JP2016053565A - 干渉型光ファイバセンサシステム及び干渉型光ファイバセンサヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で環境による影響を低減させる干渉型光ファイバセンサシステム及び干渉型光ファイバセンサヘッドを提供する。
【解決手段】干渉型光ファイバセンサシステム１は、光源１１と、光源１１と光学的に接続された第１カプラ１２と、測定光Ｌ２を入力する第１光経路１３と、参照光Ｌ３を入力する第２光経路１４と、第１光経路１３及び第２光経路１４を結合する第２カプラ１８と、測定光Ｌ２及び参照光Ｌ３の変調を計測する光検出器１９と、加えられた応力によって測定光Ｌ２及び参照光Ｌ３を変調させるコイル２０と、を備える。第１光経路１３における光学長と第２光経路１４における光学長とは等しく、第１光経路１３は第１遅延線１５を有し、第２光経路１４は第２遅延線１６を有し、コイル２０は、第１遅延線１５と第２カプラ１８との間、及び第２遅延線１６と第１カプラ１２との間に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、干渉型光ファイバセンサシステム及び干渉型光ファイバセンサヘッドに関するものである。

特許文献１には、センシングアームとリファレンスアームとを備えた干渉型光ファイバセンサが記載されている。センシングアーム及びリファレンスアームには、温度ドリフトを抑制するための温度補償用ファイバが設けられている。特許文献２には、センサ部の前後に遅延ファイバが挿入された干渉型光ファイバセンサが記載されている。この干渉型光ファイバセンサでは、カプラによって光を分岐させ、分岐させた一方の光に遅延を付与する。そして、分岐させた他方の光と遅延が付与された光とをカプラによって再度結合させる。このように再度結合された光をセンサに入力させる。

特開２００５−２４１２９８号公報 特開２０１３−１７４５６３号公報

特許文献１に記載された干渉型光ファイバセンサでは、温度補償用ファイバとして特殊なファイバを用いているため、製造等のコストの増加が懸念される。特許文献２に記載された干渉型光ファイバセンサは、光の分岐、遅延の付与及び光の結合を行うための構成を複数備えているので、構造が複雑である。また、上述したような干渉型光ファイバセンサでは、測定光及び参照光の変調を確実に計測できるようにするため、外部の環境による影響を抑制することが望まれている。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で環境による影響を低減させることができる干渉型光ファイバセンサシステム及び干渉型光ファイバセンサヘッドを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の一側面に係る干渉型光ファイバセンサシステムは、光源と、光源と光学的に接続された第１カプラと、第１カプラと光学的に接続され、第１カプラから分岐された測定光及び参照光の一方を入力する第１光経路と、第１カプラと光学的に接続され、測定光及び参照光の他方を入力する第２光経路と、第１光経路及び第２光経路を結合する第２カプラと、第２カプラによって結合された光に基づいて、測定光及び参照光の変調を計測する計測部と、加えられた応力によって測定光及び参照光を変調させる変調部と、を備え、第１光経路は、第１遅延線を有し、第２光経路は、第２遅延線を有し、第１光経路における光学長と第２光経路における光学長とは互いに等しく、変調部は、第１遅延線と第２カプラとの間、及び第２遅延線と第１カプラとの間に設けられている。

また、本発明の一側面に係る干渉型光ファイバセンサヘッドは、測定光及び参照光の一方を入力する第１光経路と、測定光及び参照光の他方を入力する第２光経路と、第１光経路及び第２光経路が巻かれたコイルと、を備え、第１光経路は、コイルよりも入力端側に位置する第１遅延線を有し、第２光経路は、コイルよりも出力端側に位置する第２遅延線を有し、第１光経路における光学長と第２光経路における光学長とは等しい。

本発明によれば、簡易な構成で環境による影響を低減させることができる。

図１は、第１実施形態に係る干渉型光ファイバセンサシステムを示す図である。 図２は、光検出器によって検出される信号の波形の例を示すグラフである。 図３は、第２実施形態に係る干渉型光ファイバセンサシステムを示す図である。 図４は、第３実施形態に係る干渉型光ファイバセンサシステムを示す図である。 図５は、第４実施形態に係る干渉型光ファイバセンサシステムを示す図である。 図６は、光学装置を示す概略構成図である。 図７は、第５実施形態に係る干渉型光ファイバセンサシステムを示す図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。（１）本発明の一側面に係る干渉型光ファイバセンサシステムは、光源と、光源と光学的に接続された第１カプラと、第１カプラと光学的に接続され、第１カプラから分岐された測定光及び参照光の一方を入力する第１光経路と、第１カプラと光学的に接続され、測定光及び参照光の他方を入力する第２光経路と、第１光経路及び第２光経路を結合する第２カプラと、第２カプラによって結合された光に基づいて、測定光及び参照光の変調を計測する計測部と、加えられた応力によって測定光及び参照光を変調させる変調部と、を備え、第１光経路は、第１遅延線を有し、第２光経路は、第２遅延線を有し、第１光経路における光学長と第２光経路における光学長とは互いに等しく、変調部は、第１遅延線と第２カプラとの間、及び第２遅延線と第１カプラとの間に設けられている。

