JP3247602B2 - 光ファイバセンサシステム - Google Patents
光ファイバセンサシステムInfo
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- JP3247602B2 JP3247602B2 JP01084996A JP1084996A JP3247602B2 JP 3247602 B2 JP3247602 B2 JP 3247602B2 JP 01084996 A JP01084996 A JP 01084996A JP 1084996 A JP1084996 A JP 1084996A JP 3247602 B2 JP3247602 B2 JP 3247602B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバセンサシ
ステムに係り、とくにPGC (Phase Generated Carrier)
ホモダイン復調方式を用いた光ファイバセンサシステム
に関する。
ステムに係り、とくにPGC (Phase Generated Carrier)
ホモダイン復調方式を用いた光ファイバセンサシステム
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、音圧、磁界などの物理量を光ファ
イバセンサにて検出し、この検出した物理量を復調する
には、A.Danderidge,A.B.Tveten and T.G.Giallorenz
i,"Homodyne demodulation scheme for fiber-optic se
nsors using phase generated carrier", IEEE J.Quant
um Electron.,Vol.QE-18,No.10,pp1647-1653(1982).に
示されたPGC ホモダイン復調方式がある。
イバセンサにて検出し、この検出した物理量を復調する
には、A.Danderidge,A.B.Tveten and T.G.Giallorenz
i,"Homodyne demodulation scheme for fiber-optic se
nsors using phase generated carrier", IEEE J.Quant
um Electron.,Vol.QE-18,No.10,pp1647-1653(1982).に
示されたPGC ホモダイン復調方式がある。
【０００３】この文献によるPGC ホモダイン復調方式を
用いた光ファイバセンサシステムについて図13を用いて
説明する。光源20を構成するレーザの周波数は変調信号
発生器５から送られてくる変調信号により正弦波状に周
波数変調(FM)され、このFMされた光信号は光ファイバに
光路差を持たせた干渉計40に送られ、この干渉計40の光
強度信号はO/E 変換器50に送られ、O/E 変換器50からは
下記の(1) 式で表される電気信号が得られる。
用いた光ファイバセンサシステムについて図13を用いて
説明する。光源20を構成するレーザの周波数は変調信号
発生器５から送られてくる変調信号により正弦波状に周
波数変調(FM)され、このFMされた光信号は光ファイバに
光路差を持たせた干渉計40に送られ、この干渉計40の光
強度信号はO/E 変換器50に送られ、O/E 変換器50からは
下記の(1) 式で表される電気信号が得られる。
【０００４】 I=A+Bcos[Ccos ωot＋φ(t)] ・・・・・・・・(1) C= 2πΔＬ nνd / c0 ・・・・・・・・(2) ここで、ＡはO/E 変換器50に入力する光の平均パワー、
ＢはO/E 変換器50に入力する光の平均パワーと干渉計を
通過した光のパワーと偏光状態で決まり、通常、定数と
して扱われる。ωo はレーザを変調している正弦波の角
周波数、φ(t)は干渉計40を通過した光の位相差で、検
出したい信号はここに含まれる。ΔＬは干渉計40の光路
差、n は干渉計のアームとなる光ファイバの屈折率、ν
d はレーザの最大周波数偏移、c0は真空中での光速であ
る。
ＢはO/E 変換器50に入力する光の平均パワーと干渉計を
通過した光のパワーと偏光状態で決まり、通常、定数と
して扱われる。ωo はレーザを変調している正弦波の角
周波数、φ(t)は干渉計40を通過した光の位相差で、検
出したい信号はここに含まれる。ΔＬは干渉計40の光路
差、n は干渉計のアームとなる光ファイバの屈折率、ν
d はレーザの最大周波数偏移、c0は真空中での光速であ
る。
【０００５】次に、O/E 変換器50の出力は復調処理器20
0 を構成する同期検波器62および64（乗算器とLPF ）に
送られ、この検波器62はO/E 変換器50から送られてくる
信号のω0 の奇数次を抽出し、検波器64は偶数次の成分
を抽出する。１次の成分を抽出した場合、同期検波器62
からは下記の(3) 式で表される信号が得られ、また２次
の成分を抽出した場合、同期検波器64からは下記の(4)
式で表される信号が得られる。
0 を構成する同期検波器62および64（乗算器とLPF ）に
送られ、この検波器62はO/E 変換器50から送られてくる
信号のω0 の奇数次を抽出し、検波器64は偶数次の成分
を抽出する。１次の成分を抽出した場合、同期検波器62
からは下記の(3) 式で表される信号が得られ、また２次
の成分を抽出した場合、同期検波器64からは下記の(4)
式で表される信号が得られる。
【０００６】 2B・J1(C)・sin φ(t) ・・・・・・・・・(3) -2B・J2(C)・cos φ(t) ・・・・・・・・・(4) ここでJ1(C) はＣを引数とする１次の第１種ベッセル関
数であり、J2(C) はＣを引数とする２次の第１種ベッセ
ル関数である。
数であり、J2(C) はＣを引数とする２次の第１種ベッセ
ル関数である。
【０００７】次に、これら信号は復調処理器200 を構成
するsin/cos 復調器66に送られ、微分クロス乗算、減
算、積分され下記の(5) 式で表される信号が得られる。
するsin/cos 復調器66に送られ、微分クロス乗算、減
算、積分され下記の(5) 式で表される信号が得られる。
【０００８】 B2・J1(C)・J2(C)・ φ(t) ・・・・・・・・・(5) したがって、sin/cos 復調器66からは検出したい信号を
含むφ(t) に比例した出力が得られる。
含むφ(t) に比例した出力が得られる。
【０００９】また、複数個のセンサで検出した信号を多
重伝送するシステムには、A.D.Kersey,A.Danderidge an
d A.B.Tveten,"Time-division multiplexing of interf
erometoric fiber sensors using passive phase gener
ated carrier interrogation",OPTICS LETTERS Vol.12,
No.10,pp775-777(1987) に示されたものがある。
重伝送するシステムには、A.D.Kersey,A.Danderidge an
d A.B.Tveten,"Time-division multiplexing of interf
erometoric fiber sensors using passive phase gener
ated carrier interrogation",OPTICS LETTERS Vol.12,
No.10,pp775-777(1987) に示されたものがある。
【００１０】この文献によるシステムはパルス化された
レーザ光を複数の光ファイバセンサと複数の遅延線など
で構成された干渉型光ファイバセンサアレイに送り、こ
のアレイの各々センサにより検出され時分割（パルス列
化）された信号を伝送し、この伝送し受光されたパルス
列をデマルチプレクサでチャンネルごとに分離し、その
後に上述した従来のPGC ホモダイン方式で復調するもの
である。
レーザ光を複数の光ファイバセンサと複数の遅延線など
で構成された干渉型光ファイバセンサアレイに送り、こ
のアレイの各々センサにより検出され時分割（パルス列
化）された信号を伝送し、この伝送し受光されたパルス
列をデマルチプレクサでチャンネルごとに分離し、その
後に上述した従来のPGC ホモダイン方式で復調するもの
である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のシステムではＣが干渉計の光路差に依存す
ることから、干渉計の光路差の誤差でＣが変わり、(5)
式で表される復調出力のに誤差が生じるという問題があ
った。また、レーザの周波数変調の周波数偏移が変動す
るとＣも変動するため復調出力が不安定になるという問
題もあった。さらに、干渉計を構成する光カプラの偏光
依存損失変動によるＢの変動、また干渉計にシングルモ
ードファイバを使用した場合などに起きるＢの変動によ
り復調出力が不安定になるという問題もあった。
ような従来のシステムではＣが干渉計の光路差に依存す
ることから、干渉計の光路差の誤差でＣが変わり、(5)
式で表される復調出力のに誤差が生じるという問題があ
った。また、レーザの周波数変調の周波数偏移が変動す
るとＣも変動するため復調出力が不安定になるという問
題もあった。さらに、干渉計を構成する光カプラの偏光
依存損失変動によるＢの変動、また干渉計にシングルモ
ードファイバを使用した場合などに起きるＢの変動によ
り復調出力が不安定になるという問題もあった。
【００１２】本発明はこのような従来技術の欠点を解消
し、誤差のない安定した復調出力を得ることのできる光
ファイバセンサシステムを提供することを目的とする。
し、誤差のない安定した復調出力を得ることのできる光
ファイバセンサシステムを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するために、ある量を検出する光ファイバセンサシ
ステムにおいて、このシステムは、角周波数がω0 の正
弦波の信号を出力するとともに、この正弦波の信号に同
期したリセット信号を出力する変調信号発生手段と、変
調信号発生手段から正弦波の信号を受け、この信号に基
づいて周波数変調された光信号を出力する光源手段と、
光源手段から光信号を受け、受けた光信号を出力すると
ともに、受けた光信号の最大周波数偏移νd を示す信号
を求める周波数偏移測定手段と、周波数偏移測定手段か
ら光信号を受け、この受けた光信号に応じた２つの光フ
ァイバ間の位相差に基づく光強度信号を出力する干渉計
手段と、干渉計手段から光強度信号を受け、この光強度
信号に基づく電気信号Ｉ=A+Bcos[Ccosωot＋φ(t)]を出
力する第１の光／電気変換手段と、前記Ａは第１の光／
電気変換手段に入力する光の平均パワーであり、Ｂは第
１の光／電気変換手段に入力する光の平均パワーと干渉
計手段を通過したときの光のパワーと偏光状態で決まる
定数であり、Ｃは 2πΔＬ nνd / c0であり、前記ΔＬ
は干渉計手段の２つの光ファイバの光路差であり、ｎは
干渉計手段のアームとなる２つの光ファイバの屈折率で
あり、c0は真空中での光速であり、φ(t) は干渉計手段
を通過したときの光の位相差であり、前記検出したい量
の信号はここに含まれており、変調信号発生手段から正
弦波の信号を、第１の光／電気変換手段からＩ信号を、
周波数偏移測定手段からνd 信号を受け、この受けた正
弦波の信号およびＩ信号に応じたX=B2・J1(C)・J2(C)・ φ
(t) の信号を求め、この受けたνd 信号とＩ信号に応じ
たY=J1(C)・J2(C) の信号またはU= B2・J1(C)・J2(C) の信
号を求め、ＸをＹで除算してZ=B2・ φ(t) の信号または
ＸをＵで除算してV=φ(t) の信号を求める復調処理手段
とを有し、J1(C) はＩ信号の第２項目を分析した場合の
Ｃを引数とする１次のベッセル関数であり、J2(C) は２
次のベッセル関数であることを特徴とする。
解決するために、ある量を検出する光ファイバセンサシ
ステムにおいて、このシステムは、角周波数がω0 の正
弦波の信号を出力するとともに、この正弦波の信号に同
期したリセット信号を出力する変調信号発生手段と、変
調信号発生手段から正弦波の信号を受け、この信号に基
づいて周波数変調された光信号を出力する光源手段と、
光源手段から光信号を受け、受けた光信号を出力すると
ともに、受けた光信号の最大周波数偏移νd を示す信号
を求める周波数偏移測定手段と、周波数偏移測定手段か
ら光信号を受け、この受けた光信号に応じた２つの光フ
ァイバ間の位相差に基づく光強度信号を出力する干渉計
手段と、干渉計手段から光強度信号を受け、この光強度
信号に基づく電気信号Ｉ=A+Bcos[Ccosωot＋φ(t)]を出
力する第１の光／電気変換手段と、前記Ａは第１の光／
電気変換手段に入力する光の平均パワーであり、Ｂは第
１の光／電気変換手段に入力する光の平均パワーと干渉
計手段を通過したときの光のパワーと偏光状態で決まる
定数であり、Ｃは 2πΔＬ nνd / c0であり、前記ΔＬ
は干渉計手段の２つの光ファイバの光路差であり、ｎは
干渉計手段のアームとなる２つの光ファイバの屈折率で
あり、c0は真空中での光速であり、φ(t) は干渉計手段
を通過したときの光の位相差であり、前記検出したい量
の信号はここに含まれており、変調信号発生手段から正
弦波の信号を、第１の光／電気変換手段からＩ信号を、
周波数偏移測定手段からνd 信号を受け、この受けた正
弦波の信号およびＩ信号に応じたX=B2・J1(C)・J2(C)・ φ
(t) の信号を求め、この受けたνd 信号とＩ信号に応じ
たY=J1(C)・J2(C) の信号またはU= B2・J1(C)・J2(C) の信
号を求め、ＸをＹで除算してZ=B2・ φ(t) の信号または
ＸをＵで除算してV=φ(t) の信号を求める復調処理手段
とを有し、J1(C) はＩ信号の第２項目を分析した場合の
Ｃを引数とする１次のベッセル関数であり、J2(C) は２
次のベッセル関数であることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】次に添付図面を参照して本発明に
よる光ファイバセンサシステムの実施例を詳細に説明す
る。
よる光ファイバセンサシステムの実施例を詳細に説明す
る。
【００１５】図１には本発明による光ファイバセンサシ
ステムの第１の実施例が示されている。図１は光源20に
用いられているレーザの周波数変調の周波数偏移が変動
しても復調処理器60からこの変動に左右されない干渉計
40の復調出力を得ることのできるシステムである。図１
を参照すると、このシステムは変調信号発生器10、 光源
20、 周波数偏移測定器30、 干渉計40、O/E変換器50および
復調処理器60から構成されている。
ステムの第１の実施例が示されている。図１は光源20に
用いられているレーザの周波数変調の周波数偏移が変動
しても復調処理器60からこの変動に左右されない干渉計
40の復調出力を得ることのできるシステムである。図１
を参照すると、このシステムは変調信号発生器10、 光源
