JP3385521B2 - 周波数分割多重方式光ファイバセンサシステム - Google Patents
周波数分割多重方式光ファイバセンサシステムInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は複数の光ファイバを
利用して電流信号等の広帯域信号を多点計測し、検出す
る周波数分割多重方式光ファイバセンサに関するもので
ある。
利用して電流信号等の広帯域信号を多点計測し、検出す
る周波数分割多重方式光ファイバセンサに関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来、このような周波数分割多重方式光
ファイバセンサシステムの技術としては「Frequency-di
vision multiplexing of optical-fiber sensors using
a frequency-modulated source 」、Optical and Qant
um Electronics Vol.18,No.4(1986)、I.Sakai に記載さ
れているようなものがある。
ファイバセンサシステムの技術としては「Frequency-di
vision multiplexing of optical-fiber sensors using
a frequency-modulated source 」、Optical and Qant
um Electronics Vol.18,No.4(1986)、I.Sakai に記載さ
れているようなものがある。
【０００３】図７は上記文献に基づいた周波数分割多重
（ＦＤＭ）方式光ファイバセンサの構成図である。図に
おいて、１は光源であり、ＬＦＭ（Ｌｉｎｅａｒ Ｆｒ
ｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調され、鋸
歯状波に周波数が変調するレーザ光信号を出力する。２
はセンサアレイであり、複数の光ファイバセンサで構成
されている。図７では第１及び第２の光ファイバセンサ
２−０−１及び２−０−２を図示してある。光源１から
出力されたレーザ光信号は入力用カプラ２−１−１で分
岐され、一方は第１の光ファイバセンサ２−０−１への
光路を進み、もう一方は第２の光ファイバセンサ２−０
−２への光路を進む。第１の光ファイバセンサ２−０−
１では、センサ用カプラ２−２−１で均等にパワー分割
され、一方はセンシング光としてセンシングファイバ２
−３−１を通過する。もう一方はリファレンス光として
リファレンスファイバ２−４−１を通過する。センシン
グファイバ２−３−１とリファレンスファイバ２−４−
１とは、磁歪効果等により測定する物理量に対応して光
路長が変化し、これが位相変化を生じさせる。センシン
グファイバ２−３−１とリファレンスファイバ２−４−
１とを通過したレーザ光信号はセンサ用カプラ２−５−
１で結合されて干渉し、出力用カプラ２−６−１で他の
光ファイバセンサを通過した信号と結合されて出力され
る。この動作は並列に接続された他の光ファイバセンサ
でも同様に行われる。
（ＦＤＭ）方式光ファイバセンサの構成図である。図に
おいて、１は光源であり、ＬＦＭ（Ｌｉｎｅａｒ Ｆｒ
ｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調され、鋸
歯状波に周波数が変調するレーザ光信号を出力する。２
はセンサアレイであり、複数の光ファイバセンサで構成
されている。図７では第１及び第２の光ファイバセンサ
２−０−１及び２−０−２を図示してある。光源１から
出力されたレーザ光信号は入力用カプラ２−１−１で分
岐され、一方は第１の光ファイバセンサ２−０−１への
光路を進み、もう一方は第２の光ファイバセンサ２−０
−２への光路を進む。第１の光ファイバセンサ２−０−
１では、センサ用カプラ２−２−１で均等にパワー分割
され、一方はセンシング光としてセンシングファイバ２
−３−１を通過する。もう一方はリファレンス光として
リファレンスファイバ２−４−１を通過する。センシン
グファイバ２−３−１とリファレンスファイバ２−４−
１とは、磁歪効果等により測定する物理量に対応して光
路長が変化し、これが位相変化を生じさせる。センシン
グファイバ２−３−１とリファレンスファイバ２−４−
１とを通過したレーザ光信号はセンサ用カプラ２−５−
１で結合されて干渉し、出力用カプラ２−６−１で他の
光ファイバセンサを通過した信号と結合されて出力され
る。この動作は並列に接続された他の光ファイバセンサ
でも同様に行われる。
【０００４】３はＯ／Ｅ変換器であり、光センサアレイ
２で干渉されたレーザ光信号が自乗検波され、電圧に変
換される。４−１及び４−２は帯域通過フィルタ（ＢＰ
Ｆ）であり、それぞれ決まった周波数帯域の信号を通過
させる。５−１及び５−２は復調処理器であり、それぞ
れ帯域通過フィルタ４−１及び４−２を通過した信号を
復調して出力する。
２で干渉されたレーザ光信号が自乗検波され、電圧に変
換される。４−１及び４−２は帯域通過フィルタ（ＢＰ
Ｆ）であり、それぞれ決まった周波数帯域の信号を通過
させる。５−１及び５−２は復調処理器であり、それぞ
れ帯域通過フィルタ４−１及び４−２を通過した信号を
復調して出力する。
【０００５】光源１が、繰り返し周期Ｔ［ｓｅｃ］、周
波数掃引レートａ［Ｈｚ／ｓｅｃ］のＬＦＭ変調された
レーザ光信号を出力し、また第１の光ファイバセンサを
構成するセンシングファイバ２−３−１とリファレンス
ファイバ２−４−１とには光路差がΔＬ1 あると設定す
る。この時、センサ用カプラ２−５−１では、センシン
グ光とリファレンス光とが伝搬時間差τ1 （＝光路差Δ
Ｌ1 ／光速）を伴って干渉するため（ＬＦＭ光が時間差
τ1 で干渉するため）、Ｏ／Ｅ変換器３から出力される
信号には、ａ×τ1 ［Ｈｚ］の周波数を持つビート信号
が含まれる。
波数掃引レートａ［Ｈｚ／ｓｅｃ］のＬＦＭ変調された
レーザ光信号を出力し、また第１の光ファイバセンサを
構成するセンシングファイバ２−３−１とリファレンス
ファイバ２−４−１とには光路差がΔＬ1 あると設定す
る。この時、センサ用カプラ２−５−１では、センシン
グ光とリファレンス光とが伝搬時間差τ1 （＝光路差Δ
Ｌ1 ／光速）を伴って干渉するため（ＬＦＭ光が時間差
τ1 で干渉するため）、Ｏ／Ｅ変換器３から出力される
信号には、ａ×τ1 ［Ｈｚ］の周波数を持つビート信号
が含まれる。
【０００６】磁歪効果等を利用して、センシング光とリ
ファレンス光との間に、測定する物理量に対応した位相
変化Φ1 （ｔ）が発生するようにしておくと、Ｏ／Ｅ変
換器３から出力される信号は、振幅値をＡとすると、上
述のビート信号も含めて、Ａｃｏｓ（２πａτ1 ｔ＋Φ
1 （ｔ））で表される。これを中心周波数ａτ1 の帯域
通過フィルタ４−１に通過させ、復調処理器５−１でＦ
Ｍ検波等の処理をして電流信号Φ1 として復調を行い、
出力する。
ファレンス光との間に、測定する物理量に対応した位相
変化Φ1 （ｔ）が発生するようにしておくと、Ｏ／Ｅ変
換器３から出力される信号は、振幅値をＡとすると、上
述のビート信号も含めて、Ａｃｏｓ（２πａτ1 ｔ＋Φ
1 （ｔ））で表される。これを中心周波数ａτ1 の帯域
通過フィルタ４−１に通過させ、復調処理器５−１でＦ
Ｍ検波等の処理をして電流信号Φ1 として復調を行い、
出力する。
【０００７】また第２の光ファイバセンサでは、センシ
ングファイバ２−３−２とリファレンスファイバ２−４
−２との光路差をΔＬ2 ≠ΔＬ1 とし、その時のビート
周波数がａ×τ2 ［Ｈｚ］となるようにする。Ｏ／Ｅ変
換器３を通過した信号は、中心周波数ａτ2 の帯域通過
フィルタ４−２に通過させ、復調処理器５−２でＦＭ検
波等の処理をして電流信号Φ2 として復調を行い、出力
する。
ングファイバ２−３−２とリファレンスファイバ２−４
−２との光路差をΔＬ2 ≠ΔＬ1 とし、その時のビート
周波数がａ×τ2 ［Ｈｚ］となるようにする。Ｏ／Ｅ変
換器３を通過した信号は、中心周波数ａτ2 の帯域通過
フィルタ４−２に通過させ、復調処理器５−２でＦＭ検
波等の処理をして電流信号Φ2 として復調を行い、出力
する。
【０００８】このように各光ファイバセンサにより干渉
された信号は、周波数の異なった搬送波によって伝送さ
れる。すなわち周波数多重伝送される。通常は、ΔＬn
＝ΔＬ1 ×ｎと設定してそれぞれの光ファイバセンサの
光路差を変更し、ｎ番目の光ファイバセンサのビート周
波数ａ×τn を（ａ×τ1 ）×ｎとなるようにしてお
く。
された信号は、周波数の異なった搬送波によって伝送さ
れる。すなわち周波数多重伝送される。通常は、ΔＬn
＝ΔＬ1 ×ｎと設定してそれぞれの光ファイバセンサの
光路差を変更し、ｎ番目の光ファイバセンサのビート周
波数ａ×τn を（ａ×τ1 ）×ｎとなるようにしてお
く。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記ような周波
数のビート信号を発生させる方法では、光源１の周波数
を繰り返し周期Ｔ［ｓｅｃ］で掃引するため、図６のタ
イムチャートに示すように掃引切り替え時にａ×τ［Ｈ
ｚ］以外の不要なビート周波数が発生する。そのため、
ａ×τ［Ｈｚ］のビート信号の他に、ａ×τ［Ｈｚ］か
ら掃引周波数（１／Ｔ）［Ｈｚ］離れた部分に側波帯が
生じ、この側波帯の広域成分の漏れ込みにより、他の光
ファイバセンサの信号には雑音がのってしまう。この側
波帯の強度を抑え、他の光ファイバセンサの信号に影響
を与えないようにするためには、光路差ΔＬと周波数掃
引率ａとを小さくする必要がある。多重化の際に光路差
ΔＬに差を設け、異なったビート周波数（光路差と周波
数掃引率との積）を発生させるため、光路差ΔＬの増加
に制約があると、必然的に多重化される数は低く制限さ
れることになる。したがって計測点数も限定され、この
計測点数を増やすためには、このような光ファイバセン
サシステムを複数備える必要があり、装備性、価格性の
面で不便であるという問題が生じていた。
数のビート信号を発生させる方法では、光源１の周波数
を繰り返し周期Ｔ［ｓｅｃ］で掃引するため、図６のタ
イムチャートに示すように掃引切り替え時にａ×τ［Ｈ
ｚ］以外の不要なビート周波数が発生する。そのため、
ａ×τ［Ｈｚ］のビート信号の他に、ａ×τ［Ｈｚ］か
ら掃引周波数（１／Ｔ）［Ｈｚ］離れた部分に側波帯が
生じ、この側波帯の広域成分の漏れ込みにより、他の光
ファイバセンサの信号には雑音がのってしまう。この側
波帯の強度を抑え、他の光ファイバセンサの信号に影響
を与えないようにするためには、光路差ΔＬと周波数掃
引率ａとを小さくする必要がある。多重化の際に光路差
ΔＬに差を設け、異なったビート周波数（光路差と周波