本発明の一側面に係る干渉型光ファイバセンサシステムでは、第１遅延線と第２遅延線とを備えることによって測定光と参照光の位相が揃えられる。また、変調部によって、応力が加えられると測定光及び参照光が変調される。そして、変調された測定光及び参照光の一方が第２遅延線に入力されることによって他方よりも遅延される。従って、計測部は、測定光と参照光とを選択的に抽出することができる。よって、簡易な構成で環境による影響を低減させることができ、計測部は測定光及び参照光の変調を確実に計測することができる。

（２）上記の干渉型光ファイバセンサシステムでは、変調部は、共通の芯に巻かれた第１光経路及び第２光経路を含むコイルであってもよい。これにより、変調部における第１光経路と第２光経路とを同一の環境とすることができる。従って、計測部は、環境による影響が低減された状態で測定光及び参照光の変調を計測することができる。

（３）上記の干渉型光ファイバセンサシステムでは、第１遅延線によって生じる遅延時間と、第２遅延線によって生じる遅延時間と、は互いに等しくてもよい。これにより、簡易な構成で測定光及び参照光の位相を揃えることができる。

（４）上記の干渉型光ファイバセンサシステムでは、計測部は、第２遅延線から出力されたゴースト信号を除去してもよい。これにより、不要な信号を除去し、計測精度を高めることができる。

（５）上記の干渉型光ファイバセンサシステムでは、第１カプラと第２カプラは共通であり、第１光経路と第２光経路は共通であり、第１遅延線と第２遅延線は共通であってもよい。この場合、光経路を同一の環境に配置することができるので、外部環境による影響を受けにくくすることができる。また、光経路を共通とすることによって、光学長を一致させる構成を容易に実現させることができ、検出感度を容易に高めることができる。

（６）上記の干渉型光ファイバセンサシステムでは、第１光経路及び第２光経路は、互いに間隔を有して芯に巻かれており、第１遅延線によって生じる遅延時間と第２遅延線によって生じる遅延時間とは、共に応力が間隔を伝搬する時間よりも長くてもよい。これにより、各遅延線による遅延時間に対して、応力が間隔を伝搬する時間の影響を小さくすることができる。従って、上記遅延時間を相対的に長くすることによって、計測部は、測定光及び参照光の変調をより確実に抽出することができる。

（７）上記の干渉型光ファイバセンサシステムでは、応力は、音響波として伝搬してもよい。

（８）上記の干渉型光ファイバセンサシステムでは、第１光経路の少なくとも一部を構成する第１コアと、第２光経路の少なくとも一部を構成する第２コアと、を含むマルチコアファイバを備えていてもよい。これにより、構成を簡単にすることができる。

（９）上記の干渉型光ファイバセンサシステムでは、マルチコアファイバの第１コアの一端に光学的に接続される第１シングルコアファイバと、マルチコアファイバの第２コアの一端に光学的に接続される第２シングルコアファイバと、マルチコアファイバの第１コアの他端に光学的に接続される第３シングルコアファイバと、マルチコアファイバの第２コアの他端に光学的に接続される第４シングルコアファイバと、を備え、第１シングルコアファイバは第１遅延線を有し、第４シングルコアファイバは第２遅延線を有していてもよい。

（１０）本発明の一側面に係る干渉型光ファイバセンサヘッドは、測定光及び参照光の一方を入力する第１光経路と、測定光及び参照光の他方を入力する第２光経路と、第１光経路及び第２光経路が巻かれたコイルと、を備え、第１光経路は、コイルよりも入力端側に位置する第１遅延線を有し、第２光経路は、コイルよりも出力端側に位置する第２遅延線を有し、第１光経路における光学長と第２光経路における光学長とは等しい。この干渉型光ファイバセンサヘッドでは、コイルに応力が加えられると測定光及び参照光に変調が加えられる。そして、変調が加えられた測定光及び参照光の一方が第２遅延線に入力されて他方よりも遅延される。よって、測定光と参照光とを選択的に抽出することができ、上述した干渉型光ファイバセンサシステムと同様の効果が得られる。

（１１）上記の干渉型光ファイバセンサヘッドでは、第１遅延線によって生じる遅延時間と、第２遅延線によって生じる遅延時間と、は互いに等しくてもよい。これにより、上記同様、第１遅延線及び第２遅延線の構成を簡単にすることができる。

