JP3516594B2 - 光ファイバセンサ - Google Patents
光ファイバセンサInfo
- Publication number
- JP3516594B2 JP3516594B2 JP28522498A JP28522498A JP3516594B2 JP 3516594 B2 JP3516594 B2 JP 3516594B2 JP 28522498 A JP28522498 A JP 28522498A JP 28522498 A JP28522498 A JP 28522498A JP 3516594 B2 JP3516594 B2 JP 3516594B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- output
- optical fiber
- amplitude ratio
- harmonic component
- harmonic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、深度や温度などを
計測するための光ファイバセンサに関するものであり、
特に直流信号を計測する光ファイバセンサに関する。
計測するための光ファイバセンサに関するものであり、
特に直流信号を計測する光ファイバセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、深度や温度などを計測するために
は圧電（piezo）型センサが用いられていた。一方、ハ
イドロホン（音響センサ）や地震計（加速度センサ）な
どには光ファイバセンサが用いられている。これらの光
ファイバセンサの変復調方法としては、特開平７−１４
００４４号に開示されるように、正弦波形に周波数変調
したレーザ光を光ファイバ干渉計へ入力し（以後ＰＧＣ
ホモダイン方式と呼ぶ）、干渉光からレーザ変調周波数
の１次と２次高調波成分との振幅比を求め、振幅比の逆
正接から位相差を算出するatan法などが使用されてい
る。
は圧電（piezo）型センサが用いられていた。一方、ハ
イドロホン（音響センサ）や地震計（加速度センサ）な
どには光ファイバセンサが用いられている。これらの光
ファイバセンサの変復調方法としては、特開平７−１４
００４４号に開示されるように、正弦波形に周波数変調
したレーザ光を光ファイバ干渉計へ入力し（以後ＰＧＣ
ホモダイン方式と呼ぶ）、干渉光からレーザ変調周波数
の１次と２次高調波成分との振幅比を求め、振幅比の逆
正接から位相差を算出するatan法などが使用されてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光ファイバセンサは干渉計が測定信号を受けたときの干
渉計の光路差の最大変化量、すなわち光路差振動の振幅
を測定するものであるため相対的な変化量を求めること
はできるが、絶対的な値を求めることはできなかった。
このため、深度や温度などの絶対的な値を求める計測に
も光ファイバセンサを用いたいという要望があるもの
の、実現されていなかった。
光ファイバセンサは干渉計が測定信号を受けたときの干
渉計の光路差の最大変化量、すなわち光路差振動の振幅
を測定するものであるため相対的な変化量を求めること
はできるが、絶対的な値を求めることはできなかった。
このため、深度や温度などの絶対的な値を求める計測に
も光ファイバセンサを用いたいという要望があるもの
の、実現されていなかった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】周波数変調されたレーザ
光を出力する光源と、光源から出力されるレーザ光が入
力される光ファイバ干渉計と、光ファイバ干渉計の出力
をＯ／Ｅ変換により電気信号に変えるＯ／Ｅ変換手段
と、Ｏ／Ｅ変換手段から出力される電気信号から２つ以
上の高調波成分を抽出する高調波成分抽出手段と、高調
波成分抽出手段から出力される高調波成分同士の振幅比
を算出する振幅比算出手段と、振幅比算出手段から出力
される振幅比より光ファイバ干渉計の光路差を算出する
光路差算出手段とを備える。
光を出力する光源と、光源から出力されるレーザ光が入
力される光ファイバ干渉計と、光ファイバ干渉計の出力
をＯ／Ｅ変換により電気信号に変えるＯ／Ｅ変換手段
と、Ｏ／Ｅ変換手段から出力される電気信号から２つ以