数掃引率との積）を発生させるため、光路差ΔＬの増加
に制約があると、必然的に多重化される数は低く制限さ
れることになる。したがって計測点数も限定され、この
計測点数を増やすためには、このような光ファイバセン
サシステムを複数備える必要があり、装備性、価格性の
面で不便であるという問題が生じていた。
【００１０】そこで、１システムでより多くの光ファイ
バセンサが装備でき、価格を抑えられるような周波数分
割多重方式光ファイバセンサの実現が望まれていた。
バセンサが装備でき、価格を抑えられるような周波数分
割多重方式光ファイバセンサの実現が望まれていた。
【００１１】
【課題を解決するための手段】第１の発明に係る周波数
分割多重方式光ファイバセンサシステムは、レーザ光電
界の周波数を鋸歯波形状に線形周波数変調したレーザ光
を出力する光源と、測定対象の物理量に対応して光路長
が変化する２つの光ファイバを複数組有し、それぞれの
組が基準の遅延時間差の整数倍で、かつそれぞれの組に
異なる遅延時間差を持たせて、それぞれの組の光ファイ
バにレーザ光を透過させて干渉させる光ファイバセンサ
手段と、干渉したレーザ光を自乗検波して検波信号（電
圧）に変換する光−電圧変換手段と、干渉したレーザ光
の検波信号の内、検波信号の周波数が変移する部分を除
いて通過させる受信ゲートと、受信ゲートを通過した検
波信号の内、それぞれの組の遅延時間差に基づいた周波
数を中心周波数とする周波数帯域の検波信号を通過させ
る複数の帯域通過フィルタと、複数の帯域通過フィルタ
を通過したそれぞれの検波信号を復調し、物理量に対応
した位相信号を有する復調信号をそれぞれ出力する複数
の位相復調手段とを備えている。本発明においては、光
源が、レーザ光電界の周波数が鋸歯波形状に線形周波数
変調されたレーザ光を出力する。光ファイバセンサ手段
において、各組の光ファイバでは測定対象の物理量に対
応した光路長変化が生じるため、各組の光ファイバを通
過したレーザ光の干渉光には位相の変化が生じる。それ
ぞれの組が、基準となる遅延時間差の整数倍で、かつ他
の組とは異なる遅延時間差が生じるようにしてそれぞれ
の光ファイバにレーザ光を通過させる。干渉したレーザ
光は、光−電圧変換手段で自乗検波されて電圧に変換さ
れる。受信ゲートは、干渉光の周波数が変移する部分に
発生する側波帯を除去するために、干渉したレーザ光を
変換した検波信号の内、検波信号の周波数が変移する部
分を除いて通過させる。複数の帯域通過フィルタはそれ
ぞれ通過させる帯域の中心周波数をそれぞれの組の遅延
時間差に基づいた周波数に設定する。受信ゲートを通過
したパルス状の検波信号を所定帯域通過させ、かつ補間
を行って連続信号として通過させる。複数の位相復調手
段は、帯域通過フィルタを通過した検波信号を復調し、
測定対象の物理量に対応した位相信号を有する復調信号
を出力する。
分割多重方式光ファイバセンサシステムは、レーザ光電
界の周波数を鋸歯波形状に線形周波数変調したレーザ光
を出力する光源と、測定対象の物理量に対応して光路長
が変化する２つの光ファイバを複数組有し、それぞれの
組が基準の遅延時間差の整数倍で、かつそれぞれの組に
異なる遅延時間差を持たせて、それぞれの組の光ファイ
バにレーザ光を透過させて干渉させる光ファイバセンサ
手段と、干渉したレーザ光を自乗検波して検波信号（電
圧）に変換する光−電圧変換手段と、干渉したレーザ光
の検波信号の内、検波信号の周波数が変移する部分を除
いて通過させる受信ゲートと、受信ゲートを通過した検
波信号の内、それぞれの組の遅延時間差に基づいた周波
数を中心周波数とする周波数帯域の検波信号を通過させ
る複数の帯域通過フィルタと、複数の帯域通過フィルタ
を通過したそれぞれの検波信号を復調し、物理量に対応
した位相信号を有する復調信号をそれぞれ出力する複数
の位相復調手段とを備えている。本発明においては、光
源が、レーザ光電界の周波数が鋸歯波形状に線形周波数
変調されたレーザ光を出力する。光ファイバセンサ手段
において、各組の光ファイバでは測定対象の物理量に対
応した光路長変化が生じるため、各組の光ファイバを通
過したレーザ光の干渉光には位相の変化が生じる。それ
ぞれの組が、基準となる遅延時間差の整数倍で、かつ他
の組とは異なる遅延時間差が生じるようにしてそれぞれ
の光ファイバにレーザ光を通過させる。干渉したレーザ
光は、光−電圧変換手段で自乗検波されて電圧に変換さ
れる。受信ゲートは、干渉光の周波数が変移する部分に
発生する側波帯を除去するために、干渉したレーザ光を
変換した検波信号の内、検波信号の周波数が変移する部
分を除いて通過させる。複数の帯域通過フィルタはそれ
ぞれ通過させる帯域の中心周波数をそれぞれの組の遅延
時間差に基づいた周波数に設定する。受信ゲートを通過
したパルス状の検波信号を所定帯域通過させ、かつ補間
を行って連続信号として通過させる。複数の位相復調手
段は、帯域通過フィルタを通過した検波信号を復調し、
測定対象の物理量に対応した位相信号を有する復調信号
を出力する。
【００１２】また第２の発明に係る周波数分割多重方式
光ファイバセンサシステムは、レーザ光電界の周波数を
鋸歯波形状に線形周波数変調したレーザ光を出力する光
源と、光源が出力した前記レーザ光の内、レーザ光電界
の周波数が線形に変化する部分のレーザ光を透過させる
送信ゲートと、測定対象の物理量に対応して光路長が変
化する２つの光ファイバを複数組有し、それぞれの組が
基準の遅延時間差の整数倍で、かつそれぞれの組が異な
る遅延時間差を持たせて、それぞれの組の光ファイバに
前記レーザ光を透過させて干渉させる光ファイバセンサ
手段と、干渉したレーザ光を自乗検波して電圧に変換す
る光−電圧変換手段と、光−電圧変換手段を通過した検
波信号の内、それぞれの組の遅延時間差に基づいた周波
数を中心周波数とする周波数帯域の検波信号を通過させ
る複数の帯域通過フィルタと、複数の帯域通過フィルタ
を通過したそれぞれの検波信号を復調し、物理量に対応
した位相信号を有する復調信号をそれぞれ出力する複数
の移動復調手段とを備えている。本発明においては、光
源が、レーザ光電界の周波数が鋸歯波形状に線形周波数
変調されたレーザ光を出力する。不要なビート成分を発
生させる原因となる周波数掃引時のレーザ光を除いて通
過させるために、送信ゲートがレーザ光電界の周波数が
線形に変化する部分のレーザ光を通過させ、パルス状の
線形周波数変調のレーザ光として出力する。光ファイバ
センサ手段において、各組の光ファイバでは測定対象の
物理量に対応した光路長変化が生じるため、各組の光フ
ァイバを通過したレーザ光の干渉光には位相の変化が生
じる。それぞれの組が、基準となる遅延時間差の整数倍
で、かつ他の組とは異なる遅延時間差が生じるようにし
てそれぞれの光ファイバにレーザ光を通過させる。干渉
したレーザ光は、光−電圧変換手段で自乗検波されて電
圧に変換される。複数の帯域通過フィルタはそれぞれ通
過させる帯域の中心周波数をそれぞれの組のに基づいた
周波数に設定する。受信ゲートを通過したパルス状の信
号を所定帯域通過させ、かつ補間を行って連続信号とし
て通過させる。複数の位相復調手段は、帯域通過フィル
タを通過した検波信号を復調し、測定対象の物理量に対
応した位相信号を有する復調信号を出力する。
光ファイバセンサシステムは、レーザ光電界の周波数を
鋸歯波形状に線形周波数変調したレーザ光を出力する光
源と、光源が出力した前記レーザ光の内、レーザ光電界
の周波数が線形に変化する部分のレーザ光を透過させる
送信ゲートと、測定対象の物理量に対応して光路長が変
化する２つの光ファイバを複数組有し、それぞれの組が
基準の遅延時間差の整数倍で、かつそれぞれの組が異な
る遅延時間差を持たせて、それぞれの組の光ファイバに
前記レーザ光を透過させて干渉させる光ファイバセンサ
手段と、干渉したレーザ光を自乗検波して電圧に変換す
る光−電圧変換手段と、光−電圧変換手段を通過した検
波信号の内、それぞれの組の遅延時間差に基づいた周波
数を中心周波数とする周波数帯域の検波信号を通過させ
る複数の帯域通過フィルタと、複数の帯域通過フィルタ
を通過したそれぞれの検波信号を復調し、物理量に対応
した位相信号を有する復調信号をそれぞれ出力する複数
の移動復調手段とを備えている。本発明においては、光
源が、レーザ光電界の周波数が鋸歯波形状に線形周波数
変調されたレーザ光を出力する。不要なビート成分を発
生させる原因となる周波数掃引時のレーザ光を除いて通
過させるために、送信ゲートがレーザ光電界の周波数が
線形に変化する部分のレーザ光を通過させ、パルス状の
線形周波数変調のレーザ光として出力する。光ファイバ
センサ手段において、各組の光ファイバでは測定対象の
物理量に対応した光路長変化が生じるため、各組の光フ
ァイバを通過したレーザ光の干渉光には位相の変化が生
じる。それぞれの組が、基準となる遅延時間差の整数倍
で、かつ他の組とは異なる遅延時間差が生じるようにし
てそれぞれの光ファイバにレーザ光を通過させる。干渉
したレーザ光は、光−電圧変換手段で自乗検波されて電
圧に変換される。複数の帯域通過フィルタはそれぞれ通
過させる帯域の中心周波数をそれぞれの組のに基づいた
周波数に設定する。受信ゲートを通過したパルス状の信
号を所定帯域通過させ、かつ補間を行って連続信号とし
て通過させる。複数の位相復調手段は、帯域通過フィル
タを通過した検波信号を復調し、測定対象の物理量に対
応した位相信号を有する復調信号を出力する。
【００１３】また第３の発明に係る周波数分割多重方式
光ファイバセンサシステムは、レーザ光電界の周波数を
正弦波形状に周波数変調されたレーザ光を出力する光源
と、測定対象の物理量に対応して光路長が変化する２つ
の光ファイバを複数組有し、それぞれの組が基準の遅延
時間差の整数倍で、かつそれぞれの組が異なる遅延時間
差を持たせて、それぞれの組の光ファイバにレーザ光を
透過させて干渉させる光ファイバセンサ手段と、干渉し
たレーザ光を自乗検波して電圧に変換する光−電圧変換
手段と、光−電圧変換手段が出力した検波信号の内、瞬
時周波数がほぼ一定となる検波信号部分を中心とした所
定幅の出力信号を通過させる受信ゲートと、受信ゲート
を通過した信号の内、それぞれの組の遅延時間差に基づ
いた周波数を中心周波数とする周波数帯域の信号を通過
させる複数の帯域通過フィルタと、複数の帯域通過フィ
ルタを通過したそれぞれの信号を復調し、物理量に対応
した位相信号を有する復調信号をそれぞれ出力する複数
の位相復調手段とを備えている。本発明においては、光
源が、レーザ光電界の周波数を正弦波形状に周波数変調
したレーザ光を出力する。光ファイバセンサ手段におい
て、各組の光ファイバは測定対象の物理量に対応した光
路長変化が生じるため、各組の光ファイバを通過したレ