（１２）上記の干渉型光ファイバセンサヘッドでは、第１光経路及び第２光経路は、互いに間隔を有してコイルの芯に巻かれており、第１遅延線によって生じる遅延時間と第２遅延線によって生じる遅延時間とは、共にコイルにおける応力が間隔を伝搬する時間よりも長くてもよい。これにより、上記同様、計測部は、測定光と参照光とをより確実に抽出することができる。

（１３）上記の干渉型光ファイバセンサヘッドでは、第１光経路と第２光経路は共通であり、第１遅延線と第２遅延線は共通であってもよい。これにより、光経路を同一の環境に配置することができるので、外部環境による影響を受けにくくすることができる。また、光経路を共通とすることによって、光学長を一致させる構成を容易に実現させることができ、検出感度を容易に高めることができる。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る干渉型光ファイバセンサシステム及び干渉型光ファイバセンサヘッドの具体例を図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る干渉型光ファイバセンサシステム１の構成を示す図である。図１に示されるように、干渉型光ファイバセンサシステム１は、光源１１と、第１カプラ１２と、第１光経路１３と、第２光経路１４と、第２カプラ１８と、光検出器（計測部）１９と、コイル（変調部）２０とを備えている。

光源１１は、パルス光である信号光Ｌ１を出力する。光源１１は、第１カプラ１２と光学的に接続されている。光源１１から出力された信号光Ｌ１は、第１カプラ１２に入力される。第１カプラ１２は、光源１１からの信号光Ｌ１を、パルス光である測定光Ｌ２とパルス光である参照光Ｌ３とに分岐して出力する。

第１光経路１３は、第１カプラ１２と光学的に接続されている。第１光経路１３の一端は第１カプラ１２に接続され、第１光経路１３の他端は第２カプラ１８に接続されている。第１光経路１３は、第１カプラ１２から出力された測定光Ｌ２を第１光経路１３の一端に入力して導波させる。第１光経路１３の途中には第１遅延線１５及びコイル２０が設けられている。

第２光経路１４は、第１光経路１３と同様、第１カプラ１２と光学的に接続されている。第２光経路１４の一端は第１カプラ１２に接続され、第２光経路１４の他端は第２カプラ１８に接続されている。第２光経路１４は、第１カプラ１２から出力された参照光Ｌ３を第２光経路１４の一端に入力して導波させる。第２光経路１４の途中にはコイル２０及び第２遅延線１６が設けられている。第１光経路１３及び第２光経路１４は例えば光ファイバであり、第１光経路１３における光学長は第２光経路１４における光学長と等しい。また、例えば第１光経路１３及び第２光経路１４の材料は互いに同一である。

第１遅延線１５は、コイル２０の入力端側に配置されている。第１遅延線１５は、第１光経路１３に入力された測定光Ｌ２に遅延を付与する。遅延が付与された測定光Ｌ２は、コイル２０を通って第２カプラ１８に出力される。第２遅延線１６は、コイル２０の出力端側に配置されている。第２遅延線１６は、第２光経路１４に入力されてコイル２０を通った参照光Ｌ３に遅延を付与する。遅延が付与された参照光Ｌ３は第２カプラ１８に出力される。また、例えば、第２遅延線１６によって付与される遅延時間は、第１遅延線１５によって付与される遅延時間と等しい。

コイル２０は、第１光経路１３及び第２光経路１４が螺旋状に巻き付けられる芯１７を有する。芯１７に巻き付けられる第１光経路１３の長さ及び巻き数は、例えば、芯１７に巻き付けられる第２光経路１４の長さ及び巻き数と同一である。コイル２０には、外部から振動等を受けることによって、応力が加えられる。コイル２０における応力は、音響波としてコイル２０上を伝搬する。芯１７には、第１光経路１３及び第２光経路１４が互いに間隔Ｈを有して巻かれている。すなわち、芯１７における第１光経路１３と第２光経路１４との距離が間隔Ｈとなっている。また、コイル２０における応力が間隔Ｈを伝搬する時間は、第１遅延線１５によって生じる遅延時間よりも短く、且つ第２遅延線１６によって生じる遅延時間よりも短い。なお、図１では１個のコイル２０のみを図示しているが、２個以上のコイル２０が設けられていてもよい。

第２カプラ１８は、第１光経路１３及び第２光経路１４を結合する。第２カプラ１８は、第１光経路１３を通った測定光Ｌ２と第２光経路１４を通った参照光Ｌ３とを結合させる。第２カプラ１８は、光検出器１９と光学的に接続されている。第２カプラ１８によって結合された光は、光検出器１９に出力される。

光検出器１９は、第２カプラ１８によって結合された光に基づいて、測定光Ｌ２及び参照光Ｌ３の変調を検出する。光検出器１９には測定光Ｌ２と参照光Ｌ３との干渉光が入力される。光検出器１９は、上記干渉光を検出してホモダイン検波を行う。コイル２０に応力が生じていない状態では、第１遅延線１５によって遅延が付与された測定光Ｌ２と、第２遅延線１６によって遅延が付与された参照光Ｌ３と、が第２カプラ１８に同時に入力される。よって、光検出器１９は、遅延が付与された測定光Ｌ２と遅延が付与された参照光Ｌ３との干渉光を計測する。

