JP2011214921A

JP2011214921A - 干渉型光ファイバーセンサーシステムおよび演算器

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Publication number: JP2011214921A
Application number: JP2010081859A
Authority: JP
Inventors: Ryotaku Sato; 陵沢佐藤; Yasuyuki Nakajima; 康行中島
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2011-10-27

Abstract

【課題】ダイナミックレンジの広い演算器が不要な干渉型光ファイバーセンサーシステムを提供する。
【解決手段】物理量を検知するセンシングファイバー１１ａおよびリファレンスファイバーを有する干渉計と、前記物理量の測定信号３を含む干渉光３２ａを、電気信号に変換するＯ／Ｅ変換器３３と、前記電気信号から、正弦波成分および余弦波成分を抽出するＡＭ復調器５１ａ、５１ｂと、該正弦波成分および該余弦波成分を用いて逆正接演算を行い、前記測定信号を含む信号を出力する逆正接演算器５３と、前記逆正接演算器から出力された信号の所定時間毎の差分を算出し、該差分信号を出力する差分器６１と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、さまざま物理量を検出することが可能な干渉型光ファイバーセンサーシステムおよびこのシステムに用いられる演算器に関するものである。

従来の干渉型光ファイバーセンサーシステムの一例として、検出する信号をセンシングファイバーの歪みに変え、センシングファイバーをアームとする光ファイバー干渉計を構成して信号を検出するものがある。前記干渉型光ファイバーセンサーシステムは、様々な物理量を検出する事が可能あり、例えば、音響信号（非特許文献１、非特許文献４参照）、磁気信号（非特許文献２参照）、加速度（非特許文献３参照）などを検出できる。また、干渉型光ファイバーセンサーシステムの構成は、一つのセンシングファイバーを使用した構成もあるが、非特許文献１に示されているような、複数のセンシングファイバーを用いてセンサアレイを構成することもできる。また、干渉型光ファイバーセンサーシステムの復調方式は、例えば、非特許文献１と非特許文献３に示されているような、ＰＧＣ方式がある。他の復調方式としては、非特許文献４に示されているような、ヘテロダイン方式がある。

図５は、従来のＰＧＣ方式を用いた干渉型光ファイバーセンサーシステムである。
ＰＧＣ方式は、非特許文献１と非特許文献３などに記載されている復調方式である。図５による干渉型光ファイバーセンサーシステムは、物理量を検知するセンシングファイバー１１ａおよびリファレンスファイバー１１ｂを有している。そしてセンシングファイバー１１ａを通過したセンシング光１３ａと、リファレンスファイバー１１ｂを通過したリファレンス光１３ｂは干渉し、干渉光３２ａとなる。干渉光３２ａは、Ｏ／Ｅ変換器３３によって電気信号に変換された後、復調部７０に入る。復調部７０は、Ａ／Ｄ変換器５０、ＡＭ復調器５１ａ、５１ｂ、逆正接演算器５３、アンラップ処理器６０、フィルター５４、積算器５５によって構成されている。Ａ／Ｄ変換器５０でＡ／Ｄ変換された信号は、ＰＧＣ信号発生器４０と同期がとれたＡＭ復調器５１ａとＡＭ復調器５１ｂに入力する。そして、ＡＭ復調器５１ａは奇数次の振幅である干渉光３２ａの位相の正弦波成分を抽出し、ＡＭ復調器５１ｂは偶数次の振幅である干渉光３２ａの位相の余弦波成分を抽出する。そして、逆正接演算器５３で位相を算出して、逆正接の不連続点を繋ぎ合わせるアンラップ処理をすることで干渉光３２ａの位相を復調する。そして、アンラップ処理器６０の出力を、測定信号３以外の周波数帯の信号を減衰させるフィルター５４に通してから出力する。

特開平９−１９６７４９号広報

電子情報通信学会技術研究報告書OPE95-2 光ファイバハイドロホンの研究 JJAP Vol. 46, No. 2 "Design of Fiber-Optic Magnetometer Utilizing Magnetostriction" 12th International Conference on Optical Fiber Sensors, "Fiber-Optic Accelerometer" JASA Vol. 115, No. 6 "Acoustic Performance of a lage-aperture, seabed, fiber-optic hydrophone array"

