JP2011090590A - センシングシステム - Google Patents
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Abstract
監視装置から光ファイバーを介して送出される高パワーのレーザ光を反射することなく低損失で各センサノードに送ることができるセンシングシステムを提供する。
【解決手段】
レーザ発生装置11を備えた監視装置1がレーザ光LAを光ファイバー2を介して複数のセンサノード3に送出し、各センサノードでは受け取ったレーザ光の一部を光電変換部32により光電変換して電力を生成し、当該電力により自己回路を駆動して、センサ37から取得した所定のセンシング情報によりレーザ光を変調して光ファイバーを介して監視装置1に返送するセンシングシステム100であって、レーザ発生装置11は、多モードレーザ光または正弦波変調光を発生する。
【選択図】 図1
Description
しかし、この種のセンシング技術では一般に単一モードレーザが使用されるが、レーザ光のパワーを強くすると図13に示すように、光ファイバー9内で誘導ブリルアン散乱(SBS: Stimulated Brillouin Scattering)が生じ、レーザ光LAが光ファイバー9中を伝播できずに反射してしまうという問題が生じる。
(1)
レーザ発生装置を備えた監視装置がレーザ光を光ファイバーを介して複数のセンサノードに送出し、前記各センサノードでは受け取った前記レーザ光の一部を光電変換部により光電変換して電力を生成し、当該電力により自己回路を駆動して、センサから取得した所定のセンシング情報により前記レーザ光を変調して前記光ファイバーを介して前記監視装置に返送するセンシングシステムであって、
前記レーザ発生装置は、多モードレーザ光または正弦波変調光を発生する、
ことを特徴とするセンシングシステム。
前記レーザ発生装置は、
ファブリペロー型のレーザ、または、
単一モードレーザと、位相変調器または強度変調器と、正弦波信号発生器からなるレーザ発生装置、
であることを特徴とする(1)に記載のセンシングシステム。
前記多モードレーザ光の周波数間隔が10MHz以上(好ましくは20MHz以上)であることを特徴とする(1)または(2)に記載のセンシングシステム。
前記各センサノードは、それぞれMEMS型光変調器を備え、前記監視装置から受け取った前記レーザ光を前記MEMS型光変調器により変調して前記監視装置に返送することを特徴とする(1)から(3)の何れかに記載のセンシングシステム。
前記センサノードは、前記光ファイバーを介して入射した前記レーザ光を前記光電変換部とMEMS型光変調器とに分岐するとともに、前記MEMS型光変調器からの変調されたレーザ光を前記監視装置に返送する光分岐結合部を備え、
前記光分岐結合部は、第1サーキュレータと、カプラーと、第2サーキュレータとからなり、
前記第1サーキュレータは前記監視装置からの前記レーザ光を入射し、前記カプラーに出射し、
前記カプラーは入射した前記レーザ光を、前記光電変換部に送出するとともに前記第2サーキュレータを介して前記MEMS型光変調器に返送し、
前記第2サーキュレータは前記MEMS型光変調器からの前記変調されたレーザ光を入射して前記第1サーキュレータを介して前記監視装置に返送する、
ことを特徴とする(1)から(4)の何れか記載のセンシングシステム。
前記センサノードは、前記光ファイバーを介して入射した前記レーザ光を前記光電変換部とMEMS型光変調器とに分岐するとともに、前記MEMS型光変調器からの変調されたレーザ光を前記監視装置に返送する光分岐結合部を備え、
前記光分岐結合部は、サーキュレータと、カプラーとからなり、
前記サーキュレータは前記監視装置からの前記レーザ光を入射し、前記カプラーに出射するとともに、前記MEMS型光変調器からの前記変調されたレーザ光を入射して前記サーキュレータを介して前記監視装置に返送し、
前記カプラーは入射した前記レーザ光を、前記光電変換部に送出するとともに前記MEMS型光変調器に送出する、
ことを特徴とする(1)から(5)の何れかに記載のセンシングシステム。
前記レーザ発生装置は、
所定波長の発電用レーザ光を発生する発電用光発生部と、前記発電用レーザ光の波長とは異なる波長の信号用レーザ光を発生する信号用光発生部と、前記発電用レーザ光と前記信号用レーザ光とを合波して出射するWDMフィルタとを備え、
前記センサノードは、
前記レーザ発生装置からのレーザ光を前記光ファイバーを介して入射し、当該レーザ光から前記発電用レーザ光を取り出して前記光電変換部に送出するとともに前記信号用レーザ光を取り出して前記MEMS型光変調器に送出し、さらに前記MEMS型光変調器において変調されたレーザ光を入射して前記監視装置に返送するWDMフィルタからなる光分岐結合部を備えた、
ことを特徴とする(1)から(6)の何れかに記載のセンシングシステム。
