提供する。

センサケーブルは並列に配置された２つの光ファイバ部で構成してもよい。

ファイバループ部の半分の部分の一部は光ファイバ遅延部を構成してもよい。

光分岐結合部は偏光子を有してもよい。

２つの光ファイバ部は１本の光ファイバを折り返すことにより形成してもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）検出感度がよい。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

（光ファイバ振動センサ１の構成）
図１、図２（ａ）、図２（ｂ）、図３（ａ）、図３（ｂ）及び図４に示されるように、本願発明に係る光ファイバ振動センサ１は、筐体１０ａを含む振動センサ本体１０と、振動センサ本体１０の筐体１０ａ外に敷設される振動検出用光ファイバ９とで構成される。

図１に示されるように、振動センサ本体１０は、光源２と、受光器３と、光を分岐又は結合する光分岐結合部５と、受光器３からの受信信号を処理する信号処理ユニット７と、筐体１０ａと、一部が振動検出用光ファイバ９として筐体１０ａの外に敷設されるファイバループ部（光閉回路）４とを備える。

ファイバループ部４は、筐体１０ａ内に、位相変調器６と、光ファイバ遅延部８を備える。光ファイバ遅延部８は、ファイバループ部４の半分の長さを有する光ファイバ８ｂを備える。各部の詳しい構成については、後段にて説明する。

光源２には、可干渉距離の短いレーザダイオード（ＬＤ）や、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を用い、受光器３には、フォトダイオード（ＰＤ）を用いる。光源２、受光器３にはそれぞれ接続用光ファイバが接続され、後述する光分岐結合部５と接続される。

光分岐結合部５は、光源２及び受光器３に接続される第１光カプラ１８ａと、後述するファイバループ部に接続される第２光カプラ１８ｂと、第１光カプラ１８ａと第２光カプラ１８ｂとの間に接続される偏光子１９とを備えたものである。

図１及び図２（ａ）に示されるように、偏光子１９は、第１光カプラ１８ａと第２光カプラ１８ｂとを接続する光ファイバ１９ａの一部をコイル状に形成すると共に、コアの複屈折を大きくしたファイバ型の偏光子である。

図１の点線によって示されるように、ファイバループ部４は、光分岐結合部５を構成する第２光カプラ１８ｂに接続されると共に、第２光カプラ１８ｂにより分岐された光が、それぞれ左回り・右回りに周回（伝搬）するように光路を形成した光ファイバからなる。

ファイバループ部４を周回した左回り光、右回り光の干渉光強度はｃｏｓφ（φ；サニャック位相差）に比例するため、微妙な位相差に対する検出感度が低くなる。そこで、微妙な位相差に対する検出感度をあげるために、左回り光、右回り光にπ／２相当の位相差を生じさせる位相変調器６が設けられる。

ファイバループ部４に設けられた位相変調器６は、ファイバループ部４を伝搬する左回り光・右回り光にそれぞれ相対的に時間遅れのある位相変調をかけるものである。

本実施の形態では、図２（ｂ）に示されるように、位相変調器６は、円筒状のピエゾセラミック（ＰＺＴ）６ａにファイバループ部４の一部を形成する光ファイバ６ｂを巻き付けて形成し、円筒形のＰＺＴ６ａへ印加する電圧により円筒形のＰＺＴ６ａに巻き付けた光ファイバ６ｂを伸縮させて伝搬光の位相を変調するものとした。

