JP2015108580A - Interference type optical fiber sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、干渉型光ファイバセンサに関し、特に、PMDI(Pass Matched differential Interferometer)の構成が含まれる干渉型光ファイバセンサにおいて、パルス光源から出力するパルスの繰り返し周期に応じて連なる複数のパルスを連続するように遅延させることで多重化すると共に、復調成分以外を抑制することにより、光電変換後に利用される信号を増やしつつ、相対的に雑音を低減させる干渉型光ファイバセンサに関する。 The present invention relates to an interference type optical fiber sensor, and in particular, in an interference type optical fiber sensor including a PMDI (Pass Matched differential Interferometer) configuration, a plurality of continuous pulses are continuously generated according to a repetition period of pulses output from a pulse light source. The present invention relates to an interference-type optical fiber sensor that multiplexes by delaying and suppresses components other than the demodulated component to increase the number of signals used after photoelectric conversion and relatively reduce noise.
図12は、従来技術における干渉型光ファイバセンサ1の概略構成の一例を示す図である。図12に示すように、従来技術における干渉型光ファイバセンサ1は、例えば、光源部11、検出部13、O/E(Optical/Electrical)変換器15、及び処理部17を備え、特に、光源部11に光周波数シフタ25及び光周波数シフタ26を含んでいる。干渉型光ファイバセンサ1は、重畳する信号の相関関係を利用することにより、相対的に雑音を低減させている(例えば、特許文献1参照)。
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of the interference
図13は、従来技術における干渉型光ファイバセンサ2の概略構成の一例を示す図である。図13に示すように、従来技術における干渉型光ファイバセンサ2は、例えば、光源部12、検出部13、O/E変換器15、フィルタ16、及び処理部17を備え、特に、光源部12に第1帰還回路31及び第2帰還回路32を含んでいる。第1帰還回路31は、光パルスゲート35、光周波数シフタ25、及び変調信号発生器23等を含んでいる。第2帰還回路32は、光パルスゲート39、光周波数シフタ26、及び変調信号発生器24等を含んでいる。干渉型光ファイバセンサ2は、検出部13で検出する信号の周波数が速い場合であっても追従できるように、光パルスゲート35で光周波数シフタ25の出力波形のタイミングを調整し、光パルスゲート39で光周波数シフタ26の出力波形のタイミングを調整している(例えば、特許文献2参照)。
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of the interference
しかし、従来技術においては、光電変換後に捨てられる信号が多かった。そのため、光電変換後に利用される信号は限定されていた。また、処理部17に入力される信号には、復調成分の他に、非復調成分及びDC成分が含まれていた。そのため、処理部17で処理される信号には雑音成分が多く含まれていた。
However, in the prior art, many signals are discarded after photoelectric conversion. Therefore, the signal used after photoelectric conversion has been limited. Further, the signal input to the
換言すれば、従来技術は、光電変換後に利用される信号を増やしつつ、相対的に雑音を低減させることができなかった。そのため、光電変換後に利用される信号を増やしつつ、相対的に雑音を低減させることができる干渉型光ファイバセンサが望まれていた。 In other words, the related art cannot relatively reduce noise while increasing the number of signals used after photoelectric conversion. Therefore, an interference type optical fiber sensor that can relatively reduce noise while increasing the number of signals used after photoelectric conversion has been desired.
本発明の干渉型光ファイバセンサは、複数のパルスを周期的に発生するパルス光源と、2つの光路を備え、各光路において光の周波数が異なる複数のパルスを重畳して、出力する出力部と、2つの光路を備え、前記重畳したパルスと、該重畳したパルスを測定信号に応じて遅延させたパルスとを重畳させて出力するセンシング干渉計を有する検出部と、前記検出部からの複数のパルスを光電変換する光電変換部と、前記光電変換部から供給される電気信号を処理して前記測定信号を復調する処理部と、を備え、前記光電変換部は、前記検出部からのパルスから非復調成分を抑制するフィルタを備えたものである。 The interference type optical fiber sensor of the present invention includes a pulse light source that periodically generates a plurality of pulses, an output unit that superimposes and outputs a plurality of pulses having different light frequencies in each optical path, and A detection unit having two optical paths, and including a sensing interferometer that outputs the superimposed pulse and a pulse obtained by delaying the superimposed pulse according to a measurement signal, and a plurality of the detection units from the detection unit A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts a pulse; and a processing unit that processes an electrical signal supplied from the photoelectric conversion unit and demodulates the measurement signal, wherein the photoelectric conversion unit is based on a pulse from the detection unit. A filter that suppresses non-demodulated components is provided.
本発明の干渉型光ファイバセンサにおいて、前記検出部は、複数組のセンシング干渉計の出力パルスが連続するように遅延して前記光電変換部に出力する遅延回路を備え、前記遅延回路は、少なくとも1つの遅延ファイバを備え、前記遅延ファイバは、前記出力パルスの連続する間隔を、前記出力部からの重畳された複数のパルス同士の間隔と同じ間隔で遅延させるものである。 In the interference-type optical fiber sensor of the present invention, the detection unit includes a delay circuit that delays the output pulses of a plurality of sets of sensing interferometers so that the output pulses are continuous, and outputs the delay circuit to the photoelectric conversion unit. One delay fiber is provided, and the delay fiber delays the continuous interval of the output pulses at the same interval as the interval between the plurality of superimposed pulses from the output unit.
本発明の干渉型光ファイバセンサにおいて、前記出力部は、前記光路から分岐した一方のパルスを複数回帰還させ、帰還回路の中で光の周波数を変えるものである。 In the interference type optical fiber sensor of the present invention, the output unit feeds back one pulse branched from the optical path a plurality of times, and changes the frequency of light in the feedback circuit.
本発明の干渉型光ファイバセンサにおいて、前記光電変換部は、前記検出部からの複数のパルスを光電変換する受光素子と、前記電気信号のうち、直流成分を抑制する抑制信号を出力する直流成分抑制用電源と、前記フィルタの出力と、前記直流成分抑制用電源の出力と、の差分に応じた出力をする差動アンプと、をさらに備え、前記差動アンプは、前記直流成分を抑制し、復調成分を前記処理部に出力するものである。 In the interference-type optical fiber sensor of the present invention, the photoelectric conversion unit includes a light receiving element that photoelectrically converts a plurality of pulses from the detection unit, and a DC component that outputs a suppression signal that suppresses a DC component among the electrical signals. A differential amplifier that outputs an output corresponding to a difference between the output of the suppression power supply, the output of the filter, and the output of the direct current component suppression power supply, and the differential amplifier suppresses the direct current component. The demodulated component is output to the processing unit.
本発明は、パルス光源から出力するパルスの繰り返し周期に応じて連なる複数のパルスを連続するように遅延させると共に、復調成分以外を抑制することにより、光電変換後に利用される信号を増やしつつ、相対的に雑音を低減させることができるという効果を有する。 The present invention delays a plurality of consecutive pulses according to the repetition period of pulses output from a pulse light source, and suppresses other than the demodulated component, thereby increasing the number of signals used after photoelectric conversion and Therefore, the noise can be reduced.
以下、本発明の実施の形態1について、図面を用いて詳細に説明する。
Hereinafter,
実施の形態1.