20、 周波数偏移測定器30、 干渉計40、O/E変換器50および
復調処理器60から構成されている。
【００１６】変調信号発生器10は角周波数がωo の正弦
波の信号を発振させる回路およびこの正弦波の信号に基
づいてリセット信号を生成する回路から構成され、この
発振した正弦波の信号をその出力102 および106 にそれ
ぞれ出力し、この生成したリセット信号をその出力104
に出力する。出力102 は光源20と、出力104 は周波数偏
移測定器30と、出力106 は復調処理器60とそれぞれ接続
されている。
波の信号を発振させる回路およびこの正弦波の信号に基
づいてリセット信号を生成する回路から構成され、この
発振した正弦波の信号をその出力102 および106 にそれ
ぞれ出力し、この生成したリセット信号をその出力104
に出力する。出力102 は光源20と、出力104 は周波数偏
移測定器30と、出力106 は復調処理器60とそれぞれ接続
されている。
【００１７】光源20は半導体レーザおよびその駆動回路
から構成され、その入力102 から入力した信号を駆動回
路を介して半導体レーザに送り、この送られてきた変調
信号で半導体レーザの駆動電流を変化させるなどしてFM
し、このFMした光信号をその出力108 から出力する光FM
回路である。出力108 は周波数偏移測定器30と光ファイ
バで接続されている。
から構成され、その入力102 から入力した信号を駆動回
路を介して半導体レーザに送り、この送られてきた変調
信号で半導体レーザの駆動電流を変化させるなどしてFM
し、このFMした光信号をその出力108 から出力する光FM
回路である。出力108 は周波数偏移測定器30と光ファイ
バで接続されている。
【００１８】周波数偏移測定器30は図２に示すように、
光カプラ310、周波数偏移測定用干渉計320、O/E 変換器33
0 およびカウンタ340 から構成されている。
光カプラ310、周波数偏移測定用干渉計320、O/E 変換器33
0 およびカウンタ340 から構成されている。
【００１９】光カプラ310 の入力108 は光ファイバで光
源20の出力108 と接続され、この光カプラ310 はその入
力108 から入力した光信号を分岐してその出力110 およ
び362 に出力し、その入力362 から入力した周波数偏移
測定用干渉計320 からの光強度信号をその出力364 に出
力する分岐挿入機能部である。出力110 は干渉計40と光
ファイバで接続され、入出力362 は干渉計320 と光ファ
イバで接続され、出力364 はO/E 変換器330 と光ファイ
バで接続されている。
源20の出力108 と接続され、この光カプラ310 はその入
力108 から入力した光信号を分岐してその出力110 およ
び362 に出力し、その入力362 から入力した周波数偏移
測定用干渉計320 からの光強度信号をその出力364 に出
力する分岐挿入機能部である。出力110 は干渉計40と光
ファイバで接続され、入出力362 は干渉計320 と光ファ
イバで接続され、出力364 はO/E 変換器330 と光ファイ
バで接続されている。
【００２０】周波数偏移測定用干渉計320 は図２に示す
ように、光カプラ320a、光ファイバ320b、320c および反
射鏡320d、320e からなり、これらによりマイケルソン干
渉計が構成されている。この干渉計のアームは、光ファ
イバ320bによる第１のアームと光ファイバ320cによる第
２のアームからなる。
ように、光カプラ320a、光ファイバ320b、320c および反
射鏡320d、320e からなり、これらによりマイケルソン干
渉計が構成されている。この干渉計のアームは、光ファ
イバ320bによる第１のアームと光ファイバ320cによる第
２のアームからなる。
【００２１】光カプラ320aの入力362 は光ファイバで光
カプラ310 の出力362 と接続されている。光カプラ320a
はその入力362 から入力した光信号を分岐してその出力
366および368 に出力し、また、その入力366 から第１
のアームからの反射光信号を入力するとともにその入力
368 から第２のアームからの反射光信号を入力し、それ
ら入力した反射光信号の位相差に基づく光強度信号をそ
の出力362 に出力する分岐挿入機能部である。出力366
は光ファイバ320bの入力と接続され、出力368は光ファ
イバ320cの入力と接続されている。
カプラ310 の出力362 と接続されている。光カプラ320a
はその入力362 から入力した光信号を分岐してその出力
366および368 に出力し、また、その入力366 から第１
のアームからの反射光信号を入力するとともにその入力
368 から第２のアームからの反射光信号を入力し、それ
ら入力した反射光信号の位相差に基づく光強度信号をそ
の出力362 に出力する分岐挿入機能部である。出力366
は光ファイバ320bの入力と接続され、出力368は光ファ
イバ320cの入力と接続されている。
【００２２】光ファイバ320bおよび320cとしてはこの例
ではシングルモードファイバが用いられ、光ファイバ32
0bと光ファイバ320cの光路差はマイケルソン干渉計の場
合、半導体レーザのコヒーレンス長と同程度またはそれ
以下に設定されている。またこの干渉計アームは振動な
どで干渉出力の位相が大きく変化しないようにモールド
（固定）されている。光ファイバ320bの出力は反射鏡32
0dに接続され、 光ファイバ320cの出力は反射鏡320eに接
続されている。
ではシングルモードファイバが用いられ、光ファイバ32
0bと光ファイバ320cの光路差はマイケルソン干渉計の場
合、半導体レーザのコヒーレンス長と同程度またはそれ
以下に設定されている。またこの干渉計アームは振動な
どで干渉出力の位相が大きく変化しないようにモールド
（固定）されている。光ファイバ320bの出力は反射鏡32
0dに接続され、 光ファイバ320cの出力は反射鏡320eに接
続されている。
【００２３】なお、光源から反射鏡320d、 反射鏡320eの
間に偏波保存ファイバを使用した場合は、第１アームと
第２のアーム間の位相差に基づく光強度信号を図２に示
すように光カプラ320aの出力370 に出力し、この出力を
図２の点線で示すようにO/E変換器330 の入力に直接入
力にしてもよい。
間に偏波保存ファイバを使用した場合は、第１アームと
第２のアーム間の位相差に基づく光強度信号を図２に示
すように光カプラ320aの出力370 に出力し、この出力を
図２の点線で示すようにO/E変換器330 の入力に直接入
力にしてもよい。
【００２４】反射鏡320dおよび320eとしてはこの例では
ファラデーローテーターミラーが用いられ、光ファイバ
320bを通ってきた光信号はミラー320dにより反射され再
度光ファイバ320bを通って光カプラ320aの入力366 に送
られ、また、光ファイバ320cを通ってきた光信号はミラ
ー320eにより反射され再度光ファイバ320cを通って光カ
プラ320aの入力368 に送られる。これら送られてきた反
射光信号は、光カプラ320aで合成されて光強度信号が生
成される。
ファラデーローテーターミラーが用いられ、光ファイバ
320bを通ってきた光信号はミラー320dにより反射され再
度光ファイバ320bを通って光カプラ320aの入力366 に送
られ、また、光ファイバ320cを通ってきた光信号はミラ
ー320eにより反射され再度光ファイバ320cを通って光カ
プラ320aの入力368 に送られる。これら送られてきた反
射光信号は、光カプラ320aで合成されて光強度信号が生
成される。
【００２５】O/E 変換器330 は受光素子と増幅器から構
成され、その入力362 に入力した光強度信号を受光素子
で受光して電気信号に変換し、この変換した電気信号を
増幅器で所定のレベルまで増幅してその出力372 に出力
する光電変換回路である。この回路からはたとえば図３
および図４に示すような信号が出力される。出力372は
カウンタ340 に接続されている。詳細にはO/E 変換器33
0 からは下記の(6) 式で表されるような電気信号が出力
される。
成され、その入力362 に入力した光強度信号を受光素子
で受光して電気信号に変換し、この変換した電気信号を
増幅器で所定のレベルまで増幅してその出力372 に出力
する光電変換回路である。この回路からはたとえば図３
および図４に示すような信号が出力される。出力372は
カウンタ340 に接続されている。詳細にはO/E 変換器33
0 からは下記の(6) 式で表されるような電気信号が出力
される。
【００２６】 I1=A1+B1cos[C1cos ωot＋φ1(t)] ・・・・・・・・(6) C1= 2πΔＬ1 n1νd / c0 ・・・・・・・・(7) ここで、A1はO/E 変換器330 に入力する光の平均パワ
ー、B1はO/E 変換器330に入力する光の平均パワーと干
渉計を通過した光のパワーと偏光状態で決まり、通常、
定数として扱われる。ωo はレーザを変調している正弦
波の角周波数、φ1(t)は干渉計320 を通過した光の位相
差で、検出したい信号はここに含まれる。ΔＬ1 は干渉
計320 の光路差、n1は干渉計320 のアームとなる光ファ
イバの屈折率、νd はレーザの最大周波数偏移、c0は真
空中での光速である。
ー、B1はO/E 変換器330に入力する光の平均パワーと干
渉計を通過した光のパワーと偏光状態で決まり、通常、
定数として扱われる。ωo はレーザを変調している正弦
波の角周波数、φ1(t)は干渉計320 を通過した光の位相
差で、検出したい信号はここに含まれる。ΔＬ1 は干渉
計320 の光路差、n1は干渉計320 のアームとなる光ファ
イバの屈折率、νd はレーザの最大周波数偏移、c0は真
空中での光速である。
【００２７】カウンタ340 はカウンタ（２進計数）回
路、フリップ・フロップおよびタイミング発生回路など
から構成され、この入力104 から入力したリセット信号
に基づいてこの入力372 から入力した信号（(6) 式の第
２項）の振動数を計数し、その計数値をその出力112 に
出力する計数回路である。この場合、本実施例では角周
波数ωo の正弦波の半周期の期間の振動数を計数してい
る。この出力112 は後述する復調処理器60の変調度・関
数演算器68と接続されている。詳細にはこのカウンタ34
0 からは下記の(8) 式で表されるような振動数Ｎのデー
タ値（２進符号）が出力される。
路、フリップ・フロップおよびタイミング発生回路など
から構成され、この入力104 から入力したリセット信号
に基づいてこの入力372 から入力した信号（(6) 式の第
２項）の振動数を計数し、その計数値をその出力112 に
出力する計数回路である。この場合、本実施例では角周
波数ωo の正弦波の半周期の期間の振動数を計数してい
る。この出力112 は後述する復調処理器60の変調度・関
数演算器68と接続されている。詳細にはこのカウンタ34
0 からは下記の(8) 式で表されるような振動数Ｎのデー
タ値（２進符号）が出力される。
【００２８】 N=(2ΔＬ1 n1νd / c0)+R1 ・・・・・・・・(8) ここで、ΔＬ1 は干渉計320 の光路差、n1は干渉計320
のアームとなる光ファイバの屈折率、νd はレーザの最
大周波数偏移、c0は真空中での光速である。R1は誤差で
あり±１の範囲内の値をとる端数である。したがってこ
のカウンタ340からは整数の計数データが出力される。
この場合、周波数偏移測定用干渉計320の光路差ΔＬ1
を予め測定して求めておけば上記(8) 式からレーザの最
大周波数偏移νd を正確に求めることができる。なお、
この例では振動数Ｎを計数する期間を正弦波の半周期の
期間としたがその整数倍でもよい。
のアームとなる光ファイバの屈折率、νd はレーザの最
大周波数偏移、c0は真空中での光速である。R1は誤差で
あり±１の範囲内の値をとる端数である。したがってこ
のカウンタ340からは整数の計数データが出力される。
この場合、周波数偏移測定用干渉計320の光路差ΔＬ1
を予め測定して求めておけば上記(8) 式からレーザの最
大周波数偏移νd を正確に求めることができる。なお、
この例では振動数Ｎを計数する期間を正弦波の半周期の
期間としたがその整数倍でもよい。
【００２９】なお、周波数偏移測定器30として、カウン
タ340 の後段に最大周波数偏移νdを求める後述する変
調度・関数演算器68の演算回路68a を接続する回路構成
にしてよい。
タ340 の後段に最大周波数偏移νdを求める後述する変
調度・関数演算器68の演算回路68a を接続する回路構成
にしてよい。
【００３０】図１の戻って、干渉計40は前にも少し触れ
たように音圧、磁界などの物理量を検出するセンサとな
る干渉計であって、検出する物理で干渉計の光路差を変
化させることにより光の位相に信号を取り込む。したが
ってこの干渉計40はその入力110 に入力した光信号を受
けてこの干渉計のアーム間の位相差に基づく光強度信号
をその出力114 に出力する。出力114 はO/E 変換器50に
接続されている。
たように音圧、磁界などの物理量を検出するセンサとな
る干渉計であって、検出する物理で干渉計の光路差を変
化させることにより光の位相に信号を取り込む。したが
ってこの干渉計40はその入力110 に入力した光信号を受
けてこの干渉計のアーム間の位相差に基づく光強度信号
をその出力114 に出力する。出力114 はO/E 変換器50に
接続されている。
【００３１】O/E 変換器50は上述したO/E 変換器330 と
同じ構成であり、その入力114 に入力した光強度信号を
受光素子で受光して電気信号に変換し、この変換した電
気信号を増幅器で所定のレベルまで増幅してその出力11
6 に出力する光電変換回路である。前にも触れたよう
に、O/E 変換器50からは上記の(1) 式で表された電気信
号が出力される。出力116 は復調処理器60の同期検波器
62および64に接続されている。
同じ構成であり、その入力114 に入力した光強度信号を
受光素子で受光して電気信号に変換し、この変換した電
気信号を増幅器で所定のレベルまで増幅してその出力11
6 に出力する光電変換回路である。前にも触れたよう
に、O/E 変換器50からは上記の(1) 式で表された電気信
号が出力される。出力116 は復調処理器60の同期検波器
62および64に接続されている。
【００３２】復調処理器60は図１に示すように、同期検
波器62、同期検波器64、sin/cos 復調器66、変調度・関
数演算器68および除算器70から構成されている。
波器62、同期検波器64、sin/cos 復調器66、変調度・関
数演算器68および除算器70から構成されている。
【００３３】同期検波器62は乗算器とローパスフィルタ
(LPF）から構成され、この乗算器によりその入力116 か
ら入力した信号とその入力106 から入力した角周波数が
ω0の信号の掛け算を行なって、次にLPF により１次の
成分の信号を求め、この求めた１次成分の信号をその出
力118 に出力する回路である。前にも触れたように、こ