上の高調波成分を抽出する高調波成分抽出手段と、高調
波成分抽出手段から出力される高調波成分同士の振幅比
を算出する振幅比算出手段と、振幅比算出手段から出力
される振幅比より光ファイバ干渉計の光路差を算出する
光路差算出手段とを備える。
【０００５】
【発明の実施の形態】《具体例１》
＜構成＞図２に本発明の具体例１の構成図を示す。ＰＧ
Ｃホモダイン方式の周波数変調を加えたレーザ光を出力
する光源１１−１と、光源１１−１から光信号が入力さ
れるセンサ部１２と、センサ部１２から光信号が入力さ
れるＯ／Ｅ変換器１３と、Ｏ／Ｅ変換器１３から電気信
号が入力されるレーザ変調周波数のｍ（ｍ：正の整数）
次の高調波成分を抽出する高調波成分抽出手段１５と、
高調波成分抽出手段１５から出力される高調波成分同士
の振幅比を算出する振幅比算出手段１７と、振幅比算出
手段１７から出力される振幅比より変調指数Cを算出す
る変調指数算出手段１８と、変調指数算出手段１８から
出力される変調指数Cより光路差DLを算出する光路差算
出手段１９とから構成される。
Ｃホモダイン方式の周波数変調を加えたレーザ光を出力
する光源１１−１と、光源１１−１から光信号が入力さ
れるセンサ部１２と、センサ部１２から光信号が入力さ
れるＯ／Ｅ変換器１３と、Ｏ／Ｅ変換器１３から電気信
号が入力されるレーザ変調周波数のｍ（ｍ：正の整数）
次の高調波成分を抽出する高調波成分抽出手段１５と、
高調波成分抽出手段１５から出力される高調波成分同士
の振幅比を算出する振幅比算出手段１７と、振幅比算出
手段１７から出力される振幅比より変調指数Cを算出す
る変調指数算出手段１８と、変調指数算出手段１８から
出力される変調指数Cより光路差DLを算出する光路差算
出手段１９とから構成される。
【０００６】＜動作＞光源１１−１からは変調周波数f0
=w0/2p、最大周波数偏移fcに周波数変調したレーザ光が
出力される。光源１１−１から出力されるレーザ光を光
路差ΔＬであるセンサ部１２に入力すると(１)式で表わ
される干渉光Iが出力される。
=w0/2p、最大周波数偏移fcに周波数変調したレーザ光が
出力される。光源１１−１から出力されるレーザ光を光
路差ΔＬであるセンサ部１２に入力すると(１)式で表わ
される干渉光Iが出力される。
【０００７】I=A+Bcos(Ccosw0t+f) (１)
ここで
C=2pfcnDL/c (2)
ただし、n：光ファイバのコアの実効屈折率、c：真空中
の光速度、f：センサ部１２の内部に存在するセンシン
グアームとリファレンスアームとの間の位相差、AとBは
レーザ光の振幅等に依存する定数である。第２項の余弦
部分に第１種ベッセル関数を用いると(１)式は(３)式で
表わすことができる。
の光速度、f：センサ部１２の内部に存在するセンシン
グアームとリファレンスアームとの間の位相差、AとBは
レーザ光の振幅等に依存する定数である。第２項の余弦
部分に第１種ベッセル関数を用いると(１)式は(３)式で
表わすことができる。
【０００８】
I=A+BJ0(C)cosf+S{2BJ2m-1(C)sinf・cos(2m-1)w0t+2BJ2m(C)cosf・cos2mw0t}
(3)
このときセンサ部は、マッハツェンダ型やマイケルソン
型等の２ビーム干渉計で構成されているものとする。
型等の２ビーム干渉計で構成されているものとする。
【０００９】Ｏ／Ｅ変換器１３では、センサ部１２から
出力された干渉光Iを電気信号に変換する。
出力された干渉光Iを電気信号に変換する。
【００１０】高調波成分抽出手段１５では、Ｏ／Ｅ変換
器１３から出力された電気信号よりレーザ変調周波数の
１次高調波成分および３次高調波成分を抽出する。高調
波成分抽出手段１５はDFTやatan法で用いられる同期検
波によるアナログ処理等の公知の手段で構成される。高
調波成分の抽出により、(4) 式で表わされるｍ次高調波
成分の振幅Zmが求められる。
器１３から出力された電気信号よりレーザ変調周波数の
１次高調波成分および３次高調波成分を抽出する。高調
波成分抽出手段１５はDFTやatan法で用いられる同期検
波によるアナログ処理等の公知の手段で構成される。高
調波成分の抽出により、(4) 式で表わされるｍ次高調波
成分の振幅Zmが求められる。
【００１１】
Z2m-1=BJ2m-1(C)sinf