センシングファイバー１１ａを通過したセンシング光１３ａの位相変化は、測定信号３の他に温度変化４でも起こる。温度変化４の周波数は低いので、測定信号３の位相と温度変化４の位相は、周波数の違いを利用して分離できる。しかし、音響信号、磁気信号及び加速度等の信号振幅に比べ、温度変化４による位相変動の振幅は大きい。そのため、アンラップ処理器６０からフィルター５４まで広いダイナミックレンジ（デジタル処理ではビット数）を確保する必要がある。したがって、ダイナミックレンジの広い演算器が必要になる。また、フィルター５４の処理量が大きくなったり、アンラップ処理器６０からフィルター５４までの転送速度を早くする必要性が生じる。以上の理由から、復調部７０の規模が大きくなるという課題があった。

本発明の干渉型光ファイバーセンサーシステムは、物理量を検知するセンシングファイバーおよびリファレンスファイバーを有する干渉計と、前記物理量の測定信号を含む干渉光を、電気信号に変換する変換器と、前記電気信号から、正弦波成分および余弦波成分を抽出する復調器と、該正弦波成分および該余弦波成分を用いて逆正接演算を行い、前記測定信号を含む信号を出力する逆正接演算器と、前記逆正接演算器から出力された信号の所定時間毎の差分を算出し、該差分信号を出力する差分器と、を備えることを特徴とする。

従来のアンラップ処理およびアンラップ処理の後のフィルター処理のような、信号と温度変化をあわせた大振幅の入力を扱うための広いダイナミックレンジ（デジタル処理ではビット数）が必要な処理が、不要となる。そのため、ダイナミックレンジの広い信号（デジタル処理ではビット数の多い信号）の処理及び伝送がなくなり、復調部の規模を小さくすることができる。

本発明の実施の形態１における干渉型光ファイバーセンサーシステムを示す概略図である。本発明の実施の形態１における復調部の逆正接演算器以降の動作について、従来と本発明の実施の形態１とを比較した図である。本発明の実施の形態２における干渉型光ファイバーセンサーシステムを示す概略図である。本発明の実施の形態３における干渉型光ファイバーセンサーシステムを示す概略図である。従来の干渉型光ファイバーセンサーシステムを示す概略図である。

以下、本発明の干渉型光ファイバーセンサーシステムについて、図面を用いて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態１における干渉型光ファイバーセンサーシステムの構成を示す概略図である。
本実施の形態１における干渉型光ファイバーセンサーシステムは、パルス光１ａを発生するパルス光源１と、物理量を検知する干渉計５と、干渉計５から伝送された光に遅延補償と変調を行う変調部６と、ＰＧＣ信号を発生するＰＧＣ信号発生器４０と、干渉光３２ａを電気信号に変換するＯ／Ｅ変換器３３と、前記ＰＧＣ信号の復調と測定信号３の抽出等を行う復調部７１と、を備えている。
干渉計５は、光ファイバー１ａ、光カプラ１０、センシングファイバー１１ａ、光ファイバー１１ｂ、ミラー１２ａ、１２ｂおよび光ファイバー１０ａにより構成される。また、変調部６は、遅延補償ファイバー３０ａ、光ファイバー３０ｂ、ミラー３１ａ、３１ｂ、光カプラ３２および圧電子３４により構成される。また、復調部７１は、Ａ／Ｄ変換器５０、ＡＭ復調器５１ａ、５１ｂ、逆正接演算器５３、差分器６１、比較演算器６２、フィルター５４および積算器５５により構成される。ここで復調部７１は、Ａ／Ｄ変換器５０、比較演算器６２、フィルター５４および積算器５５を必ずしも含むわけではないものとする。そして、Ａ／Ｄ変換器５０、比較演算器６２、フィルター５４および積算器５５は、復調部７１に含まれない場合、復調部７１の外部に設けてもよい。また、Ａ／Ｄ変換器５０、比較演算器６２、フィルター５４および積算器５５は、復調部７１に含まれない場合、干渉型光ファイバーセンサーシステムの外部に設けてもよい。