ーザ光の干渉光には位相の変化が生じる。それぞれの組
が、基準となる遅延時間差の整数倍で、かつ他の組とは
異なる遅延時間差が生じるようにしてそれぞれの光ファ
イバにレーザ光を通過させる。干渉したレーザ光は、光
−電圧変換手段で自乗検波されて電圧に変換される。受
信ゲートは、検波信号の瞬時周波数がほぼ一定となる部
分を中心として所定幅だけ信号を通過させる。したがっ
て通過する信号のビート周波数が一定であると見なせ
る。複数の帯域通過フィルタはそれぞれ通過させる帯域
の中心周波数をそれぞれの組の遅延時間差に基づいた周
波数として設定する。受信ゲートを通過したパルス状の
信号を所定帯域通過させ、かつ補間を行って連続信号と
して通過させる。複数の位相復調手段は、帯域通過フィ
ルタを通過した検波信号を復調し、測定対象の物理量に
対応した位相信号を有する復調信号を出力する。
光ファイバセンサシステムは、レーザ光電界の周波数を
正弦波形状に周波数変調されたレーザ光を出力する光源
と、測定対象の物理量に対応して光路長が変化する２つ
の光ファイバを複数組有し、それぞれの組が基準の遅延
時間差の整数倍で、かつそれぞれの組が異なる遅延時間
差を持たせて、それぞれの組の光ファイバにレーザ光を
透過させて干渉させる光ファイバセンサ手段と、干渉し
たレーザ光を自乗検波して電圧に変換する光−電圧変換
手段と、光−電圧変換手段が出力した検波信号の内、瞬
時周波数がほぼ一定となる検波信号部分を中心とした所
定幅の出力信号を通過させる受信ゲートと、受信ゲート
を通過した信号の内、それぞれの組の遅延時間差に基づ
いた周波数を中心周波数とする周波数帯域の信号を通過
させる複数の帯域通過フィルタと、複数の帯域通過フィ
ルタを通過したそれぞれの信号を復調し、物理量に対応
した位相信号を有する復調信号をそれぞれ出力する複数
の位相復調手段とを備えている。本発明においては、光
源が、レーザ光電界の周波数を正弦波形状に周波数変調
したレーザ光を出力する。光ファイバセンサ手段におい
て、各組の光ファイバは測定対象の物理量に対応した光
路長変化が生じるため、各組の光ファイバを通過したレ
ーザ光の干渉光には位相の変化が生じる。それぞれの組
が、基準となる遅延時間差の整数倍で、かつ他の組とは
異なる遅延時間差が生じるようにしてそれぞれの光ファ
イバにレーザ光を通過させる。干渉したレーザ光は、光
−電圧変換手段で自乗検波されて電圧に変換される。受
信ゲートは、検波信号の瞬時周波数がほぼ一定となる部
分を中心として所定幅だけ信号を通過させる。したがっ
て通過する信号のビート周波数が一定であると見なせ
る。複数の帯域通過フィルタはそれぞれ通過させる帯域
の中心周波数をそれぞれの組の遅延時間差に基づいた周
波数として設定する。受信ゲートを通過したパルス状の
信号を所定帯域通過させ、かつ補間を行って連続信号と
して通過させる。複数の位相復調手段は、帯域通過フィ
ルタを通過した検波信号を復調し、測定対象の物理量に
対応した位相信号を有する復調信号を出力する。
【００１４】また第４の発明に係る周波数分割多重方式
光ファイバセンサシステムは、レーザ光電界の周波数を
正弦波形状に周波数変調されたレーザ光を出力する光源
と、光源が出力したレーザ光の内、瞬時周波数変化が線
形となる部分を中心とした所定幅のレーザ光を通過させ
る送信ゲートと、測定対象の物理量に対応して光路長が
変化する２つの光ファイバを複数組有し、それぞれの組
が基準の遅延時間差の整数倍で、かつそれぞれの組が異
なる遅延時間差を持たせて、それぞれの組の光ファイバ
に前記レーザ光を透過させて干渉させる光ファイバセン
サ手段と、干渉したレーザ光を自乗検波して電圧に変換
する光−電圧変換手段と、それぞれの組の遅延時間差に
基づいた周波数を中心周波数とする周波数帯域を透過さ
せる複数の帯域通過フィルタと、複数の帯域通過フィル
タを通過したそれぞれの検波信号を復調し、物理量に対
応した位相信号を有する復調信号をそれぞれ出力する複
数の位相復調手段とを備えている。本発明においては、
光源が、レーザ光電界の周波数を正弦波形状に周波数変
調されたレーザ光を出力する。送信ゲートは、レーザ光
の瞬時周波数変化が線形となる部分を中心として所定幅
だけレーザ光を通過させる。したがって通過したレーザ
光は線形なパルス状のレーザ光であると見なせるため、
線形周波数変調されたレーザ光と同じように扱える。光
ファイバセンサ手段において、各組の光ファイバは測定
対象の物理量に対応した光路長変化が生じるため、各組
の光ファイバを通過したレーザ光の干渉光には位相の変
化が生じる。それぞれの組が、基準となる遅延時間差の
整数倍で、かつ他の組とは異なる遅延時間差が生じるよ
うにしてそれぞれの光ファイバにレーザ光を通過させ
る。干渉したレーザ光信号は、光−電圧変換手段で自乗
検波されて電圧に変換される。複数の帯域通過フィルタ
はそれぞれ通過させる帯域の中心周波数をそれぞれの組
の遅延時間差に基づいた周波数として設定する。受信ゲ
ートを通過したパルス状の信号を所定帯域通過させ、か
つ補間を行って連続信号として通過させる。複数の位相
復調手段は、帯域通過フィルタを通過した検波信号を復
調し、測定対象の物理量に対応した位相信号を有する復
調信号を出力する。
光ファイバセンサシステムは、レーザ光電界の周波数を
正弦波形状に周波数変調されたレーザ光を出力する光源
と、光源が出力したレーザ光の内、瞬時周波数変化が線
形となる部分を中心とした所定幅のレーザ光を通過させ
る送信ゲートと、測定対象の物理量に対応して光路長が
変化する２つの光ファイバを複数組有し、それぞれの組
が基準の遅延時間差の整数倍で、かつそれぞれの組が異
なる遅延時間差を持たせて、それぞれの組の光ファイバ
に前記レーザ光を透過させて干渉させる光ファイバセン
サ手段と、干渉したレーザ光を自乗検波して電圧に変換
する光−電圧変換手段と、それぞれの組の遅延時間差に
基づいた周波数を中心周波数とする周波数帯域を透過さ
せる複数の帯域通過フィルタと、複数の帯域通過フィル
タを通過したそれぞれの検波信号を復調し、物理量に対
応した位相信号を有する復調信号をそれぞれ出力する複
数の位相復調手段とを備えている。本発明においては、
光源が、レーザ光電界の周波数を正弦波形状に周波数変
調されたレーザ光を出力する。送信ゲートは、レーザ光
の瞬時周波数変化が線形となる部分を中心として所定幅
だけレーザ光を通過させる。したがって通過したレーザ
光は線形なパルス状のレーザ光であると見なせるため、
線形周波数変調されたレーザ光と同じように扱える。光
ファイバセンサ手段において、各組の光ファイバは測定
対象の物理量に対応した光路長変化が生じるため、各組
の光ファイバを通過したレーザ光の干渉光には位相の変
化が生じる。それぞれの組が、基準となる遅延時間差の
整数倍で、かつ他の組とは異なる遅延時間差が生じるよ
うにしてそれぞれの光ファイバにレーザ光を通過させ
る。干渉したレーザ光信号は、光−電圧変換手段で自乗
検波されて電圧に変換される。複数の帯域通過フィルタ
はそれぞれ通過させる帯域の中心周波数をそれぞれの組
の遅延時間差に基づいた周波数として設定する。受信ゲ
ートを通過したパルス状の信号を所定帯域通過させ、か
つ補間を行って連続信号として通過させる。複数の位相
復調手段は、帯域通過フィルタを通過した検波信号を復
調し、測定対象の物理量に対応した位相信号を有する復
調信号を出力する。
【００１５】また第５の発明に係る周波数分割多重方式
光ファイバセンサシステムの光ファイバセンサ手段は、
各組の光源から前記光−電圧変換手段までの光路距離が
等しくなるようにその光路長が設定される。したがっ
て、各組の光ファイバで干渉されたレーザ光の周波数が
変移する部分が、ほぼ同じタイミングで光−電圧変換器
に入力される。したがってレーザ光の周波数が変移する
部分の検波信号を除く際の受信ゲートのゲート幅の設定
を簡単にする。
光ファイバセンサシステムの光ファイバセンサ手段は、
各組の光源から前記光−電圧変換手段までの光路距離が
等しくなるようにその光路長が設定される。したがっ
て、各組の光ファイバで干渉されたレーザ光の周波数が
変移する部分が、ほぼ同じタイミングで光−電圧変換器
に入力される。したがってレーザ光の周波数が変移する
部分の検波信号を除く際の受信ゲートのゲート幅の設定
を簡単にする。
【００１６】
実施形態１．図１は本発明の第１の実施の形態に係るＦ
ＤＭ方式光ファイバセンサシステムの構成図と、レーザ
光信号の周波数及び受信ゲート６０のタイムチャートで
ある。図１（ａ）において１は光源であり、ＬＦＭ（Ｌ
ｉｎｅａｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏ
ｎ）変調され、鋸歯状波形に周波数が変調するレーザ光
信号を出力する。２はセンサアレイであり、複数のマッ
ハツェンダ干渉方式の干渉計による光ファイバセンサで
構成されている。各光ファイバセンサは入力用カプラ、
出力用カプラ、センシングファイバ、リファレンスファ
イバ及び２つのセンサ用カプラで構成されている。図１
では第１及び第２の光ファイバセンサ２−０−１及び２
−０−２を図示してある。光源１から出力されたレーザ
光信号は入力用カプラ２−１−１で分岐され、一方は第
１の光ファイバセンサ２−０−１への光路を進み、もう
一方は後段である第２の光ファイバセンサ２−０−２へ
の光路を進む。第１の光ファイバセンサ２−０−１で
は、レーザ光信号はセンサ用カプラ２−２−１で均等に
パワー分割され、一方はセンシング光としてセンシング
ファイバ２−３−１を通過する。もう一方はリファレン
ス光としてリファレンスファイバ２−４−１を通過す
る。センシングファイバ２−３−１は、磁歪効果等によ
り測定される物理量に対応して光路長が変化するので、
物理量に対応した位相変化が生ずる。センシングファイ
バ２−３−１とリファレンスファイバ２−４−１とを通
過したレーザ光信号はセンサ用カプラ２−５−１で結合
されて干渉し、出力用カプラ２−６−１で他の光ファイ
バセンサを通過した信号と結合されて出力される。この
ような動作が並列に接続された他の光ファイバセンサで
も同様に行われる。３はＯ／Ｅ変換器であり、光センサ
アレイ２で干渉されたレーザ光信号を自乗検波し、電圧
に変換する。４−１及び４−２は帯域通過フィルタ（Ｂ
ＰＦ）であり、それぞれ決まった周波数帯域の信号を通
過させる。５−１及び５−２は復調処理器であり、それ
ぞれ帯域通過フィルタ４−１又は帯域通過フィルタ４−
２を通過した信号を復調して出力する。
ＤＭ方式光ファイバセンサシステムの構成図と、レーザ
光信号の周波数及び受信ゲート６０のタイムチャートで
ある。図１（ａ）において１は光源であり、ＬＦＭ（Ｌ
ｉｎｅａｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏ
ｎ）変調され、鋸歯状波形に周波数が変調するレーザ光
信号を出力する。２はセンサアレイであり、複数のマッ
ハツェンダ干渉方式の干渉計による光ファイバセンサで
構成されている。各光ファイバセンサは入力用カプラ、
出力用カプラ、センシングファイバ、リファレンスファ
イバ及び２つのセンサ用カプラで構成されている。図１
では第１及び第２の光ファイバセンサ２−０−１及び２
−０−２を図示してある。光源１から出力されたレーザ
光信号は入力用カプラ２−１−１で分岐され、一方は第
１の光ファイバセンサ２−０−１への光路を進み、もう
一方は後段である第２の光ファイバセンサ２−０−２へ
の光路を進む。第１の光ファイバセンサ２−０−１で
は、レーザ光信号はセンサ用カプラ２−２−１で均等に
パワー分割され、一方はセンシング光としてセンシング
ファイバ２−３−１を通過する。もう一方はリファレン
ス光としてリファレンスファイバ２−４−１を通過す
る。センシングファイバ２−３−１は、磁歪効果等によ
り測定される物理量に対応して光路長が変化するので、
物理量に対応した位相変化が生ずる。センシングファイ
バ２−３−１とリファレンスファイバ２−４−１とを通
過したレーザ光信号はセンサ用カプラ２−５−１で結合
されて干渉し、出力用カプラ２−６−１で他の光ファイ
バセンサを通過した信号と結合されて出力される。この
ような動作が並列に接続された他の光ファイバセンサで
も同様に行われる。３はＯ／Ｅ変換器であり、光センサ
アレイ２で干渉されたレーザ光信号を自乗検波し、電圧
に変換する。４−１及び４−２は帯域通過フィルタ（Ｂ
ＰＦ）であり、それぞれ決まった周波数帯域の信号を通
過させる。５−１及び５−２は復調処理器であり、それ
ぞれ帯域通過フィルタ４−１又は帯域通過フィルタ４−
２を通過した信号を復調して出力する。
【００１７】６０はゲート幅がＴg ［ｓｅｃ］、周期が
Ｔs ［ｓｅｃ］の受信ゲートである。受信ゲート６０
は、掃引切り替え時のレーザ光信号が干渉し、Ｏ／Ｅ変
換器３で変換された部分の信号を通さないようなゲート
タイミングをとるように設定されている。
Ｔs ［ｓｅｃ］の受信ゲートである。受信ゲート６０
は、掃引切り替え時のレーザ光信号が干渉し、Ｏ／Ｅ変
換器３で変換された部分の信号を通さないようなゲート
タイミングをとるように設定されている。
【００１８】次に光ファイバセンサシステムの具体的な
動作について説明する。光源１は繰り返し周期Ｔs ［ｓ
ｅｃ］で周波数掃引レートａ［Ｈｚ／ｓｅｃ］のＬＦＭ
レーザ光信号を発信する。センシングファイバ２−３−
１とリファレンスファイバ２−４−１との光路差をΔＬ
1 とすると、Ｏ／Ｅ変換器３の出力でのビート周波数は
ａ×τ1 ［Ｈｚ］となる。ここでτ1 は遅延差を表し、
τ1 ＝（ΔＬ1 ／光速）である。受信ゲート６０の周期
はＴs ［ｓｅｃ］であるから、１／Ｔs ［Ｈｚ］の周波
数間隔で折り返し成分による雑音が発生する。この雑音
が復調の際に影響を与えないようにする必要がある。
動作について説明する。光源１は繰り返し周期Ｔs ［ｓ
ｅｃ］で周波数掃引レートａ［Ｈｚ／ｓｅｃ］のＬＦＭ
レーザ光信号を発信する。センシングファイバ２−３−
１とリファレンスファイバ２−４−１との光路差をΔＬ
1 とすると、Ｏ／Ｅ変換器３の出力でのビート周波数は
ａ×τ1 ［Ｈｚ］となる。ここでτ1 は遅延差を表し、
τ1 ＝（ΔＬ1 ／光速）である。受信ゲート６０の周期
はＴs ［ｓｅｃ］であるから、１／Ｔs ［Ｈｚ］の周波
数間隔で折り返し成分による雑音が発生する。この雑音
が復調の際に影響を与えないようにする必要がある。
【００１９】受信ゲート６０は、（１／Ｔg ）［Ｈｚ］
の周波数間隔で応答がなくなる周波数特性を持つ。そこ
で、各光ファイバセンサによって出力されるビート周波
数を例えば第１の光ファイバ２−０−１では、ａ×τ1
＝１／Ｔg のように１／Ｔgの整数倍としておくと、折
り返し雑音は、周波数特性によりビート周波数の整数倍
の周波数のところでは応答が０になるので、例えば第２
の光ファイバセンサ２−０−２で干渉されて発生するビ
ート周波数ａ×τ2 ＝２／Ｔg の信号には影響を与えな
い。
の周波数間隔で応答がなくなる周波数特性を持つ。そこ
で、各光ファイバセンサによって出力されるビート周波
数を例えば第１の光ファイバ２−０−１では、ａ×τ1
＝１／Ｔg のように１／Ｔgの整数倍としておくと、折
り返し雑音は、周波数特性によりビート周波数の整数倍
の周波数のところでは応答が０になるので、例えば第２
の光ファイバセンサ２−０−２で干渉されて発生するビ
ート周波数ａ×τ2 ＝２／Ｔg の信号には影響を与えな
い。
【００２０】このとき各帯域通過フィルタは、中心周波
数をａ×τ1 ＝１／Ｔg ［Ｈｚ］の整数倍（各光ファイ
バセンサから出力された干渉光のビート周波数）とし、
通過帯域を１／Ｔs ［Ｈｚ］とする。各帯域通過フィル
タは不要なビート周波数による側波帯は除去できないの
で、それを受信ゲート６０で除去しておき、受信ゲート
６０を備えたことにより発生する折り返し成分に関して
は除去できるので、これを帯域通過フィルタで除去する
ことで、結果的に各復調処理器の際には雑音成分が混入
されない。
数をａ×τ1 ＝１／Ｔg ［Ｈｚ］の整数倍（各光ファイ
バセンサから出力された干渉光のビート周波数）とし、
通過帯域を１／Ｔs ［Ｈｚ］とする。各帯域通過フィル
タは不要なビート周波数による側波帯は除去できないの
で、それを受信ゲート６０で除去しておき、受信ゲート
６０を備えたことにより発生する折り返し成分に関して
は除去できるので、これを帯域通過フィルタで除去する
ことで、結果的に各復調処理器の際には雑音成分が混入
されない。
【００２１】また各帯域通過フィルタは補間フィルタと
しての役割も果たすので、受信ゲート６０からパルスで
出力された信号が、各帯域通過フィルタを通過するとパ
ルス間が補間され、連続信号として出力される。このと
きの信号の振幅値をＢとすると、例えば帯域通過フィル
タ４−１を通過する信号はＢｃｏｓ（２πａτ1 ｔ＋Φ
1 （ｔ））で表される。この信号をＦＭ検波等による復
調処理を行い、電流信号Φ1 を出力する。この電流信号
Φ1 が第１の光ファイバセンサ２−０−１でセンシング
された物理量を表したものである。
しての役割も果たすので、受信ゲート６０からパルスで
出力された信号が、各帯域通過フィルタを通過するとパ
ルス間が補間され、連続信号として出力される。このと
きの信号の振幅値をＢとすると、例えば帯域通過フィル
タ４−１を通過する信号はＢｃｏｓ（２πａτ1 ｔ＋Φ
1 （ｔ））で表される。この信号をＦＭ検波等による復
調処理を行い、電流信号Φ1 を出力する。この電流信号
Φ1 が第１の光ファイバセンサ２−０−１でセンシング
された物理量を表したものである。
【００２２】同様にして第２の光ファイバセンサ２−０
−２では、受信ゲート６０を通過した信号をビート周波
数がａ×τ2 ＝（ａ×τ1 ）×２［Ｈｚ］となるように
設定し、中心周波数ａ×τ2 ［Ｈｚ］で通過帯域が１／
Ｔs ［Ｈｚ］の帯域通過フィルタ４−２に通過させ、復
調処理器５−１でＦＭ検波等による処理を行って電流信
号Φ2 の復調を行う。これを他の復調処理器でも行い、
物理量の測定を行う。
−２では、受信ゲート６０を通過した信号をビート周波
数がａ×τ2 ＝（ａ×τ1 ）×２［Ｈｚ］となるように
設定し、中心周波数ａ×τ2 ［Ｈｚ］で通過帯域が１／
Ｔs ［Ｈｚ］の帯域通過フィルタ４−２に通過させ、復
調処理器５−１でＦＭ検波等による処理を行って電流信
号Φ2 の復調を行う。これを他の復調処理器でも行い、
物理量の測定を行う。
【００２３】第１の実施の形態においては、受信ゲート
６０が、掃引切り替え時のレーザ光信号を干渉させた部
分のレーザ光信号がＯ／Ｅ変換器３で変換された部分に
発生する不要なビート成分から生じる側波帯を通過させ
ないようにしたので、不要ビート成分による各側波帯が
漏れ込んで、他の光ファイバセンサの信号に雑音として
影響を与えることはなく、これにより１システムの光フ
ァイバセンサの数を増やして、より多くの多重化を行う
ことができるので、測定に必要なシステムの数を減らす
ことができ、装備面で便利になり、またコストを抑える
ことが可能となる。第１の実施の形態においては、多点
計測で各センサ間の間隔を狭くし（例えば信号が１０Ｋ
Ｈｚで帯域制限されている場合、数ｋｍ等）、各光ファ
イバセンサ間の光路距離の差による遅延差を小さくし、
各光ファイバセンサにより掃引切り替え時のレーザ光信
号が干渉した部分の差を小さくして受信ゲート６０を共
通にしたので、部品点数を少なくすることができる。
６０が、掃引切り替え時のレーザ光信号を干渉させた部
分のレーザ光信号がＯ／Ｅ変換器３で変換された部分に
発生する不要なビート成分から生じる側波帯を通過させ
ないようにしたので、不要ビート成分による各側波帯が
漏れ込んで、他の光ファイバセンサの信号に雑音として
影響を与えることはなく、これにより１システムの光フ
ァイバセンサの数を増やして、より多くの多重化を行う
ことができるので、測定に必要なシステムの数を減らす
ことができ、装備面で便利になり、またコストを抑える
ことが可能となる。第１の実施の形態においては、多点
計測で各センサ間の間隔を狭くし（例えば信号が１０Ｋ
Ｈｚで帯域制限されている場合、数ｋｍ等）、各光ファ
イバセンサ間の光路距離の差による遅延差を小さくし、
各光ファイバセンサにより掃引切り替え時のレーザ光信
号が干渉した部分の差を小さくして受信ゲート６０を共
通にしたので、部品点数を少なくすることができる。
【００２４】実施形態２．図２は本発明の第２の実施の
形態に係るＦＤＭ方式光ファイバセンサシステムの構成
図とレーザ光信号の周波数及び受信ゲート６０のタイム
チャートである。図２（ａ）において、光源１、Ｏ／Ｅ
変換器３、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）４−１並びに４
−２、復調処理器５−１並びに５−２及び受信ゲート６
０は実施の形態１の図１の同じ図番を付したものと同様
の動作を行う。
形態に係るＦＤＭ方式光ファイバセンサシステムの構成
図とレーザ光信号の周波数及び受信ゲート６０のタイム
チャートである。図２（ａ）において、光源１、Ｏ／Ｅ
変換器３、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）４−１並びに４
−２、復調処理器５−１並びに５−２及び受信ゲート６
０は実施の形態１の図１の同じ図番を付したものと同様
の動作を行う。
【００２５】２ａはセンサアレイであり、第１の実施の
形態のセンサアレイ２とは若干構成が異なっている。セ