<概要>
後述するように、干渉型光ファイバセンサ3は、パルス光源21から出力するパルスの繰り返し周期に応じて連なる複数のパルスを連続するように遅延させると共に、復調成分以外を抑制することにより、光電変換後に利用される信号を増やしつつ、相対的に雑音を低減させるものである。
<Overview>
As will be described later, the interference type
<構成の説明>
まず、図1〜7を用いることで、図8〜図11を用いて後述する干渉型光ファイバセンサ1の構成の前提となる技術について説明する。図1は、本発明の実施の形態1の前提となる干渉型光ファイバセンサ1の構成の一例を示す図である。干渉型光ファイバセンサ1は、検出する信号を、第1センシングファイバ71、第2センシングファイバ81、及び第3センシングファイバ91のそれぞれの歪みに変える。このような動作を利用することにより、干渉型光ファイバセンサ1は、第1センシングファイバ71をアームとする第1センシング干渉計41、第2センシングファイバ81をアームとする第2センシング干渉計42、及び第3センシングファイバ91をアームとする第3センシング干渉計43を構成し、信号を検出する。
<Description of configuration>
First, by using FIGS. 1 to 7, a technology that is a premise of the configuration of the interference type
このような干渉型光ファイバセンサ1の多くでは、時分割多重伝送系を構成させるために、パルス光を用いる。パルス光を用いる干渉型光ファイバセンサ1では、通常、パルス光をサンプリングして復調する過程で、エイリアシングによる雑音の増加が生じる。そこで、干渉型光ファイバセンサ1では、周波数が異なる複数のビートを発生させ、サンプリングの数を増やすことにより、折り返し雑音を低減させている。
Many of such interference type
干渉型光ファイバセンサ1は、例えば、光源部11、検出部13、及び処理部17を備えている。光源部11は、パルス光源21から出力されるパルス光を光カプラ22で2つに分岐し、分岐したそれぞれのパルス光のうち、一方を光周波数シフタ25で周波数変調し、他方を光周波数シフタ26で周波数変調する。このうち、光周波数シフタ26から出力されるパルス光が送出されるファイバは、遅延補償ファイバ27で遅らせてから光カプラ28で1本のファイバに結合され、光アンプ29で増幅後、検出部13に送出される。なお、光周波数シフタ25及び光周波数シフタ26のそれぞれは、音響光学効果を利用することにより、光の周波数をシフトするものである。
The interference
検出部13は、光源部11から送出されたパルス光が光カプラ51及び光カプラ53のそれぞれで分岐され、第1センシング干渉計41、第2センシング干渉計42、及び第3センシング干渉計43のそれぞれに送出される。第1センシング干渉計41に入力されたパルス光は、光カプラ73で分岐され、一方のパルス光は、すぐにミラー77で反射し、もう一方のパルス光は、第1センシングファイバ71を往復する。次に、それぞれのパルス光は、光カプラ73で1本のファイバに結合される。第2センシング干渉計42及び第3センシング干渉計43のそれぞれも第1センシング干渉計41と同様に動作する。次に、第1センシング干渉計41、第2センシング干渉計42、及び第3センシング干渉計43のそれぞれから出力されたパルス光は、遅延ファイバ61又は遅延ファイバ62で遅延を掛けられてから、光カプラ52及び光カプラ54で1本のファイバに結合され、パルス列となってO/E変換器(Optical/Electrical)15に送られる。
In the
O/E変換器15は、検出部13から出力されたパルス列を電気信号に変換し、処理部17に送る。処理部17は、O/E変換器15から出力されるパルス列をA/D変換器111でデジタル信号に変換し、第1センシング干渉計41、第2センシング干渉計42、及び第3センシング干渉計43のそれぞれの出力に対応するタイミングと、周波数とに合わせた参照信号を発生させる参照信号発生器121〜参照信号発生器126、乗算器131〜乗算器136、LPF(Low Pass Filter)141〜LPF146、逆正接演算器151〜逆正接演算器153、及び不連続点補償演算器155〜不連続点補償演算器157により、第1センシングファイバ71、第2センシングファイバ81、及び第3センシングファイバ91のそれぞれで検出した信号をそれぞれ復調する。
The O /
図2は、本発明の実施の形態1の前提となる干渉型光ファイバセンサ1に含まれるパルス光源21の出力波形並びに光周波数シフタ25の出力光周波数及び光周波数シフタ26の出力光周波数の一例を示す図である。パルス光源21の出力波形等の光の波形は、O/E変換器15を介して観測することができる光パワーの波形である。パルス光源21の出力波形に付記されている数字は、パルス光源21から出力されたパルス光の順番を表す番号である。干渉型光ファイバセンサ1は、周波数が異なるパルス光を干渉させ、O/E変換することにより、干渉させられたパルス光のそれぞれの光周波数の差の周波数のビートを発生させる。
FIG. 2 shows an example of the output waveform of the
パルス光源21からパルス光が出力されるタイミング、光周波数シフタ25のシフト周波数及びタイミング、並びに光周波数シフタ26のシフト周波数及びタイミングは、干渉し、O/E変換したときに発生するビートの周波数がff1−fb1、ff2−fb2、ff3−fb3を順次繰り返すように設定される。ここで、シフト周波数“ff1”、“fb1”、“ff2”、“fb2”、“ff3”、及び“fb3”は、干渉したときに発生するビートの周波数“ff1−fb1”、“ff2−fb2”、“ff3−fb3”の比率が2n−1(n=1、2、3、・・・つまり、nは自然数)となるようにする。パルス繰り返し周期の設定では、光周波数シフタ25及び光周波数シフタ26のそれぞれの応答時間がパルスを通過していない時間内に収まることも考慮される必要がある。
The timing at which pulsed light is output from the
図3は、本発明の実施の形態1の前提となる干渉型光ファイバセンサ1に含まれるパルス光源21の出力波形及びO/E変換器15の入出力波形の一例を示す図である。図3に示すように、O/E変換器15の出力波形のうち、電圧が変動する部分には変動範囲を示す。入力光の経路は、図1に示すように、A、B、C、D、E1、E2、E3、F1、F2、F3、及びGの記号を用い、通過した順にこれらの記号を並べた。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an output waveform of the
出力波形のIA、IB、及びICはA/D変換器111でサンプリングされるパルスである。IAのff1−fb1、IBのff2−fb2、ICのff3−fb3には第1センシングファイバ71で検出した第1信号だけが含まれ、これらのA/D変換器111の出力から第1信号が復調される。ただし、厳密には、第1信号以外に遅延補償ファイバ27から入力される雑音等が含まれているが、第2センシングファイバ81及び第3センシングファイバ91といったような第1センシングファイバ71以外で検出される信号は含まないという意味で、以下の説明においても、第1信号だけが含まれるとして説明する。
Output waveforms I A , I B , and I C are pulses sampled by the A /
同様に、IAのff3−fb3、IBのff1−fb1、ICのff2−fb2には第2信号だけが含まれいる。また、同様に、IAのff2−fb2、IBのff3−fb3、ICのff1−fb1には第3信号だけが含まれている。これらの第1信号、第2信号、及び第3信号のそれぞれは、処理部17で復調される。
Similarly, the f f1 -f b1, I C of f f2 -f b2 of f f3 -f b3, I B of I A and contains only the second signal. Similarly, the f f3 -f b3, I C of f f1 -f b1 of f f2 -f b2, I B of I A contain only third signal. Each of the first signal, the second signal, and the third signal is demodulated by the
図4は、本発明の実施の形態1の前提となる干渉型光ファイバセンサ1に含まれるA/D変換器111の出力パワースペクトルを説明する図である。図4では、A/D変換器111の出力パワースペクトルを、IA、IB、及びICの3つに分けて示した。ff1−fb1、ff2−fb2、及びff3−fb3の3つの周波数帯のそれぞれには、第1センシングファイバ71、第2センシングファイバ81、及び第3センシングファイバ91の何れか1つで検出した信号だけが含まれるビートが発生する。
FIG. 4 is a diagram for explaining the output power spectrum of the A /
センシングが行われる別のファイバ等から入力される雑音を含むビート、センシングが行われる別のファイバ等から入力される雑音を含むビートの側波帯、折り返しで発生したビート、及び折り返しで発生したビートの側波帯は、ff1−fb1、ff2−fb2、及びff3−fb3で復調処理される3つの周波数帯よりも高い周波数帯に発生する。これにより、干渉型光ファイバセンサ1は、復調成分と、非復調成分とを周波数で識別できるため、第1信号、第2信号、及び第3信号を復調することができる。