Z2m =BJ2m (C)cosf (4)
振幅比算出手段１７では、高調波成分抽出手段１５から
出力された１次高調波成分の振幅Z1と３次高調波成分の
振幅Z3との振幅比X1,3を(5)式に基づき算出する。
出力された１次高調波成分の振幅Z1と３次高調波成分の
振幅Z3との振幅比X1,3を(5)式に基づき算出する。
【００１２】Xm,m+2=Jm(C)／Jm+2(C) (5)
振幅比Xは１次と３次だけに限らずsinfを含む奇数次高
調波同士あるいはcosfを含む偶数次高調波同士の振幅比
を算出しても同等の結果が得られる。ただし、より高次
のベッセル関数を使用する場合、感度やダイナミックレ
ンジ等は悪化することになる。
調波同士あるいはcosfを含む偶数次高調波同士の振幅比
を算出しても同等の結果が得られる。ただし、より高次
のベッセル関数を使用する場合、感度やダイナミックレ
ンジ等は悪化することになる。
【００１３】変調指数算出手段１８では、振幅比算出手
段１７から出力される振幅比X1,3より変調指数Cを算出
する。変調指数Cの算出は公知の方法により行い、例え
ば(5) 式の逆関数に相当する変換関数あるいは変換テー
ブルにより変調指数Cが算出される。
段１７から出力される振幅比X1,3より変調指数Cを算出
する。変調指数Cの算出は公知の方法により行い、例え
ば(5) 式の逆関数に相当する変換関数あるいは変換テー
ブルにより変調指数Cが算出される。
【００１４】光路差算出手段１９では、 変調指数算出
手段１８から出力される変調指数Cより、(２) 式を用い
て光路差DL = Cc /2pfcnを算出する。
手段１８から出力される変調指数Cより、(２) 式を用い
て光路差DL = Cc /2pfcnを算出する。
【００１５】求められた光路差DLを用いて深度センサに
応用する場合には、Ｐ（水圧から生じるセンサ加重圧
力）＝ｓ（比例係数）×Ｙ（変位）により、光路差DLは
変位Yの関数であることを利用して既知の比例係数（セ
ンシング機構部分のスティフネス）より加重圧力Pを算
出し、深度を求めることができる。
応用する場合には、Ｐ（水圧から生じるセンサ加重圧
力）＝ｓ（比例係数）×Ｙ（変位）により、光路差DLは
変位Yの関数であることを利用して既知の比例係数（セ
ンシング機構部分のスティフネス）より加重圧力Pを算
出し、深度を求めることができる。
【００１６】＜効果＞具体例１で示した光ファイバセン
サによれば、温度ドリフト項である位相差φに依存しな
い光路差DLを求めることができるため、温度ドリフトに
影響されない温度や深度などの直流信号を精度良く計測
することができる。
サによれば、温度ドリフト項である位相差φに依存しな
い光路差DLを求めることができるため、温度ドリフトに
影響されない温度や深度などの直流信号を精度良く計測
することができる。
【００１７】直流信号の計測を光ファイバセンサで行う
ことができるため、無電源でシステムを構成でき、設置
場所を問わないという光ファイバセンサ特有の効果を持
つことが可能になる。また、多重化にも優れたセンサと
なる。
ことができるため、無電源でシステムを構成でき、設置
場所を問わないという光ファイバセンサ特有の効果を持
つことが可能になる。また、多重化にも優れたセンサと
なる。
【００１８】《具体例２》
＜構成＞図３に本発明の具体例２のシステム構成図を示
す。具体例１と同じ構成には同じ符号を付して説明を省
略する。ＰＧＣ用周波数変調に加えて、さらにD=2pfp-c
nDL/c>p/2である包落線検波用のパイロット信号（変調
周波数fp-0 ＜ ＤＦＴ周波数分解能、周波数偏移fp-c）
で周波数変調されたレーザ光を出力する光源１１−２
と、高調波成分抽出手段１５から出力された高調波成分
を周期1/2fp-0の間蓄積し、高調波成分の最大値を出力
する包落線検波手段１６から構成される。
す。具体例１と同じ構成には同じ符号を付して説明を省
略する。ＰＧＣ用周波数変調に加えて、さらにD=2pfp-c
nDL/c>p/2である包落線検波用のパイロット信号（変調
周波数fp-0 ＜ ＤＦＴ周波数分解能、周波数偏移fp-c）
で周波数変調されたレーザ光を出力する光源１１−２
と、高調波成分抽出手段１５から出力された高調波成分
を周期1/2fp-0の間蓄積し、高調波成分の最大値を出力
する包落線検波手段１６から構成される。