一方、コイル２０に応力が生じると、この応力によって、コイル２０における測定光Ｌ２及び参照光Ｌ３に位相変調が生じる。そして、位相変調が生じた測定光Ｌ２及び参照光Ｌ３のうち、参照光Ｌ３のみが第２遅延線１６を通る。従って、第２カプラ１８に入力される測定光Ｌ２と参照光Ｌ３とでは位相差が生じ、光検出器１９には、例えば図２のグラフに示されるような波形を有する測定光Ｌ２と参照光Ｌ３とが入力される。

光検出器１９においてこのような測定光Ｌ２と参照光Ｌ３とを検出することによって、干渉型光ファイバセンサシステム１は、コイル２０に応力が加えられたことを検出する。また、光検出器１９は、第２遅延線１６から出力された参照光Ｌ３に係るゴースト信号Ｇを除去する。ここで、ゴースト信号Ｇとは、コイル２０に応力が加えられたときに、第２遅延線１６を通ることによって、光検出器１９に遅れて入力された光信号を示している。

以上の構成を備える本実施形態の干渉型光ファイバセンサシステム１によって得られる効果について説明する。

干渉型光ファイバセンサシステム１では、第１遅延線１５と第２遅延線１６とを備えることによって測定光Ｌ２と参照光Ｌ３の位相が揃えられる。また、コイル２０によって、応力が加えられると測定光Ｌ２及び参照光Ｌ３が変調される。そして、変調された参照光Ｌ３が第２遅延線１６に入力されて測定光Ｌ２よりも遅延される。従って、光検出器１９は、測定光Ｌ２と参照光Ｌ３とを選択的に抽出することができる。よって、簡易な構成で環境による影響を低減させることができ、光検出器１９は測定光Ｌ２及び参照光Ｌ３の変調を確実に計測することができる。

また、コイル２０において、第１光経路１３及び第２光経路１４は共通の芯１７に巻かれている。よって、コイル２０において第１光経路１３と第２光経路１４とを同一の環境に配置することができる。従って、光検出器１９は、環境による影響が低減された状態で測定光Ｌ２と参照光Ｌ３とを計測することができる。

また、第１遅延線１５によって生じる遅延時間と、第２遅延線１６によって生じる遅延時間と、は互いに等しい。よって、簡易な構成で測定光Ｌ２及び参照光Ｌ３の位相を揃えることができる。

また、光検出器１９は、第２遅延線１６から出力されるゴースト信号を除去する。よって、不要な信号を除去し、計測精度を高めることができる。

また、第１光経路１３及び第２光経路１４は、互いに間隔Ｈを有して芯１７に巻かれており、第１遅延線１５によって生じる遅延時間と第２遅延線１６によって生じる遅延時間とは、共に応力が間隔Ｈを伝搬する時間よりも長い。よって、各遅延線１５，１６による遅延時間に対して、応力が間隔Ｈを伝搬する時間の影響を小さくすることができる。このように上記遅延時間を相対的に長くすることによって、光検出器１９は、測定光Ｌ２及び参照光Ｌ３の変調をより確実に抽出することができる。

（第２実施形態）
図３は、第２実施形態に係る干渉型光ファイバセンサシステム１Ａの構成を示す図である。第２実施形態の説明では、第１実施形態と重複する説明を省略する。後述する第３〜第５実施形態においても重複する説明を省略する。図３に示されるように、干渉型光ファイバセンサシステム１Ａは、装置本体２と、３個の干渉型光ファイバセンサヘッド３とを備えている。なお、干渉型光ファイバセンサヘッド３の数は、３個に限られず、１個、２個又は４個以上であってもよい。装置本体２は、光源１１、第１カプラ１２、第１遅延線１５、第２遅延線１６、第２カプラ１８及び光検出器１９を備えている。各干渉型光ファイバセンサヘッド３はコイル２０を備えている。

干渉型光ファイバセンサシステム１Ａでは、干渉型光ファイバセンサヘッド３のコイル２０に応力が加えられると測定光Ｌ２及び参照光Ｌ３に変調が加えられる。そして、第１実施形態と同様、変調が加えられた参照光Ｌ３のみが第２遅延線１６に入力されて遅延される。従って、光検出器１９は、測定光Ｌ２と参照光Ｌ３とを選択的に抽出することができ、第１実施形態と同様の効果が得られる。