の同期検波器62からは上記(3) 式で表された電気信号が
出力される。出力118は後述するsin/cos 復調器66の微
分回路66a と乗算器66d に接続されている。
(LPF）から構成され、この乗算器によりその入力116 か
ら入力した信号とその入力106 から入力した角周波数が
ω0の信号の掛け算を行なって、次にLPF により１次の
成分の信号を求め、この求めた１次成分の信号をその出
力118 に出力する回路である。前にも触れたように、こ
の同期検波器62からは上記(3) 式で表された電気信号が
出力される。出力118は後述するsin/cos 復調器66の微
分回路66a と乗算器66d に接続されている。
【００３４】同期検波器64は乗算器、LPF および２逓倍
回路から構成され、２逓倍回路によりその入力106 から
入力した角周波数ω0 を２逓倍して角周波数が２ω0 の
信号を乗算器に入力し、次に乗算器によりその入力116
から入力した信号と２逓倍した２ω0 の信号の掛け算を
行なって、次にLPF により２次の成分の信号を求め、こ
の求めた２次成分の信号をその出力122 に出力する回路
である。前にも触れたように、この同期検波器64からは
上記(4) 式で表された電気信号が出力される。出力122
は後述するsin/cos 復調器66の微分回路66b と乗算器66
c に接続されている。
回路から構成され、２逓倍回路によりその入力106 から
入力した角周波数ω0 を２逓倍して角周波数が２ω0 の
信号を乗算器に入力し、次に乗算器によりその入力116
から入力した信号と２逓倍した２ω0 の信号の掛け算を
行なって、次にLPF により２次の成分の信号を求め、こ
の求めた２次成分の信号をその出力122 に出力する回路
である。前にも触れたように、この同期検波器64からは
上記(4) 式で表された電気信号が出力される。出力122
は後述するsin/cos 復調器66の微分回路66b と乗算器66
c に接続されている。
【００３５】sin/cos 復調器66は図５に示すように、微
分回路66a、66b、乗算器66c、66d、減算器66e および積分器
66f から構成されている。
分回路66a、66b、乗算器66c、66d、減算器66e および積分器
66f から構成されている。
【００３６】微分回路66a はたとえばオペアンプを用い
て微分回路を構成し、この回路はその入力118 から入力
した(3) 式の信号を微分して下記(9) 式の信号を得、こ
の得られた信号をその出力600 に出力する。この出力60
0 は乗算器66c と接続されている。
て微分回路を構成し、この回路はその入力118 から入力
した(3) 式の信号を微分して下記(9) 式の信号を得、こ
の得られた信号をその出力600 に出力する。この出力60
0 は乗算器66c と接続されている。
【００３７】 2B・J1(C)・d φ/dt・cos φ(t) ・・・・・・・・・(9) 微分回路66b も微分回路66a と同じ回路構成になってお
り、その入力122 から入力した(4) 式の信号を微分して
下記(10)式の信号を得、この得られた信号をその出力60
2 に出力する。この出力602 は乗算器66d と接続されて
いる。
り、その入力122 から入力した(4) 式の信号を微分して
下記(10)式の信号を得、この得られた信号をその出力60
2 に出力する。この出力602 は乗算器66d と接続されて
いる。
【００３８】 2B・J2(C)・d φ/dt・sin φ(t) ・・・・・・・・・(10) 乗算器66c としてはたとえばアナログ形式の乗算デバイ
スが用いられ、この乗算デバイスはその入力600 から入
力した(9) 式の信号とその入力122 から入力した(4) 式
の信号の掛け算を行なって下記(11)式の信号を得、この
得られた信号をその出力604 に出力する。この出力604
は減算器66e の一方の入力と接続されている。
スが用いられ、この乗算デバイスはその入力600 から入
力した(9) 式の信号とその入力122 から入力した(4) 式
の信号の掛け算を行なって下記(11)式の信号を得、この
得られた信号をその出力604 に出力する。この出力604
は減算器66e の一方の入力と接続されている。
【００３９】 4B2・J1(C)・J2(C)・dφ/dt・cos2φ(t) ・・・・(11) 乗算器66d も乗算器66c と同じ回路構成になっており、
その入力602 から入力した(10)式の信号とその入力118
から入力した(3) 式の信号の掛け算を行なって下記(12)
式の信号を得、この得られた信号をその出力606 に出力
する。この出力606 は減算器66e の他方の入力と接続さ
れている。
その入力602 から入力した(10)式の信号とその入力118
から入力した(3) 式の信号の掛け算を行なって下記(12)
式の信号を得、この得られた信号をその出力606 に出力
する。この出力606 は減算器66e の他方の入力と接続さ
れている。
【００４０】 -4B2・J1(C)・J2(C)・dφ/dt・sin2φ(t) ・・・・・(12) 減算器66e は、たとえばオペアンプを用いて減算回路を
構成し、この回路はその入力604 から入力した(11)式の
信号からその入力606 から入力した(12)式の信号を減算
して下記(13)式の信号を得、この得られた信号をその出
力608 に出力する。出力608 は積分器66f と接続されて
いる。
構成し、この回路はその入力604 から入力した(11)式の
信号からその入力606 から入力した(12)式の信号を減算
して下記(13)式の信号を得、この得られた信号をその出
力608 に出力する。出力608 は積分器66f と接続されて
いる。
【００４１】
【数１】 積分器66f はたとえばオペアンプを用いて積分回路を構
成し、この回路はその入力608 から入力した(13)式の信
号を積分して上記(5) 式の信号を得、この得られた信号
をその出力124 に出力する。出力124 は除算器70と接続
されている。
成し、この回路はその入力608 から入力した(13)式の信
号を積分して上記(5) 式の信号を得、この得られた信号
をその出力124 に出力する。出力124 は除算器70と接続
されている。
【００４２】変調度・関数演算器68は図６に示すよう
に、演算回路68a、68b、68c および68dからなり、演算回
路68a は上記(8) 式の演算を行う回路であり、この回路
はその入力112 から入力した振動数Ｎの値（整数）と予
め求めておいた干渉計320 の光路差ΔＬ1 、干渉計320
のアームとなる光ファイバの屈折率n1および真空中での
光速c0から最大周波数偏移νd を求め演算回路68b に送
る回路である。
に、演算回路68a、68b、68c および68dからなり、演算回
路68a は上記(8) 式の演算を行う回路であり、この回路
はその入力112 から入力した振動数Ｎの値（整数）と予
め求めておいた干渉計320 の光路差ΔＬ1 、干渉計320
のアームとなる光ファイバの屈折率n1および真空中での
光速c0から最大周波数偏移νd を求め演算回路68b に送
る回路である。
【００４３】演算回路68b は上記(2) 式の演算を行う回
路であり、この回路は送られてきたνd の値と予め求め
ておいた干渉計40の光路差ΔＬ、干渉計40のアームとな
る光ファイバの屈折率ｎおよび真空中での光速c0からＣ
（変調度）の求め、この求めたＣの値を演算回路68c に
送る回路である。
路であり、この回路は送られてきたνd の値と予め求め
ておいた干渉計40の光路差ΔＬ、干渉計40のアームとな
る光ファイバの屈折率ｎおよび真空中での光速c0からＣ
（変調度）の求め、この求めたＣの値を演算回路68c に
送る回路である。
【００４４】演算回路68c は上記J1(C) とJ2(C) を求め
る演算回路であり、この回路は送られてきたＣの値を上
記(1) 式のＣに代入して(1) 式の第２項の信号を求め、
次にこの第２項の信号をベッセル関数に変換してJ1(C)
とJ2(C) を求め演算回路68dに送る回路である。
る演算回路であり、この回路は送られてきたＣの値を上
記(1) 式のＣに代入して(1) 式の第２項の信号を求め、
次にこの第２項の信号をベッセル関数に変換してJ1(C)
とJ2(C) を求め演算回路68dに送る回路である。
【００４５】演算回路68d は乗算回路であり、この回路
は送られてきたJ1(C) とJ2(C) を乗算して下記(14)式の
信号を求め、この求めた信号をその出力126 に出力す
る。
は送られてきたJ1(C) とJ2(C) を乗算して下記(14)式の
信号を求め、この求めた信号をその出力126 に出力す
る。
【００４６】J1(C)・J2(C) ・・・・・・・・・(14) また、入力112 から入力した振動数Ｎの値（整数）と予
め求めておいた干渉計320 の光路差ΔＬ1 、干渉計320
のアームとなる光ファイバの屈折率n1および真空中での
光速c0から直接(14)式を求めるようにしてもよい。
め求めておいた干渉計320 の光路差ΔＬ1 、干渉計320
のアームとなる光ファイバの屈折率n1および真空中での
光速c0から直接(14)式を求めるようにしてもよい。
【００４７】除算器70はたとえば乗算回路および減算回
路を用いて除算回路を構成し、この回路はその入力124
から入力した(5) 式の信号をその入力126 から入力した
(14)式の信号で除算して下記(15)式の信号を得、この得
られた信号をその出力128 に出力する。(15)式からわか
るように、Ｃに依存しない復調出力を得ることができ
る。
路を用いて除算回路を構成し、この回路はその入力124
から入力した(5) 式の信号をその入力126 から入力した
(14)式の信号で除算して下記(15)式の信号を得、この得
られた信号をその出力128 に出力する。(15)式からわか
るように、Ｃに依存しない復調出力を得ることができ
る。
【００４８】B2・φ(t) ・・・・・・・・・(15) 第１実施例の動作を説明する。測定開始により、変調信
号発生器10が光源20に角周波数ωo の正弦波を送ると、
光源20はこの正弦波の信号102 に基づくFM光信号108 を
周波数偏移測定器30に送る。周波数偏移測定器30はFM光
信号108 を受けて干渉計40にFM光信号110 を送るととも
に、このFM光信号108 および発生器10から送られてきた
リセット信号104 を用いて振動数Ｎを計数し、このデー
タ112 を変調度・関数演算器68に送る。干渉計40は測定
器30からFM光信号110 を受けてこの干渉計のアーム間の
位相差に基づく光強度信号114 を形成してO/E 変換器50
に送る。
号発生器10が光源20に角周波数ωo の正弦波を送ると、
光源20はこの正弦波の信号102 に基づくFM光信号108 を
周波数偏移測定器30に送る。周波数偏移測定器30はFM光
信号108 を受けて干渉計40にFM光信号110 を送るととも
に、このFM光信号108 および発生器10から送られてきた
リセット信号104 を用いて振動数Ｎを計数し、このデー
タ112 を変調度・関数演算器68に送る。干渉計40は測定
器30からFM光信号110 を受けてこの干渉計のアーム間の
位相差に基づく光強度信号114 を形成してO/E 変換器50
に送る。
【００４９】O/E 変換器50は光強度信号114 を受けこれ
を電気信号116((1) 式) に変換して同期検波器62および
64に送る。同期検波器62はこの電気信号116 と変調信号
発生器10からの角周波数ω0 の信号106 を受けω0 の１
次の成分の信号((3)式) を形成してsin/cos 復調器66に
送る。また同期検波器64はこの電気信号116 と変調信号
発生器10からの角周波数ω0 の信号106 を受けてω0 の
２次の成分の信号((4)式) を形成してsin/cos 復調器66
に送る。sin/cos 復調器66は (3)式および (4)式の信号
を受け(5) 式の信号を形成して除算器70に送る。
を電気信号116((1) 式) に変換して同期検波器62および
64に送る。同期検波器62はこの電気信号116 と変調信号
発生器10からの角周波数ω0 の信号106 を受けω0 の１
次の成分の信号((3)式) を形成してsin/cos 復調器66に
送る。また同期検波器64はこの電気信号116 と変調信号
発生器10からの角周波数ω0 の信号106 を受けてω0 の
２次の成分の信号((4)式) を形成してsin/cos 復調器66
に送る。sin/cos 復調器66は (3)式および (4)式の信号
を受け(5) 式の信号を形成して除算器70に送る。
【００５０】一方、変調度・関数演算器68は周波数偏移
測定器30から振動数Ｎのデータ112を受け(14)式の信号
を形成して除算器70に送る。除算器70は(5) 式の信号を
(14)式の信号で除算して(15)式の信号を形成してその出
力128 から出力する。(15)式からわかるように、Ｃに依
存しない復調出力を得ることができる。
測定器30から振動数Ｎのデータ112を受け(14)式の信号
を形成して除算器70に送る。除算器70は(5) 式の信号を
(14)式の信号で除算して(15)式の信号を形成してその出
力128 から出力する。(15)式からわかるように、Ｃに依
存しない復調出力を得ることができる。
【００５１】このような第１実施例のシステムによれ
ば、従来システムの変調信号発生器５を変調信号発生器
10に変更し、 従来システムにさらに周波数偏移測定器3
0、 変調度・関数演算器68および除算器70を設けたの
で、レーザの周波数変調の周波数偏移の変動による復調
出力の不安定さを改善することができる。
ば、従来システムの変調信号発生器５を変調信号発生器
10に変更し、 従来システムにさらに周波数偏移測定器3
0、 変調度・関数演算器68および除算器70を設けたの
で、レーザの周波数変調の周波数偏移の変動による復調
出力の不安定さを改善することができる。
【００５２】図７には本発明による光ファイバセンサシ
ステムの第２の実施例が示されている。図７は光源20に
用いられているレーザの周波数変調の周波数偏移が変動
しても、また、干渉計40にシングルモードファイバを使
用した場合などに起こるO/E変換器50の出力振幅Ｂが変
動しても復調処理器80からこの変動に左右されない干渉
計40の復調出力を得ることのできるシステムである。図
７を参照すると、図１の構成との相違は、復調処理器60
が復調処理器80に変更された点であり、詳細には、復調
処理器60の同期検波器62が同期検波器82に変更され、同
期検波器64が同期検波器84に変更され、変調度・関数演
算器68が変調度・関数演算器86に変更され、除算器70が
除算器88に変更された点である。図７において、図１に
示す構成要素と同様の要素は同じ参照符号で示されてお
り、同じ参照符号のものはその説明を省略する。
ステムの第２の実施例が示されている。図７は光源20に
用いられているレーザの周波数変調の周波数偏移が変動
しても、また、干渉計40にシングルモードファイバを使