Beats including noise input from another fiber to be sensed, beat sidebands including noise input from another fiber to be sensed, beats generated by folding, beats generated by folding These sidebands are generated in higher frequency bands than the three frequency bands demodulated by f f1 -f b1 , f f2 -f b2 , and f f3 -f b3 . Thereby, since the interference type
図5は、本発明の実施の形態1の前提となる干渉型光ファイバセンサ2の構成の一例を示す図である。パルス光源21から出力されたパルス光は、光カプラ22で分岐し、一方のパルス光は、光カプラ36を介して光周波数シフタ25に入力し、もう一方のパルス光は、光カプラ40を介して光周波数シフタ26に入力する。
FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of the interference
光周波数シフタ25の出力が光カプラ33で分岐する。光源部12には、光カプラ33の一方の出力が、遅延調整ファイバ34、光パルスゲート35、及び光カプラ36を回り、光周波数シフタ25に帰還する第1帰還回路31が構成される。光源部12には、光カプラ33のもう一方の出力が、光カプラ28に入力されるように構成される。
The output of the
光周波数シフタ26の出力が光カプラ37で分岐する。光源部12には、光カプラ37の一方の出力が、遅延調整ファイバ38、光パルスゲート39、及び光カプラ40を回り、光周波数シフタ26に帰還する第2帰還回路32が構成される。光源部12には、光カプラ37のもう一方の出力が、遅延補償ファイバ27を介して光カプラ28に入力されるように構成される。
The output of the
光周波数シフタ25には、変調信号発生器23が接続されている。変調信号発生器23は、周波数がffで一定であり、振幅も一定である信号を光周波数シフタ25に送る。光周波数シフタ26には、変調信号発生器24が接続されている。変調信号発生器24は、周波数がfbで一定であり、振幅も一定である信号を光周波数シフタ26に送る。光カプラ28の出力は、光アンプ29で増幅され、検出部13に送られる。検出部13は、上記で説明したように、パルス列を出力し、O/E変換器15に送る。O/E変換器15は、パルス列を電圧に変換し、フィルタ16で帯域制限させてから処理部17に送る。
A
図6は、本発明の実施の形態1の前提となる干渉型光ファイバセンサ2に含まれるパルス光源21の出力波形、光パルスゲート35の出力波形、光周波数シフタ25の出力波形、及びO/E変換器15の入出力波形の一例を示す図である。図6を用いて、パルスのタイミングの設定について説明する。
FIG. 6 shows an output waveform of the
本実施の形態1においては、第1帰還回路31及び第2帰還回路32のそれぞれをパルス光が1周する時間を3τ、パルス光源21から出力するパルスの繰り返し周期を9τに設定すると想定する。ここで、τは、第1センシングファイバ71を往復する時間となる。また、τは、第2センシングファイバ81を往復する時間となる。τは、第3センシングファイバ91を往復する時間となる。
In the first embodiment, it is assumed that the time for the pulsed light to make one round in each of the
光パルスゲート35は、第1帰還回路31を回り、光周波数シフタ25を3回通過するまでパルス光を通過させ、4回通過するパルス光を遮断させるように設定される。光パルスゲート39は、第2帰還回路32を回り、光周波数シフタ26を3回通過するまでパルス光を通過させ、4回通過するパルス光を遮断させるように設定される。
The
以上の設定により、光周波数シフタ25の出力は、繰り返し周期3τのパルス列となり、パルスの光周波数はν+ff、ν+2ff、及びν+3ffの繰り返しとなる。光周波数シフタ26の出力は、繰り返し周期3τのパルス列となり、パルスの光周波数はν+ff、ν+2ff、及びν+3ffの繰り返しとなる。なお、光周波数シフタ25をパルス光に通過させる回数及びパルス光源21から出力されるパルス光の繰り返し周期3τ等を変えることにより、復調に用いられるビート周波数の数は変更される。また、光周波数シフタ26をパルス光に通過させる回数及びパルス光源21から出力されるパルス光の繰り返し周期3τ等を変えることにより、復調に用いられるビート周波数の数は変更される。
With the above setting, the output of the
図6において、各経路を示す記号は、図5に示すA、B、C、D、E1、E2、E3、F1、F2、F3、及びGにそれぞれ対応するものである。なお、説明に不要な経路は省略した。 In FIG. 6, symbols indicating the respective paths correspond to A, B, C, D, E1, E2, E3, F1, F2, F3, and G shown in FIG. Note that routes unnecessary for the description are omitted.
ABDE1Gを経由したパルス光が最も早くO/E変換器15に入力される。それからτの遅れで、ABDF1Gを経由したパルス光と、ACDE1Gを経由したパルス光と、がO/E変換器15に入力されるように、第1センシングファイバ71と、遅延補償ファイバ27とのそれぞれの長さが設定されている。
The pulsed light that has passed through the ABDE 1G is input to the O /
ACDF1Gを経由したパルス光は、ABDE1Gを経由したパルス光から2τの遅れで、O/E変換器15に入力される。ABDF1Gを経由したパルス光及びACDE1Gを経由したパルス光は、IAに周波数“ff−fb”のビート、IBに周波数“2(ff−fb)”のビート、ICに周波数“3(ff−fb)”のビートをそれぞれ発生させる。これらのパルス光のビートには、第1センシングファイバ71で検出した第1信号だけが含まれている。処理部17では、IA、IB、及びICをサンプリングして第1信号だけが含まれるそれぞれのパルス光のビートから第1信号が復調される。
The pulsed light passing through the ACDF 1G is input to the O /
ABDF2Gを経由したパルス光及びACDE2Gを経由したパルス光は、ABDF1Gを経由したパルス光から3τの遅れでO/E変換器15に入力されるように第2センシングファイバ81と遅延ファイバ61とのそれぞれの長さが設定されている。これにより、O/E変換器15の出力のIAに周波数“3(ff−fb)”のビート、IBに周波数“ff−fb”のビート、ICに周波数“2(ff−fb)”のビートがそれぞれ発生する。
Each of the
これらのパルス光のビートには、第2センシングファイバ81で検出した第2信号だけが含まれている。処理部17では、IA、IB、及びICをサンプリングして第2信号だけが含まれるそれぞれのパルス光のビートから第2信号が復調される。ABDF3Gを経由したパルス光及びACDE3Gを経由したパルス光がABDF1Gを経由したパルス光から6τの遅れでO/E変換器15に入力するように、第3センシングファイバ91と遅延ファイバ62のそれぞれの長さが設定されている。
These beats of pulsed light include only the second signal detected by the
これにより、O/E変換器15の出力のIAに周波数“2(ff−fb)”のビート、IBに周波数“3(ff−fb)”のビート、ICに周波数“ff−fb”のビートをそれぞれ発生させる。これらのパルス光のビートには、第3センシングファイバ91で検出した第3信号だけが含まれている。処理部17では、IA、IB、及びICをサンプリングして第3信号だけが含まれるそれぞれのパルス光のビートから第3信号が復調される。
Thus, O / E beats
図7は、本発明の実施の形態1の前提となる干渉型光ファイバセンサ2に含まれるA/D変換器111の出力パワースペクトルを説明する図である。ff−fbを、IA、IB、及びICのそれぞれのサンプリング周波数である1/9τの1/7に設定したと想定すると、復調するビートの側波帯の幅が、本実施の形態1での最大になる。復調に使用するビート周波数の数を変える場合には、復調に用いる周波数が最も高いビート及び側波帯が、折り返しで発生した周波数が最も低いビート及び側波帯と隣接するようにff−fbが設定されることで、復調するビートの側波帯の幅が最大になる。
FIG. 7 is a diagram for explaining the output power spectrum of the A /
変調信号発生器23の出力周波数“ff”及び変調信号発生器24の出力周波数“fb”は、変調信号発生器23又は変調信号発生器24を通過した回数が異なるパルス光が干渉して発生するビート及び側波帯が、復調に用いるビート及び側波帯の周波数帯に重ならない周波数になるように設定される。