信号処理ユニット７は、受光器３から出力された受信信号を処理して、振動が生じた場所、振動の大きさ等を特定する。また、光源２の出力レベルを制御するとともに、位相変調器６の変調レベルも制御する。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示されるように、光ファイバ遅延部８は、ボビン８ａとボビン８ａに巻き回して所定の長さの光ファイバ８ｂを一箇所に集中させて配置したものである。本実施の形態では、光ファイバ遅延部８の光ファイバ８ｂは、ファイバループ部４の光路長の半分以上に相当する長さを有する。光ファイバ遅延部８の光ファイバ８ｂは、一方向（ＣＷ）に巻いた部分８ｂ−１と反対方向（ＣＣＷ）に巻いた部分８ｂ−２とにより形成され、一方向に巻いた部分（ＣＷ部）８ｂ−１と反対方向に巻いた部分（ＣＣＷ部）８ｂ−２とでは、互いにファイバ長、巻き回数を等しくして、光ファイバ８ｂのＣＷ部８ｂ−１とＣＣＷ部８ｂ−２の断面積（ループ面積）が等しくなるように形成される。例えば、光ファイバ遅延部８を構成するファイバループ部４の光ファイバ８ｂの中間点Ｍ１を適宜決定し、この中間点Ｍ１で折り返した片側部分と反対側部分とを平行に揃えてボビン８ａの周囲に巻き取ることにより形成するとよい。

これにより、振動センサ本体１０（すなわち筐体１０ａ）に衝撃や振動が加わる、又は振動センサ本体１０が回転するなどした場合でも、筐体１０ａ内に収納された光ファイバ遅延部８が回転運動を検知せず、振動の検出に誤動作を生じることがない。

一方、振動検出用光ファイバ９は、振動検出対象物に敷設するようになっており、好適には図４の形態で形成される。

図１の光ファイバ振動センサ１は、従来の装置と以下の点で異なる。従来の装置では、ファイバループ部１０４の全長を振動検出対象物に敷設するようになっている。一方、図１に示される光ファイバ振動センサ１では、ファイバループ部４が、振動検出対象物には敷設されない光ファイバ遅延部８の光ファイバ８ｂと振動検出対象物に敷設する振動検出用光ファイバ９により構成される点が異なる。

光源２、受光器３、光分岐結合部５に用いられる光ファイバ及びファイバループ部４を構成する光ファイバは、偏波面保存ファイバであるのが好ましい。

図１及び図４に示されるように、振動検出用光ファイバ９は、振動センサ本体１０の筐体１０ａの外部に敷設される。本実施の形態では、振動検出用光ファイバ９を振動センサ本体１０に対して着脱自在に設ける構造とした。つまり、ファイバループ部４は、振動センサ本体１０内に設けられる位相変調器６や光ファイバ遅延部８などを構成する光ファイバと、振動センサ本体１０の外部に設けられる振動検出用光ファイバ９とからなり、振動センサ本体１０内のファイバループ部４の一部分を構成する光ファイバと、振動センサ本体１０外のファイバループ部４の他の部分を構成する振動検出用光ファイバ９とは、振動センサ本体１０の筐体外部に設けられるレセプタクル部１１，１２により接続される。

図４に示されるように、振動センサ本体１０には、筐体１０ａの外表面にレセプタクル部１１，１２が設けられ、振動検出用光ファイバ９の両端に設けられた光コネクタ１３ａ，１３ｂと接続される。これにより、ファイバループ部４の一部を構成する振動センサ本体１０内の光ファイバと、同じくファイバループ部４の他の部分を構成する振動検出用光ファイバ９とが接続され、ファイバループ部４が構成される。振動検出用光ファイバ９を振動センサ本体１０に対して着脱自在に設けることで、フェンス等への振動検出用光ファイバ９の敷設が容易となる。

振動検出用光ファイバ９は、並列に並べた２心の光ファイバ１４ａ，１４ｂと、これら２心の光ファイバ１４ａ，１４ｂの一端で２心の光ファイバ１４ａ，１４ｂを接続する接続部１５とを備えるものである。２心の光ファイバ１４ａ，１４ｂは、可撓性チューブ１６に収容される。

ここでは、振動検出用光ファイバ９と可撓性チューブ１６の全体をセンサケーブル１７と呼ぶ。センサケーブル１７は、ファイバループ部４の一部からなり往復光のために並列に配置された光ファイバ１４ａ，１４ｂと、光ファイバ１４ａ，１４ｂを１本にまとめる可撓性チューブ１６とからなり、振動センサ本体１０に対して着脱自在に構成されている。センサケーブル１７を振動検出対象物に敷設し、そのセンサケーブル１７を振動センサ本体１０に装着することで振動検出が可能になる。例えば、振動検出用光ファイバ９を金網製フェンスに敷設する場合、樹脂製締結具を用いてセンサケーブル１７を金網に締結する。