用した場合などに起こるO/E変換器50の出力振幅Ｂが変
動しても復調処理器80からこの変動に左右されない干渉
計40の復調出力を得ることのできるシステムである。図
７を参照すると、図１の構成との相違は、復調処理器60
が復調処理器80に変更された点であり、詳細には、復調
処理器60の同期検波器62が同期検波器82に変更され、同
期検波器64が同期検波器84に変更され、変調度・関数演
算器68が変調度・関数演算器86に変更され、除算器70が
除算器88に変更された点である。図７において、図１に
示す構成要素と同様の要素は同じ参照符号で示されてお
り、同じ参照符号のものはその説明を省略する。
【００５３】同期検波器82は同期検波器62の構成と相違
するところは、出力118 の他に出力119 が追加された点
であり、この出力119 からは出力118 に出力したのと同
じ上記(3) 式の信号が出力される。この出力119 は変調
度・関数演算器86の対応する入力と接続されている。同
期検波器84は同期検波器64と相違するところは、出力12
2 の他に出力123 が追加された点であり、この出力123
からは出力122 に出力したのと同じ上記(4) 式の信号が
出力される。この出力123 は変調度・関数演算器86の対
応する入力と接続されている。
するところは、出力118 の他に出力119 が追加された点
であり、この出力119 からは出力118 に出力したのと同
じ上記(3) 式の信号が出力される。この出力119 は変調
度・関数演算器86の対応する入力と接続されている。同
期検波器84は同期検波器64と相違するところは、出力12
2 の他に出力123 が追加された点であり、この出力123
からは出力122 に出力したのと同じ上記(4) 式の信号が
出力される。この出力123 は変調度・関数演算器86の対
応する入力と接続されている。
【００５４】変調度・関数演算器86は図８に示すよう
に、演算回路86a、86b の他に変調度・関数演算器68のと
ころで説明したのと同じ演算回路68a、68b、68c から構成
されている。したがって演算回路68a、68b、68c について
は説明を省略する。
に、演算回路86a、86b の他に変調度・関数演算器68のと
ころで説明したのと同じ演算回路68a、68b、68c から構成
されている。したがって演算回路68a、68b、68c について
は説明を省略する。
【００５５】演算回路86a はその入力119 から入力した
(3) 式の信号を演算回路68c から送られてきた信号 J
1(C)で除算して下記(16)式の信号を求め、次にその入力
123 から入力した(4) 式の信号を演算回路68c から送ら
れてきた J2(C)で除算して下記(17)式の信号を求め、こ
れら求めた信号を演算回路86b に送る。
(3) 式の信号を演算回路68c から送られてきた信号 J
1(C)で除算して下記(16)式の信号を求め、次にその入力
123 から入力した(4) 式の信号を演算回路68c から送ら
れてきた J2(C)で除算して下記(17)式の信号を求め、こ
れら求めた信号を演算回路86b に送る。
【００５６】B・sinφ(t) ・・・・・・・・・(16) -B・cosφ(t) ・・・・・・・・・(17) 演算回路86b はこれら求めた(16)式の信号と(17)式の信
号の自乗和を行なうことで下記(18)式の信号を求め、次
に(18)式の信号と演算回路68c から送られてきた J1(C)
と J2(C)とを乗算して下記(19)式の信号を求め、この求
めた信号をその出力130 に出力する。
号の自乗和を行なうことで下記(18)式の信号を求め、次
に(18)式の信号と演算回路68c から送られてきた J1(C)
と J2(C)とを乗算して下記(19)式の信号を求め、この求
めた信号をその出力130 に出力する。
【００５７】B2 ・・・・・・・・・(18) B2・J1(C)・J2(C) ・・・・・・・・・(19) 除算器88はその入力124 から入力した(5) 式の信号をそ
の入力130 から入力した(19)式の信号で除算して下記(2
0)式の信号を得、この得られた信号をその出力132 に出
力する。(20)式からわかるように、ＢおよびＣに依存し
ない復調出力を得ることができる。
の入力130 から入力した(19)式の信号で除算して下記(2
0)式の信号を得、この得られた信号をその出力132 に出
力する。(20)式からわかるように、ＢおよびＣに依存し
ない復調出力を得ることができる。
【００５８】φ(t) ・・・・・・・・・・・・・・・・・(20) 第２実施例の動作を説明する。周波数偏移測定器30が送
られてきた光信号110を干渉計40に送るとともに、振動
数Ｎを(8) 式から求めてこのデータをその出力112 に出
力するところと、O/E 変換器50が光強度信号114 を受け
これを(1) 式の電気信号116 に変換しその出力116 に出
力するところまでは第１実施例の動作と同じであるから
その次の動作から説明する。同期検波器82はこの電気信
号116 と変調信号発生器10からの角周波数ω0 の信号10
6 を受けω0 の１次の成分の信号((3)式) を形成してsi
n/cos 復調器66と変調度・関数演算器86に送る。また、
同期検波器84は電気信号116 と変調信号発生器10からの
角周波数ω0 の信号106 を受けてω0 の２次の成分の信
号((4)式) を形成してsin/cos 復調器66と変調度・関数
演算器86に送る。次にsin/cos 復調器66は (3)式および
(4)式の信号を受け(5) 式の信号を形成して除算器88に
送る。
られてきた光信号110を干渉計40に送るとともに、振動
数Ｎを(8) 式から求めてこのデータをその出力112 に出
力するところと、O/E 変換器50が光強度信号114 を受け
これを(1) 式の電気信号116 に変換しその出力116 に出
力するところまでは第１実施例の動作と同じであるから
その次の動作から説明する。同期検波器82はこの電気信
号116 と変調信号発生器10からの角周波数ω0 の信号10
6 を受けω0 の１次の成分の信号((3)式) を形成してsi
n/cos 復調器66と変調度・関数演算器86に送る。また、
同期検波器84は電気信号116 と変調信号発生器10からの
角周波数ω0 の信号106 を受けてω0 の２次の成分の信
号((4)式) を形成してsin/cos 復調器66と変調度・関数
演算器86に送る。次にsin/cos 復調器66は (3)式および
(4)式の信号を受け(5) 式の信号を形成して除算器88に
送る。
【００５９】一方、変調度・関数演算器86は周波数偏移
測定器30から振動数Ｎのデータ112を受け(19)式の信号
を形成して除算器88に送る。除算器88は(5) 式の信号を
(19)式の信号で除算して(20)式の信号を形成してその出
力128 から出力する。(20)式からわかるように、Ｂおよ
びＣに依存しない復調出力を得ることができる。
測定器30から振動数Ｎのデータ112を受け(19)式の信号
を形成して除算器88に送る。除算器88は(5) 式の信号を
(19)式の信号で除算して(20)式の信号を形成してその出
力128 から出力する。(20)式からわかるように、Ｂおよ
びＣに依存しない復調出力を得ることができる。
【００６０】このような第２実施例のシステムによれ
ば、従来システムの変調信号発生器５を変調信号発生器
10に変更し、 従来システムにさらに周波数偏移測定器3
0、 同期検波器82、84、変調度・関数演算器86および除算
器88を設けたので、レーザの周波数変調の周波数偏移の
変動による復調出力の不安定さを改善し、またセンサと
なる干渉計40にシングルモードファイバを使用した場合
などに起こるO/E 変換器50の出力振幅Ｂの変動による復
調出力の不安定さを改善することができる。
ば、従来システムの変調信号発生器５を変調信号発生器
10に変更し、 従来システムにさらに周波数偏移測定器3
0、 同期検波器82、84、変調度・関数演算器86および除算
器88を設けたので、レーザの周波数変調の周波数偏移の
変動による復調出力の不安定さを改善し、またセンサと
なる干渉計40にシングルモードファイバを使用した場合
などに起こるO/E 変換器50の出力振幅Ｂの変動による復
調出力の不安定さを改善することができる。
【００６１】図９には本発明による光ファイバセンサシ
ステムの第３の実施例が示されている。図９は光パルス
ゲート91によりパルス化された光源20からのレーザ光が
干渉型光ファイバセンサアレイ400 に送られ、するとア
レイ400 の干渉計40-1〜40-Mの各々から各々検出された
パルス化された光強度信号が光カプラ92を介してO/E変
換器50に送られ、O/E 変換器50によりこの送られてきた
光強度信号が電気信号に変換されてデマルチプレクサ95
に送られ、デマルチプレクサ95により送られてきた各々
干渉計40-1〜40-Mからの電気信号がその各々干渉計40-1
〜40-Mと対応する復調処理器80-1〜80-Mのそれぞれに分
離されて送られ、これにより、この各々復調処理器80-1
〜80-Mから安定した復調出力が得られるシステムであ
る。
ステムの第３の実施例が示されている。図９は光パルス
ゲート91によりパルス化された光源20からのレーザ光が
干渉型光ファイバセンサアレイ400 に送られ、するとア
レイ400 の干渉計40-1〜40-Mの各々から各々検出された
パルス化された光強度信号が光カプラ92を介してO/E変
換器50に送られ、O/E 変換器50によりこの送られてきた
光強度信号が電気信号に変換されてデマルチプレクサ95
に送られ、デマルチプレクサ95により送られてきた各々
干渉計40-1〜40-Mからの電気信号がその各々干渉計40-1
〜40-Mと対応する復調処理器80-1〜80-Mのそれぞれに分
離されて送られ、これにより、この各々復調処理器80-1
〜80-Mから安定した復調出力が得られるシステムであ
る。
【００６２】図９を参照すると、このシステムは変調信
号発生器10、 光源20、 周波数偏移測定器30、 干渉計40-1
〜40-M、O/E変換器50、 復調処理器80-1〜80-M、 ゲート信
号発生器90、 光パルスゲート91、 光カプラ92、 光カプラ
93-1〜93-M、 遅延線94-1〜94-(M-1)およびデマルチプレ
クサ95から構成されている。このうちの干渉計40-1〜40
-M、 光カプラ93-1〜93-Mおよび遅延線94-1〜94-(M-1)は
干渉型光ファイバセンサアレイ400 を構成している。復
調処理器80-1〜80-Mの各々には信号線106 を介して変調
信号発生器10から角周波数がω0 の正弦波の信号が、ま
た信号線112 を介して周波数偏移測定器30から振動数Ｎ
のデータが供給されるように構成されている。
号発生器10、 光源20、 周波数偏移測定器30、 干渉計40-1
〜40-M、O/E変換器50、 復調処理器80-1〜80-M、 ゲート信
号発生器90、 光パルスゲート91、 光カプラ92、 光カプラ
93-1〜93-M、 遅延線94-1〜94-(M-1)およびデマルチプレ
クサ95から構成されている。このうちの干渉計40-1〜40
-M、 光カプラ93-1〜93-Mおよび遅延線94-1〜94-(M-1)は
干渉型光ファイバセンサアレイ400 を構成している。復
調処理器80-1〜80-Mの各々には信号線106 を介して変調
信号発生器10から角周波数がω0 の正弦波の信号が、ま
た信号線112 を介して周波数偏移測定器30から振動数Ｎ
のデータが供給されるように構成されている。
【００６３】以上の構成において、干渉計40、復調処理
器80、光カプラ93および遅延線94の後に続く文字など
は、干渉計40、復調処理器80、 光カプラ93および遅延線
94の構成数を番号で示したものであり、Ｍ（自然数）は
その最終番号である。図９において、図１および図７に
示す構成要素と同様の要素は同じ参照符号で示されてお
り、同じ参照符号のものはその説明を省略する。
器80、光カプラ93および遅延線94の後に続く文字など
は、干渉計40、復調処理器80、 光カプラ93および遅延線
94の構成数を番号で示したものであり、Ｍ（自然数）は
その最終番号である。図９において、図１および図７に
示す構成要素と同様の要素は同じ参照符号で示されてお
り、同じ参照符号のものはその説明を省略する。
【００６４】ゲート信号発生器90は、基準信号発生器お
よびゲートパルス発生器から構成され、基準信号発生器
はこの発生器で発振させた基準信号をゲートパルス発生
器に送り、ゲートパルス発生器は送られてきた基準信号
から図10a で示すようなゲートパルスを生成してその出
力140 に出力するとともに、このゲートパルスと同期し
たデマルチプレクサ用トリガ信号をその出力142 に出力
する。
よびゲートパルス発生器から構成され、基準信号発生器
はこの発生器で発振させた基準信号をゲートパルス発生
器に送り、ゲートパルス発生器は送られてきた基準信号
から図10a で示すようなゲートパルスを生成してその出
力140 に出力するとともに、このゲートパルスと同期し
たデマルチプレクサ用トリガ信号をその出力142 に出力
する。
【００６５】詳細には、ゲートパルス140 の繰り返し周
期Ｔはこの例ではM・τ0 よりも大きい時間であり、その
パルス幅τ1 （図10a の700-1)はτ0 よりも小さい時間
である。ゲートパルス群142 の各々パルス間の周期はτ
0 時間であり、各々パルスのパルス幅はτ1 時間であ
る。またパルス700 の立ち上がりからパルス702-1 の立
ち上がりまでの時間τ2 は光カプラ93-1から光カプラ9
2、O/E 変換器50を介してデマルチプレクサ95までの光
りの伝播時間である。ここでτ0 は遅延線94の往復の遅
延時間である。出力140 は光パルスゲート91と接続さ
れ、出力142 はデマルチプレクサ95と接続されている。
期Ｔはこの例ではM・τ0 よりも大きい時間であり、その
パルス幅τ1 （図10a の700-1)はτ0 よりも小さい時間
である。ゲートパルス群142 の各々パルス間の周期はτ
0 時間であり、各々パルスのパルス幅はτ1 時間であ
る。またパルス700 の立ち上がりからパルス702-1 の立
ち上がりまでの時間τ2 は光カプラ93-1から光カプラ9
2、O/E 変換器50を介してデマルチプレクサ95までの光
りの伝播時間である。ここでτ0 は遅延線94の往復の遅
延時間である。出力140 は光パルスゲート91と接続さ
れ、出力142 はデマルチプレクサ95と接続されている。
【００６６】光パルスゲート91の入力110 は周波数偏移
測定器30の出力110 と接続され、光パルスゲート91はそ
の入力140 から入力したゲートパルスのハイレベル（図
10aの700-1)の期間で「ON」となり、その期間、入力110
から入力した光信号をその出力144 に出力し、またロー
レベル（図10a の700-2)の期間で「OFF」 となりその入力
140 から入力した光信号をその出力144 に出力しない1:
1 構成の光スイッチである。出力144 は光ファイバで光
カプラ92と接続されている。
測定器30の出力110 と接続され、光パルスゲート91はそ
の入力140 から入力したゲートパルスのハイレベル（図
10aの700-1)の期間で「ON」となり、その期間、入力110
から入力した光信号をその出力144 に出力し、またロー
レベル（図10a の700-2)の期間で「OFF」 となりその入力
140 から入力した光信号をその出力144 に出力しない1:
1 構成の光スイッチである。出力144 は光ファイバで光
カプラ92と接続されている。
【００６７】光カプラ92はその入力144 から入力した光
信号をその出力146 に出力し、またその入力146 から入
力した干渉型光ファイバセンサアレイ400 からの光強度
信号をその出力148 に出力する分岐挿入機能部である。
出力146 は光ファイバで干渉型光ファイバセンサアレイ
400 を構成する光カプラ93-1と接続され、出力148 は光
ファイバで O/E変換器50と接続されている。
信号をその出力146 に出力し、またその入力146 から入
力した干渉型光ファイバセンサアレイ400 からの光強度
信号をその出力148 に出力する分岐挿入機能部である。
出力146 は光ファイバで干渉型光ファイバセンサアレイ
400 を構成する光カプラ93-1と接続され、出力148 は光
ファイバで O/E変換器50と接続されている。
【００６８】光カプラ93-1はその入力146 から入力した
光信号を分岐してその出力150 および出力152 に出力
し、またその入力152 から入力した干渉計40-1からの光
強度信号およびその入力150 から入力した遅延線94-1か
らの光強度信号をその出力146に出力する分岐挿入機能
部である。この遅延線94-1を通る信号は干渉計40-2〜40
-Mからの光強度信号である。したがって光カプラ93-1の
出力146 からは干渉計40-1〜40-Mからの光強度信号が出
力される。出力150 は光ファイバで遅延線94-1の入力と
接続され、出力152 は光ファイバで干渉計40-1と接続さ
れている。
光信号を分岐してその出力150 および出力152 に出力
し、またその入力152 から入力した干渉計40-1からの光
強度信号およびその入力150 から入力した遅延線94-1か
らの光強度信号をその出力146に出力する分岐挿入機能
部である。この遅延線94-1を通る信号は干渉計40-2〜40
-Mからの光強度信号である。したがって光カプラ93-1の
出力146 からは干渉計40-1〜40-Mからの光強度信号が出
力される。出力150 は光ファイバで遅延線94-1の入力と
接続され、出力152 は光ファイバで干渉計40-1と接続さ
れている。
【００６９】光カプラ93-2〜93-Mについても光カプラ93
-1と同じ構成になっており、各々光カプラ93-2〜93-Mの
１つ目の入出力は、この各々光カプラと対応する各々遅
延線94-1〜94-(M-1)の出力と接続され、また各々光カプ
ラ93-2〜93-Mの２つ目の入出力は、この各々光カプラと
対応する干渉計40-2〜40-Mの入出力と接続され、また各
々光カプラ93-2〜93-(M-1)の３つ目の入出力は、この各
々光カプラと対応する遅延線94-2〜94-(M-1)の入力と接
続されている。
-1と同じ構成になっており、各々光カプラ93-2〜93-Mの
１つ目の入出力は、この各々光カプラと対応する各々遅
延線94-1〜94-(M-1)の出力と接続され、また各々光カプ
ラ93-2〜93-Mの２つ目の入出力は、この各々光カプラと
対応する干渉計40-2〜40-Mの入出力と接続され、また各
々光カプラ93-2〜93-(M-1)の３つ目の入出力は、この各
々光カプラと対応する遅延線94-2〜94-(M-1)の入力と接
続されている。
【００７０】遅延線94-1は、その入力150 から入力した
光信号をτ0/2 時間遅延させてその出力154 から出力す
る光遅延線である。出力154 は光カプラ93-2と接続され
ている。遅延線94-2〜94-(M-1)についても遅延線94-1と
同じ構成になっており、上述したように、各々遅延線94
-2〜94-(M-1)の入力はこの各々遅延線と対応する光カプ
ラ93-2〜93-(M-1)の出力と接続され、また、各々遅延線
94-2〜94-(M-1)の出力はこの各々遅延線と対応する光カ
プラ93-3〜93-Mの入力と接続されている。
光信号をτ0/2 時間遅延させてその出力154 から出力す
る光遅延線である。出力154 は光カプラ93-2と接続され
ている。遅延線94-2〜94-(M-1)についても遅延線94-1と
同じ構成になっており、上述したように、各々遅延線94
-2〜94-(M-1)の入力はこの各々遅延線と対応する光カプ
ラ93-2〜93-(M-1)の出力と接続され、また、各々遅延線
94-2〜94-(M-1)の出力はこの各々遅延線と対応する光カ
プラ93-3〜93-Mの入力と接続されている。
【００７１】デマルチプレクサ95の入力162 はO/E 変換
器50の出力162 と接続され、デマルチプレクサ95は、そ
の入力162 から入力した電気信号をその入力142 から入
力したトリガ信号とτ2+ nτ0(n=1 〜M)の遅延時間に基
づいて出力164-1 〜164-M のいずれか１つの出力に選択
的に出力する1:N 構成のアナログスイッチである。各々
出力164-1、164-2、164-3 〜164-M はそれぞれ対応する復
調処理器80-1、80-2、80-3〜80-Mと接続されている。
器50の出力162 と接続され、デマルチプレクサ95は、そ
の入力162 から入力した電気信号をその入力142 から入
力したトリガ信号とτ2+ nτ0(n=1 〜M)の遅延時間に基
づいて出力164-1 〜164-M のいずれか１つの出力に選択
的に出力する1:N 構成のアナログスイッチである。各々
出力164-1、164-2、164-3 〜164-M はそれぞれ対応する復
調処理器80-1、80-2、80-3〜80-Mと接続されている。
【００７２】このように、各々干渉計40-1〜40-Mからの
各々光強度信号が各々対応する復調処理器80-1〜80-Mに
送られ復調され出力される。
各々光強度信号が各々対応する復調処理器80-1〜80-Mに
送られ復調され出力される。
【００７３】次に第３実施例の動作を説明する。測定開
始により、変調信号発生器10が光源20に角周波数ω0 の
正弦波を送ると、光源20はこの正弦波の信号102 に基づ
くFM光信号108 を周波数偏移測定器30に送る。周波数偏
移測定器30はFM光信号108 を受けて光パルスゲート91に
FM光信号110 を送るとともに、このFM光信号108 および
発生器10から送られてきたリセット信号104 を用いて振
動数Ｎを(8) 式から求めてこのデータ112 を復調処理器
80-1〜80-Mのそれぞれに送る。
始により、変調信号発生器10が光源20に角周波数ω0 の
正弦波を送ると、光源20はこの正弦波の信号102 に基づ
くFM光信号108 を周波数偏移測定器30に送る。周波数偏
移測定器30はFM光信号108 を受けて光パルスゲート91に
FM光信号110 を送るとともに、このFM光信号108 および
発生器10から送られてきたリセット信号104 を用いて振
動数Ｎを(8) 式から求めてこのデータ112 を復調処理器
80-1〜80-Mのそれぞれに送る。
【００７４】また、これに並行してゲート信号発生器90
は図10a で示すゲートパルス140 を光パルスゲート91に
出力するとともに、このトリガ信号142 をデマルチプレ
クサ95に送る。光パルスゲート91はゲートパルス140 の
ハイレベル（図10a の700-1)の期間FM光信号110 を通過
させてパルス化されたFM光信号144 を光カプラ92に送
る。光カプラ92はFM光信号144 を受け干渉型光ファイバ
センサアレイ400 にパルス化されたFM光信号146 に送る
とともに、このFM光信号146 をアレイ400 に送ることに
よりアレイ400 を構成する干渉計40-1〜40-Mから送り返
されてくる図10bに示す時分割多重化された光強度信号1
48 を O/E変換器50に送る。
は図10a で示すゲートパルス140 を光パルスゲート91に
出力するとともに、このトリガ信号142 をデマルチプレ
クサ95に送る。光パルスゲート91はゲートパルス140 の
ハイレベル（図10a の700-1)の期間FM光信号110 を通過
させてパルス化されたFM光信号144 を光カプラ92に送
る。光カプラ92はFM光信号144 を受け干渉型光ファイバ
センサアレイ400 にパルス化されたFM光信号146 に送る
とともに、このFM光信号146 をアレイ400 に送ることに
よりアレイ400 を構成する干渉計40-1〜40-Mから送り返
されてくる図10bに示す時分割多重化された光強度信号1
48 を O/E変換器50に送る。
【００７５】O/E変換器50は、時分割多重化（パルス
化）された光強度信号148 を電気信号162 に変換してデ
マルチプレクサ95に送る。デマルチプレクサ95はパルス
化されて送られてくる各々干渉計40-1〜40-Mからの電気
信号162 をゲート信号発生器90から送られてくるトリガ
信号142 によりその各々干渉計40-1〜40-Mと対応する復
調処理器80-1〜80-Mのそれぞれに分離して送る。各々復
調処理器80-1〜80-Mはそれぞれ送られてくる電気信号16
2 と変調信号発生器10から送られてくる角周波数ω0 の
正弦波106 と周波数偏移測定器30から送られてくる振動
数Ｎのデータ112から(20)式の信号を形成してそれぞれ
の出力166-1 〜166-M に出力する。これにより、Ｂおよ
びＣに依存いない復調出力を得ることができる。
化）された光強度信号148 を電気信号162 に変換してデ
マルチプレクサ95に送る。デマルチプレクサ95はパルス
化されて送られてくる各々干渉計40-1〜40-Mからの電気
信号162 をゲート信号発生器90から送られてくるトリガ
信号142 によりその各々干渉計40-1〜40-Mと対応する復
調処理器80-1〜80-Mのそれぞれに分離して送る。各々復
調処理器80-1〜80-Mはそれぞれ送られてくる電気信号16
2 と変調信号発生器10から送られてくる角周波数ω0 の
正弦波106 と周波数偏移測定器30から送られてくる振動
数Ｎのデータ112から(20)式の信号を形成してそれぞれ
の出力166-1 〜166-M に出力する。これにより、Ｂおよ
びＣに依存いない復調出力を得ることができる。
【００７６】このような第３実施例のシステムによれ
ば、従来の変調信号発生器５を変調信号発生器10に変更
し、従来のシステムに新たに周波数偏移測定器30、 復調
処理器80-1〜80-Mを設けたので、レーザの周波数変調の
周波数偏移の変動による復調出力の不安定さを改善し、
干渉型光ファイバセンサアレイ400 の干渉計40-1〜40-M
の光カプラでの偏光依存損失変動および干渉計40-1〜40
-Mにシングルモードファイバを使用した場合などに起こ
るO/E 変換器50の出力振幅Ｂの変動による復調出力の不
安定さを改善することができる。
ば、従来の変調信号発生器５を変調信号発生器10に変更
し、従来のシステムに新たに周波数偏移測定器30、 復調
処理器80-1〜80-Mを設けたので、レーザの周波数変調の
周波数偏移の変動による復調出力の不安定さを改善し、
干渉型光ファイバセンサアレイ400 の干渉計40-1〜40-M
の光カプラでの偏光依存損失変動および干渉計40-1〜40
-Mにシングルモードファイバを使用した場合などに起こ
るO/E 変換器50の出力振幅Ｂの変動による復調出力の不
安定さを改善することができる。
【００７７】図11には本発明による光ファイバセンサシ
ステムの第４の実施例が示されている。図11において、
図９の構成と相違するところは、変調信号発生器10を変
調信号発生器12に変更した点であり、 周波数偏移測定器
30を周波数偏移測定器32に変更した点である。また、こ
の周波数偏移測定器32は復調処理器80-1〜80-Mに振動数
Ｎのデータを送らない構成になっているため復調処理器
80-1〜80-Mは上記復調処理器80の動作と異なる動作を行
うのでこれについては後述する。
ステムの第４の実施例が示されている。図11において、
図９の構成と相違するところは、変調信号発生器10を変
調信号発生器12に変更した点であり、 周波数偏移測定器
30を周波数偏移測定器32に変更した点である。また、こ
の周波数偏移測定器32は復調処理器80-1〜80-Mに振動数
Ｎのデータを送らない構成になっているため復調処理器
80-1〜80-Mは上記復調処理器80の動作と異なる動作を行
うのでこれについては後述する。
【００７８】変調信号発生器12は角周波数がω0 の正弦
波の信号を発振させる回路、自動利得制御回路およびリ
セット信号発生回路から構成され、正弦波発振回路は正
弦波の信号をその出力106 に出力し、自動利得制御回路
はこの制御回路内の基準電圧とその入力190 から入力す
る電圧の差に基づいて正弦波発振回路から入力する正弦
波の信号のレベルを制御してその出力102 に出力し、リ
セット信号発生回路は正弦波発振回路から入力する正弦
波の信号に基づいてリセット信号を生成しその出力104
に出力する。出力102 は光源20と接続され、出力104 は
周波数偏移測定器32と接続され、出力106 は復調処理器
80-1〜80-Mと接続されている。
波の信号を発振させる回路、自動利得制御回路およびリ
セット信号発生回路から構成され、正弦波発振回路は正
弦波の信号をその出力106 に出力し、自動利得制御回路
はこの制御回路内の基準電圧とその入力190 から入力す
る電圧の差に基づいて正弦波発振回路から入力する正弦
波の信号のレベルを制御してその出力102 に出力し、リ
セット信号発生回路は正弦波発振回路から入力する正弦
波の信号に基づいてリセット信号を生成しその出力104
に出力する。出力102 は光源20と接続され、出力104 は
周波数偏移測定器32と接続され、出力106 は復調処理器
80-1〜80-Mと接続されている。
【００７９】図12を参照すると、周波数偏移測定器32は
周波数偏移測定器30で用いた光カプラ310、周波数偏移測
定用干渉計320、O/E 変換器330 およびカウンタ340 の他
に演算回路350 を有する構成になっている。したがっ
て、光カプラ310、周波数偏移測定用干渉計320、O/E 変換
器330 およびカウンタ340 の説明は省略する。
周波数偏移測定器30で用いた光カプラ310、周波数偏移測
定用干渉計320、O/E 変換器330 およびカウンタ340 の他
に演算回路350 を有する構成になっている。したがっ
て、光カプラ310、周波数偏移測定用干渉計320、O/E 変換
器330 およびカウンタ340 の説明は省略する。
【００８０】演算回路350 の入力はカウンタ340 の出力