パルス光源１から出力されるパルス光２は、光ファイバー１ａを介して光カプラ１０に入り、二つに分割される。分割された一方のパルス光２は、センシングファイバー１１ａを通過してセンシング光１３ａとなり、もう一方はリファレンス光１３ｂとなる。センシング光１３ａはセンシングファイバー１１ａを通過するときに、センシングファイバー１１ａに加わる測定信号３により位相変調される。また、センシング光１３ａは温度変化４による雑音信号によって位相変調が加えられる。この位相変化をφＡとする。この測定信号３としては、音響信号、磁気信号及び加速度等がある。雑音信号としては、温度変化４の他に、圧力変化などがある。そして、センシング光１３ａはミラー１２ａで反射し、リファレンス光１３ｂはミラー１２ｂで反射する。反射したセンシング光１３ａとリファレンス光１３ｂは、光カプラ１０と光ファイバー１０ａを経由して、光カプラ３２に伝送される。このとき、センシング光１３ａはセンシングファイバー１１ａによる伝搬遅延のため、リファレンス光１３ｂより遅延している。

そして、センシング光１３ａとリファレンス光１３ｂは、光カプラ３２ｂで２つに分割される。ここで、一方は遅延補償ファイバー３０ａを通過してからミラー３１ａで反射する。もう一方は、光ファイバー３０ｂを通過して、ミラー３１ｂで直接反射する。そして、センシングファイバー１１ａを通過して遅延補償ファイバー３０ａを通過しなかった光と、センシングファイバー１１ａを通過せずに遅延補償ファイバー３０ａを通過した光は、干渉し干渉光３２ａとなる。

ここで、遅延補償ファイバー３０ａは、圧電子３４に取り付けられており、圧電子３４には、ＰＧＣ信号発生器４０から信号線４０ａを介して正弦波電圧が印加される。したがって、圧電子３４により遅延補償ファイバー３０ａに正弦波状の歪が加えられる。これにより遅延補償ファイバー３０ａを通過した光にＰＧＣ（ＰｈａｓｅＧｅｎｅｒａｔｅｄＣａｒｒｉｅｒ）が発生する。ＰＧＣ方式は、干渉型光ファイバーセンサーシステムで用いられる光信号の変復調方式の一つである。

そして、干渉光３２ａは、光ファイバー３２ｂを経由しＯ／Ｅ変換器３３に入力し、電気信号に変換される。そして、その電気信号は、復調部７１に入り、まずＡ／Ｄ変換器５０によってＡ／Ｄ変換される。そして、Ａ／Ｄ変換された信号は、ＡＭ復調器５１ａとＡＭ復調器５１ｂに出力される。この信号の強度をＩ（ｔ）とすると、Ｉ（ｔ）は、Ａ＋Ｂｃｏｓθという形で表される。この式中のθが、干渉する２つの光（１３ａと１３ｂ）の位相差である。位相差θに、干渉する光の位相変化が含まれる。位相変化は、センサーで検出すべき測定信号、ＰＧＣ信号３、温度変化４などである。すなわち、Ｉ（ｔ）＝Ａ＋Ｂｃｏｓ[（ＰＧＣ信号）+（測定信号３）+（温度変化４）]となる。

測定信号３とＰＧＣ信号のみを考慮した場合、Ｉ(t)は、Ａ＋Ｂｃｏｓ［Ｃｃｏｓ（ωt）＋φ（ｔ）］(ここで、Ｃは変調度)で与えられる。ωｔは、レーザ光を変調するＰＧＣ信号発生器４０が出力する正弦波の角周波数、φ(t)は、センシングファイバー１１ａで加えられた、測定信号３による位相差である。この式中のＣｃｏｓ（ωt）をＰＧＣとよぶ。Ｉ(t)からφ(t)を求める復調処理は、次のように行われる。ここで、ｃｏｓ［Ｃｃｏｓ(ωt)+φ（ｔ）］を、ベッセル関数で展開すると、以下のように表されることを利用する。

上記展開式の１次の成分と２次の成分を、ＡＭ復調器５１ａとＡＭ復調器５１ｂにより、以下のように抽出する。
ＡＭ復調器５１ａとＡＭ復調器５１ｂは、同期検波のために、ＰＧＣ信号発生器４０から信号線４０ｂを介して正弦波電圧を受ける。そして、ＡＭ復調器５１ａは、１次信号：２Ｊ₁（Ｃ）・ｓｉｎφ（ｔ）・ｃｏｓωｔを、ＡＭ復調器５１ｂは、２次信号：２Ｊ₂（Ｃ）・ｃｏｓφ（ｔ）・ｃｏｓ２ωｔを、抽出する。正弦波成分を含む該１次信号と余弦波成分を含む該２次信号はそれぞれ、逆正接演算器５３に出力される。