（第３実施形態）
図４は、第３実施形態に係る干渉型光ファイバセンサシステム１Ｂの構成を示す図である。図４に示されるように、干渉型光ファイバセンサシステム１Ｂは、装置本体２Ａと３個の干渉型光ファイバセンサヘッド３Ａとを備えている。干渉型光ファイバセンサヘッド３Ａの数は、１個、２個又は４個以上であってもよい。装置本体２Ａは、光源１１、第１カプラ１２、第２カプラ１８及び光検出器１９を備えている。各干渉型光ファイバセンサヘッド３Ａは、第１遅延線１５、第２遅延線１６及びコイル２０を備えている。

干渉型光ファイバセンサヘッド３Ａでは、コイル２０に応力が加えられると測定光Ｌ２及び参照光Ｌ３に変調が加えられ、変調が加えられた参照光Ｌ３のみが第２遅延線１６によって遅延される。従って、光検出器１９は、測定光Ｌ２と参照光Ｌ３とを選択的に抽出することができる。よって、第３実施形態では、上述した干渉型光ファイバセンサシステム１，１Ａと同様の効果が得られる。

（第４実施形態）
図５及び図６は、第４実施形態に係る干渉型光ファイバセンサシステム１Ｃの構成を示す図である。図５及び図６に示されるように、干渉型光ファイバセンサシステム１Ｃは、マルチコアファイバ３０と、第１〜第４シングルコアファイバ３１，３２，３３，３４と、２個の光学装置３５とを備えている。マルチコアファイバ３０は、第１コア３０ａ及び第２コア３０ｂを有する。本実施形態において、第１光経路１３は、第１シングルコアファイバ３１、第１コア３０ａ及び第３シングルコアファイバ３３を含んでいる。第２光経路１４は、第２シングルコアファイバ３２、第２コア３０ｂ及び第４シングルコアファイバ３４を含んでいる。

第１シングルコアファイバ３１の一端は第１カプラ１２に接続されており、第１シングルコアファイバ３１の他端は光学装置３５に接続されている。装置本体２の内部における第１シングルコアファイバ３１の途中部分には、第１遅延線１５が設けられている。また、第２シングルコアファイバ３２の一端及び他端は、第１シングルコアファイバ３１と同様、それぞれ第１カプラ１２及び光学装置３５に接続されている。第３シングルコアファイバ３３の一端及び他端は、それぞれ光学装置３５及び第２カプラ１８に接続されており、第４シングルコアファイバ３４の一端及び他端も、それぞれ光学装置３５及び第２カプラ１８に接続されている。

マルチコアファイバ３０の一端は第１カプラ１２側の光学装置３５に接続されており、マルチコアファイバ３０の他端は第２カプラ１８側の光学装置３５に接続されている。マルチコアファイバ３０は、２個の芯１７に巻き付けられている。なお、芯１７（コイル２０）の数は、１個又は３個以上であってもよい。

光学装置３５は、第１レンズ３６と第２レンズ３７とを備えている。第２レンズ３７は、第１レンズ３６よりもマルチコアファイバ３０側に配置される。第１カプラ１２側の光学装置３５は、マルチコアファイバ３０と、第１及び第２シングルコアファイバ３１，３２と、を光学的に結合する。第１及び第２シングルコアファイバ３１，３２はそれぞれコア３１ａ，３２ａを有する。第１シングルコアファイバ３１の端面からは測定光Ｌ２が出射され、第２シングルコアファイバ３２の端面からは参照光Ｌ３が出射される。第１及び第２シングルコアファイバ３１，３２の各コア３１ａ，３２ａからの測定光Ｌ２及び参照光Ｌ３の光軸は、例えば互いに平行となっている。

第１レンズ３６は、第１及び第２シングルコアファイバ３１，３２のコア３１ａ，３２ａのそれぞれから出射される測定光Ｌ２及び参照光Ｌ３の光軸上に位置する。第１レンズ３６は、測定光Ｌ２及び参照光Ｌ３の光路を互いに平行と異ならせる。第２レンズ３７は、第１レンズ３６によって互いに平行と異なる状態とされた測定光Ｌ２及び参照光Ｌ３の光軸を再び互いに平行な状態とする。第２レンズ３７によって互いに平行な状態とされた測定光Ｌ２及び参照光Ｌ３は、それぞれ第１コア３０ａ及び第２コア３０ｂに入射される。このように、光学装置３５は、第１及び第２シングルコアファイバ３１，３２の各コア３１ａ，３２ａからの測定光Ｌ２及び参照光Ｌ３の光軸の間隔を、マルチコアファイバ３０の各コア３０ａ，３０ｂの間隔に適合させる。なお、第２カプラ１８側の光学装置３５は、上述した第１カプラ１２側の光学装置３５と同様の構成を備えるため、詳細な説明を省略する。