112 と接続され、演算回路350 は基本的には上記(8) 式
の演算を行う回路であり、この回路はその入力112 から
入力した振動数Ｎの値（整数）と予め求めておいた干渉
計320 の光路差△Ｌ1 、干渉計320 のアームとなる光フ
ァイバの屈折率n1および真空中の光速c0から最大周波数
偏移νd を求め、この求めた最大周波数偏移νd に対応
する電圧をその出力190 に出力する。
112 と接続され、演算回路350 は基本的には上記(8) 式
の演算を行う回路であり、この回路はその入力112 から
入力した振動数Ｎの値（整数）と予め求めておいた干渉
計320 の光路差△Ｌ1 、干渉計320 のアームとなる光フ
ァイバの屈折率n1および真空中の光速c0から最大周波数
偏移νd を求め、この求めた最大周波数偏移νd に対応
する電圧をその出力190 に出力する。
【００８１】したがって、このシステムではこの最大周
波数偏移νd の電圧が所定の電圧であれば変調信号発生
器12内の基準電圧と同じになり、それらの比較による差
の電圧は０となるから変調信号発生器12の出力102 から
は今までの正弦波の信号のレベルと同じレベルで出力さ
れる。また基準電圧より最大周波数偏移νd の電圧が下
がれば正弦波の信号のレベルを上げ、また基準電圧より
最大周波数偏移νd の電圧が上がれば正弦波の信号のレ
ベルを下げて基準電圧と最大周波数偏移νd の電圧が一
致するように制御されている。
波数偏移νd の電圧が所定の電圧であれば変調信号発生
器12内の基準電圧と同じになり、それらの比較による差
の電圧は０となるから変調信号発生器12の出力102 から
は今までの正弦波の信号のレベルと同じレベルで出力さ
れる。また基準電圧より最大周波数偏移νd の電圧が下
がれば正弦波の信号のレベルを上げ、また基準電圧より
最大周波数偏移νd の電圧が上がれば正弦波の信号のレ
ベルを下げて基準電圧と最大周波数偏移νd の電圧が一
致するように制御されている。
【００８２】次に図11のシステムで用いた場合の復調処
理器80について説明する。詳細には復調処理器80の変調
度・関数演算器86について説明する。変調度・関数演算
器86は上述したように演算回路68a、68b、68c と演算回路
86a、86b から構成されているが、このうちの演算回路68
a は振動数Ｎの値から最大周波数偏移νd を求めていた
が、この図11のシステムの場合は最大周波数偏移νd が
一定の値に保たれているのでこの値を予めこの演算回路
68a の出力に設定しておけばよい。これ以外の演算回路
68b、68c と演算回路86a、86b については上述したのと同
じ動作を行うので説明を省略する。
理器80について説明する。詳細には復調処理器80の変調
度・関数演算器86について説明する。変調度・関数演算
器86は上述したように演算回路68a、68b、68c と演算回路
86a、86b から構成されているが、このうちの演算回路68
a は振動数Ｎの値から最大周波数偏移νd を求めていた
が、この図11のシステムの場合は最大周波数偏移νd が
一定の値に保たれているのでこの値を予めこの演算回路
68a の出力に設定しておけばよい。これ以外の演算回路
68b、68c と演算回路86a、86b については上述したのと同
じ動作を行うので説明を省略する。
【００８３】第４実施例の動作については第３実施例と
異なるところを説明する。変調信号発生器12が光源20に
角周波数ω0 の正弦波を送ると、光源20はこの正弦波の
信号102 に基づく最大周波数偏移νd のFM光信号108 を
周波数偏移測定器32に送る。周波数偏移測定器32はFM光
信号108 を受けて光パルスゲート91にFM光信号110 を送
るとともに、このFM光信号108 および発生器10から送ら
れてくるリセット信号104 を用いて振動数Ｎを(8) 式か
ら求め、さらに振動数Ｎの値から光源20の最大周波数偏
移νd の電圧を求めて変調信号発生器12に送る。変調信
号発生器12は内部の基準電圧値とこの送られてきた最大
周波数偏移νd の電圧値とを比較し、この比較値に基づ
いてこの出力102 から出力する正弦波のレベルを制御
し、このレベル制御された正弦波を再度光源20に送る。
このループ回路により常にレーザの最大周波数偏移νd
の値を所定の値にする。
異なるところを説明する。変調信号発生器12が光源20に
角周波数ω0 の正弦波を送ると、光源20はこの正弦波の
信号102 に基づく最大周波数偏移νd のFM光信号108 を
周波数偏移測定器32に送る。周波数偏移測定器32はFM光
信号108 を受けて光パルスゲート91にFM光信号110 を送
るとともに、このFM光信号108 および発生器10から送ら
れてくるリセット信号104 を用いて振動数Ｎを(8) 式か
ら求め、さらに振動数Ｎの値から光源20の最大周波数偏
移νd の電圧を求めて変調信号発生器12に送る。変調信
号発生器12は内部の基準電圧値とこの送られてきた最大
周波数偏移νd の電圧値とを比較し、この比較値に基づ
いてこの出力102 から出力する正弦波のレベルを制御
し、このレベル制御された正弦波を再度光源20に送る。
このループ回路により常にレーザの最大周波数偏移νd
の値を所定の値にする。
【００８４】各々復調処理器80-1〜80-Mの変調度・関数
演算器86はその演算回路68a の出力に予め設定された所
定の最大周波数偏移νd の値を用いて(19)式の信号を形
成して除算器70に送る。各々復調処理器80-1〜80-Mの除
算器88は(5) 式の信号を(19)式の信号で除算して(20)式
の信号を形成してその各々の出力166-1 〜166-M から出
力する。(20)式からわかるように、各々復調処理器80-1
〜80-MからはＢおよびＣに依存しない復調出力を得るこ
とができる。
演算器86はその演算回路68a の出力に予め設定された所
定の最大周波数偏移νd の値を用いて(19)式の信号を形
成して除算器70に送る。各々復調処理器80-1〜80-Mの除
算器88は(5) 式の信号を(19)式の信号で除算して(20)式
の信号を形成してその各々の出力166-1 〜166-M から出
力する。(20)式からわかるように、各々復調処理器80-1
〜80-MからはＢおよびＣに依存しない復調出力を得るこ
とができる。
【００８５】このような第４実施例のシステムによれ
ば、従来の変調信号発生器５を変調信号発生器12に変更
し、従来のシステムに新たに周波数偏移測定器32、 復調
処理器80-1〜80-Mを設けたので、レーザの周波数変調の
周波数偏移の変動による復調出力の不安定さを改善し、
干渉型光ファイバセンサアレイ400 の干渉計40-1〜40-M
の光カプラでの偏光依存損失変動および干渉計40-1〜40
-Mにシングルモードファイバを使用した場合などに起こ
るO/E 変換器50の出力振幅Ｂの変動による復調出力の不
安定さを改善することができる。
ば、従来の変調信号発生器５を変調信号発生器12に変更
し、従来のシステムに新たに周波数偏移測定器32、 復調
処理器80-1〜80-Mを設けたので、レーザの周波数変調の
周波数偏移の変動による復調出力の不安定さを改善し、
干渉型光ファイバセンサアレイ400 の干渉計40-1〜40-M
の光カプラでの偏光依存損失変動および干渉計40-1〜40
-Mにシングルモードファイバを使用した場合などに起こ
るO/E 変換器50の出力振幅Ｂの変動による復調出力の不
安定さを改善することができる。
【００８６】なお、第１〜４の実施例において、周波数
偏移測定器30、32 の周波数偏移測定用干渉計320 にマイ
ケルソン干渉計を用いた例で説明したが、マッハ−ツェ
ンダ干渉計等の他の型の干渉計を使用してもよい。また
第１〜４の実施例の復調処理器60、80 において、sin/co
s 復調器66の出力からJ1(C)J2(C)を除算する例で説明し
たが、同期検波器62または82と同期検波器64または84の
出力でJ1(C) とJ2(C)を除算するようにしてもよい。
偏移測定器30、32 の周波数偏移測定用干渉計320 にマイ
ケルソン干渉計を用いた例で説明したが、マッハ−ツェ
ンダ干渉計等の他の型の干渉計を使用してもよい。また
第１〜４の実施例の復調処理器60、80 において、sin/co
s 復調器66の出力からJ1(C)J2(C)を除算する例で説明し
たが、同期検波器62または82と同期検波器64または84の
出力でJ1(C) とJ2(C)を除算するようにしてもよい。
【００８７】また、第３、４の実施例ではマイケルソン
干渉計で構成したセンサを従属接続で配列し、時分割多
重伝送する例で説明したが、センサとしてマッハ−ツェ
ンダ干渉計等の他の型の干渉計を用いもよいし、配列方
法も並列接続等の他の配列にしてもよいし、多重伝送方
法も周波数多重等の他の方法にしてもよい。さらに第
３、４の実施例では、周波数偏移測定器30、32 を光源20
と光パルスゲート91の間に配置する例で説明したが、光
源20とセンサ400 の間であれば何処に配置してもよい。
干渉計で構成したセンサを従属接続で配列し、時分割多
重伝送する例で説明したが、センサとしてマッハ−ツェ
ンダ干渉計等の他の型の干渉計を用いもよいし、配列方
法も並列接続等の他の配列にしてもよいし、多重伝送方
法も周波数多重等の他の方法にしてもよい。さらに第
３、４の実施例では、周波数偏移測定器30、32 を光源20
と光パルスゲート91の間に配置する例で説明したが、光
源20とセンサ400 の間であれば何処に配置してもよい。
【００８８】なおさらに、第１〜４の実施例で、周波数
偏移の変動が許容範囲内であれば、周波数偏移測定器3
0、32 を設けずに、設定した周波数偏移と干渉計の光路
差から求めた変調度を復調処理器60、80 において用いる
構成にしてもよい。
偏移の変動が許容範囲内であれば、周波数偏移測定器3
0、32 を設けずに、設定した周波数偏移と干渉計の光路
差から求めた変調度を復調処理器60、80 において用いる
構成にしてもよい。
【００８９】
【発明の効果】このように本発明によれば、変調信号発
生手段は角周波数がω0 の正弦波の信号と、この正弦波
の信号に同期したリセット信号を出力する。光源手段は
変調信号発生手段から正弦波の信号を受け、この信号に
基づいて周波数変調された光信号を出力する。周波数偏
移測定手段は光源手段から光信号を、変調信号発生手段
からリセット信号を受け、受けた光信号を出力するとと
もに、受けたリセット信号に基づいて受けた光信号の最
大周波数偏移νd を示す信号を求める。干渉計手段は周
波数偏移測定手段から光信号を受け、この受けた光信号
に応じた２つの光ファイバ間の位相差に基づく光強度信
号を出力する。第１の光／電気変換手段は干渉計手段か
ら光強度信号を受け、この光強度信号に基づく電気信号
Ｉ=A+Bcos[Ccosωot＋φ(t)]を出力する。復調処理手段
は変調信号発生手段から正弦波の信号を、第１の光／電
気変換手段からＩ信号を、周波数偏移測定手段からνd
信号を受け、受けた正弦波の信号およびＩ信号に応じた
X=B2・J1(C)・J2(C)・ φ(t) の信号を求め、この受けたν
d 信号とＩ信号に応じたY=J1(C)・J2(C) の信号またはU=
B2・J1(C)・J2(C) の信号を求め、ＸをＹで除算してZ=B2
・ φ(t) の信号またはＸをＵで除算してV=φ(t) の信号
を求める。
生手段は角周波数がω0 の正弦波の信号と、この正弦波
の信号に同期したリセット信号を出力する。光源手段は
変調信号発生手段から正弦波の信号を受け、この信号に
基づいて周波数変調された光信号を出力する。周波数偏
移測定手段は光源手段から光信号を、変調信号発生手段
からリセット信号を受け、受けた光信号を出力するとと
もに、受けたリセット信号に基づいて受けた光信号の最
大周波数偏移νd を示す信号を求める。干渉計手段は周
波数偏移測定手段から光信号を受け、この受けた光信号
に応じた２つの光ファイバ間の位相差に基づく光強度信
号を出力する。第１の光／電気変換手段は干渉計手段か
ら光強度信号を受け、この光強度信号に基づく電気信号
Ｉ=A+Bcos[Ccosωot＋φ(t)]を出力する。復調処理手段
は変調信号発生手段から正弦波の信号を、第１の光／電
気変換手段からＩ信号を、周波数偏移測定手段からνd
信号を受け、受けた正弦波の信号およびＩ信号に応じた
X=B2・J1(C)・J2(C)・ φ(t) の信号を求め、この受けたν
d 信号とＩ信号に応じたY=J1(C)・J2(C) の信号またはU=
B2・J1(C)・J2(C) の信号を求め、ＸをＹで除算してZ=B2
・ φ(t) の信号またはＸをＵで除算してV=φ(t) の信号
を求める。
【００９０】したがって、Ｃ信号またはB、C の信号に左
右されない安定した物理量を含む復調出力を効果的に得
ることができる。
右されない安定した物理量を含む復調出力を効果的に得
ることができる。
【図１】本発明の第１の実施例に係る光ファイバセンサ
システムの機能ブロック図である。
システムの機能ブロック図である。
【図２】図1、7、9 に示した光ファイバセンサシステムに
含まれる周波数偏移測定器のブロック図である。
含まれる周波数偏移測定器のブロック図である。
【図３】図1、7、13に示した光ファイバセンサシステムに
含まれるO/E 変換器の出力波形と図9、11のデマルチプレ
クサの出力波形の第１の例を示す図である。
含まれるO/E 変換器の出力波形と図9、11のデマルチプレ
クサの出力波形の第１の例を示す図である。
【図４】図1、7、13に示した光ファイバセンサシステムに
含まれるO/E 変換器の出力波形と図9、11のデマルチプレ
クサの出力波形の第２の例を示す図である。
含まれるO/E 変換器の出力波形と図9、11のデマルチプレ
クサの出力波形の第２の例を示す図である。
【図５】図1、7、9、11、13 に示した光ファイバセンサシス
テムに含まれるsin/cos 復調器のブロック図である。
テムに含まれるsin/cos 復調器のブロック図である。
【図６】図１に示した光ファイバセンサシステムに含ま
れる変調度・関数演算器のブロック図である。
れる変調度・関数演算器のブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施例に係る光ファイバセンサ
システムの機能ブロック図である。
システムの機能ブロック図である。
【図８】図7、9、11に示した光ファイバセンサシステムに
含まれる変調度・関数演算器のブロック図である。
含まれる変調度・関数演算器のブロック図である。
【図９】本発明の第３の実施例に係る光ファイバセンサ
システムの機能ブロック図である。
システムの機能ブロック図である。
【図１０】図9、11に示した光ファイバセンサシステムの
各部に現れる信号のタイミング図である。
各部に現れる信号のタイミング図である。
【図１１】本発明の第４の実施例に係る光ファイバセン
サシステムの機能ブロック図である。
サシステムの機能ブロック図である。
【図１２】図11に示した光ファイバセンサシステムに含
まれる周波数偏移測定器のブロック図である。