The output frequency “f f ” of the
例えば、単純に、ff及びfbをフィルタ16の高域遮断周波数より高くしておくことで、変調信号発生器23又は変調信号発生器24を通過した回数が異なるパルス光が干渉して発生するビートは減衰し、復調に用いるビート及び側波帯に重ならなくなる。また、ff及びfbをO/E変換器15の通過帯域より高い周波数にすると、変調信号発生器23又は変調信号発生器24を通過した回数が異なるパルスでは、ビートが発生しなくなる。
For example, simply, the f f and f b by leaving higher than high cutoff frequency of the
干渉型光ファイバセンサ2では、光のシフト周波数の変化幅が光周波数シフタ25及び光周波数シフタ26のそれぞれのシフト周波数可変幅の範囲内に限られる。よって、センシングが行われたファイバで検出された信号以外も含むビートは、光周波数シフタ25及び光周波数シフタ26のそれぞれのシフト周波数より低くなる。干渉型光ファイバセンサ1でセンシングが行われたファイバで検出した信号以外も含むビートは、第1帰還回路31及び第2帰還回路32のそれぞれを回った回数が異なる光との干渉で起きる。
In the interference type
ここで、センシングが行われるファイバで検出した信号以外も含むビートが発生する場合の周波数は、光周波数シフタ25及び光周波数シフタ26のそれぞれのシフト周波数以上の高い周波数となる。光周波数シフタ25及び光周波数シフタ26のそれぞれのシフト周波数はサンプリング周波数1/9τより高くできるので、処理部17でサンプリングする前に、フィルタ16で減衰させられるようになり、第1帰還回路31及び第2帰還回路32のそれぞれを回った回数の差が大きくなり、O/E変換器15が動作する周波数帯の上限より高くなると、ビートが発生しなくなる。したがって、干渉型光ファイバセンサ2は、干渉型光ファイバセンサ1の復調処理には不要な帯域を確保することで、復調処理に必要な帯域が狭くなる問題が解消される。
Here, the frequency when a beat including a signal other than the signal detected by the fiber where sensing is performed is a frequency higher than the shift frequency of each of the
図8は、本発明の実施の形態1における干渉型光ファイバセンサ3の構成の一例を示す図である。干渉型光ファイバセンサ3は、PMDI(Pass Matched differential Interferometer)の構成が含まれる。PMDIは、光路が分かるときが2回ずつあり、光路差を合わせる、つまり、光路差を補償する構成である。干渉型光ファイバセンサ3では、時分割多重する信号の数、復調に使用するビート周波数の数を必要に応じて設定させることができる。本実施の形態1では、一例として時分割多重する信号の数を3、復調に用いるビート周波数の数を3に設定された例を示す。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the configuration of the interference
図8に本実施の形態1の干渉型光ファイバセンサ3の構成を示す。図1に示した干渉型光ファイバセンサ1及び図5に示した干渉型光ファイバセンサ2と同じ働きをする構成品には同じ記号を付与した。干渉型光ファイバセンサ3における他と異なる構成品は、O/E変換部170であり、O/E変換部170は、受光素子171、フィルタ172、DC成分抑制用電源173、及び差動アンプ174を備えている。
FIG. 8 shows the configuration of the interference
パルス光源21から出力されたパルス光が光カプラ22で分岐し、一方は光カプラ36を介して光周波数シフタ25に入力され、もう一方は光カプラ40を介して光周波数シフタ26に入力するように構成される。
The pulse light output from the
光周波数シフタ25の出力が光カプラ33で分岐し、光カプラ33の一方の出力が、遅延調整ファイバ34、光パルスゲート35、及び光カプラ36を回り、光周波数シフタ25に帰還する第1帰還回路31が構成され、光カプラ33のもう一方の出力は、光カプラ28に入力するように構成される。光周波数シフタ25には変調信号発生器23が接続され、周波数がffで一定であって、振幅も一定の信号が光周波数シフタ25に送られる。
The output of the
光周波数シフタ26の出力は、光カプラ37で分岐し、光カプラ37の一方の出力が、遅延調整ファイバ38、光パルスゲート39、及び光カプラ40を回り、光周波数シフタ26に帰還する第2帰還回路32が構成され、光カプラ37のもう一方の出力は、遅延補償ファイバ27を介して光カプラ28に入力するように構成される。光周波数シフタ26には変調信号発生器24が接続され、周波数がfbで一定であって、振幅も一定の信号を光周波数シフタ26に送られる。
The output of the
遅延補償ファイバ27は、第1帰還回路31から検出部13に出力されるパルス列と、第2帰還回路32から検出部13に出力されるパルス列と、の異なる光路差を補償するものである。
The
詳細については図11を用いて後述するが、例えば、パルス光源21から出力されるパルス光が、ABDF1Gの経路を通る場合、第1センシングファイバ71を通過する分だけ遅延する。一方、パルス光源21から出力されるパルス光が、ACDE1Gの経路を通る場合、ACDE1Gの経路を通るパルス光と、ABDF1Gの経路を通るパルス光との位相差が、遅延補償ファイバ27で補償されることにより、ABDF1Gの経路を通るパルス光と、ACDE1Gの経路を通るパルス光とが同じ位相となり、ビートが発生する。つまり、遅延補償ファイバ27は、第1センシングファイバ71の遅延を補償する。
The details will be described later with reference to FIG. 11. For example, when the pulsed light output from the
同様に、例えば、パルス光源21から出力されるパルス光が、ABDF2Gの経路を通る場合、第2センシングファイバ81を通過する分だけ遅延する。一方、パルス光源21から出力されるパルス光が、ACDE2Gの経路を通る場合、ACDE2Gの経路を通るパルス光と、ABDF2Gの経路を通るパルス光との位相差が、遅延補償ファイバ27で補償されることにより、ABDF2Gの経路を通るパルス光と、ACDE2Gの経路を通るパルス光とが同じ位相となり、ビートが発生する。つまり、遅延補償ファイバ27は、第2センシングファイバ81の遅延を補償する。
Similarly, for example, when the pulsed light output from the
同様に、例えば、パルス光源21から出力されるパルス光が、ABDF3Gの経路を通る場合、第3センシングファイバ91を通過する分だけ遅延する。一方、パルス光源21から出力されるパルス光が、ACDE3Gの経路を通る場合、ACDE3Gの経路を通るパルス光と、ABDF3Gの経路を通るパルス光との位相差が、遅延補償ファイバ27で補償されることにより、ABDF3Gの経路を通るパルス光と、ACDE3Gの経路を通るパルス光とが同じ位相となり、ビートが発生する。つまり、遅延補償ファイバ27は、第3センシングファイバ91の遅延を補償する。
Similarly, for example, when the pulsed light output from the pulsed
光カプラ28の出力を光アンプ29で増幅して検出部13に送り、検出部13から出力されるパルス列を受光素子171で電流に変換し、フィルタ172で帯域制限されてから差動アンプ174に入力されるように構成する。差動アンプ174のもう一つの入力にはDC成分抑制用電源173を接続し、差動アンプ174から出力される干渉したパルス光の直流成分がキャンセルされるように構成する。検出部13及び処理部17は、図1及び図5に示した検出部13及び処理部17と同様に構成する。
The output of the
なお、検出部13に含まれる遅延ファイバ61及び遅延ファイバ62は、本発明における遅延回路に相当する。また、O/E変換部170は、本発明における光電変換部に相当する。
The
図9は、本発明の実施の形態1における干渉型光ファイバセンサ3に含まれるO/E変換部170内部の各構成の入出力信号の詳細を説明する図である。図9に示すように、O/E変換部170は、受光素子171の出力がフィルタ172に供給され、フィルタ172の出力と、DC成分抑制用電源173の出力と、が差動アンプ174に供給される。
FIG. 9 is a diagram for explaining the details of input / output signals of respective components inside the O /
具体的には、受光素子171は、パルス列が入力されるとパルスの強度をフィルタ172に出力する。パルスの強度は、DC成分、復調成分、及び非復調成分を含んでいる。フィルタ172は、受光素子171から供給されるパルスの強度のうち、非復調成分を抑制し、差動アンプ174に出力する。一方、DC成分抑制用電源173は、DC成分抑制信号を差動アンプ174に出力する。差動アンプ174は、フィルタ172の出力と、DC成分抑制用電源173の出力との差分を求め、その結果を出力する。この結果、差動アンプ174は、パルスの強度として、復調成分を出力する。