上述したように、干渉型光ファイバセンサシステム１Ｃでは、マルチコアファイバ３０の一端及び他端のそれぞれに第１〜第４シングルコアファイバ３１，３２，３３，３４が光学的に接続されている。また、第１シングルコアファイバ３１に第１遅延線１５が設けられており、第４シングルコアファイバ３４に第２遅延線１６が設けられている。このようにマルチコアファイバ３０を用いることにより、コイル２０における構成を簡易にすることができる。

（第５実施形態）
図７は、第５実施形態に係る干渉型光ファイバセンサシステム１Ｄの構成を示す。干渉型光ファイバセンサシステム１Ｄは、装置本体２Ｄと干渉型光ファイバセンサヘッド３Ｄとを備えている。装置本体２Ｄは、光源１１、第３カプラ４１、偏光分離器５１、検出部（計測部）５２及び制御部５３を備えている。干渉型光ファイバセンサヘッド３Ｄは、第３遅延線５０及びコイル２０を備えている。

装置本体２Ｄにおいて、光源１１と第３カプラ４１が光学的に結合され、第３カプラ４１と偏光分離器５１が光学的に結合されている。また、第３カプラ４１は、第１サブ経路４３を介して第１光コネクタ４９ａに接続され、第２サブ経路４４を介して第２光コネクタ４９ｂに接続されている。

干渉型光ファイバセンサヘッド３Ｄにおいて、コイル２０は、第３サブ経路４７を介して第３光コネクタ４９ｃに接続され、第４サブ経路４８を介して第４光コネクタ４９ｄに接続されている。コイル２０は芯１７に巻き付けられた光ファイバを含み、当該光ファイバは連続する第３サブ経路４７及び第４サブ経路４８によって構成される。なお、本実施形態では、第３遅延線５０は第４サブ経路４８に設けられているが、第３サブ経路４７に第３遅延線５０が設けられていてもよい。或いは、第１サブ経路４３、第２サブ経路４４、第５サブ経路４５または第６サブ経路４６に設けられていてもよい。

第１光コネクタ４９ａと第３光コネクタ４９ｃが第５サブ経路４５を介して接続され、第２光コネクタ４９ｂと第４光コネクタ４９ｄが第６サブ経路４６を介して接続されることにより、装置本体２Ｄと干渉型光ファイバセンサヘッド３Ｄは互いに光学的に接続される。従って、第１サブ経路４３、第２サブ経路４４、第３サブ経路４７、第４サブ経路４８、第５サブ経路４５及び第６サブ経路４６によって構成される第３光経路４２は、その一端及び他端が第３カプラ４１に光学的に接続される。

光源１１から出力された信号光Ｌ１は、第３カプラ４１に入力され、測定光Ｌ２と参照光Ｌ３とに分岐して出力される。測定光Ｌ２は、第１サブ経路４３、第１光コネクタ４９ａ、第５サブ経路４５、第３光コネクタ４９ｃ及び第３サブ経路４７を介して、コイル２０に入力される。その後、測定光Ｌ２は、第４サブ経路４８に出力され、第３遅延線５０、第４光コネクタ４９ｄ、第６サブ経路４６、第２光コネクタ４９ｂ及び第２サブ経路４４を介して再び第３カプラ４１に結合される。従って、測定光Ｌ２は第３光経路４２を時計回りに伝搬する。つまり、第１実施形態における第１光経路１３は、本実施形態における第３光経路４２を時計回りに辿る経路に相当する。

参照光Ｌ３は、第２サブ経路４４、第２光コネクタ４９ｂ、第６サブ経路４６、第４光コネクタ４９ｄ、第３遅延線５０及び第４サブ経路４８を介して、コイル２０に入力される。その後、参照光Ｌ３は、第３サブ経路４７に出力され、第３光コネクタ４９ｃ、第５サブ経路４５、第１光コネクタ４９ａ及び第１サブ経路４３を介して再び第３カプラ４１に結合される。従って、参照光Ｌ３は第３光経路４２を反時計回りに伝搬する。つまり、第１実施形態における第２光経路１４は、本実施形態における第３光経路４２を反時計回りに辿る経路に相当する。

測定光Ｌ２と参照光Ｌ３は、第３カプラ４１に入力されて結合され、干渉光Ｌ４が出力される。干渉光Ｌ４は偏光分離器５１に入力され、第１偏光成分Ｌ５と第２偏光成分Ｌ６に分岐して出力される。

第１偏光成分Ｌ５は検出部５２に結合される。検出部５２は、第１偏光成分Ｌ５を受光し、コイル２０における音響信号を検出するための検出信号Ｄ１を生成する。検出部５２は、第１光検出器５２ａと、第１処理部５２ｂを備えている。第１光検出器５２ａは、入力された第１偏光成分Ｌ５の光強度を電圧値に変換し、第１電気信号Ｅ１を出力する。第１処理部５２ｂは、第１電気信号Ｅ１から検出信号Ｄ１を生成する。