ＡＭ復調器５１ａとＡＭ復調器５１ｂの出力から、信号位相φ（ｔ）を抽出する方法は種々あるが、本実施の形態１においては逆正接処理によって行っている。逆正接処理は、始めに、入力信号に含まれるＪ₁（Ｃ）・ｓｉｎφ（ｔ）をＪ₂（Ｃ）・ｃｏｓφ（ｔ）で割って、さらに、Ｊ₂（Ｃ）／Ｊ₁（Ｃ）をかけて、ｔａｎφとする。そして、逆正接演算器５３によってｔａｎ^-1（アークｔａｎ）をとることによって信号位相φ（ｔ）を抽出する。
ここで、逆正接演算器５３は、位相がπを超えた場合は２πを引き、位相が−π未満となった場合は２πを足した、−π〜πの範囲の演算結果を出力する。

逆正接演算器５３の演算結果は、差分器６１に出力される。差分器６１は、前記逆正接演算器５３から出力された信号の所定時間毎の差分を算出する。復調部７１の始動からｎ番目までの逆正接演算器５３の出力をφ_B （０），φ_B （１），φ_B （２），・・・φ_B（ｉ），φ_B（ｎ）、すると、差分器６１の出力△φ_B（ｉ）は、
△φ_B（ｉ）＝φ_B（ｉ）−φ_B（ｉ−１）（１）
となる。ここで、差分器６１の出力範囲は逆正接の計算範囲の２倍の−２πから２πが必要となる。そして、差分器６１は、演算結果の差分信号を比較演算器６２に出力する。

比較演算器６２は、式（１）の計算結果がπｒａｄを超えたときには△φ_B（ｉ）から２πを引き、該計算結果が−πｒａｄを下回ったときには△φ_B（ｉ）に２πを足す。これにより、逆正接演算でπｒａｄを上回ったとき、または−πｒａｄを下回ったときに逆正接の不連続点で余分な±２πが足される現象を補償する。比較演算器６２の出力を式で表すと、
△φ_C（ｉ）＝△φ_B（ｉ）＋２ｋπ （２）
ｋ＝−１，０，１（３）
−π＜△φ_C（ｉ）＜π （４）
である。前記比較演算器６２は、上記の演算を行うことで、差分信号の不連続点を接続することができる。

比較演算器６２は、演算結果の差分信号をフィルター５４に出力する。フィルター５４は、温度変化４などの信号帯域以外の成分を減衰させる。例えば、測定信号３が音響信号である場合、温度変化４の周波数帯は、測定信号３より低いため、周波数帯の違いを利用して分離できる。

フィルター５４は、演算結果を積算器５５に出力する。該演算結果は、差分信号であるため、積算器５５はフィルター５４から出力される信号を積算（時間積分）して測定信号３を含む信号を出力する。

図２は、本実施の形態１における逆正接演算器５３から積算器５５までの演算の一例を波形を用いて表し、図５における従来技術の逆正接演算器５３からフィルター５４までの演算と比較した図である。
φ_Aは、一定の速さで変化する温度変化４と正弦波１周期の測定信号３が入力した場合の信号波形である。φ_Aが逆正接演算器５３に入力され、逆正接演算処理が行われると、前述した通り、−πからπの範囲で出力され、φ_Bのような不連続な信号となる。この不連続な信号が、差分器６１によって演算され所定時間毎の差分として算出されると△φ_Bのような不連続な差分信号となる。比較演算器６２が、該差分信号に比較演算を行うと、図２の例では、不連続部分ＡとＢに２πを足すことで不連続な部分が接続され、△φ_Cのような連続した差分信号となる。そして、フィルター５４において温度変化４による信号の変化が減衰され、△φ_Dのような差分信号となる。そして、積算器５５において積算を行い、φ_Dのような、測定信号３を含んだ信号として出力できる。ここで、φ_Dは、φ_Aから温度変化４による位相変調を除いたものであり、前述のφ（ｔ）にあたるものである。以上のように、復調部７１は、測定信号３を含み、温度変化４などの雑音信号を減衰させた信号を復調することができる。