【００１９】＜動作＞光源１１−２から出力されるレー
ザ光の電場ベクトルe(t)は、パイロット信号用の周波数
変調がさらに加わっているため(6)式で表わされる。
ザ光の電場ベクトルe(t)は、パイロット信号用の周波数
変調がさらに加わっているため(6)式で表わされる。
【００２０】
e(t)=e0cos(2pnt+fc/f0 cos2pf0t+fp-c/fp-0 cos2pfp-0t+y) (6)
光源１１−２から出力されるレーザ光を光路差ΔLであ
るセンサ部１２に入力した際に得られる干渉光Iは(７)
式で表わされる。
るセンサ部１２に入力した際に得られる干渉光Iは(７)
式で表わされる。
【００２１】I=A+Bcos(Ccosw0t+Dcoswp-0t+f) (7)
(７)式の第２項の余弦部分に第１種ベッセル関数を用い
ると、干渉光Iは(８)式で表わすことができる。
ると、干渉光Iは(８)式で表わすことができる。
【００２２】
I=A+BJ0(C)cosf+S{2BJ2n-1(C)sin(Dcoswp-0t+f)cos(2n-1)w0t
+2BJ2n(C)cos(Dcoswp-0t+f)cos2nw0t} (8)
(8)式よりレーザ変調周波数f0のｍ次高調波成分の振幅Z
mは(９)式で表わされる。
mは(９)式で表わされる。
【００２３】
Z2n-1=BJ2n-1(C) sin(Dcoswp-0t+f)
Z2n =BJ2n(C) cos(Dcoswp-0t+f) (9)
具体例１と同様にＯ／Ｅ変換器１３から出力された電気
信号より、高調波成分抽出手段１５では、 レーザ変調
周波数の１次高調波成分および２次高調波成分を抽出す
る。
信号より、高調波成分抽出手段１５では、 レーザ変調
周波数の１次高調波成分および２次高調波成分を抽出す
る。
【００２４】包落線検波手段１６では高調波成分抽出手
段１５から出力された１次高調波成分および２次高調波
成分をそれぞれパイロット信号の１周期1/2fp-0の間蓄
積し、それぞれの最大値を出力する。このことにより、
(９)式のsin(Dcoswp-0t+f)およびcos(Dcoswp-0t+f)の項
は１となるので(１０)式で表わすことができる。
段１５から出力された１次高調波成分および２次高調波
成分をそれぞれパイロット信号の１周期1/2fp-0の間蓄
積し、それぞれの最大値を出力する。このことにより、
(９)式のsin(Dcoswp-0t+f)およびcos(Dcoswp-0t+f)の項
は１となるので(１０)式で表わすことができる。
【００２５】(Zn)max =BJn (C) (10)
振幅比算出手段１７では１次高調波成分および２次高調
波成分の最大値同士の振幅比Xを算出する。
波成分の最大値同士の振幅比Xを算出する。
【００２６】したがって、１次高調波成分および２次高
調波成分との振幅比X12は、 (５)式よりX12=J1(C)/J
2(C)となる。
調波成分との振幅比X12は、 (５)式よりX12=J1(C)/J
2(C)となる。
【００２７】以下、具体例１と同様に光路差DLを求め
る。
る。
【００２８】＜効果＞具体例２で示した光ファイバセン
サによれば、具体例１と同様に温度ドリフト項である位
相差φに依存しない光路差DLを求めることができるた
め、温度ドリフトに影響されない温度や深度などの直流
信号を精度良く計測することができる。
サによれば、具体例１と同様に温度ドリフト項である位
相差φに依存しない光路差DLを求めることができるた
め、温度ドリフトに影響されない温度や深度などの直流
信号を精度良く計測することができる。
【００２９】さらに、理論上は位相差fの影響を全く受
けないという利点を持つため、特別な処理を行わなくと
も常に安定した感度で測定を行うことができるという効
果を奏する。
けないという利点を持つため、特別な処理を行わなくと
も常に安定した感度で測定を行うことができるという効
果を奏する。
【００３０】《具体例３》
＜構成＞図４に本発明の具体例３のシステム構成図を示
す。具体例１または具体例２と同じ構成には同じ符号を
付して説明を省略する。
す。具体例１または具体例２と同じ構成には同じ符号を
付して説明を省略する。
【００３１】＜動作＞(９) 式の後半の項をさらに第１
種ベッセル関数で展開すると、干渉光Iの高調波成分Iは
(12)式で表わすことができる。
種ベッセル関数で展開すると、干渉光Iの高調波成分Iは