まれる周波数偏移測定器のブロック図である。
【図１３】従来の光ファイバセンサシステムの機能ブロ
ック図である。
ック図である。
10、12 変調信号発生器 20 光源 30、32 周波数偏移測定器 40、40-1 〜40-M 干渉計 50 O/E 変換器 60、80、80-1〜80-M 復調処理器 62、64、82、84 同期検波器 66 sin/cos 復調器 68、86 変調度・関数演算器 70、88 除算器 90 ゲート信号発生器 91 光パルスゲート 92、93-1 〜93-M 光カプラ 94-1〜94-(M-1) 遅延線 95 デマルチプレクサ 400 干渉型光ファイバセンサアレイ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−253355（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−66734（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−2728（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−109530（ＪＰ，Ａ) Ａ．Ｄａｎｄｒｉｄｇｅ，Ａ．Ｂ．Ｔ ｖｅｔｅｎ，Ｔ．Ｇ．Ｇｉａｌｌｏｒｅ ｎｚｉ，Ｈｏｍｏｄｙｎｅ Ｄｅｍｏｄ ｕｌａｔｉｏｎ Ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｓｅｎｓｏ ｒｓ Ｕｓｉｎｇ Ｐｈａｓｅ Ｇｅｎ ｅｒａｔｅｄ Ｃａｒｒｉｅｒ，ＩＥＥ Ｅ Ｊｏｕｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕ ｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，米国，Ｖ ｏｌ．ＱＥ−18，Ｎｏ．10，1647−1653 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01J 9/00 - 9/04 ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ Ｗｅｂ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ
Claims (12)
- 【請求項１】 物理量を検出する光ファイバセンサシス
テムにおいて、該システムは、 角周波数がω0 の正弦波の信号を出力するとともに、該
正弦波の信号に同期したリセット信号を出力する変調信
号発生手段と、 該変調信号発生手段から正弦波の信号を受け、該信号に
基づいて周波数変調された光信号を出力する光源手段
と、 該光源手段から光信号を、前記変調信号発生手段からリ
セット信号を受け、該受けた光信号を出力するととも
に、該受けたリセット信号に基づいて該受けた光信号の
最大周波数偏移νd を示す信号を求める周波数偏移測定
手段と、 該周波数偏移測定手段から光信号を受け、該受けた光信
号に応じた２つの光ファイバ間の位相差に基づく光強度
信号を出力する干渉計手段と、 該干渉計手段から光強度信号を受け、該光強度信号に基
づく電気信号Ｉ=A+Bcos[Ccosωot＋φ(t)]を出力する第
１の光／電気変換手段と、 前記Ａは前記第１の光／電気変換手段に入力する光の平
均パワーであり、前記Ｂは前記第１の光／電気変換手段
に入力する光の平均パワーと前記干渉計手段を通過した
ときの光のパワーと偏光状態で決まる定数であり、前記
Ｃは 2πΔＬ nνd / c0であり、前記ΔＬは前記干渉計
手段の２つの光ファイバの光路差であり、前記ｎは前記
干渉計手段のアームとなる前記２つの光ファイバの屈折
率であり、前記c0は真空中での光速であり、前記φ(t)
は前記干渉計手段を通過したときの光の位相差であり、
前記検出したい物理量の信号はここに含まれており、 前記変調信号発生手段から正弦波の信号を、前記第１の
光／電気変換手段からＩ信号を、前記周波数偏移測定手
段からνd 信号を受け、該受けた正弦波の信号およびＩ
信号に応じたX=B2・J1(C)・J2(C)・ φ(t) の信号を求め、
該受けたνd 信号と該Ｉ信号に応じたY=J1(C)・J2(C) の
信号またはU= B2・J1(C)・J2(C) の信号を求め、該Ｘを該
Ｙで除算してZ=B2・ φ(t) の信号または該Ｘを該Ｕで除
算してV=φ(t) の信号を求める復調処理手段とを有し、 前記J1(C) は前記Ｉ信号の第２項目を分析した場合の前
記Ｃを引数とする１次のベッセル関数であり、前記J
2(C) は２次のベッセル関数であることを特徴とする光
ファイバセンサシステム。 - 【請求項２】 請求項１に記載の光ファイバセンサシス
テムにおいて、 前記周波数偏移測定手段は、 第１の入力端子と第１の出力端子と第２の入出力端子と
第３の出力端子とを備え、該第１の入力端子から前記光
源手段からの光信号を入力し、該入力した光信号を分岐
して該第１と第２の入出力端子に出力し、該第２の入出
力端子から光強度信号を入力し、該入力した光強度信号
を該第３の出力端子に出力する第１の光カプラ手段と、 前記第２の入出力端子から光信号を受け、該受けた光信
号に応じた２つの光ファイバ間の位相差に基づく光強度
信号を生成し、該生成した光強度信号を前記第２の入出
力端子に出力する周波数偏移測定用干渉計手段と、 前記第３の出力端子から光強度信号を受け、該光強度信
号に基づく電気信号I1=A1+B1cos[C1cos ωot＋φ1(t)]
を出力する第２の光／電気変換手段と、 前記A1は前記第２の光／電気変換手段に入力する光の平
均パワーであり、前記B1は前記第２の光／電気変換手段
に入力する光の平均パワーと前記周波数偏移測定用干渉
計手段を通過したときの光のパワーと偏光状態で決まる
定数であり、前記C1は 2πΔＬ1 n1νd / c0であり、前
記ΔＬ1 は前記周波数偏移測定用干渉計手段の２つの光
ファイバの光路差であり、前記n1は前記周波数偏移測定
用干渉計手段のアームとなる前記２つの光ファイバの屈
折率であり、前記φ1(t)は前記周波数偏移測定用干渉計
手段を通過したときの光の位相差であり、 前記第２の光／電気変換手段からI1信号を、前記変調信
号発生手段からリセット信号を受け、該リセット信号に
基づいて前記角周波数ω0 の正弦波の半周期またはその
整数倍の期間を示す信号を生成し、該生成した期間内の
該受けたI1信号の振動数を計数し、該振動数を示す信号
を出力するカウンタ手段と、 該カウンタ手段から振動数を示す信号を受け、該受けた
信号に応じた前記νd信号を求める第１の演算手段とを
含むことを特徴とする光ファイバセンサシステム。 - 【請求項３】 請求項２に記載の光ファイバセンサシス
テムにおいて、 前記周波数偏移測定干渉計手段は、 第４の入出力端子と第５の入出力端子と第６の入出力端
子とを備え、該第４の入出力端子から前記第２の入出力
端子から出力された光信号を入力し、該入力した光信号
を分岐して該第５と第６の入出力端子に出力し、該第５
および第６の入出力端子からそれぞれ反射光信号を入力
し、該入力した反射光信号から前記２つの光ファイバ間
の位相差に基づく光強度信号を生成して該第４の入出力
端子を介して前記第２の入出力端子に出力する第２の光
カプラ手段と、 前記第５の入出力端子から光信号を入力し、該入力した
光信号を伝送するとともに、該伝送されてきた光信号の
反射光信号を伝送する第１の所定の長さを有する第１の
光ファイバ手段と、 前記第６の入出力端子から光信号を入力し、該入力した
光信号を伝送するとともに、該伝送されてきた光信号の
反射光信号を伝送する第２の所定の長さを有する第２の
光ファイバ手段と、 前記第１の所定の長さと第２の所定の長さに基づく前記
光路差ΔＬ1 は前記光源のコヒーレンス長と同じかまた
はそれより以下に設定され、 前記第１の光ファイバ手段から伝送されてきた光信号の
前記反射光信号を形成する第１の反射鏡と、 前記第２の光ファイバ手段から伝送されてきた光信号の
前記反射光信号を形成する第２の反射鏡とを含むことを
特徴とする光ファイバセンサシステム。 - 【請求項４】 請求項１に記載の光ファイバセンサシス
テムにおいて、 前記復調処理手段は、 前記変調信号発生手段から正弦波の信号を、前記第１の
光／電気変換手段からＩ信号を受け、該受けた正弦波の
信号およびＩ信号に応じた前記Ｘ信号を求める第１の復
調手段と、 前記周波数偏移測定手段からνd 信号を受け、該受けた
νd 信号と予め設定しておいた前記干渉計手段の光路差
ΔＬおよび屈折率ｎの信号と予め設定しておいた真空中
での光速c0の信号からＣ信号の求める第２の演算手段
と、 前記第１の光／電気変換手段から受けた前記Ｉ信号の第
２項目の信号をベッセル関数に変換するとともに、該第
２の演算手段からのＣ信号に基づいて該変換したベッセ
ル関数J1(C) とJ2(C) の信号を求める第３の演算手段
と、 該第３の演算手段で求めたJ1(C) とJ2(C) を乗算して前
記Ｙ信号を求める第４の演算手段と、 該第４の演算手段からＹ信号を、前記第１の復調手段か
らＸ信号を受け、該Ｘを該Ｙで除算して前記Ｚ信号を求
める第１の除算手段とを含むことを特徴とする光ファイ
バセンサシステム。 - 【請求項５】 請求項１に記載の光ファイバセンサシス
テムにおいて、 前記復調処理手段は、 前記変調信号発生手段から正弦波の信号を、前記第１の
光／電気変換手段からＩ信号を受け、該受けた正弦波の
信号およびＩ信号に応じたP=2B・J1(C)・sinφ(t) の信
号、 Q=-2B・J2(C)・cos φ(t) の信号および前記Ｘ信号を
求める第２の復調手段と、 前記周波数偏移測定手段からνd 信号を受け、該受けた
νd 信号と予め設定しておいた前記干渉計手段の光路差
ΔＬおよび屈折率ｎの信号と予め設定しておいた真空中
での光速c0の信号からＣ信号の求める第２の演算手段
と、 前記第１の光／電気変換手段から受けた前記Ｉ信号の第
２項目の信号をベッセル関数に変換するとともに、該第
２の演算手段からのＣ信号に基づいて該変換したベッセ
ル関数J1(C) とJ2(C) の信号を求める第３の演算手段
と、 前記第２の復調手段からＰおよびＱ信号を、該第３の演
算手段からJ1(C) およびJ2(C) 信号を受け、該Ｐ信号を
該J1(C) 信号で除算して R=B・sinφ(t) の信号を求め、
該Ｑ信号を該J2(C) 信号で除算して S=-B・cos φ(t) の
信号を求める第５の演算手段と、 該第５の演算手段からＲおよびＳ信号を受け、該ＲとＳ
の信号の自乗和を行なうことで B2 の信号を求め、該 B
2 の信号と前記第３の演算手段からの J1(C)とJ2(C)と
を乗算して前記Ｕ信号を求める第６の演算手段と、 該第６の演算手段からＵ信号を、前記第１の復調手段か
らＸ信号を受け、該Ｘを該Ｕで除算して前記Ｖ信号を求
める除算手段とを含むことを特徴とする光ファイバセン
サシステム。 - 【請求項６】 物理量を検出する光ファイバセンサシス
テムにおいて、該システムは、 比較電圧を入力し、該入力した比較電圧と基準電圧の差
に基づくレベルの角周波数がω0 の正弦波の信号を出力
するとともに、該正弦波の信号に同期したリセット信号
を出力する変調信号発生手段と、 該変調信号発生手段から正弦波の信号を受け、該信号に
基づいて周波数変調された光信号を出力する光源手段
と、 該光源手段から光信号を、前記変調信号発生手段からリ
セット信号を受け、該受けた光信号を出力するととも
に、該受けたリセット信号に基づいて該受けた光信号の
最大周波数偏移νd を示す信号を求め、該求めた信号に
応じた前記比較電圧を出力する周波数偏移測定手段と、 前記変調信号発生手段、光源手段および周波数偏移測定
手段により最大周波数偏移νd が所定の一定の値になる
ように構成されており、 該周波数偏移測定手段から光信号を受け、該受けた光信
号に応じた２つの光ファイバ間の位相差に基づく光強度
信号を出力する干渉計手段と、 該干渉計手段から光強度信号を受け、該光強度信号に基
づく電気信号Ｉ=A+Bcos[Ccosωot＋φ(t)]を出力する第
１の光／電気変換手段と、 前記Ａは前記第１の光／電気変換手段に入力する光の平
均パワーであり、前記Ｂは前記第１の光／電気変換手段
に入力する光の平均パワーと前記干渉計手段を通過した
ときの光のパワーと偏光状態で決まる定数であり、前記
Ｃは 2πΔＬ nνd / c0であり、前記ΔＬは前記干渉計
手段の２つの光ファイバの光路差であり、前記ｎは前記
干渉計手段のアームとなる前記２つの光ファイバの屈折
率であり、前記c0は真空中での光速であり、前記φ(t)
は前記干渉計手段を通過したときの光の位相差であり、
前記検出したい物理量の信号はここに含まれており、 前記変調信号発生手段から正弦波の信号を、前記第１の
光／電気変換手段からＩ信号を受け、該受けた正弦波の
信号およびＩ信号に応じたX=B2・J1(C)・J2(C)・φ(t) の
信号を求め、予め設定された前記所定のνd 信号および
該受けたＩ信号に応じたY=J1(C)・J2(C) の信号またはU=
B2・J1(C)・J2(C) の信号を求め、該Ｘを該Ｙで除算して
Z=B2・ φ(t) の信号または該Ｘを該Ｕで除算してV=φ
(t) の信号を求める復調処理手段とを有し、 前記J1(C) は前記Ｉ信号の第２項目を分析した場合の前
記Ｃを引数とする１次のベッセル関数であり、前記J
2(C) は２次のベッセル関数であることを特徴とする光
ファイバセンサシステム。 - 【請求項７】 請求項６に記載の光ファイバセンサシス
テムにおいて、 前記周波数偏移測定手段は、 第１の入力端子と第１の出力端子と第２の入出力端子と
第３の出力端子とを備え、該第１の入力端子から前記光
源手段からの光信号を入力し、該入力した光信号を分岐
して該第１と第２の入出力端子に出力し、該第２の入出
力端子から光強度信号を入力し、該入力した光強度信号
を該第３の出力端子に出力する第１の光カプラ手段と、 前記第２の入出力端子から光信号を受け、該受けた光信
号に応じた２つの光ファイバ間の位相差に基づく光強度
信号を生成し、該生成した光強度信号を前記第２の入出
力端子に出力する周波数偏移測定用干渉計手段と、 前記第３の出力端子から光強度信号を受け、該光強度信
号に基づく電気信号I1=A1+B1cos[C1cos ωot＋φ1(t)]
を出力する第２の光／電気変換手段と、 前記A1は前記第２の光／電気変換手段に入力する光の平
均パワーであり、前記B1は前記第２の光／電気変換手段
に入力する光の平均パワーと前記周波数偏移測定用干渉
計手段を通過したときの光のパワーと偏光状態で決まる
定数であり、前記C1は 2πΔＬ1 n1νd / c0であり、前
記ΔＬ1 は前記周波数偏移測定用干渉計手段の２つの光
ファイバの光路差であり、前記n1は前記周波数偏移測定
用干渉計手段のアームとなる前記２つの光ファイバの屈
折率であり、前記φ1(t)は前記周波数偏移測定用干渉計
手段を通過したときの光の位相差であり、 前記第２の光／電気変換手段からI1信号を、前記変調信
号発生手段からリセット信号を受け、該リセット信号に