前記MEMS型光変調器が、可動ミラーと、前記可動ミラーを2ポジションの何れかに固定する静電気電極とを備えたセンシングシステムであって、
前記MEMS型光変調器を駆動するMEMS駆動回路は、
高レベル電圧EH、
前記高レベル電圧EHを過剰に高レベル側に付勢する過剰高レベル電圧EHH、
低レベル電圧EL、
前記低レベル電圧ELを過剰に低レベル側に付勢する過剰低レベル電圧ELL
(ただし、EHH>EH>EL>ELL)
の何れかを出力でき、
光信号レベルが低レベルから高レベルに移行するときは、EL,EHH,EHの順で電圧を出力し、高レベルから低レベルに移行するときは、EH,ELL,EHの順で電圧を出力して前記可動ミラーを駆動する、
ことを特徴とする(1)から(8)の何れかに記載のセンシングシステム。
前記MEMS駆動回路は、
コッククロフトウォルトン型昇圧回路と、
前記コッククロフトウォルトン型昇圧回路の出力から、前記過剰高レベル電圧EHH,高レベル電圧EHおよび低レベル電圧EL,またはさらに過剰低レベル電圧ELLを生成するレギュレータ回路と、
前記過剰高レベル電圧EHH,高レベル電圧EH,低レベル電圧ELまたは過剰低レベル電圧ELLの何れかを選択するスイッチ回路と、
を備えたことを特徴とする(1)から(9)の何れかに記載のセンシングシステム。
前記センサノードは、前記光電変換部の出力側に直流昇圧回路を備えたことを特徴とする(1)から(9)の何れかに記載のセンシングシステム。
前記センサノードは、前記光電変換部の出力側に直流昇圧回路を備え、またはさらに前記直流昇圧回路の後段に二次電池が設けられたことを特徴とする(1)から(10)の何れかに記載のセンシングシステム。
前記センサノードは、前記二次電池の充電電圧検出機能を有し、当該充電電圧が所定値よりも低下したときに、センシング動作を行わないことを特徴とする(11)に記載のセンシングシステム。
図1において、センシングシステム100は、監視装置1と、光ファイバー2と、複数のセンサノードT1,T2,・・・,TM-1,TMとからなる。
監視装置1は、レーザ発生装置11と、光情報受信装置12と、サーキュレータ13とからなる。
監視装置1は、光ファイバー2を介してレーザ光LAをセンサノードT1,T2,・・・,TM-1,TMに送出する。
静電気電極352は、加えられる電圧に応じた静電気引力または静電気斥力により、可動ミラー351のポジションを変更することができる。
(1)高レベル電圧EH、
(2)高レベル電圧EHを過剰に高レベル側に付勢する電圧EHH、
(3)低レベル電圧EL、
(4)低レベル電圧ELを過剰に低レベル側に付勢する電圧ELL
(ただし、EHH>EH>EL>ELL)
の何れかを出力できる。
コッククロフトウォルトン型昇圧回路361は、周知回路であるので図示はしないがキャパシタとダイオードとを多段組み合わせて構成されるもので、電源電圧Vcc(例えば2.5[V])とパルス(例えば0−2.5[V])を入力して例えば12.5[V](5×Vcc)を出力している。
第1サーキュレータ311は監視装置1からのレーザ光LAを入射し、カプラー312に出射する。
カプラー312は入射したレーザ光LAを、光電変換部32にレーザ光LA1として送出するとともに透過型構成(図6(A))のMEMS型光変調器35にレーザ光LA2として送出する。MEMS型光変調器35からの変調されたレーザ光LAは第1サーキュレータ311を介して監視装置1に返送する。
2 光ファイバー
3 センサノード
11 レーザ発生装置
12 光情報受信装置
13 サーキュレータ
30 マイクロプロセッサユニット(MPU)
31,31A,31B,31C 光分岐結合部
32 光電変換部
33 直流昇圧回路
34 二次電池
35 MEMS型光変調器
36 MEMS駆動回路
37 センサ
100 センシングシステム
111 レーザ光源
112 光変調器
113 正弦波信号発生器
311,313 サーキュレータ
312 カプラー
314 WDMフィルタ
351 可動ミラー
352 静電気電極
361 コッククロフトウォルトン型昇圧回路
362 レギュレータ回路
363 スイッチ回路
LA,LA1,LA2 レーザ光
MLA 変調されたレーザ光
T1,T2,・・・,TM センサノード
Claims (12)
- レーザ発生装置を備えた監視装置がレーザ光を光ファイバーを介して複数のセンサノードに送出し、前記各センサノードでは受け取った前記レーザ光の一部を光電変換部により光電変換して電力を生成し、当該電力により自己回路を駆動して、センサから取得した所定のセンシング情報により前記レーザ光を変調して前記光ファイバーを介して前記監視装置に返送するセンシングシステムであって、
前記レーザ発生装置は、多モードレーザ光または正弦波変調光を発生する、
ことを特徴とするセンシングシステム。 - 前記レーザ発生装置は、
ファブリペロー型のレーザ、または、
単一モードレーザと、位相変調器または強度変調器と、正弦波信号発生器からなるレーザ発生装置、