ンサアレイ２ａも、複数のマッハツェンダ干渉方式の干
渉計による光ファイバセンサで構成されている。各光フ
ァイバセンサは第１の実施の形態と同様に入力用カプ
ラ、出力用カプラ、センシングファイバ、リファレンス
ファイバ及び２つのセンサ用カプラで構成されている。
図２では第１及び第２の光ファイバセンサ２−０−１ａ
及び２−０−２ａを図示してある。光源１から出力され
たレーザ光信号は入力用カプラ２−１−１で分岐され、
一方は第１の光ファイバセンサ２−０−１ａへの光路を
進み、もう一方は後段である第２の光ファイバセンサへ
の光路２−０−２ａを進む。第１の光ファイバセンサ２
−０−１ａでは、レーザ光信号はセンサ用カプラ２−２
−１で均等にパワー分割され、一方はセンシング光とし
てセンシングファイバ２−３−１を通過する。もう一方
はリファレンス光としてリファレンスファイバ２−４−
１を通過する。センシングファイバ２−３−１は、磁歪
効果等により測定される物理量に対応して光路長が変化
し、物理量に対応した位相変化が生ずる。センシングフ
ァイバ２−３−１とリファレンスファイバ２−４−１と
を通過したレーザ光信号はセンサ用カプラ２−５−１で
結合されて干渉する。これが並列に接続された他の光フ
ァイバセンサでも同様に行われる。また、各光ファイバ
センサのは、第１の実施の形態と同様に、例えば第１の
光ファイバではａ×τ1 ＝１／Ｔg となるように１／Ｔ
g の整数倍として設定しておく。
形態のセンサアレイ２とは若干構成が異なっている。セ
ンサアレイ２ａも、複数のマッハツェンダ干渉方式の干
渉計による光ファイバセンサで構成されている。各光フ
ァイバセンサは第１の実施の形態と同様に入力用カプ
ラ、出力用カプラ、センシングファイバ、リファレンス
ファイバ及び２つのセンサ用カプラで構成されている。
図２では第１及び第２の光ファイバセンサ２−０−１ａ
及び２−０−２ａを図示してある。光源１から出力され
たレーザ光信号は入力用カプラ２−１−１で分岐され、
一方は第１の光ファイバセンサ２−０−１ａへの光路を
進み、もう一方は後段である第２の光ファイバセンサへ
の光路２−０−２ａを進む。第１の光ファイバセンサ２
−０−１ａでは、レーザ光信号はセンサ用カプラ２−２
−１で均等にパワー分割され、一方はセンシング光とし
てセンシングファイバ２−３−１を通過する。もう一方
はリファレンス光としてリファレンスファイバ２−４−
１を通過する。センシングファイバ２−３−１は、磁歪
効果等により測定される物理量に対応して光路長が変化
し、物理量に対応した位相変化が生ずる。センシングフ
ァイバ２−３−１とリファレンスファイバ２−４−１と
を通過したレーザ光信号はセンサ用カプラ２−５−１で
結合されて干渉する。これが並列に接続された他の光フ
ァイバセンサでも同様に行われる。また、各光ファイバ
センサのは、第１の実施の形態と同様に、例えば第１の
光ファイバではａ×τ1 ＝１／Ｔg となるように１／Ｔ
g の整数倍として設定しておく。
【００２６】出力用カプラ２−６−１ａを通過した干渉
されたレーザ光信号は、第２の光ファイバセンサ２−０
−２ａの出力用カプラ２−６−２ａに向かって進む。ま
た、他の光ファイバセンサで干渉されたレーザ光信号も
後段の光ファイバセンサの出力カプラの方に送られ、最
終段の光ファイバセンサで干渉されたレーザ光信号と結
合された後、Ｏ／Ｅ変換器３に出力される。したがっ
て、光源１から出力され、干渉されてＯ／Ｅ変換器３に
入力されるまでのレーザ光信号の伝搬時間（光路距離）
が光ファイバセンサ間の測定距離間隔に関わらずほぼ同
じになる。
されたレーザ光信号は、第２の光ファイバセンサ２−０
−２ａの出力用カプラ２−６−２ａに向かって進む。ま
た、他の光ファイバセンサで干渉されたレーザ光信号も
後段の光ファイバセンサの出力カプラの方に送られ、最
終段の光ファイバセンサで干渉されたレーザ光信号と結
合された後、Ｏ／Ｅ変換器３に出力される。したがっ
て、光源１から出力され、干渉されてＯ／Ｅ変換器３に
入力されるまでのレーザ光信号の伝搬時間（光路距離）
が光ファイバセンサ間の測定距離間隔に関わらずほぼ同
じになる。
【００２７】第２の実施の形態においては、センサアレ
イ２ａのそれぞれの光ファイバセンサの光路距離はほぼ
同じになり、各光ファイバセンサから出力される掃引切
り替え時のレーザ光信号の干渉光がＯ／Ｅ変換器３に入
力される時間がほぼ同じになるので、受信ゲート６０が
信号を通さない時間をその時間帯に設定すればよく、光
路距離差を考慮して光ファイバセンサの測定距離間隔及
び受信ゲート６０のゲート幅Ｔg を設定する必要がな
い。
イ２ａのそれぞれの光ファイバセンサの光路距離はほぼ
同じになり、各光ファイバセンサから出力される掃引切
り替え時のレーザ光信号の干渉光がＯ／Ｅ変換器３に入
力される時間がほぼ同じになるので、受信ゲート６０が
信号を通さない時間をその時間帯に設定すればよく、光
路距離差を考慮して光ファイバセンサの測定距離間隔及
び受信ゲート６０のゲート幅Ｔg を設定する必要がな
い。
【００２８】実施形態３．図３は本発明の第３の実施の
形態に係るＦＤＭ方式光ファイバセンサシステムの構成
図とレーザ光信号の周波数及び送信ゲート７０のタイム
チャートである。図３（ａ）において、光源１、センサ
アレイ２、Ｏ／Ｅ変換器３、帯域通過フィルタ４−１並
びに４−２及び復調処理器５−１並びに５−２は第１の
実施の形態の図１の同じ図番を付しているものと同様の
動作を行う。
形態に係るＦＤＭ方式光ファイバセンサシステムの構成
図とレーザ光信号の周波数及び送信ゲート７０のタイム
チャートである。図３（ａ）において、光源１、センサ
アレイ２、Ｏ／Ｅ変換器３、帯域通過フィルタ４−１並
びに４−２及び復調処理器５−１並びに５−２は第１の
実施の形態の図１の同じ図番を付しているものと同様の
動作を行う。
【００２９】図３において、７０は送信ゲートであり、
光源１から出力されたレーザ光信号をゲート幅Ｔg 、周
期Ｔs でゲートする。したがって信号幅Ｔg 、周期Ｔs
のパルス状のレーザ光信号がセンサアレイ２に入力され
ることになる。また、送信ゲート７０の出力信号も受信
ゲート６０のと同様にゲート幅（１／Ｔg ）の周波数間
隔で応答がなくなる周波数特性を持つ。そこで、各光フ
ァイバセンサによって出力されるビート周波数を例えば
第１の光ファイバでは、ａ×τ1 ＝１／Ｔg のように１
／Ｔg の整数倍としておくと、ビート周波数ａ×τ1 と
同時に発生する折り返し雑音は、周波数特性によりビー
ト周波数の整数倍の周波数のところでは応答が０になる
ので、例えば第２の光ファイバセンサのビート周波数ａ
×τ2 ＝２／Ｔg の信号等に影響を与えない。センサア
レイ２ではセンシングファイバ２−３−１とリファレン
スファイバ２−４−１とを通過したパルス状のレーザ光
信号が干渉する。干渉されたレーザ光信号もパルス状の
信号となる。
光源１から出力されたレーザ光信号をゲート幅Ｔg 、周
期Ｔs でゲートする。したがって信号幅Ｔg 、周期Ｔs
のパルス状のレーザ光信号がセンサアレイ２に入力され
ることになる。また、送信ゲート７０の出力信号も受信
ゲート６０のと同様にゲート幅（１／Ｔg ）の周波数間
隔で応答がなくなる周波数特性を持つ。そこで、各光フ
ァイバセンサによって出力されるビート周波数を例えば
第１の光ファイバでは、ａ×τ1 ＝１／Ｔg のように１
／Ｔg の整数倍としておくと、ビート周波数ａ×τ1 と
同時に発生する折り返し雑音は、周波数特性によりビー
ト周波数の整数倍の周波数のところでは応答が０になる
ので、例えば第２の光ファイバセンサのビート周波数ａ
×τ2 ＝２／Ｔg の信号等に影響を与えない。センサア
レイ２ではセンシングファイバ２−３−１とリファレン
スファイバ２−４−１とを通過したパルス状のレーザ光
信号が干渉する。干渉されたレーザ光信号もパルス状の
信号となる。
【００３０】干渉されたレーザ光信号はＯ／Ｅ変換器３
で自乗検波され、電圧に変換される。変換された信号は
各帯域通過フィルタに入力される。各帯域通過フィルタ
は補間フィルタとしての役割も果たすので、Ｏ／Ｅ変換
器３からパルス状に出力された信号が、各帯域通過フィ
ルタを通過すると連続信号として表される。このとき振
幅値をＢとすると、例えば帯域通過フィルタ４−１を通
過する信号はＢｃｏｓ（２πａτ1 ｔ＋Φ1 （ｔ））で
表される。この信号をＦＭ検波等による復調処理を行っ
て電流信号Φ1 を出力する。この電流信号Φ1 が第１の
光ファイバセンサ２−０−１でセンシングされた物理量
を表したものである。
で自乗検波され、電圧に変換される。変換された信号は
各帯域通過フィルタに入力される。各帯域通過フィルタ
は補間フィルタとしての役割も果たすので、Ｏ／Ｅ変換
器３からパルス状に出力された信号が、各帯域通過フィ
ルタを通過すると連続信号として表される。このとき振
幅値をＢとすると、例えば帯域通過フィルタ４−１を通
過する信号はＢｃｏｓ（２πａτ1 ｔ＋Φ1 （ｔ））で
表される。この信号をＦＭ検波等による復調処理を行っ
て電流信号Φ1 を出力する。この電流信号Φ1 が第１の
光ファイバセンサ２−０−１でセンシングされた物理量
を表したものである。
【００３１】同様にして第２の光ファイバセンサ２−０
−２では、受信ゲート６０を通過した信号をビート周波
数がａ×τ2 ＝（ａ×τ1 ）×２［Ｈｚ］となるように
設定し、中心周波数ａ×τ2 ［Ｈｚ］で通過帯域が１／
Ｔs ［Ｈｚ］の帯域通過フィルタ４−２に通過させ、復
調処理器５−１でＦＭ検波等による処理を行って電流信
号Φ2 の復調を行う。これを他の復調処理器でも行い、
物理量の測定を行う。
−２では、受信ゲート６０を通過した信号をビート周波
数がａ×τ2 ＝（ａ×τ1 ）×２［Ｈｚ］となるように
設定し、中心周波数ａ×τ2 ［Ｈｚ］で通過帯域が１／
Ｔs ［Ｈｚ］の帯域通過フィルタ４−２に通過させ、復
調処理器５−１でＦＭ検波等による処理を行って電流信
号Φ2 の復調を行う。これを他の復調処理器でも行い、
物理量の測定を行う。
【００３２】第３の実施の形態においては、送信ゲート
７０によりあらかじめ掃引切り替え時のレーザ光信号を
カットしたパルス状のレーザ光信号をセンサアレイ２に
出力するため、不要ビート成分による各側波帯の漏れ込
みにより、他の光ファイバセンサの信号に雑音信号を与
えることはなく、１システムの光ファイバセンサの数を
増やして、より多くの多重化を行うことができるので、
測定に必要なシステムの数を減らすことができ、装備面
で都合がよく、またコストを抑えることが可能となる。
また第３の実施の形態においては、送信ゲート７０は、
受信ゲート６０のように光路距離を考慮して光ファイバ
センサの距離間隔及びゲート間隔Ｔg を設定しなくても
よい。
７０によりあらかじめ掃引切り替え時のレーザ光信号を