Specifically, the
なお、DC成分抑制用電源173は、本発明における直流成分抑制用電源に相当する。
The DC component suppressing
より具体的には、受光素子171から出力される干渉したパルスの強度は、最初の2つのパルスを除き、次に示す(1)〜(3)式の何れかで表される。
More specifically, the intensity of the interfered pulse output from the
ここで、Iの1番目の添え字のa、b、及びcは、パルスの組合わせの種類である。また、2番目の添え字“i”(i=1、2、3)は、第1センシング干渉計41、第2センシング干渉計42、及び第3センシング干渉計43のそれぞれに対応した番号である。Eは、光の電界振幅である。また、φは、光の位相である。φの1番目の添え字“f”は、通過した光周波数シフタ25の記号である。φの1番目の添え字“b”は、通過した光周波数シフタ26の記号である。φの2番目の添え字の数は、光周波数シフタ25又は光周波数シフタ26を通過した回数である。
Here, the first subscripts a, b, and c of I are types of pulse combinations. The second subscript “i” (i = 1, 2, 3) is a number corresponding to each of the
φの3番目の添え字“i”(i=1、2、3)と、“j”(j=1、2、3)とは、センシング干渉計の識別番号であり、i≠jである。例えば、“i”=1又は“j”=1の場合、第1センシング干渉計41が該当し、“i”=2又は“j”=2の場合、第2センシング干渉計42が該当し、“i”=3又は“j”=3の場合、第3センシング干渉計43が該当する。
The third subscript “i” (i = 1, 2, 3) of φ and “j” (j = 1, 2, 3) are identification numbers of the sensing interferometer, and i ≠ j. . For example, when “i” = 1 or “j” = 1, the
また、4番目の添え字のEとFとは、第1センシング干渉計41に含まれるミラー75及びミラー77のそれぞれに付与されている通過点の記号である。また、4番目の添え字のEとFとは、第2センシング干渉計42に含まれるミラー85及びミラー87のそれぞれに付与されている通過点の記号である。また、4番目の添え字のEとFとは、第3センシング干渉計43に含まれるミラー95及びミラー97のそれぞれに付与されている通過点の記号である。“<”及び“>”は受光素子171を通過できない光周波数に対する時間平均である。
The fourth subscripts E and F are symbols of passing points given to the
フィルタ172では受光素子171から出力される復調しない高い周波数のビートが減衰するように構成する。これにより、フィルタ172から出力されるパルスは、最初の2つのパルスを除き、次に示す(4)〜(6)式の何れかで表される。
The
式(5)を式(4)に代入すると、次に示す式(6)が導出される。 By substituting equation (5) into equation (4), the following equation (6) is derived.
差動アンプ174ではフィルタ172の出力から直流成分を除去して復調に用いるビートを増幅する。これにより、差動アンプ174から出力されるパルスは、最初の2つのパルスを除き、次に示す(7)〜(9)式の何れかで表される。
The
ここで、Gは、差動アンプ174の利得である。(7)〜(9)式で分かるように、差動アンプ174から出力されるパルスには、復調に用いるビートだけとなり、復調には用いないビートと直流成分は抑えられている。
Here, G is the gain of the
<動作の説明>
図10は、本発明の実施の形態1における干渉型光ファイバセンサ3の動作例を示す図である。なお、ステップS11及びステップS12の処理は、光源部12の工程に対応する。また、ステップS13の処理は、検出部13の工程に対応する。また、ステップS14〜ステップS16の処理は、O/E変換部170の工程に対応する。また、ステップS17〜ステップS22の処理は、処理部17の工程に対応する。
<Description of operation>
FIG. 10 is a diagram illustrating an operation example of the interference
(光源部12の工程)
(ステップS11)
干渉型光ファイバセンサ3は、光周波数シフタ25と光パルスゲート35とを含む回路と、光周波数シフタ26と光パルスゲート39とを含む回路と、をパルスが1周する時間τの間隔で連なる複数のパルスを生成する。連なる複数のパルスは、例えば、図11で後述するように、3連パルスである。
(Process of the light source unit 12)
(Step S11)
The interference type
(ステップS12)
干渉型光ファイバセンサ3は、遅延補償ファイバ27で光路差を合わせつつパルス光源21から出力するパルスの繰り返し周期に応じて連なる複数のパルスを出力する。なお、ここでいう光路差を合わせるとは、光路差を補償するという意味であると想定する。
(Step S12)
The interference-type
(検出部13の工程)
(ステップS13)
干渉型光ファイバセンサ3は、遅延ファイバ61又は遅延ファイバ62を用いて連なる複数のパルスを多重化する。
(Process of the detection unit 13)
(Step S13)
The interference
(O/E変換部170の工程)
(ステップS14)
干渉型光ファイバセンサ3は、光電変換する。
(Process of O / E converter 170)
(Step S14)
The interference type
(ステップS15)
干渉型光ファイバセンサ3は、非復調成分を抑制する。
(Step S15)
The interference type
(ステップS16)
干渉型光ファイバセンサ3は、DC成分を抑制する。
(Step S16)
The interference type
(処理部17の工程)
(ステップS17)
干渉型光ファイバセンサ3は、復調成分を符号化する。
(Process of processing part 17)
(Step S17)
The interference type
(ステップS18)
干渉型光ファイバセンサ3は、参照信号を発生する。
(Step S18)
The interference type
(ステップS19)
干渉型光ファイバセンサ3は、符号化した復調成分と参照信号とを乗算する。
(Step S19)
The interference type
(ステップS20)
干渉型光ファイバセンサ3は、ノイズ成分を抑制する。
(Step S20)
The interference type
(ステップS21)
干渉型光ファイバセンサ3は、位相を求める。
(Step S21)
The interference type
(ステップS22)
干渉型光ファイバセンサ3は、不連続点を補償し、処理を終了する。
(Step S22)
The interference type
<動作結果の説明>
図11は、本発明の実施の形態1における干渉型光ファイバセンサ3に含まれる各経路を通過するときの波形の一例を示す図である。図8のA、B、C、Gを通過する光パルスの波形と受光素子171の出力波形とを図11に示す。それぞれの光パルスには、1桁目に光周波数シフタ25又は光周波数シフタ26の通過回数を付記し、2桁目にはパルス光源21から出力されたパルスの順番を意味する番号を付記した。
<Explanation of operation results>
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a waveform when passing through each path included in the interference type
図11を用い、本実施の形態1の要部であるパルスのタイミングの設定について説明する。本実施の形態1の場合、光周波数シフタ25と光パルスゲート35とを含む第1帰還回路31又は光周波数シフタ26と光パルスゲート39とを含む第2帰還回路32をパルスが1周する時間をτに設定すると想定する。また、パルス光源21から出力されるパルスの繰返し周期を9τに設定すると想定する。ここで、τは、第1センシングファイバ71、第2センシングファイバ81、及び第3センシングファイバ91に共通の往復伝搬時間である。
The setting of the pulse timing, which is the main part of the first embodiment, will be described with reference to FIG. In the case of the first embodiment, the time required for the pulse to make one round of the