また、本実施の形態１では、ＰＧＣ方式において変調を行うために圧電子３４を用いる例で説明したが、非特許文献１と同様に、電磁アクチュエータで遅延補償ファイバー３０ａを歪ませ、光の周波数を変調するなど、他の手段で光の位相を変化させても良い。

以上のように、本実施の形態１においては、差分器６１の出力は、−πからπの範囲で出力されるため、従来技術のアンラップ処理器のような広いダイナミックレンジ（デジタル処理ではビット数）は不要である。また、差分器６１の後に比較演算器６２を構成することで、不連続な信号を連続にして、出力することができる。また、比較演算器６２の後にフィルター５４を構成することで、温度変化４などの雑音信号を減衰した信号を抽出できる。また、フィルター５４の後に積算器５５を構成することで、差分信号を積算し、測定信号３を含む信号に復調することができる。

実施の形態２．
図３は、本実施の形態２における干渉型光ファイバーセンサーシステムの構成を示す概略図である。
本実施の形態２では、非特許文献４などに示されたヘテロダインと称される復調方式を用いている。パルス光源１から出力されるパルス光２は、光ファイバー１ａを経由し、光カプラ２０に入り、２つに分割される。分割された一方は、遅延補償ファイバー２０ａを経由し、光カプラ２３に入る。もう一方は、光ファイバー２０ｂを経由し、光周波数シフター２２に入る。光周波数シフター２２において、オシレーター２６から送信される信号ｆａによりシフトされ、光カプラ２３に入る。光カプラ２３から出力される光は、遅延補償ファイバー２０ａを通過したパルス光２４と、光周波数シフター２２を通過し、信号ｆａが加算されたパルス光２５の２種類である。

パルス光２４とパルス光２５が光カプラ１０に入り、センシング光とリファレンス光に分割され、再び光カプラ１０を通過するまでの内容は、実施の形態１と同様である。
ここで、センシングファイバー１１ａを通過して遅延補償ファイバー２０ａを通過しなかった光と、センシングファイバー１１ａを通過せずに遅延補償ファイバー２０ａを通過した光は、干渉し干渉光３５となる。そして、干渉光３５は、光ファイバー１０ａを経由しＯ／Ｅ変換器３３に入力し電気信号に変換される。そして、該電気信号は、Ａ／Ｄ変換器５０によってＡ／Ｄ変換され、ＡＭ復調器５６ａとＡＭ復調器５６ｂに出力される。

そして、該電気信号のｆａ成分をＡＭ復調器５６ａとＡＭ復調器５６ｂで同期検波することでｓｉｎφ_Aとｃｏｓφ_Aを得る。ここで、ＡＭ変調器５６ａとＡＭ変調器５６ｂは、オシレーター２６から出力される周波数ｆａのリファレンス信号を復調に用いる。そして、ＡＭ変調器５６ａとＡＭ変調器５６ｂでリファレンス信号の位相に９０度の差を付けておくことでｓｉｎφ_Aとｃｏｓφ_Aが得られる。逆正接演算器５３以降は実施の形態１と同様である。

また、本実施の形態２では、１つの光周波数シフター２２を用いる例を説明したが、非特許文献４に示されたように２つの光周波数シフター（ＡＯＭ）も用いてもよい。

以上のように、本実施の形態２では、変調方式にヘテロダイン方式を用いた例を説明したが、逆正接演算器５３以降は実施の形態１と同様の構成であるため、実施の形態１と同様の効果が得られる。

実施の形態３．
本実施の形態３では、実施の形態１における干渉計５を複数備え、時分割多重を用いた例を説明する。

図４は、本実施の形態３における干渉型光ファイバーセンサーシステムの概略図である。本実施の形態３は、干渉計を複数備え、それぞれの干渉計に遅延ファイバーを備えることで、時分割多重を実現している。そして、時分割多重化された干渉光は、復調部７３によって、順次復調される。ここで、復調部７３は、実施の形態１の復調部７１と異なり、フィルター５４と積算器５５を備えておらず、差分信号のまま信号を出力する。