であることを特徴とする請求項1に記載のセンシングシステム。 - 前記多モードレーザ光の周波数間隔が10MHz以上(好ましくは20MHz以上)であることを特徴とする請求項1または2に記載のセンシングシステム。
- 前記各センサノードは、それぞれMEMS型光変調器を備え、前記監視装置から受け取った前記レーザ光を前記MEMS型光変調器により変調して前記監視装置に返送することを特徴とする請求項1から3の何れかに記載のセンシングシステム。
- 前記センサノードは、前記光ファイバーを介して入射した前記レーザ光を前記光電変換部とMEMS型光変調器とに分岐するとともに、前記MEMS型光変調器からの変調されたレーザ光を前記監視装置に返送する光分岐結合部を備え、
前記光分岐結合部は、第1サーキュレータと、カプラーと、第2サーキュレータとからなり、
前記第1サーキュレータは前記監視装置からの前記レーザ光を入射し、前記カプラーに出射し、
前記カプラーは入射した前記レーザ光を、前記光電変換部に送出するとともに前記第2サーキュレータを介して前記MEMS型光変調器に返送し、
前記第2サーキュレータは前記MEMS型光変調器からの前記変調されたレーザ光を入射して前記第1サーキュレータを介して前記監視装置に返送する、
ことを特徴とする請求項1から4の何れか記載のセンシングシステム。 - 前記センサノードは、前記光ファイバーを介して入射した前記レーザ光を前記光電変換部とMEMS型光変調器とに分岐するとともに、前記MEMS型光変調器からの変調されたレーザ光を前記監視装置に返送する光分岐結合部を備え、
前記光分岐結合部は、サーキュレータと、カプラーとからなり、
前記サーキュレータは前記監視装置からの前記レーザ光を入射し、前記カプラーに出射するとともに、前記MEMS型光変調器からの前記変調されたレーザ光を入射して前記サーキュレータを介して前記監視装置に返送し、
前記カプラーは入射した前記レーザ光を、前記光電変換部に送出するとともに前記MEMS型光変調器に送出する、
ことを特徴とする請求項1から5の何れかに記載のセンシングシステム。 - 前記レーザ発生装置は、
所定波長の発電用レーザ光を発生する発電用光発生部と、前記発電用レーザ光の波長とは異なる波長の信号用レーザ光を発生する信号用光発生部と、前記発電用レーザ光と前記信号用レーザ光とを合波して出射するWDMフィルタとを備え、
前記センサノードは、
前記レーザ発生装置からのレーザ光を前記光ファイバーを介して入射し、当該レーザ光から前記発電用レーザ光を取り出して前記光電変換部に送出するとともに前記信号用レーザ光を取り出して前記MEMS型光変調器に送出し、さらに前記MEMS型光変調器において変調されたレーザ光を入射して前記監視装置に返送するWDMフィルタからなる光分岐結合部を備えた、
ことを特徴とする請求項1から6の何れかに記載のセンシングシステム。 - 前記MEMS型光変調器が、可動ミラーと、前記可動ミラーを2ポジションの何れかに固定する静電気電極とを備えたセンシングシステムであって、
前記MEMS型光変調器を駆動するMEMS駆動回路は、
高レベル電圧EH、
前記高レベル電圧EHを過剰に高レベル側に付勢する過剰高レベル電圧EHH、
低レベル電圧EL、
前記低レベル電圧ELを過剰に低レベル側に付勢する過剰低レベル電圧ELL
(ただし、EHH>EH>EL>ELL)
の何れかを出力でき、
光信号レベルが低レベルから高レベルに移行するときは、EL,EHH,EHの順で電圧を出力し、高レベルから低レベルに移行するときは、EH,ELL,EHの順で電圧を出力して前記可動ミラーを駆動する、
ことを特徴とする請求項1から7の何れかに記載のセンシングシステム。 - 前記MEMS駆動回路は、
コッククロフトウォルトン型昇圧回路と、
前記コッククロフトウォルトン型昇圧回路の出力から、前記過剰高レベル電圧EHH,高レベル電圧EHおよび低レベル電圧EL,またはさらに過剰低レベル電圧ELLを生成するレギュレータ回路と、
前記過剰高レベル電圧EHH,高レベル電圧EH,低レベル電圧ELまたは過剰低レベル電圧ELLの何れかを選択するスイッチ回路と、
を備えたことを特徴とする請求項1から8の何れかに記載のセンシングシステム。 - 前記センサノードは、前記光電変換部の出力側に直流昇圧回路を備えたことを特徴とする請求項1から9の何れかに記載のセンシングシステム。
- 前記センサノードは、前記光電変換部の出力側に直流昇圧回路を備え、またはさらに前記直流昇圧回路の後段に二次電池が設けられたことを特徴とする請求項1から10の何れかに記載のセンシングシステム。
- 前記センサノードは、前記二次電池の充電電圧検出機能を有し、当該充電電圧が所定値よりも低下したときに、センシング動作を行わないことを特徴とする請求項11に記載のセンシングシステム。
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