光パルスゲート35は、光周波数シフタ25を含む回路を回り、光周波数シフタ25を3回通過するパルスまでを通過させ、4回通過するパルスは遮断するように設定すると想定する。光パルスゲート39も光パルスゲート35と同様に、光周波数シフタ26を3回通過するパルスまでを通過させ、4回通過するパルスは遮断するように設定すると想定する。
It is assumed that the
以上の設定により、光周波数シフタ25の出力は、光周波数ν+ffのパルス、光周波数ν+2ffのパルス、及び光周波数ν+3ffのパルスが、時間差τで連なった3連パルスとなり、この3連パルスが多重化数に対応した繰返し周期で繰り返されるパルス列となる。また、同様に、光周波数シフタ26の出力は、光周波数ν+fbのパルス、光周波数ν+2fbのパルス、及び光周波数ν+3fbのパルスが、時間差τで連なった3連パルスとなり、この3連パルスが多重化数に対応した繰返し周期で繰り返されるパルス列となる。なお、パルス光源21から出力されるパルスの繰返し周期などを変えることで、多重化する信号の数を変えることができる。
With the above setting, the output of the
図11のG点は、パルス光源21の出力から受光素子171に入力するパルスの波形を経路毎に示したものである。経路の記号は、図8に示したA、B、C、D、E1、E2、E3、F1、F2、F3、及びGを用いた。ABDE1Gを経由したパルスが、最も早く受光素子171に入力される。
A point G in FIG. 11 shows a waveform of a pulse input from the output of the
次に、時間差τの遅れで、ABDF1Gを経由したパルスと、ACDE1Gとを経由したパルスが、受光素子171に入力するように、第1センシングファイバ71、第2センシングファイバ81、第3センシングファイバ91、及び遅延補償ファイバ27の長さが設定されると想定する。
Next, the
ACDF1Gを経由したパルスは、ABDE1Gを経由したパルスから時間差2τの遅れで受光素子171に入力する。ABDE2Gを経由したパルスが、ABDE1Gを経由したパルスから時間差3τの遅れで受光素子171に入力するように、遅延ファイバ61の長さが設定され、ABDE3Gを経由したパルスが、ABDE1Gを経由したパルスから時間差6τの遅れで受光素子171に入力するように、遅延ファイバ62の長さが設定される。
The pulse passing through the ACDF 1G is input to the
具体的には、ABDE1Gを経由したパルスと、ABDE2Gを経由したパルスとにおいて、ABDE1Gを経由した光周波数“ν+3ff”のパルスと、ABDE2Gを経由した光周波数“ν+ff”のパルスと、の間には、時間差τの遅れが挿入されている。時間差τは、例えば、ABDE1Gを経由した光周波数“ν+ff”のパルスと、ABDE1Gを経由した光周波数“ν+2ff”のパルスと、ABDE1Gを経由した光周波数“ν+3ff”のパルスと、の間にそれぞれ時間差τの遅れと同じである。 Specifically, between a pulse via ABDE1G and a pulse via ABDE2G, a pulse of optical frequency “ν + 3f f ” via ABDE1G and a pulse of optical frequency “ν + f f ” via ABDE2G Is inserted with a delay of the time difference τ. The time difference τ is, for example, between a pulse having an optical frequency “ν + f f ” via ABDE1G, a pulse having an optical frequency “ν + 2f f ” passing through ABDE1G, and a pulse having an optical frequency “ν + 3f f ” passing through ABDE1G. Respectively, which is the same as the delay of the time difference τ.
つまり、第1センシング干渉計41の出力パルスと、第2センシング干渉計42の出力パルスとが、時間差τで連続するように遅延する。これにより、少なくとも、第1センシング干渉計41により発生したビートから生成される信号と、第2センシング干渉計42により発生したビートから生成される信号と、の間では、信号が無駄に捨てられることがないため、光電変換後に利用される信号を増やすことができる。
That is, the output pulse of the
同様に、ABDE2Gを経由したパルスと、ABDE3Gを経由したパルスとにおいて、ABDE2Gを経由した光周波数“ν+3ff”のパルスと、ABDE3Gを経由した光周波数“ν+ff”のパルスと、の間には、時間差τの遅れが挿入されている。時間差τは、例えば、ABDE2Gを経由した光周波数“ν+ff”のパルスと、ABDE32を経由した光周波数“ν+2ff”のパルスと、ABDE2Gを経由した光周波数“ν+3ff”のパルスと、の間にそれぞれ時間差τの遅れと同じである。 Similarly, between a pulse passing through ABDE2G and a pulse passing through ABDE3G, a pulse having optical frequency “ν + 3f f ” passing through ABDE2G and a pulse having optical frequency “ν + f f ” passing through ABDE3G are between A delay of time difference τ is inserted. The time difference τ is, for example, between a pulse of optical frequency “ν + f f ” via ABDE2G, a pulse of optical frequency “ν + 2f f ” via ABDE32, and a pulse of optical frequency “ν + 3f f ” via ABDE2G. Respectively, which is the same as the delay of the time difference τ.
つまり、第2センシング干渉計42の出力パルスと、第3センシング干渉計43の出力パルスとが、時間差τで連続するように遅延する。これにより、少なくとも、第2センシング干渉計42により発生したビートから生成される信号と、第3センシング干渉計43により発生したビートから生成される信号と、の間では、信号が無駄に捨てられることがないため、光電変換後に利用される信号を増やすことができる。
That is, the output pulse of the
よって、第1センシング干渉計41により発生したビートから生成される信号と、第2センシング干渉計42により発生したビートから生成される信号と、第3センシング干渉計43により発生したビートから生成される信号と、の間では、信号が無駄に捨てられることがないため、光電変換後に利用される信号を増やすことができる。
Therefore, it is generated from the signal generated from the beat generated by the
例えば、パルス光源21の出力の周期が9τであり、第1帰還回路31の出力と、第2帰還回路32の出力とが、連なる複数のパルス、例えば、時間差τの間隔の3連パルスであって、光パルスゲート35の出力タイミングと、光パルスゲート39の出力タイミングと、遅延ファイバ61の遅延量と、遅延ファイバ62の遅延量と、を同一にすることにより、受光素子171の出力波形の出力タイミングが時間差τとなり、光電変換後に利用される信号の数を増やすことができる。
For example, the output period of the
つまり、第1帰還回路31の出力パルスを時間差τで3連続させ、第2帰還回路32の出力パルスを時間差τで3連続させた上で、光パルスゲート35及び光パルスゲート39のそれぞれの出力タイミングと、遅延ファイバ61及び遅延ファイバ62のそれぞれの遅延量と、を同じ時間差τとすることにより、信号の多重化に無駄な空き時間を設けることなく、信号のビートを発生させることができる。これにより、光電変換後に利用される信号の数を増やすことができる。
That is, the output pulses of the
なお、上記で説明した3連続の出力パルスは一例であって、特にこれに限定されるものではなく、時間差τで各種パルスに遅延量が挿入されることにより、光電変換後に利用される信号の数が増えるパルス構成であればよい。 Note that the three continuous output pulses described above are merely examples, and the present invention is not particularly limited to this. By inserting delay amounts into various pulses with a time difference τ, signals used after photoelectric conversion Any pulse configuration that increases the number may be used.