カットしたパルス状のレーザ光信号をセンサアレイ２に
出力するため、不要ビート成分による各側波帯の漏れ込
みにより、他の光ファイバセンサの信号に雑音信号を与
えることはなく、１システムの光ファイバセンサの数を
増やして、より多くの多重化を行うことができるので、
測定に必要なシステムの数を減らすことができ、装備面
で都合がよく、またコストを抑えることが可能となる。
また第３の実施の形態においては、送信ゲート７０は、
受信ゲート６０のように光路距離を考慮して光ファイバ
センサの距離間隔及びゲート間隔Ｔg を設定しなくても
よい。
【００３３】実施形態４．図４は本発明の第４の実施の
形態におけるＦＤＭ方式光ファイバセンサシステムの構
成図とレーザ光信号の周波数及び受信ゲート６１のタイ
ムチャートである。図４（ａ）においてセンサアレイ２
ａ、Ｏ／Ｅ変換器３、帯域通過フィルタ４−１並びに４
−２及び復調処理器５−１並びに５−２は図２で同じ図
番を付しているものと同様の動作を行う。図４において
１ａは光源であり、周期Ｔs の正弦波状にＦＭ変調され
たレーザ光信号を出力する。
形態におけるＦＤＭ方式光ファイバセンサシステムの構
成図とレーザ光信号の周波数及び受信ゲート６１のタイ
ムチャートである。図４（ａ）においてセンサアレイ２
ａ、Ｏ／Ｅ変換器３、帯域通過フィルタ４−１並びに４
−２及び復調処理器５−１並びに５−２は図２で同じ図
番を付しているものと同様の動作を行う。図４において
１ａは光源であり、周期Ｔs の正弦波状にＦＭ変調され
たレーザ光信号を出力する。
【００３４】センシングファイバ２−３−１とリファレ
ンスファイバ２−４−１との光路差をΔＬ1 とすると、
Ｏ／Ｅ変換器３から出力される干渉出力Ｉ（ｔ）は、直
流成分を省略すると概略として次式（１）のように表さ
れる。 Ｉ（ｔ）＝Ａｃｏｓ（２πｆd τ1 ｃｏｓ２πｆ0 ｔ＋Φ） …（１） ここでｆ0 及びｆd はＦＭ変調の変調周波数及び最大周
波数偏移を表す。またＡは定数で振幅値を示す。τ1 は
実施の形態１と同様に伝搬遅延差を表し、τ1 ＝（ΔＬ
1 ／光速）である。
ンスファイバ２−４−１との光路差をΔＬ1 とすると、
Ｏ／Ｅ変換器３から出力される干渉出力Ｉ（ｔ）は、直
流成分を省略すると概略として次式（１）のように表さ
れる。 Ｉ（ｔ）＝Ａｃｏｓ（２πｆd τ1 ｃｏｓ２πｆ0 ｔ＋Φ） …（１） ここでｆ0 及びｆd はＦＭ変調の変調周波数及び最大周
波数偏移を表す。またＡは定数で振幅値を示す。τ1 は
実施の形態１と同様に伝搬遅延差を表し、τ1 ＝（ΔＬ
1 ／光速）である。
【００３５】受信ゲート６１はゲート幅Ｔｇを正弦波の
周期１／ｆ0 （＝Ｔs ）よりも十分小さく設定し、ゲー
トの周期を１／ｆ0 （又はその整数倍）とする。受信ゲ
ート６１のゲートの中心タイミングを、干渉光の正弦波
のゼロクロス点に合わすと、受信ゲート６１を通過する
Ｉ（ｔ）は、正弦波を線形であると見なせる領域に限定
されるため、次式（２）のように近似できる。 Ｉ（ｔ）＝Ａｃｏｓ（（２πｆd τ1 ）２πｆ0 ｔ＋Φi ） …（２） ここで（１）、（２）式ともパルス幅内のみの時間波形
を表しているものとする。なお、Φi は初期位相を示す
定数である。
周期１／ｆ0 （＝Ｔs ）よりも十分小さく設定し、ゲー
トの周期を１／ｆ0 （又はその整数倍）とする。受信ゲ
ート６１のゲートの中心タイミングを、干渉光の正弦波
のゼロクロス点に合わすと、受信ゲート６１を通過する
Ｉ（ｔ）は、正弦波を線形であると見なせる領域に限定
されるため、次式（２）のように近似できる。 Ｉ（ｔ）＝Ａｃｏｓ（（２πｆd τ1 ）２πｆ0 ｔ＋Φi ） …（２） ここで（１）、（２）式ともパルス幅内のみの時間波形
を表しているものとする。なお、Φi は初期位相を示す
定数である。
【００３６】したがって受信ゲート６１を通過した信号
は、繰り返し周期Ｔs （＝１／ｆ0）、パルス幅Ｔg 、
ビート周波数２πｆd ｆ0 τ1 のビート信号となる。受
信ゲート６１を通過した信号は、各帯域通過フィルタで
所定の周波数帯域を通過させるようにし、かつ補間処理
されて連続信号に変換され、それぞれの帯域通過フィル
タに接続された復調処理器で電流信号が復調される。こ
のとき各帯域通過フィルタは中心周波数をビート周波数
２πｆd ｆ0 τ1 ［Ｈｚ］の整数倍、通過帯域を（１／
Ｔs ）［Ｈｚ］としておく。
は、繰り返し周期Ｔs （＝１／ｆ0）、パルス幅Ｔg 、
ビート周波数２πｆd ｆ0 τ1 のビート信号となる。受
信ゲート６１を通過した信号は、各帯域通過フィルタで
所定の周波数帯域を通過させるようにし、かつ補間処理
されて連続信号に変換され、それぞれの帯域通過フィル
タに接続された復調処理器で電流信号が復調される。こ
のとき各帯域通過フィルタは中心周波数をビート周波数
２πｆd ｆ0 τ1 ［Ｈｚ］の整数倍、通過帯域を（１／
Ｔs ）［Ｈｚ］としておく。
【００３７】第４の実施の形態においては、正弦波状に
ＦＭ変調されたレーザ光信号を光源１ａから出力し、そ
の正弦波の線形と見なせる部分だけを通過させて復調し
て位相変化を取り出すため、不要ビート信号成分による
側波帯が発生せず、他の光ファイバセンサの信号に雑音
として影響を与えることがないので、１システムの光フ
ァイバセンサの数を増やして、より多くの多重化を行う
ことができ、測定に必要なシステムの数を減らして、装
備面で便利にし、またコストを抑えることが可能とな
る。
ＦＭ変調されたレーザ光信号を光源１ａから出力し、そ
の正弦波の線形と見なせる部分だけを通過させて復調し
て位相変化を取り出すため、不要ビート信号成分による
側波帯が発生せず、他の光ファイバセンサの信号に雑音
として影響を与えることがないので、１システムの光フ
ァイバセンサの数を増やして、より多くの多重化を行う
ことができ、測定に必要なシステムの数を減らして、装
備面で便利にし、またコストを抑えることが可能とな
る。
【００３８】また、センサアレイ２ａのそれぞれの光フ
ァイバセンサの光路距離はほぼ同じになり、各光ファイ
バセンサから出力されるレーザ光信号の掃引切り替え時
の干渉光がＯ／Ｅ変換器３に入力される時間がほぼ同じ
になるので、受信ゲート６１が信号を通さない時間をそ
の時間帯に設定すればよく、光路距離差を考慮して光フ
ァイバセンサの間隔を設定する必要がない。
ァイバセンサの光路距離はほぼ同じになり、各光ファイ
バセンサから出力されるレーザ光信号の掃引切り替え時
の干渉光がＯ／Ｅ変換器３に入力される時間がほぼ同じ
になるので、受信ゲート６１が信号を通さない時間をそ
の時間帯に設定すればよく、光路距離差を考慮して光フ
ァイバセンサの間隔を設定する必要がない。
【００３９】実施形態５．図５は本発明の第５の実施の
形態に係るＦＤＭ方式光ファイバセンサシステムの構成
図とレーザ光信号の周波数及び送信ゲート７１のタイム
チャートである。図５（ａ）において、センサアレイ
２、Ｏ／Ｅ変換器３、帯域通過フィルタ４−１並びに４
−２及び復調処理器５−１並びに５−２は第３の実施の
形態の図３の同じ図番を付しているものと同様の動作を
行う。図５において、１ａは光源であり、第４の実施の
形態の図４と同様にＦＭ変調されたレーザ光信号を出力
する。
形態に係るＦＤＭ方式光ファイバセンサシステムの構成
図とレーザ光信号の周波数及び送信ゲート７１のタイム
チャートである。図５（ａ）において、センサアレイ
２、Ｏ／Ｅ変換器３、帯域通過フィルタ４−１並びに４
−２及び復調処理器５−１並びに５−２は第３の実施の
形態の図３の同じ図番を付しているものと同様の動作を
行う。図５において、１ａは光源であり、第４の実施の
形態の図４と同様にＦＭ変調されたレーザ光信号を出力
する。
【００４０】送信ゲート７１はゲート幅Ｔg を正弦波の
周期１／ｆ0 （＝Ｔs ）よりも十分小さく設定し、ゲー
ト間隔を１／ｆ0 （又はその整数倍）としてゲートの中
心タイミングをＦＭ変調されたレーザ光信号の瞬時周波
数が中心周波数とクロスする点に合わせておき、正弦波
を線形であると見なせる領域を通過させるようにしてお
く。
周期１／ｆ0 （＝Ｔs ）よりも十分小さく設定し、ゲー
ト間隔を１／ｆ0 （又はその整数倍）としてゲートの中
心タイミングをＦＭ変調されたレーザ光信号の瞬時周波
数が中心周波数とクロスする点に合わせておき、正弦波
を線形であると見なせる領域を通過させるようにしてお
く。
【００４１】光ファイバセンサ２−０−１のセンシング
ファイバ２−３−１とリファレンスファイバ２−４−１
との光路差をΔＬ1 とすると、Ｏ／Ｅ変換器の干渉出力
Ｉ（ｔ）は直流成分を省略すると、上述の（１）式のよ
うに表される。
ファイバ２−３−１とリファレンスファイバ２−４−１
との光路差をΔＬ1 とすると、Ｏ／Ｅ変換器の干渉出力
Ｉ（ｔ）は直流成分を省略すると、上述の（１）式のよ
うに表される。
【００４２】また、正弦波を線形であると見なせる部分
を干渉させたので、Ｏ／Ｅ変換器３の干渉出力Ｉ（ｔ）
は上述の（２）式で近似される。ただし、（１）、
（２）式ともパルス幅内のみの時間波形を表しているも
のとする。Ｏ／Ｅ変換器３から出力される信号は、繰り
返し周期Ｔs （＝１／ｆ0 ）、パルス幅がほぼＴg 、ビ
ート周波数２πｆd ｆ0 τ1 をもつ信号が出力される。
この信号は各帯域通過フィルタで所定の周波数帯域を通
過させるようにし、かつ補間処理されて連続信号に変換
され、それぞれの帯域通過フィルタに接続された復調処
理器で電流信号が復調される。このとき各帯域通過フィ
ルタは中心周波数をビート周波数２πｆd ｆ0 τ1 ［Ｈ
ｚ］の整数倍、通過帯域を（１／Ｔs ）［Ｈｚ］として
おく。
を干渉させたので、Ｏ／Ｅ変換器３の干渉出力Ｉ（ｔ）
は上述の（２）式で近似される。ただし、（１）、
（２）式ともパルス幅内のみの時間波形を表しているも
のとする。Ｏ／Ｅ変換器３から出力される信号は、繰り
返し周期Ｔs （＝１／ｆ0 ）、パルス幅がほぼＴg 、ビ
ート周波数２πｆd ｆ0 τ1 をもつ信号が出力される。
この信号は各帯域通過フィルタで所定の周波数帯域を通
過させるようにし、かつ補間処理されて連続信号に変換
され、それぞれの帯域通過フィルタに接続された復調処
理器で電流信号が復調される。このとき各帯域通過フィ
ルタは中心周波数をビート周波数２πｆd ｆ0 τ1 ［Ｈ
ｚ］の整数倍、通過帯域を（１／Ｔs ）［Ｈｚ］として
おく。
【００４３】このときの信号の振幅値をＢとすると、例
えば第１の帯域通過フィルタ４−１を通過する信号はＢ
ｃｏｓ（２πｆd ｆ0 τ1 ｔ＋Φ1 （ｔ））で表され
る。この信号をＦＭ検波等による復調処理を行い、電流
信号Φ1 を出力する。この電流信号Φ1 が第１の光ファ
イバセンサ２−０−１でセンシングされた物理量を表し