パルス光源１から出力されるパルス光２は、光ファイバー１ａを介して光カプラ１４１に入り、二つに分割される。分割された一方のパルス光２は、光ファイバー１４１ａを経由し、光カプラ１０１に入る。光カプラ１０１に入った光は、二つに分割され、一方はセンシングファイバー１１１ａを通りセンシング光１３１ａとなり、もう一方は光ファイバー１１１ｂを通りリファレンス光１３１ｂとなる。センシング光１３１ａはセンシングファイバー１１１ａを通過するときに、センシングファイバー１１１ａに加わる測定信号３ａで位相変調される。この測定信号３ａは、前述のように、音響信号、磁気信号及び加速度等がある。そして、センシング光１３１ａはミラー１２１ａで反射し、リファレンス光１３１ｂはミラー１２１ｂで反射する。反射したセンシング光１３１ａとリファレンス光１３１ｂは、光カプラ１０１を経由して、光カプラ１５１に伝送される。ここで、センシング光１３１ａはセンシングファイバー１１１ａによる伝搬遅延のため、リファレンス光１３１ｂより遅延している。

一方、光カプラ１４１で分割されたもう一方の光は、遅延ファイバー１６１により遅延し、光カプラ１４２で再び二つに分割される。一方は光ファイバー１４２ａに送られ、光カプラ１０２に入った光は、二つに分割される。もう一方はセンシングファイバー１１２ａを通りセンシング光１３２ａとなり、もう一方は光ファイバー１１２ｂを通りリファレンス光１３２ｂとなる。
光カプラ１４２で分割されたもう一方の光は、さらに干渉計を備えている場合、遅延ファイバー１６２に送られ、前述の遅延ファイバー１６１に送られた光と同様の動作が行われる。
ここで、光カプラ１５２から送られたセンシング光１３２ａとリファレンス光１３２ｂは、遅延ファイバー１６１を通過しているため、センシング光１３１ａとリファレンス光１３１ｂより遅延している。これにより、各センシングファイバーの測定信号を含み、時分割多重により分割された光が生成される。本実施の形態３では、センシングファイバーが２つの例で説明したが、センシングファイバーが３つ以上ある場合も同様であり、多重化の数が増えるだけである。

以下の構成と動作は、実施の形態１と同様であるが、時分割多重の数に応じて、干渉光は複数生成される。そして、復調器７３によって順次復調される。また、差分器６１は、センシングファイバーを通過した一つ前の信号との差分を出力するように構成する。

非特許文献１の図４に示された構成では、デマルチプレキサでチャンネルごとに分離された後で復調する。一方、本実施の形態３では、多重化されたまま差分出力までを復調することができる。したがって、処理量が減り、非特許文献１の例に比べて復調器７３の規模を小さくすることができる。なお、復調器７３の出力にデマルチプレキサを接続して、時分割されたチャンネル毎に分離した後で、フィルターと積算器を接続することで信号を元の形まで復調することもできる。また、本実施の形態３では、実施の形態１のＰＧＣ方式を時分割多重構成にした例を示したが、実施の形態２のヘテロダイン方式でも同様に構成することができる。

以上に実施の形態１から３までを説明したが、本発明における干渉型光ファイバーセンサーシステムは、以上に説明した構成に限られるものではない。次に、実施の形態１から実施の形態３の変形例について説明する。
実施の形態１では圧電子によるＰＧＣ復調方式、実施の形態２では周波数シフターを用いるヘテロダイン方式でｓｉｎφ_Aとｃｏｓφ_Aを得る例を示した。しかし、他の方法でｓｉｎφ_Aとｃｏｓφ_Aを検出して逆正接演算器５３以降を実施の形態１または実施の形態２と同様に構成することで同じ効果を得ることができる。

また、全ての実施の形態において、光カプラとミラーを用いるマイケルソン干渉計を構成する例で説明したが、マッハ・ツェンダ干渉計など他の干渉計を用いることもできる。

また、全ての実施の形態において、Ｏ／Ｅ変換器の次にＡ／Ｄ変換器を設ける例で説明した。他の例として、アナログゲート回路またはサンプルホールド回路などで干渉光を抽出して、アナログのＡＭ復調器でｓｉｎφ_Aとｃｏｓφ_Aを復調してからＡ／Ｄ変換してもよい。