処理部17のA/D変換器111では、差動アンプ174から出力される全てのパルスをサンプリングする。参照信号発生器121〜参照信号発生器126は、復調するセンシング干渉計“i”で検出した信号を含むIai’’、Ibi’’、Ici’’(i=1、2、3)に対応した参照信号を出力し、乗算器131〜乗算器136、LPF141〜LPF146、逆正接演算器151〜逆正接演算器153、及び不連続点補償演算器155〜不連続点補償演算器157は干渉型光ファイバセンサ1及び干渉型光ファイバセンサ2と同様に動作して、センシング干渉計“i”で検出した信号を復調する。
The A /
<効果の説明>
以上の説明により、干渉型光ファイバセンサ3は、パルス光源21から出力するパルスの繰り返し周期に応じて連なる複数のパルスを連続するように遅延させることで多重化すると共に、復調成分以外を抑制することにより、光電変換後に利用される信号を増やしつつ、相対的に雑音を低減させることができる。
<Description of effects>
As described above, the interference type
また、干渉型光ファイバセンサ3は、上記で説明した図11及び式(1)〜式(9)から明らかなように、復調成分に対応する3つのビートと、復調成分に対応する3つのビートのそれぞれの側波帯と、から信号を復調することができる。
The interference type
従来技術では、複数の周波数のビートを用いて、第1センシング干渉計41、第2センシング干渉計42、及び第3センシング干渉計43で検出した信号を復調することで光アンプ29等で発生する雑音を抑える効果があるものの、O/E変換器15のダイナミックレンジが狭い場合、O/E変換器15に入力する光のレベルを抑えることになるので、ビート信号のS/N比が小さくなり、復調出力の雑音が増加した。本実施の形態1では、受光素子171から差動アンプ174までのO/E変換の過程において、復調に用いない高周波のビートと、直流成分と、を減衰させることで、差動アンプ174以降の構成品のダイナミックレンジを有効に使い、低雑音で信号を復調することができる。雑音が低くなれば、その分、低いレベルの信号も検出できるようになる。
In the conventional technique, the signals detected by the
換言すれば、従来技術では使用していなかったパルスも復調に用いることで従来技術より多くのパルスをサンプリングして復調できるようになる。これにより、復調した信号のサンプル数も多くなり、ランダムな雑音を低減する効果が得られ、その分、低いレベルの信号を検出できるようになる。 In other words, a pulse that has not been used in the prior art is also used for demodulation, so that more pulses can be sampled and demodulated than in the prior art. As a result, the number of samples of the demodulated signal is also increased, and an effect of reducing random noise can be obtained, so that a low level signal can be detected accordingly.
以上のように、本実施の形態1では、複数のパルスを周期的に発生するパルス光源21と、2つの光路を備え、各光路において光の周波数が異なる複数のパルスを重畳して、出力する出力部と、2つの光路を備え、重畳したパルスと、重畳したパルスを測定信号に応じて遅延させたパルスとを重畳させて出力するセンシング干渉計を有する検出部13と、検出部13からの複数のパルスを光電変換するO/E変換部170と、O/E変換部170から供給される電気信号を処理して測定信号を復調する処理部17と、を備え、O/E変換部170は、検出部13からのパルスから非復調成分を抑制するフィルタ172を備えた干渉型光ファイバセンサ3が構成される。
As described above, the first embodiment includes the
これにより、干渉型光ファイバセンサ3は、パルス光源21から出力するパルスの繰り返し周期に応じて連なる複数のパルスを連続するように遅延させると共に、復調成分以外を抑制することにより、光電変換後に利用される信号を増やしつつ、相対的に雑音を低減させることができる。
As a result, the interference type
また、本実施の形態1において、検出部13は、複数組のセンシング干渉計の出力パルスが連続するように遅延してO/E変換部170に出力する遅延回路を備え、遅延回路は、少なくとも1つの遅延ファイバ61を備え、遅延ファイバ61は、出力パルスの連続する間隔を、出力部からの重畳された複数のパルス同士の間隔と同じ間隔で遅延させるものである。
Further, in the first embodiment, the
これにより、干渉型光ファイバセンサ3は、低周波成分を含むビートから高周波成分を含むビートまでのように、広範囲の周波数にわたって、複数のビートを生成することができる。
Thereby, the interference type
また、本実施の形態1において、出力部は、光路から分岐した一方のパルスを複数回帰還させ、帰還回路(第1帰還回路又は第2帰還回路32)の中で光の周波数を変えるものである。 In the first embodiment, the output unit feeds back one pulse branched from the optical path a plurality of times, and changes the frequency of light in the feedback circuit (first feedback circuit or second feedback circuit 32). is there.
これにより、干渉型光ファイバセンサ3は、周波数の異なる複数のビートを生成する。よって、干渉型光ファイバセンサ3は、直流成分と、復調成分と、を含む信号を生成することができる。
Thereby, the interference type
また、本実施の形態1において、O/E変換部170は、検出部13からの複数のパルスを光電変換する受光素子171と、電気信号のうち、直流成分を抑制する抑制信号を出力するDC成分抑制用電源173と、フィルタ172の出力と、DC成分抑制用電源173の出力と、の差分に応じた出力をする差動アンプ174と、をさらに備え、差動アンプ174は、直流成分を抑制し、復調成分を処理部17に出力するものである。
Further, in the first embodiment, the O /
これにより、干渉型光ファイバセンサ3は、バイアス分に相当する直流成分を抑制する。よって、干渉型光ファイバセンサ3は、相対的に雑音を低減させることができる。
Thereby, the interference type
なお、本実施の形態1の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、本実施の形態1の図面において、同一の符号を付記したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に記載されている構成要素の形態は、あくまでも一例であって、これらの記載に限定されるものではない。 In the drawings of the first embodiment, the relationship between the sizes of the constituent members may be different from the actual one. In the drawings of the first embodiment, the same reference numerals are added to the same or corresponding parts, and this is common throughout the entire specification. Furthermore, the form of the component described in the whole specification is merely an example, and is not limited to these descriptions.
また、本実施の形態1の動作を行うプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列に行われる処理であるが、必ずしも時系列に処理されなくても、並列的又は個別に実行される処理をも含んでもよい。 Further, the step of describing the program for performing the operation of the first embodiment is a process performed in time series in the order described, but even if not necessarily processed in time series, it is performed in parallel or individually. Processing to be executed may also be included.