たものである。
えば第１の帯域通過フィルタ４−１を通過する信号はＢ
ｃｏｓ（２πｆd ｆ0 τ1 ｔ＋Φ1 （ｔ））で表され
る。この信号をＦＭ検波等による復調処理を行い、電流
信号Φ1 を出力する。この電流信号Φ1 が第１の光ファ
イバセンサ２−０−１でセンシングされた物理量を表し
たものである。
【００４４】同様にして第２の光ファイバセンサ２−０
−２では、Ｏ／Ｅ変換器３を通過した信号のビート周波
数が２πｆd ｆ0 τ2 ＝（２πｆd ｆ0 τ1 ）×２［Ｈ
ｚ］となるように設定し、中心周波数２πｆd ｆ0 τ2
［Ｈｚ］で通過帯域が１／Ｔs ［Ｈｚ］の帯域通過フィ
ルタ４−２に通過させ、復調処理器５−１でＦＭ検波等
による処理を行って電流信号Φ2 の復調を行う。これを
他の復調処理器でも行い、物理量の測定を行う。
−２では、Ｏ／Ｅ変換器３を通過した信号のビート周波
数が２πｆd ｆ0 τ2 ＝（２πｆd ｆ0 τ1 ）×２［Ｈ
ｚ］となるように設定し、中心周波数２πｆd ｆ0 τ2
［Ｈｚ］で通過帯域が１／Ｔs ［Ｈｚ］の帯域通過フィ
ルタ４−２に通過させ、復調処理器５−１でＦＭ検波等
による処理を行って電流信号Φ2 の復調を行う。これを
他の復調処理器でも行い、物理量の測定を行う。
【００４５】第５の実施の形態においては、正弦波状に
ＦＭ変調されたレーザ光信号を光源１ａから出力し、送
信ゲート７１により、ＦＭ変調光の瞬時周波数が線形と
見なせる部分だけを通過させ、干渉させて、各復調処理
器で復調し、位相変化を取り出すので、不要ビート信号
成分による側波帯が発生することがなく、他の光ファイ
バセンサの信号に雑音として影響を与えることがなく、
１システムの光ファイバセンサの数を増やして、より多
くの多重化を行うことができるので、測定に必要なシス
テムの数を減らすことができ、またコストを抑えること
が可能となる。
ＦＭ変調されたレーザ光信号を光源１ａから出力し、送
信ゲート７１により、ＦＭ変調光の瞬時周波数が線形と
見なせる部分だけを通過させ、干渉させて、各復調処理
器で復調し、位相変化を取り出すので、不要ビート信号
成分による側波帯が発生することがなく、他の光ファイ
バセンサの信号に雑音として影響を与えることがなく、
１システムの光ファイバセンサの数を増やして、より多
くの多重化を行うことができるので、測定に必要なシス
テムの数を減らすことができ、またコストを抑えること
が可能となる。
【００４６】第１、２及び５の実施の形態においては、
受信ゲート６０及び６１は各ビート周波数毎に設定しな
いで共通なものとしたが、本発明ではそれに限定される
ことなく、各光ファイバセンサの光路距離による時間遅
延に合わせて個別に設定してもよい。
受信ゲート６０及び６１は各ビート周波数毎に設定しな
いで共通なものとしたが、本発明ではそれに限定される
ことなく、各光ファイバセンサの光路距離による時間遅
延に合わせて個別に設定してもよい。
【００４７】また、第１〜５の実施の形態では、受信ゲ
ート６０または６１と送信ゲート７０または７１とを同
時に備えた光ファイバセンサシステムを用いてもよい。
ート６０または６１と送信ゲート７０または７１とを同
時に備えた光ファイバセンサシステムを用いてもよい。
【００４８】また、第１〜５の実施の形態では、センサ
アレイ２及び２ａの光ファイバセンサはマッハツェンダ
方式で説明しているが、センサアレイ２の代わりとして
図６（ａ）のような態様のマイケルソン方式のセンサア
レイ２ｂを用い、またセンサアレイ２ａの代わりとして
図６（ｂ）のような光路距離がほぼ同じになるような態
様のマイケルソン方式のセンサアレイ２ｃを用いること
も可能である。またセンサアレイ２ｂ及び２ｃは、セン
シングファイバ２−３−１及び２−３−２並びにレファ
レンスファイバ２−４−１及び２−４−２は反射器２−
７−１１、２−７−２１、２−７−１２又は２−７−２
２で終端するようにしているが、磁気素子を付属した反
射器（Ｆａｒａｄａｙ Ｒｏｔａｔｏｒ Ｍｉｒｒｏ
ｒ）を用いてもよい。さらにマッハツェンダ方式やマイ
ケルソン方式ではなく、ファブリペロ方式のセンサアレ
イを用いてもよい。また、本発明では受信ゲート６０及
び６１並びに送信ゲート７０及び７１とセンサアレイ２
及び２ａの組み合わせは問題にしなくてもよい。
アレイ２及び２ａの光ファイバセンサはマッハツェンダ
方式で説明しているが、センサアレイ２の代わりとして
図６（ａ）のような態様のマイケルソン方式のセンサア
レイ２ｂを用い、またセンサアレイ２ａの代わりとして
図６（ｂ）のような光路距離がほぼ同じになるような態
様のマイケルソン方式のセンサアレイ２ｃを用いること
も可能である。またセンサアレイ２ｂ及び２ｃは、セン
シングファイバ２−３−１及び２−３−２並びにレファ
レンスファイバ２−４−１及び２−４−２は反射器２−
７−１１、２−７−２１、２−７−１２又は２−７−２
２で終端するようにしているが、磁気素子を付属した反
射器（Ｆａｒａｄａｙ Ｒｏｔａｔｏｒ Ｍｉｒｒｏ
ｒ）を用いてもよい。さらにマッハツェンダ方式やマイ
ケルソン方式ではなく、ファブリペロ方式のセンサアレ
イを用いてもよい。また、本発明では受信ゲート６０及
び６１並びに送信ゲート７０及び７１とセンサアレイ２
及び２ａの組み合わせは問題にしなくてもよい。
【００４９】また、第１〜５の実施の形態では、リファ
レンスファイバは計測対象から隔離し、伝搬時間が変化
しない構造をとっているが、本発明はそれに限定される
ことなく、センシングファイバとリファレンスファイバ
とが差動動作することにより、位相変化を生じさせるよ
うにしてもよい。
レンスファイバは計測対象から隔離し、伝搬時間が変化
しない構造をとっているが、本発明はそれに限定される
ことなく、センシングファイバとリファレンスファイバ
とが差動動作することにより、位相変化を生じさせるよ
うにしてもよい。
【００５０】また第１の実施の形態においては、各光フ
ァイバセンサは光路距離が異なっているが、入力用カプ
ラと出力用カプラとの間に余長ファイバを用いて各光フ
ァイバの光路距離をほぼ同じにするように光路距離の調
整を行ってもよい。
ァイバセンサは光路距離が異なっているが、入力用カプ
ラと出力用カプラとの間に余長ファイバを用いて各光フ
ァイバの光路距離をほぼ同じにするように光路距離の調
整を行ってもよい。
【００５１】また本発明では、光ファイバによるレーザ
光信号の伝送経路上に増幅用の光アンプが接続されてい
てもよい。
光信号の伝送経路上に増幅用の光アンプが接続されてい
てもよい。
【００５２】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、受信ゲー
トが、干渉したレーザ光が光−電圧変換器で変換された
検波信号のうち、周波数が変移する部分をカットして透
過させるようにしたので、周波数が変移する部分に発生
する不要なビート成分から生じる側波帯が通過せず、こ
の側波帯が高域成分に漏れ込んで他の光ファイバセンサ
の信号に雑音信号を与えることはなく、１システムの光
ファイバセンサの数を増やして、より多くの多重化を行
うことができるので、測定に必要なシステムの数を減ら
すことができ、装備面で便利にな利、またコストを抑え
ることが可能となる。
トが、干渉したレーザ光が光−電圧変換器で変換された
検波信号のうち、周波数が変移する部分をカットして透
過させるようにしたので、周波数が変移する部分に発生
する不要なビート成分から生じる側波帯が通過せず、こ
の側波帯が高域成分に漏れ込んで他の光ファイバセンサ
の信号に雑音信号を与えることはなく、１システムの光
ファイバセンサの数を増やして、より多くの多重化を行
うことができるので、測定に必要なシステムの数を減ら
すことができ、装備面で便利にな利、またコストを抑え
ることが可能となる。
【００５３】また本発明によれば、送信ゲートにより、
不要ビート成分を発生させる原因となるレーザ光をあら
かじめ除去したパルス状のレーザ光を光ファイバセンサ
に出力するため、不要ビート成分による各側波帯の高域
成分の漏れ込みにより、他の光ファイバセンサの信号に
雑音信号を与えることはなく、１システムの光ファイバ
センサの数を増やして、より多くの多重化を行うことが
できるので、測定に必要なシステムの数を減らすことが
でき、またコストを抑えることが可能となる。また、受
信ゲートを用いる必要がないので、光路距離を考慮して
光ファイバセンサの距離間隔及びゲート間隔を設定しな
くてもよい。
不要ビート成分を発生させる原因となるレーザ光をあら
かじめ除去したパルス状のレーザ光を光ファイバセンサ
に出力するため、不要ビート成分による各側波帯の高域
成分の漏れ込みにより、他の光ファイバセンサの信号に
雑音信号を与えることはなく、１システムの光ファイバ
センサの数を増やして、より多くの多重化を行うことが
できるので、測定に必要なシステムの数を減らすことが
でき、またコストを抑えることが可能となる。また、受
信ゲートを用いる必要がないので、光路距離を考慮して
光ファイバセンサの距離間隔及びゲート間隔を設定しな
くてもよい。
【００５４】また本発明によれば、正弦波状にＦＭ変調
されたレーザ光を光源から出力し、その正弦波の特定の
部分だけを受信ゲートで通過させて位相を復調するた
め、不要ビート信号成分による側波帯が発生することが
なく、他の組の光ファイバから出力される信号に雑音と
して影響を与えることがなく、１システムの光ファイバ
センサの数を増やして、より多くの多重化を行うことが
できるので、測定に必要なシステムの数を減らすことが
でき、またコストを抑えることが可能となる。
されたレーザ光を光源から出力し、その正弦波の特定の
部分だけを受信ゲートで通過させて位相を復調するた
め、不要ビート信号成分による側波帯が発生することが
なく、他の組の光ファイバから出力される信号に雑音と
して影響を与えることがなく、１システムの光ファイバ
センサの数を増やして、より多くの多重化を行うことが
できるので、測定に必要なシステムの数を減らすことが
でき、またコストを抑えることが可能となる。
【００５５】さらに本発明によれば、正弦波状にＦＭ変
調されたレーザ光を光源から出力し、その正弦波の特定
の部分だけを送信ゲートで通過させて干渉させ、位相を
復調するため、不要ビート信号成分による側波帯が発生
することがなく、他の組の光ファイバの信号に雑音とし
て影響を与えることがなく、１システムの光ファイバセ
ンサの数を増やして、より多くの多重化を行うことがで
きるので、測定に必要なシステムの数を減らすことがで
き、またコストを抑えることが可能となる。
調されたレーザ光を光源から出力し、その正弦波の特定
の部分だけを送信ゲートで通過させて干渉させ、位相を
復調するため、不要ビート信号成分による側波帯が発生