本実施の形態では、２心の光ファイバ１４ａ，１４ｂを可撓性チューブ１６内に備えた光ファイバケーブルを用いて振動検出用光ファイバ９を構成した。接続部１５は、光ファイバケーブルの先端の光ファイバコーティングを所定の距離（例えば１０ｍｍ）だけリムーブして２心の光ファイバを露出させ、その２心の光ファイバ１４ａ，１４ｂを接続して、その接続部をリコートして形成される。その後、接続部１５を含む部分的にリムーブされた２心の光ファイバ１４ａ，１４ｂを光ファイバ収納ケース（図示せず）に許容曲げ径の範囲内で収納する構成とした。

収納ケースは樹脂又は金属製からなり、接続部１５、及びリムーブされた２心の光ファイバ１４ａ，１４ｂは、収納ケースに樹脂によりポッティングして固定される。１本の光ファイバを折り返して振動検出用光ファイバ９を構成してもよいが、ケーブルをフェンスに固定する作業の際の取り扱い等を考慮すると、２心の光ファイバを有する光ファイバケーブルを用いて、２心の光ファイバを接続して、振動検出用光ファイバ９を提供するする構成のほうが好ましい。

（光ファイバ振動センサ１の動作）
次に、光ファイバ振動センサ１の動作を説明する。

光ファイバ振動センサ１は、サニャック干渉方式振動センサであり、ファイバループ部４を構成する光ファイバ１４（すなわち１４ａ又は１４ｂ）に振動が加わると、受光器３で検出される光信号の強度が変化する。

このとき、光ファイバ１４に加わる振動の振動周波数をｆｍ、振動が加えられた場所（光ファイバ１４上の長手方向位置）における左右回り光の伝搬遅延時間差をτ、左右回り光の位相差をφとすると、時間ｔの関数としての位相差φは、以下の関係式（１）で与えられる。

φ（ｔ）＝Ａ・ｓｉｎ（２π・ｆｍ・τ／２）・ｃｏｓ（２π・ｆｍ・ｔ）
…（１）
ここで、Ａは、振動の強度（振幅）に関する定数である。

ファイバループ部４の中間点Ｍ１では、左右回り光が同時刻に到達するので、伝搬遅延時間差τ＝０となる。このとき、光ファイバ１４に加わる振動があったとしても、関係式（１）より位相差φ＝０となる。つまり、ファイバループ部４の中間点Ｍ１では、振動に対する感度はゼロである。

ファイバループ部４の中間点Ｍ１から外れた場所では伝搬遅延時間差τが０以外の特定の値を持つので、光ファイバ１４に加わる振動があれば位相差φに値が生じる。中間点Ｍ１から離れるに従い伝搬遅延時間差τが大きくなるので、強度が同じ振動に対して位相差φが大きい。つまり、中間点Ｍ１から離れるに従い振動に対する感度は増大する。なお、伝搬遅延時間差τは非常に小さい値である。従って、関係式（１）中の正弦関数は一次式で近似できる。

具体的には、ファイバループ部４の全長を４００ｍとし、光ファイバコアの屈折率ｎ、光速ｃから伝搬遅延時間差τの最大値を求めると、
τ＝Ｌ・ｎ／ｃ
＝（４００×１．４７／（３×１０⁸））
＝１．９６×１０^-6
となる。

このとき、振動周波数ｆｍを最大で１００Ｈｚとすると、（ｆｍ・τ）は約２×１０^-4であり、非常に小さいので、関係式（１）の正弦関数は一次式で近似できる。よって、位相差φが伝搬遅延時間差τに比例する。すなわち、サニャック干渉方式振動センサの感度は伝搬遅延時間差τに比例する。