第２偏光成分Ｌ６は制御部５３に結合される。制御部５３は、第２偏光成分Ｌ６を受光し、光源１１を制御するための制御信号Ｄ２を生成し、制御信号Ｄ２を光源１１に入力する。制御部５３は、第２光検出器５３ａと第２処理部５３ｂとを備えている。第２光検出器５３ａは、入力された第２偏光成分Ｌ６の強度を電圧値に変換し、第２電気信号Ｅ２を出力する。第２処理部５３ｂは、第２電気信号Ｅ２から制御信号Ｄ２を生成する。

装置本体２Ｄでは、検出信号Ｄ１の検出感度を向上するために、第１偏光成分Ｌ５の光強度を最大化することが好ましい。このために、制御部５３は、第２偏光成分Ｌ６の光強度が最小となるように、光源１１から出射される信号光Ｌ１の偏光状態を制御することが好ましい。

干渉型光ファイバセンサヘッド３Ｄでは、参照光Ｌ３が第３遅延線５０を通過してからコイル２０に入力される。従って、測定光Ｌ２がコイル２０に入力されるタイミングと、参照光Ｌ３がコイル２０に入力されるタイミングとは異なる。コイル２０に応力が加えられると、測定光Ｌ２及び参照光Ｌ３のいずれかに変調が加えられる。コイルから出力された測定光Ｌ２は第３遅延線５０を通過してから第３カプラ４１に入力される。従って、測定光Ｌ２が第３カプラ４１に入力されるタイミングと、参照光Ｌ３が第３カプラ４１に入力されるタイミングとは、ほぼ等しくなる。これにより、測定光Ｌ２と参照光Ｌ３がともに第３光経路４２を伝搬する場合であっても、干渉光Ｌ４を得ることができる。よって、コイル２０において測定光Ｌ２と参照光Ｌ３が伝搬する光経路（第３光経路４２）を同一の環境に配置することができ、検出信号Ｄ１は外部環境による影響を受けにくくなる。

以上、本実施形態の干渉型光ファイバセンサシステム１Ｄ及び干渉型光ファイバセンサヘッド３Ｄでは、第１実施形態における第１カプラ１２と第２カプラ１８とを共通の第３カプラ４１とし、第１光経路１３と第２光経路１４とを共通の第３光経路４２とし、第１遅延線１５と第２遅延線１６とを共通の第３遅延線５０としている。

また、干渉型光ファイバセンサシステム１Ｄは、光源１１と、光源１１と光学的に接続された第３カプラ４１と、一端及び他端が第３カプラ４１に接続され、第３カプラ４１から出力された測定光Ｌ２を一端から入力し、第３カプラ４１から出力された参照光Ｌ３を他端から入力する第３光経路４２と、第３カプラ４１によって結合された光に基づいて、測定光Ｌ２及び参照光Ｌ３の変調を計測する検出部５２と、加えられた応力によって測定光Ｌ２及び参照光Ｌ３を変調させるコイル２０と、を備え、第３光経路４２は、第３遅延線５０を有し、コイル２０は、第３遅延線５０と第３カプラ４１との間に設けられる。

また、干渉型光ファイバセンサヘッド３Ｄは、一端から測定光Ｌ２を入力し、他端から参照光Ｌ３を入力する光経路（第３サブ経路４７及び第４サブ経路４８）と、加えられた応力によって測定光Ｌ２及び参照光Ｌ３を変調させるコイル２０と、を備え、上記光経路は、第３遅延線５０を有し、コイル２０は、第３遅延線５０と上記光経路の一端との間、又は第３遅延線５０と上記光経路の他端との間、に設けられる。

以上のような構成を備えることにより、光経路を同一の環境に配置することができるので、外部環境による影響を受けにくくすることができる。また、光経路を共通とすることによって、光学長を一致させる構成を容易に実現させることができ、検出感度を容易に高めることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、第１光経路１３は、第１カプラ１２から分岐された測定光Ｌ２を入力するものとして説明したが、これに限定されるものではない。第１光経路１３に参照光が入力され、第２光経路１４に測定光が入力されてもよい。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…干渉型光ファイバセンサシステム、２，２Ａ，２Ｄ…装置本体、３，３Ａ，３Ｄ…干渉型光ファイバセンサヘッド、１１…光源、１２…第１カプラ、１３…第１光経路、１４…第２光経路、１５…第１遅延線、１６…第２遅延線、１７…芯、１８…第２カプラ、１９…光検出器（計測部）、２０…コイル（変調部）、３０…マルチコアファイバ、３０ａ…第１コア、３０ｂ…第２コア、３１…第１シングルコアファイバ、３２…第２シングルコアファイバ、３３…第３シングルコアファイバ、３４…第４シングルコアファイバ、３５…光学装置、３６…第１レンズ、３７…第２レンズ、４１…第３カプラ、４２…第３光経路、４３…第１サブ経路、４４…第２サブ経路、４５…第５サブ経路、４６…第６サブ経路、４７…第３サブ経路、４８…第４サブ経路、４９ａ…第１光コネクタ、４９ｂ…第２光コネクタ、４９ｃ…第３光コネクタ、４９ｄ…第４光コネクタ、５０…第３遅延線、５１…偏光分離器、５２…検出部（計測部）、５２ａ…第１光検出器、５２ｂ…第１処理部、５３…制御部、５３ａ…第２光検出器、５３ｂ…第２処理部、Ｄ１…検出信号、Ｄ２…制御信号、Ｅ１…第１電気信号、Ｅ２…第２電気信号、Ｈ…間隔、Ｌ１…信号光、Ｌ２…測定光、Ｌ３…参照光、Ｌ４…干渉光、Ｌ５…第１偏光成分、Ｌ６…第２偏光成分。