基づいて前記角周波数ω0 の正弦波の半周期またはその
整数倍の期間を示す信号を生成し、該生成した期間内の
該受けたI1信号の振動数を計数し、該振動数を示す信号
を出力するカウンタ手段と、 該カウンタ手段から振動数を示す信号を受け、該受けた
信号に応じた前記νd信号を求め、該求めたνd 信号に
応じた前記比較電圧を出力する第１の演算手段とを含む
ことを特徴とする光ファイバセンサシステム。 - 【請求項８】 請求項７に記載の光ファイバセンサシス
テムにおいて、 前記周波数偏移測定干渉計手段は、 第４の入出力端子と第５の入出力端子と第６の入出力端
子とを備え、該第４の入出力端子から前記第２の入出力
端子から出力された光信号を入力し、該入力した光信号
を分岐して該第５と第６の入出力端子に出力し、該第５
および第６の入出力端子からそれぞれ反射光信号を入力
し、該入力した反射光信号から前記２つの光ファイバ間
の位相差に基づく光強度信号を生成して該第４の入出力
端子を介して前記第２の入出力端子に出力する第２の光
カプラ手段と、 前記第５の入出力端子から光信号を入力し、該入力した
光信号を伝送するとともに、該伝送されてきた光信号の
反射光信号を伝送する第１の所定の長さを有する第１の
光ファイバ手段と、 前記第６の入出力端子から光信号を入力し、該入力した
光信号を伝送するとともに、該伝送されてきた光信号の
反射光信号を伝送する第２の所定の長さを有する第２の
光ファイバ手段と、 前記第１の所定の長さと第２の所定の長さに基づく前記
光路差ΔＬ1 は前記光源のコヒーレンス長と同じかまた
はそれより以下に設定され、 前記第１の光ファイバ手段から伝送されてきた光信号の
前記反射光信号を形成する第１の反射鏡と、 前記第２の光ファイバ手段から伝送されてきた光信号の
前記反射光信号を形成する第２の反射鏡とを含むことを
特徴とする光ファイバセンサシステム。 - 【請求項９】 請求項６に記載の光ファイバセンサシス
テムにおいて、 前記復調処理手段は、 前記変調信号発生手段から正弦波の信号を、前記第１の
光／電気変換手段からＩ信号を受け、該受けた正弦波の
信号およびＩ信号に応じた前記Ｘ信号を求める第１の復
調手段と、 予め設定された前記 2πを示す信号、ΔＬを示す信号、
ｎを示す信号、νd を示す信号およびc0を示す信号から
前記 2πΔＬ nνd / c0の演算を行ない変調度を示すＣ
信号を形成する変調度手段と、 前記第１の光／電気変換手段から受けた前記Ｉ信号の第
２項目の信号をベッセル関数に変換するとともに、該変
調度手段からのＣ信号に基づく該変換したベッセル関数
J1(C) とJ2(C) の信号を求める第２の演算手段と、 該第２の演算手段で求めたJ1(C) とJ2(C) を乗算して前
記Ｙ信号を求める第３の演算手段と、 該第３の演算手段からＹ信号を、前記第１の復調手段か
らＸ信号を受け、該Ｘを該Ｙで除算して前記Ｚ信号を求
める第１の除算手段とを含むことを特徴とする光ファイ
バセンサシステム。 - 【請求項１０】 請求項６に記載の光ファイバセンサシ
ステムにおいて、 前記復調処理手段は、 前記変調信号発生手段から正弦波の信号を、前記第１の
光／電気変換手段からＩ信号を受け、該受けた正弦波の
信号およびＩ信号に応じたP=2B・J1(C)・sinφ(t) の信
号、 Q=-2B・J2(C)・cos φ(t) の信号および前記Ｘ信号を
求める第２の復調手段と、 予め設定された前記 2πを示す信号、ΔＬを示す信号、
ｎを示す信号、νd を示す信号およびc0を示す信号を用
いて前記 2πΔＬ nνd / c0の演算を行ない変調度を示
すＣ信号を形成する変調度手段と、 前記第１の光／電気変換手段から受けた前記Ｉ信号の第
２項目の信号をベッセル関数に変換するとともに、該変
調度手段からのＣ信号に基づく該変換したベッセル関数
J1(C) とJ2(C) の信号を求める第２の演算手段と、 前記第２の復調手段からＰおよびＱ信号を、該第２の演
算手段からJ1(C) およびJ2(C) 信号を受け、該Ｐ信号を
該J1(C) 信号で除算して R=B・sinφ(t) の信号を求め、
該Ｑ信号を該J2(C) 信号で除算して S=-B・cos φ(t) の
信号を求める第４の演算手段と、 該第４の演算手段からＲおよびＳ信号を受け、該ＲとＳ
の信号の自乗和を行なうことで B2 の信号を求め、該 B
2 の信号と前記第２の演算手段からの J1(C)とJ2(C)と
を乗算して前記Ｕ信号を求める第５の演算手段と、 該第５の演算手段からＵ信号を、前記復調手段からＸ信
号を受け、該Ｘを該Ｕで除算して前記Ｖ信号を求める第
２の除算手段とを含むことを特徴とする光ファイバセン
サシステム。 - 【請求項１１】 物理量を検出する光ファイバセンサシ
ステムにおいて、該システムは、 角周波数がω0 の正弦波の信号を出力するとともに、該
正弦波の信号に同期したリセット信号を出力する変調信
号発生手段と、 該変調信号発生手段から正弦波の信号を受け、該信号に
基づいて周波数変調された光信号を出力する光源手段
と、 該光源手段から光信号を、前記変調信号発生手段からリ
セット信号を受け、該受けた光信号を出力するととも
に、該受けたリセット信号に基づいて該受けた光信号の
最大周波数偏移νd を示す信号を求める周波数偏移測定
手段と、 所定の第１の周期で繰り返す所定の第１のパルス幅を有
するゲートパルス信号を出力し、該第１の周期内に所定
の第２の周期で繰り返す所定の第２のパルス幅を有する
複数のパルス信号からなるゲートパルス信号群を出力す
るゲート信号発生手段と、 該ゲート信号発生手段からゲートパルス信号を、前記周
波数偏移測定手段から光信号を受け、該受けたゲートパ
ルス信号の前記第１のパルス幅の期間中に該受けた光信
号を出力する光パルスゲート手段と、 第１の入力端子と第２の入出力端子と第３の出力端子と
を備え、該第１の入力端子から前記光パルスゲート手段
からパルス化された光信号を入力し、該入力した光信号
を該第２の入出力端子に出力し、該第２の入出力端子か
ら光強度信号群を入力し、該入力した光強度信号群を該
第３の出力端子に出力する光カプラ手段と、 前記第２の入出力端子からパルス化された光信号を入力
し、該入力した光信号に応動して複数の干渉計から時分
割多重化されて送られてくる光強度信号群を前記第２の
入出力端子に出力する光ファイバセンサアレイ手段と、 該光ファイバセンサアレイ手段から光強度信号群を受
け、該光強度信号群のそれぞれの光強度信号に基づく電
気信号Ｉ=A+Bcos[Ccosωot＋φ(t)]を出力する光／電気
変換手段と、 前記Ａは前記光／電気変換手段に入力する光の平均パワ
ーであり、前記Ｂは前記光／電気変換手段に入力する光
の平均パワーと前記光ファイバセンサアレイ手段の各々
干渉計を通過したときの光のパワーと偏光状態で決まる
定数であり、前記Ｃは 2πΔＬ nνd / c0であり、前記
ΔＬは前記光ファイバセンサアレイ手段の各々干渉計の
２つの光ファイバの光路差であり、前記ｎは該各々干渉
計のアームとなる２つの光ファイバの屈折率であり、前
記c0は真空中での光速であり、前記φ(t) は該各々干渉
計を通過したときの光の位相差であり、前記検出したい
物理量の信号はここに含まれており、 複数の出力端子を備え、前記光／電気変換手段から時分
割多重化された電気信号Ｉを、前記ゲート信号発生手段
からゲートパルス信号群を受け、該受けた時分割多重化
されて送られてくる各々電気信号Ｉを順次送られてくる
該受けたゲートパルス信号群の各々パルス信号の前記第
２のパルス幅の期間でゲートして対応する該複数の出力
端子からそれぞれ出力するデマルチプレクサ手段と、 前記デマルチプレクサの前記複数の出力端子のそれぞれ
と接続され、前記変調信号発生手段から正弦波の信号、
前記デマルチプレクサからＩ信号を、前記周波数偏移測
定手段からνd 信号を受け、該受けた正弦波の信号およ
びＩ信号に応じたX=B2・J1(C)・J2(C)・ φ(t) の信号を求
め、該受けたνd 信号と該Ｉ信号に応じたY=J1(C)・J
2(C) の信号またはU= B2・J1(C)・J2(C) の信号を求め、
該Ｘを該Ｙで除算してZ=B2・ φ(t) の信号または該Ｘを
該Ｕで除算してV=φ(t) の信号を求める復調処理手段複
数からなる復調処理手段群を有し、 前記J1(C) は前記Ｉ信号の第２項目を分析した場合の前
記Ｃを引数とする１次のベッセル関数であり、前記J
2(C) は２次のベッセル関数であることを特徴とする光
ファイバセンサシステム。 - 【請求項１２】 物理量を検出する光ファイバセンサシ
ステムにおいて、該システムは、 比較電圧を入力し、該入力した比較電圧と基準電圧の差
に基づくレベルの角周波数がω0 の正弦波の信号を出力
するとともに、該正弦波の信号に同期したリセット信号
を出力する変調信号発生手段と、 該変調信号発生手段から正弦波の信号を受け、該信号に
基づいて周波数変調された光信号を出力する光源手段
と、 該光源手段から光信号を、前記変調信号発生手段からリ
セット信号を受け、該受けた光信号を出力するととも
に、該受けたリセット信号に基づいて該受けた光信号の
最大周波数偏移νd を示す信号を求め、該求めた信号に
応じた前記比較電圧を出力する周波数偏移測定手段と、 前記変調信号発生手段、光源手段および周波数偏移測定
手段により最大周波数偏移νd が所定の一定の値になる
ように構成されており、 所定の第１の周期で繰り返す所定の第１のパルス幅を有
するゲートパルス信号を出力し、該第１の周期内に所定
の第２の周期で繰り返す所定の第２のパルス幅を有する
複数のパルス信号からなるゲートパルス信号群を出力す
るゲート信号発生手段と、 該ゲート信号発生手段からゲートパルス信号を、前記周
波数偏移測定手段から光信号を受け、該受けたゲートパ
ルス信号の前記第１のパルス幅の期間中に該受けた光信
号を出力する光パルスゲート手段と、 第１の入力端子と第２の入出力端子と第３の出力端子と
を備え、該第１の入力端子から前記光パルスゲート手段
からパルス化された光信号を入力し、該入力した光信号
を該第２の入出力端子に出力し、該第２の入出力端子か
ら光強度信号群を入力し、該入力した光強度信号群を該
第３の出力端子に出力する光カプラ手段と、 前記第２の入出力端子からパルス化された光信号を入力
し、該入力した光信号に応動して複数の干渉計から時分
割多重化されて送られてくる光強度信号群を前記第２の
入出力端子に出力する光ファイバセンサアレイ手段と、 該光ファイバセンサアレイ手段から光強度信号群を受
け、該光強度信号群のそれぞれの光強度信号に基づく電
気信号Ｉ=A+Bcos[Ccosωot＋φ(t)]を出力する光／電気
変換手段と、 前記Ａは前記光／電気変換手段に入力する光の平均パワ
ーであり、前記Ｂは前記光／電気変換手段に入力する光
の平均パワーと前記光ファイバセンサアレイ手段の各々
干渉計を通過したときの光のパワーと偏光状態で決まる
定数であり、前記Ｃは 2πΔＬ nνd / c0であり、前記
ΔＬは前記光ファイバセンサアレイ手段の各々干渉計の
２つの光ファイバの光路差であり、前記ｎは該各々干渉
計のアームとなる２つの光ファイバの屈折率であり、前
記c0は真空中での光速であり、前記φ(t) は該各々干渉
計を通過したときの光の位相差であり、前記検出したい
物理量の信号はここに含まれており、 複数の出力端子を備え、前記光／電気変換手段から時分
割多重化された電気信号Ｉを、前記ゲート信号発生手段
からゲートパルス信号群を受け、該受けた時分割多重化
されて送られてくる各々電気信号Ｉを順次送られてくる
該受けたゲートパルス信号群の各々パルス信号の前記第
２のパルス幅の期間でゲートして対応する該複数の出力
端子からそれぞれ出力するデマルチプレクサ手段と、 前記デマルチプレクサの前記複数の出力端子のそれぞれ
と接続され、前記変調信号発生手段から正弦波の信号、
前記デマルチプレクサからＩ信号を、該受けた正弦波の
信号およびＩ信号に応じたX=B2・J1(C)・J2(C)・ φ(t) の
信号を求め、予め設定された前記所定のνd 信号および
該受けたＩ信号に応じたY=J1(C)・J2(C)の信号またはU=
B2・J1(C)・J2(C) の信号を求め、該Ｘを該Ｙで除算してZ
=B2・ φ(t) の信号または該Ｘを該Ｕで除算してV=φ(t)
の信号を求める復調処理手段複数からなる復調処理手
段群を有し、 前記J1(C) は前記Ｉ信号の第２項目を分析した場合の前
記Ｃを引数とする１次のベッセル関数であり、前記J
2(C) は２次のベッセル関数であることを特徴とする光
ファイバセンサシステム。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP01084996A JP3247602B2 (ja) | 1996-01-25 | 1996-01-25 | 光ファイバセンサシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01084996A JP3247602B2 (ja) | 1996-01-25 | 1996-01-25 | 光ファイバセンサシステム |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09203665A JPH09203665A (ja) | 1997-08-05 |
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|---|---|---|---|
| JP01084996A Expired - Fee Related JP3247602B2 (ja) | 1996-01-25 | 1996-01-25 | 光ファイバセンサシステム |
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|---|---|---|---|---|
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-
1996
- 1996-01-25 JP JP01084996A patent/JP3247602B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|
| Ａ．Ｄａｎｄｒｉｄｇｅ，Ａ．Ｂ．Ｔｖｅｔｅｎ，Ｔ．Ｇ．Ｇｉａｌｌｏｒｅｎｚｉ，Ｈｏｍｏｄｙｎｅ Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒｓ Ｕｓｉｎｇ Ｐｈａｓｅ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｃａｒｒｉｅｒ，ＩＥＥＥ Ｊｏｕｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，米国，Ｖｏｌ．ＱＥ−１８，Ｎｏ．１０，１６４７−１６５３ |
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| JPH09203665A (ja) | 1997-08-05 |
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