このように、サニャック干渉方式振動センサは、ファイバループ部の場所によって感度が異なるという感度特性を有する。

図５は、伝搬遅延時間差τを横軸にとり、位相差φに基づく振動検出信号強度を縦軸にとった感度特性図である。図５に示されるように、振動検出信号強度は伝搬遅延時間差τに比例する。伝搬遅延時間差τはファイバループ部４の中間点Ｍ１からの距離の関数であるから、横軸にファイバループ部４上の場所を示し、ファイバループ部４の感度特性図とすることができる。

したがって、従来の光ファイバ振動センサ１０１によれば、ファイバループ部１０４の全体を振動検出対象物に敷設すると、振動検出対象物に敷設されたファイバループ部１０４の場所によって振動を検知する感度が不均一になる。具体的には、ファイバループ部１０４の中間点では感度がゼロとなる。中間点の近辺は感度が大変に小さく、中間点からの距離が増大するに従い感度が増大してファイバループ部１０４の入出射側（光ファイバカプラの直近）で感度が最大となる。

本願発明の光ファイバ振動センサ１では、光ファイバ遅延部８がファイバループ部４を構成する光ファイバの全長の半分以上の長さを有することで、例えば、ファイバループ部４の中間点Ｍ１を振動検出用光ファイバ９の一端側と筐体１０ａとの接続点であるレセプタクル部１１に設ける構造とすることができる。そして、振動検出用光ファイバ９の他端側をレセプタクル部１２に接続することで、振動検出用光ファイバ９は一端側から他端側まで、振動検出用光ファイバ９の一端側からの距離に比例して感度がゼロから高くなっていく構造となる。また、振動検出用光ファイバ９の中間（折返し点）Ｃを含む接続部１５では、レセプタクル部１１近傍の感度とレセプタクル部１２近傍の感度との中間の感度となる。

本願発明では、筐体１０ａ外に設けられた振動検出用光ファイバ９を１本の可撓性チューブ１６内に設けることによりセンサケーブル１７を構成することで、センサケーブル１７は、往復光のために並列して設けられている２心の光ファイバ１４ａ，１４ｂの感度分布を重ね合わせると、長手方向における場所に関わらず均一となる。

図６（ａ）は、センサケーブル１７における振動センサ本体１０との接続点から折返点Ｃまでの距離を横軸にとり、位相差φに基づく振動検出信号強度を縦軸にとった感度特性図である。本発明のセンサケーブル１７の感度は、図６（ａ）の実線で示されるように、長手方向に一定である。破線で示されるように２本の光ファイバ１４ａ，１４ｂの感度が重畳されて一定値となることが分かる。

表１は、ファイバループ部の全長を４Ｌとし、図４に示されるファイバループ部４の各測定点Ｐ１〜Ｐ６における右回り距離と左回り距離を示す。このとき、光ファイバ遅延部８、振動検出用光ファイバ９以外を構成する光ファイバは、光ファイバ遅延部８の光ファイバ８ｂ、振動検出用光ファイバ９と比較して無視できる程度に短いものとする。例えば、ファイバループ部の全長は４００ｍ、位相変調器６を構成する光ファイバは１ｍである。

図４において、ｘは、センサ本体１０とセンサケーブル１７の測定点の間の距離である。表１に示されるように、レセプタクル部１１へ接続される測定点Ｐ１では右回り距離と左回り距離は（２Ｌ，２Ｌ）となる。光レセプタクル部１２へ接続される測定点Ｐ６では右回り距離と左回り距離は（４Ｌ，０）となる。ここで、光ファイバ遅延部８の光ファイバ８ｂの長さが２Ｌ、振動検出用光ファイバ９の長さが２Ｌだからである。本体１０から距離ｘの測定点Ｐ２及びＰ５では右回り距離と左回り距離は、（２Ｌ＋ｘ，２Ｌ−ｘ）及び（４Ｌ−ｘ，ｘ）となる。