Claims (13)

1. 光源と、
   前記光源と光学的に接続された第１カプラと、
   前記第１カプラと光学的に接続され、前記第１カプラから分岐された測定光及び参照光の一方を入力する第１光経路と、
   前記第１カプラと光学的に接続され、前記測定光及び前記参照光の他方を入力する第２光経路と、
   前記第１光経路及び前記第２光経路を結合する第２カプラと、
   前記第２カプラによって結合された光に基づいて、前記測定光及び前記参照光の変調を計測する計測部と、
   加えられた応力によって前記測定光及び前記参照光を変調させる変調部と、を備え、
   前記第１光経路は、第１遅延線を有し、
   前記第２光経路は、第２遅延線を有し、
   前記第１光経路における光学長と前記第２光経路における光学長とは互いに等しく、
   前記変調部は、前記第１遅延線と前記第２カプラとの間、及び前記第２遅延線と前記第１カプラとの間に設けられている、
   干渉型光ファイバセンサシステム。
2. 前記変調部は、共通の芯に巻かれた前記第１光経路及び前記第２光経路を含むコイルである、
   請求項１に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
3. 前記第１遅延線によって生じる遅延時間と、前記第２遅延線によって生じる遅延時間と、は互いに等しい、
   請求項１又は２に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
4. 前記計測部は、前記第２遅延線から出力されたゴースト信号を除去する、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
5. 前記第１カプラと前記第２カプラは共通であり、
   前記第１光経路と前記第２光経路は共通であり、
   前記第１遅延線と前記第２遅延線は共通である、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
6. 前記第１光経路及び前記第２光経路は、互いに間隔を有して前記芯に巻かれており、
   前記第１遅延線によって生じる遅延時間と前記第２遅延線によって生じる遅延時間とは、共に前記応力が前記間隔を伝搬する時間よりも長い、
   請求項２に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
7. 前記応力は、音響波として伝搬する、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
8. 前記第１光経路の少なくとも一部を構成する第１コアと、前記第２光経路の少なくとも一部を構成する第２コアと、を含むマルチコアファイバを備える、
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
9. 前記マルチコアファイバの前記第１コアの一端に光学的に接続される第１シングルコアファイバと、
   前記マルチコアファイバの前記第２コアの一端に光学的に接続される第２シングルコアファイバと、
   前記マルチコアファイバの前記第１コアの他端に光学的に接続される第３シングルコアファイバと、
   前記マルチコアファイバの前記第２コアの他端に光学的に接続される第４シングルコアファイバと、を備え、
   前記第１シングルコアファイバは前記第１遅延線を有し、
   前記第４シングルコアファイバは前記第２遅延線を有する、
   請求項８に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
10. 測定光及び参照光の一方を入力する第１光経路と、
    前記測定光及び前記参照光の他方を入力する第２光経路と、
    前記第１光経路及び前記第２光経路が巻かれたコイルと、を備え、
    前記第１光経路は、前記コイルよりも入力端側に位置する第１遅延線を有し、
    前記第２光経路は、前記コイルよりも出力端側に位置する第２遅延線を有し、
    前記第１光経路における光学長と前記第２光経路における光学長とは等しい、
    干渉型光ファイバセンサヘッド。
11. 前記第１遅延線によって生じる遅延時間と、前記第２遅延線によって生じる遅延時間と、は互いに等しい、
    請求項１０に記載の干渉型光ファイバセンサヘッド。
12. 前記第１光経路及び前記第２光経路は、互いに間隔を有して前記コイルの芯に巻かれており、
    前記第１遅延線によって生じる遅延時間と前記第２遅延線によって生じる遅延時間とは、共に前記コイルにおける応力が前記間隔を伝搬する時間よりも長い、
    請求項１０又は１１に記載の干渉型光ファイバセンサヘッド。
13. 前記第１光経路と前記第２光経路は共通であり、
    前記第１遅延線と前記第２遅延線は共通である、
    請求項１０又は１１に記載の干渉型光ファイバセンサヘッド。

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