なお、全ての実施の形態において、光カプラとミラーを用いる干渉計で検出した信号を復調する例で説明したが、他の信号を復調する場合に、本発明の復調器部を用いることもできる。他の信号とは、例えば、波長変調されたレーザー光による信号などである。またその場合、本発明における復調部は演算器と称し、少なくとも逆正接演算器と、差分器とを備えるものとする。

また、全ての実施の形態において、逆正接演算器、差分器、比較演算器の順序で接続する例を示した。他の例として、逆正接演算器の出力に、連続する２つのサンプルデータの間で比較演算を行う比較演算器を接続して、その比較演算器に差分器を接続してもよい。

また、全ての実施の形態において、逆正接、差分などの演算器を用いる例で説明したが、ソフトウェアで演算するように構成することもできる。

また、全ての実施の形態において、−πからπの範囲の演算結果を出力する逆正接演算器を用いる例で説明した。他の例として、−π／２からπ／２、０からπ、０から２πなど他の範囲で演算結果を出力する逆正接演算器を用いてもよい。その場合、逆正接演算器の計算範囲に対応した比較演算器を用いる。

１パルス光源、１ａ、１０ａ、１１ｂ、２０ｂ、２３ａ、３０ｂ、３２ｂ、１１１ｂ、１１２ｂ、１４１ａ、１４２ａ光ファイバー、２、２４、２５パルス光、３、３ａ、３ｂ測定信号、４、４ａ、４ｂ温度変化、５、５ａ、５ｂ干渉計、６、６ａ変調部１０、２０、２３、３２、１０１、１０２、１４１、１４２、１５１、１５２光カプラ、１１ａセンシングファイバー、１２ａ、１２ｂ、１２１ａ、１２１ｂ、１２２ａ、１２２ｂミラー、１３ａ、１３１ａ、１３２ａセンシング光、１３ｂ、１３１ｂ、１３２ｂリファレンス光、２０ａ遅延補償ファイバー、２２光周波数シフター、２６オシレーター、２６ａ、２６ｂ、４０ａ、４０ｂ信号線、３０ａ遅延補償ファイバー、３１ａ、３１ｂミラー、３２ａ、３５、３５ａ、３５ｂ干渉光、３３Ｏ／Ｅ変換器、３４圧電子、４０ＰＧＣ信号発生器、５０Ａ／Ｄ変換器、５１ａ、５１ｂ、５６ａ、５６ｂＡＭ復調器、５３逆正接演算器、５４フィルター、５５積算器、６０、アンラップ処理器、６１差分器、６２比較演算器、７０、７１、７２、７３復調部、１６１、１６２遅延ファイバー。

Claims

物理量を検知するセンシングファイバーおよびリファレンスファイバーを有する干渉計と、
前記干渉計からの前記物理量に対応する測定信号を含む干渉光を、電気信号に変換する変換器と、
前記電気信号から、正弦波成分および余弦波成分を抽出する復調器と、
該正弦波成分および該余弦波成分を用いて逆正接演算を行い、前記測定信号を含む信号を出力する逆正接演算器と、
前記逆正接演算器から出力された信号の所定時間毎の差分を算出し、該差分信号を出力する差分器と、
を備えることを特徴とする干渉型光ファイバーセンサーシステム。
前記差分信号が不連続となっている場合、不連続点を接続する演算を行う比較演算器を備えることを特徴とする請求項１に記載の干渉型光ファイバーセンサーシステム。
前記差分信号に含まれる雑音信号を減衰させるフィルターを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の干渉型光ファイバーセンサーシステム。
前記差分信号を積算する積算器を備え、
前記測定信号を復調することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の干渉型光ファイバーセンサーシステム。
前記干渉計を複数備え、
前記干渉光は、時分割多重により複数の測定信号を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の干渉型光ファイバーセンサーシステム。
入力信号の正弦波成分と余弦波成分を用いて逆正接演算を行い、前記入力信号を含む信号を出力する逆正接演算器と、
前記逆正接演算器から出力された前記信号の所定時間毎の差分を算出し、該差分信号を出力する差分器と、
を備えることを特徴とする演算器。