図４の各測定点Ｐ１〜Ｐ６における左右回り距離差（表１では「差」と表記）は、０と４Ｌ（Ｐ１とＰ６）、２ｘと４Ｌ−２ｘ（Ｐ２とＰ５）、２Ｌと２Ｌ（Ｐ３とＰ４）となる。伝搬遅延時間差τは左右回り距離差に比例し、感度は伝搬遅延時間差τに比例するので、表１における差をそのまま感度としてみなすことができる。振動検出用光ファイバ９における左回り光と右回り光に対する光ファイバ１４ａ，１４ｂの感度を足し合わせると、場所によらず４Ｌとなる。この感度特性は、図６（ａ）の感度特性と一致する。

つまり、本実施の形態の光ファイバ振動センサでは、センサケーブル１７の任意の箇所に振動が生じても、一定の感度で振動を検知することができる。

これまでの実施形態では、光ファイバ遅延部８の光ファイバ８ｂの長さが２Ｌ、振動検出用光ファイバ９の長さが２Ｌであり、ファイバループ部４の長さの半分が光ファイバ遅延部８の光ファイバ８ｂに相当する。

しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、光ファイバ遅延部８の光ファイバ８ｂの長さがファイバループ部４の長さの半分以上であれば同様の効果が得られる。光ファイバ遅延部８の光ファイバ８ｂの長さがファイバループ部４の長さの半分を超えていると、図６（ａ）の本体接続点（例えば、図４のＰ１、Ｐ６）における振動検出信号強度が０より大となり、光ファイバ１４ａ，１４ｂの感度の及び全体の感度のグラフが上にシフトされ、感度（振動検出信号強度）は測定点によらず均一となる。

図６（ｂ）は、光ファイバ遅延部８の光ファイバ８ｂの長さがファイバループ部４の長さの半分を超えている場合の、センサケーブル１７における振動センサ本体１０との接続点から折返点Ｃまでの距離を横軸にとり、位相差φに基づく振動検出信号強度を縦軸にとった感度特性図である。図６（ｂ）に示すように、全体の感度は非常に改善されている。

また、上記の実施形態では、振動検出用光ファイバ９として、振動センサ本体１０の筐体１０ａの外に設けられる光ファイバ１４の全長を測定対象であるフェンス等に敷設した。しかし、光ファイバ振動センサ１の筐体１０ａから離れた場所にある測定対象の振動を検出する場合には、筐体１０ａ側の光ファイバ１４の一部は振動検出用光ファイバ９として用いる必要がない。従って、振動検出用光ファイバ９以外の光ファイバ１４の部分にファイバループ部４の中間点Ｍ１が存在するような場合には、光ファイバ遅延部８の光ファイバ８ｂの長さはファイバループ部４の全長の半分以下でよい。

換言すれば、ファイバループ部４の一部が、測定対象に敷設されるセンサケーブル１７を構成する場合に、ファイバループ部４の少なくとも半分の部分がセンサケーブル１７外であれば、光ファイバ振動センサ１の振動検出感度を改善することが可能である。更に、並列に配置された光ファイバ１４ａ，１４ｂからなる振動検出光ファイバ９をセンサケーブル１７とすることにより、光ファイバ振動センサ１の振動検出感度を均一にすることができる。

上記の実施形態では、ファイバループ部４を構成する光ファイバの一部である光ファイバ６ｂを用いて位相変調器６を形成し、所定の周波数の正弦波電圧を印加して伝搬光の位相を変調するオープンループ型の光ファイバ振動センサを構成したが、本願発明はこれに限らない。検知される伝搬光の位相を位相変調器にフィードバックするクローズドループ型の光ファイバ振動センサを構成してもよい。

上記の実施形態では、光分岐結合部５に第１光カプラ１８ａと第２光カプラ１８ｂを用いるダブルカプラ方式を採用したが、本願発明はこれに限らない。両端に２ポートを有する光カプラを用い、一端には光源２と受光器３を接続し、他端にはファイバループ部４の入出射側を接続するシングルカプラ方式としてもよい。さらに、光分岐結合部５に設けた偏光子１９を省略してもよい。