<利用形態の説明>
なお、本実施の形態1において、光カプラ22から光カプラ28までの構成を検出部13より前段に設ける例を説明したが、検出部13とO/E変換部170との間に設けてもよい。この場合、パルス光源21を出力したパルスがO/E変換部170に入力するまでの工程の順序が入れ替わるが、O/E変換部170の入力以降は本実施の形態1と同様に動作し、同じ効果が得られる。
また、本実施の形態1において、干渉型光ファイバセンサ3が、第1センシングファイバ71、第2センシングファイバ81、及び第3センシングファイバ91といったように、3つのセンシングファイバのそれぞれで検出した信号を時分割多重し、3つのビートと、3つのビートのそれぞれの側波帯と、から信号を復調する一例を説明したが、時分割多重する信号の数は特に限定されるものではなく、時分割多重する信号の数を変更することができる。
<Description of usage pattern>
In the first embodiment, an example in which the configuration from the
In the first embodiment, the interference-type
また、本実施の形態1では、光周波数シフタ25と、光パルスゲート35と、を含む第1帰還回路31と、光周波数シフタ26と、光パルスゲート39と、を含む第2帰還回路32と、のそれぞれの内部に、光アンプ29に相当する機能を有する部品が設けられない一例について説明したが、特にこれに限定されるものではない。例えば、第1帰還回路31と、第2帰還回路32と、のそれぞれにおけるパルスの減衰量次第では、第1帰還回路31と、第2帰還回路32と、のそれぞれの内部に、光アンプ29に相当する機能を有する部品が設けられていてもよい。
In the first embodiment, the
また、本実施の形態1において、受光素子171の後にフィルタ172が設けられている一例について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、光周波数シフタ25と、光周波数シフタ26と、のそれぞれにおいて、周波数“ff”及び周波数“fb”といったようなシフト周波数が差動アンプ174の通過帯域より高い場合、高周波成分が差動アンプ174を通過することがないため、干渉型光ファイバセンサ3にフィルタ172は設けられていなくてもよい。
In the first embodiment, an example in which the
また、本実施の形態1では、DC成分抑制用電源173と、差動アンプ174と、により、直流成分が抑制される一例について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、干渉型光ファイバセンサ3は、HPF(High Pass Filter)又はBPF(Band Pass Filter)を用いることにより、直流成分を遮断してもよい。また、干渉型光ファイバセンサ3は、バイアスティー(Bias Tee)が設けられることにより、直流成分と、交流成分とを分岐させ、直流成分をキャンセルしてもよい。
In the first embodiment, an example in which the DC component is suppressed by the DC component suppressing
また、本実施の形態1では、干渉型光ファイバセンサ3が、第1センシングファイバ71、光カプラ73、ミラー75、及びミラー77を含む第1センシング干渉計41といったようなマイケルソン干渉計を構成する一例について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、干渉型光ファイバセンサ3は、マッハ・ツェンダ干渉計を干渉計として構成してもよい。また、干渉型光ファイバセンサ3は、ミラー75等の代わりにFBG(Fiber Bragg Grating)を備えた干渉計を構成してもよい。
In the first embodiment, the interference type
また、本実施の形態1では、干渉型光ファイバセンサ3は、光カプラ22等でパルスを分岐させる一例を示したが、特にこれに限定されない。例えば、干渉型光ファイバセンサ3は、部分反射ミラー又はFBG等でパルスを分岐させることができる。また、干渉型光ファイバセンサ3は、パルスの分岐のための光カプラ22等の構成を変えた部品が設けられてもよく、波長分岐多重等の他の多重化方法を実現する構成と併用したものが設けられてもよい。
In the first embodiment, the interference type
1、2、3 干渉型光ファイバセンサ、11、12 光源部、13 検出部、15 O/E変換器、16、172 フィルタ、17 処理部、21 パルス光源、22、28、33、36、37、40、51、52、53、54、73、83、93 光カプラ、23、24 変調信号発生器、25、26 光周波数シフタ、27 遅延補償ファイバ、29 光アンプ、31 第1帰還回路、32 第2帰還回路、35、39 光パルスゲート、34、38 遅延調整ファイバ、41 第1センシング干渉計、42 第2センシング干渉計、43 第3センシング干渉計、61、62 遅延ファイバ、71 第1センシングファイバ、75、77、85、87、95、97 ミラー、81 第2センシングファイバ、91 第3センシングファイバ、111 A/D変換器、121、122、123、124、125、126 参照信号発生器、131、132、133、134、135、136 乗算器、141、142、143、144、145、146 LPF、151、152、153 逆正接演算器、155、156、157 不連続点補償演算器、170 O/E変換部、171 受光素子、173 DC成分抑制用電源、174 差動アンプ。 1, 2, 3 Interferometric optical fiber sensor, 11, 12 Light source unit, 13 Detector unit, 15 O / E converter, 16, 172 Filter, 17 Processing unit, 21 Pulse light source, 22, 28, 33, 36, 37 , 40, 51, 52, 53, 54, 73, 83, 93 Optical coupler, 23, 24 Modulation signal generator, 25, 26 Optical frequency shifter, 27 Delay compensation fiber, 29 Optical amplifier, 31 First feedback circuit, 32 Second feedback circuit, 35, 39 Optical pulse gate, 34, 38 Delay adjustment fiber, 41 First sensing interferometer, 42 Second sensing interferometer, 43 Third sensing interferometer, 61, 62 Delay fiber, 71 First sensing Fiber, 75, 77, 85, 87, 95, 97 Mirror, 81 Second sensing fiber, 91 Third sensing fiber, 111 A D converter, 121, 122, 123, 124, 125, 126 Reference signal generator, 131, 132, 133, 134, 135, 136 Multiplier, 141, 142, 143, 144, 145, 146 LPF, 151, 152 153, arc tangent calculator, 155, 156, 157 discontinuous point compensation calculator, 170 O / E converter, 171 light receiving element, 173 DC component suppressing power source, 174 differential amplifier.
Claims (4)
2つの光路を備え、各光路において光の周波数が異なる複数のパルスを重畳して、出力する出力部と、
2つの光路を備え、前記重畳したパルスと、該重畳したパルスを測定信号に応じて遅延させたパルスとを重畳させて出力するセンシング干渉計を有する検出部と、
前記検出部からの複数のパルスを光電変換する光電変換部と、
前記光電変換部から供給される電気信号を処理して前記測定信号を復調する処理部と、を備え、
前記光電変換部は、
前記検出部からのパルスから非復調成分を抑制するフィルタを備えた
ことを特徴とする干渉型光ファイバセンサ。 A pulse light source that periodically generates a plurality of pulses;
An output unit that includes two optical paths and superimposes and outputs a plurality of pulses having different light frequencies in each optical path;
A detection unit having a sensing interferometer that includes two optical paths and outputs the superimposed pulse and a pulse obtained by delaying the superimposed pulse according to a measurement signal;
A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts a plurality of pulses from the detection unit;
A processing unit that processes an electrical signal supplied from the photoelectric conversion unit and demodulates the measurement signal,
The photoelectric converter is
An interference type optical fiber sensor comprising a filter that suppresses a non-demodulated component from a pulse from the detection unit.
複数組のセンシング干渉計の出力パルスが連続するように遅延して前記光電変換部に出力する遅延回路を備え、
前記遅延回路は、
少なくとも1つの遅延ファイバを備え、
前記遅延ファイバは、
前記出力パルスの連続する間隔を、前記出力部からの重畳された複数のパルス同士の間隔と同じ間隔で遅延させる
ことを特徴とする請求項1に記載の干渉型光ファイバセンサ。 The detector is
A delay circuit that delays the output pulses of a plurality of sets of sensing interferometers to be continuous and outputs them to the photoelectric conversion unit,
The delay circuit is
Comprising at least one delay fiber;
The delay fiber is
The interference type optical fiber sensor according to claim 1, wherein the continuous interval of the output pulses is delayed by the same interval as the interval between a plurality of superimposed pulses from the output unit.
前記光路から分岐した一方のパルスを複数回帰還させ、帰還回路の中で光の周波数を変える
ことを特徴とする請求項2に記載の干渉型光ファイバセンサ。 The output unit is
The interference type optical fiber sensor according to claim 2, wherein one pulse branched from the optical path is fed back a plurality of times, and the frequency of light is changed in the feedback circuit.
前記検出部からの複数のパルスを光電変換する受光素子と、
前記電気信号のうち、直流成分を抑制する抑制信号を出力する直流成分抑制用電源と、
前記フィルタの出力と、前記直流成分抑制用電源の出力と、の差分に応じた出力をする差動アンプと、をさらに備え、
前記差動アンプは、
前記直流成分を抑制し、復調成分を前記処理部に出力する
ことを特徴とする請求項3に記載の干渉型光ファイバセンサ。 The photoelectric converter is
A light receiving element that photoelectrically converts a plurality of pulses from the detection unit;
Among the electrical signals, a DC component suppression power source that outputs a suppression signal that suppresses a DC component;
A differential amplifier that outputs in accordance with the difference between the output of the filter and the output of the DC component suppressing power supply;
The differential amplifier is
The interference type optical fiber sensor according to claim 3, wherein the direct current component is suppressed and a demodulated component is output to the processing unit.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2013252092A JP2015108580A (en) | 2013-12-05 | 2013-12-05 | Interference type optical fiber sensor |
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JP2020106306A (en) * | 2018-12-26 | 2020-07-09 | 沖電気工業株式会社 | Interference type fiber sensor system, demodulation device, demodulation method, and program |
CN112097812A (en) * | 2020-09-15 | 2020-12-18 | 安徽大学 | Method for expanding working bandwidth of interference type optical fiber sensing system through balanced filtering |
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2013
- 2013-12-05 JP JP2013252092A patent/JP2015108580A/en active Pending
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