することがなく、他の組の光ファイバの信号に雑音とし
て影響を与えることがなく、１システムの光ファイバセ
ンサの数を増やして、より多くの多重化を行うことがで
きるので、測定に必要なシステムの数を減らすことがで
き、またコストを抑えることが可能となる。
【００５６】また本発明によれば、センサアレイのそれ
ぞれの光ファイバを通過するレーザ光の光路距離はほぼ
同じになるので、各光ファイバから出力されるレーザ光
の掃引切り替え時の干渉光が光−電圧変換器に入力され
る時間がほぼ同じになり、受信ゲートが信号を通さない
時間をその時間帯に設定すればよく、光路距離差を考慮
して各光ファイバの測定距離間隔及び受信ゲートのゲー
ト幅を設定する必要がない。
ぞれの光ファイバを通過するレーザ光の光路距離はほぼ
同じになるので、各光ファイバから出力されるレーザ光
の掃引切り替え時の干渉光が光−電圧変換器に入力され
る時間がほぼ同じになり、受信ゲートが信号を通さない
時間をその時間帯に設定すればよく、光路距離差を考慮
して各光ファイバの測定距離間隔及び受信ゲートのゲー
ト幅を設定する必要がない。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＦＤＭ方式光
ファイバセンサシステムの構成図とレーザ光信号の周波
数及び受信ゲート６０のタイムチャートである。
ファイバセンサシステムの構成図とレーザ光信号の周波
数及び受信ゲート６０のタイムチャートである。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るＦＤＭ方式光
ファイバセンサシステムの構成図とレーザ光信号の周波
数及び受信ゲート６０のタイムチャートである。
ファイバセンサシステムの構成図とレーザ光信号の周波
数及び受信ゲート６０のタイムチャートである。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係るＦＤＭ方式光
ファイバセンサシステムの構成図とレーザ光信号の周波
数及び送信ゲート７０のタイムチャートである。
ファイバセンサシステムの構成図とレーザ光信号の周波
数及び送信ゲート７０のタイムチャートである。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係るＦＤＭ方式光
ファイバセンサシステムの構成図とレーザ光信号の周波
数及び受信ゲート６１のタイムチャートである。
ファイバセンサシステムの構成図とレーザ光信号の周波
数及び受信ゲート６１のタイムチャートである。
【図５】本発明の第５の実施の形態に係るＦＤＭ方式光
ファイバセンサシステムの構成図とレーザ光信号の周波
数及び送信ゲート７１のタイムチャートである。
ファイバセンサシステムの構成図とレーザ光信号の周波
数及び送信ゲート７１のタイムチャートである。
【図６】マイケルソン方式のセンサアレイ２ｂ、２ｃの
構成図である。
構成図である。
【図７】従来のＦＤＭ方式光ファイバセンサシステムの
構成図とレーザ光信号の周波数のタイムチャートであ
る。
構成図とレーザ光信号の周波数のタイムチャートであ
る。
１、１ａ 光源
２、２ａ センサアレイ
３ Ｏ／Ｅ変換器
４−１、４−２ 帯域通過フィルタ
５−１、５−２ 復調処理器
６０、６１ 受信ゲート
７０、７１ 送信ゲート
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H04J 1/00
G01D 21/00
G08C 15/02
G08C 23/04
G01B 11/00 - 11/30
G01D 5/00 - 5/62
G02B 6/00
Claims (5)
- 【請求項１】 レーザ光電界の周波数を鋸歯波形状に線
形周波数変調したレーザ光を出力する光源と、 測定対象の物理量に対応して光路長が変化する２つの光
ファイバを複数組有し、それぞれの組が基準の遅延時間
差の整数倍で、かつそれぞれの組に異なる遅延時間差を
持たせて、前記それぞれの組の光ファイバに前記レーザ
光を透過させて干渉させる光ファイバセンサ手段と、 前記干渉したレーザ光を自乗検波して電圧に変換する光
−電圧変換手段と、 前記干渉したレーザ光を変換した検波信号の内、前記検
波信号の周波数が変移する部分を除いて通過させる受信
ゲートと、 該受信ゲートを通過した検波信号の内、前記それぞれの
組の遅延時間差に基づいた周波数を中心周波数とする周
波数帯域の検波信号を通過させる複数の帯域通過フィル
タと、 該複数の帯域通過フィルタを通過したそれぞれの検波信
号を復調し、前記物理量に対応した位相信号を有する復
調信号をそれぞれ出力する複数の位相復調手段とを備え
たことを特徴とする周波数分割多重方式光ファイバセン
サシステム。 - 【請求項２】 レーザ光電界の周波数を鋸歯波形状に線
形周波数変調したレーザ光を出力する光源と、 該光源が出力した前記レーザ光の内、前記レーザ光電界
の周波数が線形に変化する部分のレーザ光を透過させる
送信ゲートと、 測定対象の物理量に対応して光路長が変化する２つの光
ファイバを複数組有し、それぞれの組が基準の遅延時間
差の整数倍で、かつそれぞれの組が異なる遅延時間差を
持たせて、前記それぞれの組の光ファイバに前記レーザ
光を透過させて干渉させる光ファイバセンサ手段と、 前記干渉したレーザ光を自乗検波して電圧に変換する光
−電圧変換手段と、 該光−電圧変換手段を通過した検波信号の内、前記それ
ぞれの組の遅延時間差に基づいた周波数を中心周波数と
する周波数帯域の検波信号を通過させる複数の帯域通過
フィルタと、 該複数の帯域通過フィルタを通過したそれぞれの検波信
号を復調し、前記物理量に対応した位相信号を有する復
調信号をそれぞれ出力する複数の移動復調手段とを備え
たことを特徴とする周波数分割多重方式光ファイバセン
サシステム。 - 【請求項３】 レーザ光電界の周波数を正弦波形状に周
波数変調したレーザ光を出力する光源と、 測定対象の物理量に対応して光路長が変化する２つの光
ファイバを複数組有し、それぞれの組が基準の遅延時間
差の整数倍で、かつそれぞれの組が異なる遅延時間差を
持たせて、前記それぞれの組の光ファイバに前記レーザ
光を透過させて干渉させる光ファイバセンサ手段と、 前記干渉したレーザ光を自乗検波して電圧に変換する光
−電圧変換手段と、 該光−電圧変換手段が出力した検波信号の内、瞬時周波
数がほぼ一定となる部分を中心とした所定幅の前記検波
信号を通過させる受信ゲートと、 該受信ゲートを通過した検波信号の内、前記それぞれの
組の遅延時間差に基づいた周波数を中心周波数とする周
波数帯域の検波信号を通過させる複数の帯域通過フィル
タと、 該複数の帯域通過フィルタを通過したそれぞれの検波信
号を復調し、前記物理量に対応した位相信号を有する復
調信号をそれぞれ出力する複数の位相復調手段とを備え
たことを特徴とする周波数分割多重方式光ファイバセン
サシステム。 - 【請求項４】 レーザ光電界の周波数を正弦波形状に周
波数変調したレーザ光を出力する光源と、 該光源が出力したレーザ光の内、瞬時周波数が線形とな
る部分を中心とした所定幅の前記レーザ光を通過させる
送信ゲートと、 測定対象の物理量に対応して光路長が変化する２つの光
ファイバを複数組有し、それぞれの組が基準の遅延時間
差の整数倍で、かつそれぞれの組が異なる遅延時間差を
持たせて、前記それぞれの組の光ファイバに前記レーザ
光を透過させて干渉させる光ファイバセンサ手段と、 前記干渉したレーザ光を自乗検波して電圧に変換する光
−電圧変換手段と、 前記それぞれの組の遅延時間差に基づいた周波数を中心
周波数とする周波数帯域の検波信号を透過させる複数の
帯域通過フィルタと、 該複数の帯域通過フィルタを通過したそれぞれの検波信
号を復調し、前記物理量に対応した位相信号を有する復
調信号をそれぞれ出力する複数の位相復調手段とを備え
たことを特徴とする周波数分割多重方式光ファイバセン
サシステム。 - 【請求項５】 前記光ファイバセンサ手段は、各組の前
記光源から前記光−電圧変換手段までの光路距離が等し
くなるようにその光路長が設定されることを特徴とする
請求項１、２、３又は４記載の周波数分割多重方式光フ
ァイバセンサシステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23483296A JP3385521B2 (ja) | 1996-09-05 | 1996-09-05 | 周波数分割多重方式光ファイバセンサシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23483296A JP3385521B2 (ja) | 1996-09-05 | 1996-09-05 | 周波数分割多重方式光ファイバセンサシステム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1079713A JPH1079713A (ja) | 1998-03-24 |
| JP3385521B2 true JP3385521B2 (ja) | 2003-03-10 |
Family
ID=16977085
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23483296A Expired - Fee Related JP3385521B2 (ja) | 1996-09-05 | 1996-09-05 | 周波数分割多重方式光ファイバセンサシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3385521B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001228182A (ja) * | 2000-02-21 | 2001-08-24 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 光集積化多点計測装置 |
| CN100350219C (zh) * | 2005-11-02 | 2007-11-21 | 浙江大学 | 基于长周期光纤光栅对传感器的复用和解调方法及其设备 |
| CN110307862B (zh) * | 2019-06-20 | 2020-11-06 | 江南大学 | 一种基于射频信号带宽检测的光纤光栅拍频解调系统 |
-
1996
- 1996-09-05 JP JP23483296A patent/JP3385521B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1079713A (ja) | 1998-03-24 |
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