本発明の一実施形態を示す光ファイバ振動センサの構成図である。 図２において、（ａ）は偏光子の斜視図であり、（ｂ）は位相変調器の斜視図である。 図３において、（ａ）は光ファイバ遅延部の斜視図であり、（ｂ）は光ファイバ遅延部を側面視した説明図である。 図１の光ファイバ振動センサの実体図である。 サニャック干渉方式振動センサにおけるファイバループ部の感度特性図である。 図６において、（ａ）、（ｂ）は本発明におけるセンサケーブル（振動検出用光ファイバ）の感度特性図である。 従来の光ファイバ振動センサの構成図である。

符号の説明

１ 光ファイバ振動センサ
２ 光源
３ 受光器
４ ファイバループ部
５ 光分岐結合部
６ 位相変調器
７ 信号処理ユニット
８ 光ファイバ遅延部
９ 振動検出用光ファイバ
１７ センサケーブル

Claims (11)

1. 光源と、受光器と、光を分岐又は結合する光分岐結合部と、上記受光器からの受信信号を処理する信号処理ユニットと、上記光分岐結合部により分岐された光をそれぞれ左回り光・右回り光として伝搬するファイバループ部と、上記光源、上記受光器、上記光分岐結合部、上記信号処理ユニット及び上記ファイバループ部の一部を収納する筐体とを備え、上記光分岐結合部の一側が上記光源と上記受光器に接続され、他側が上記ファイバループ部に接続された光ファイバ振動センサにおいて、
   上記光分岐結合部は、上記光源及び上記受光器が接続される第１光カプラと、上記第１光カプラからの光を偏光する偏光子と、上記偏光子からの光を分岐して上記ファイバループ部にそれぞれ入射すると共に上記ファイバループ部からの出射光を結合する第２光カプラとを備え、
   上記ファイバループ部には位相変調器が設けられると共に、
   上記ファイバループ部を構成する光ファイバの一部が遅延用光ファイバとして上記筐体内に設けられ、上記ファイバループ部を構成する残りの光ファイバは振動検出用光ファイバとして上記筐体の外部に敷設されることを特徴とする光ファイバ振動センサ。
2. 上記遅延用光ファイバは、上記ファイバループ部を構成する光ファイバの少なくとも半分の長さを有することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ振動センサ。
3. 上記振動検出用光ファイバは、並列に並べた２心の光ファイバの一端同士を直接または折り返し用光ファイバを用いて接続して形成されることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ振動センサ。
4. 上記振動検出用光ファイバは、上記筐体の外部に設けられた上記ファイバループ部の折り返し部を有し、可撓性を有するチューブ内に設けられることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ振動センサ。
5. 上記筐体と、該筐体に対して着脱自在に設けられた上記振動検出用光ファイバとを備えることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ振動センサ。
6. 上記光源、上記受光器、上記光分岐結合部に用いられる光ファイバ及び上記ファイバループ部を構成する光ファイバが偏波面保存ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ振動センサ。
7. 光源と、
   受光器と、
   左回り光・右回り光を伝搬するループ構造を備えたファイバループ部と、
   一側が上記光源と上記受光器に接続され、他側が上記ファイバループ部に接続され、光源から出力された光を分岐して上記ファイバループ部に入力し、ファイバループから出力された光を結合して受光器に入力する光分岐結合部と、
   左回り光と右回り光に位相差を与える位相変調器とからなり、
   ファイバループ部の一部は測定対象に敷設されるセンサケーブルを構成し、ファイバループ部の少なくとも半分はセンサケーブル外に設けられることを特徴とする光ファイバ振動センサ。
8. センサケーブルは並列に配置された２つの光ファイバ部からなることを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ振動センサ。
9. ファイバループ部の半分の部分の一部は光ファイバ遅延部を構成することを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ振動センサ。
10. 光分岐結合部は偏光子を有することを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ振動センサ。
11. ２つの光ファイバ部は１本の光ファイバを折り返すことにより形成されることを特徴とする請求項７記載の光ファイバ振動センサ。

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