(12)式で表わすことができる。
【００３２】
I(kf0±lfp-0)=I(k,l)=BJk(C)Jl(D)・sinf (k+l：奇数)
・cosf (k+l：偶数) (12)
で与えられる。ただし、k,lはそれぞれ変調周波数f0,f
p-0に対する高調波の次数。そこで、k+lが奇数であると
きの高調波成分同士あるいはk+lが偶数であるときの高
調波成分同士の振幅比をとる。例えば、(k,l)=(1,0)の
変調周波数f0と(k,l)=(2,1)の変調周波数2f0-fp-0の成
分間で振幅比をとれば Z(1,0)/Z(2,1)=J1(C)/J2(C)・J0(D)/J1(D) (13) となる。ここで、D=fp-c/fc×C=aC（0<a<1）という既知
の関係をもつので、この振幅比から適当な変換関数ある
いは変換テーブルを用いて変調指数Cを算出し、(２)式
より直流的な光路差DLに換算する。
p-0に対する高調波の次数。そこで、k+lが奇数であると
きの高調波成分同士あるいはk+lが偶数であるときの高
調波成分同士の振幅比をとる。例えば、(k,l)=(1,0)の
変調周波数f0と(k,l)=(2,1)の変調周波数2f0-fp-0の成
分間で振幅比をとれば Z(1,0)/Z(2,1)=J1(C)/J2(C)・J0(D)/J1(D) (13) となる。ここで、D=fp-c/fc×C=aC（0<a<1）という既知
の関係をもつので、この振幅比から適当な変換関数ある
いは変換テーブルを用いて変調指数Cを算出し、(２)式
より直流的な光路差DLに換算する。
【００３３】＜効果＞具体例３で示した光ファイバセン
サによれば、fp-c/fc=a (0<a<1)を選択することにより
各高調波成分の変調指数Ｃによる応答を調整することが
できる。変調指数Ｃによる応答を調整することができる
ため、センサ感度および干渉計の光路差設定における自
由度が増すという効果を奏する。
サによれば、fp-c/fc=a (0<a<1)を選択することにより
各高調波成分の変調指数Ｃによる応答を調整することが
できる。変調指数Ｃによる応答を調整することができる
ため、センサ感度および干渉計の光路差設定における自
由度が増すという効果を奏する。
【００３４】《具体例４》
＜構成＞図５に本発明の具体例４のシステム構成図を示
す。具体例１または具体例２または具体例３と同じ構成
には同じ符号を付して説明を省略する。
す。具体例１または具体例２または具体例３と同じ構成
には同じ符号を付して説明を省略する。
【００３５】それぞれ周波数偏移の異なるレーザ光を出
力する２つの光源１１−３および光源１１−４と、光源
１１−３および光源１１−４から出力される光信号を多
重化する合波カプラ４１と、合波カプラ４１から出力さ
れる光信号が入力されるセンサ部１２と、センサ部１２
から出力される光信号を分波する分波カプラ４２と、分
波カプラ４２から出力される光信号をＯ／Ｅ変換するＯ
／Ｅ変換器１３と、Ｏ／Ｅ変換器１３から電気信号が入
力されるレーザ変調周波数のｍ（ｍ：正の整数）次の高
調波成分を抽出する高調波成分抽出手段１５と、高調波
成分抽出手段１５から出力される高調波成分同士の振幅
比を算出する振幅比算出手段１７と、振幅比算出手段１
７から出力される振幅比より変調指数Ｃを算出する変調
指数算出手段１８と、変調指数算出手段１８から出力さ
れる変調指数Cより光路差DLを算出する光路差算出手段
１９とから構成される。ここで、分波カプラ４２から出
力される光信号は２つに分かれるため、Ｏ／Ｅ変換器１
３から光路差算出手段１９を１セットとして、各光信号
に対して１セットずつ備え、光路差DLをそれぞれ算出す
る。
力する２つの光源１１−３および光源１１−４と、光源
１１−３および光源１１−４から出力される光信号を多
重化する合波カプラ４１と、合波カプラ４１から出力さ
れる光信号が入力されるセンサ部１２と、センサ部１２
から出力される光信号を分波する分波カプラ４２と、分
波カプラ４２から出力される光信号をＯ／Ｅ変換するＯ
／Ｅ変換器１３と、Ｏ／Ｅ変換器１３から電気信号が入
力されるレーザ変調周波数のｍ（ｍ：正の整数）次の高
調波成分を抽出する高調波成分抽出手段１５と、高調波
成分抽出手段１５から出力される高調波成分同士の振幅
比を算出する振幅比算出手段１７と、振幅比算出手段１
７から出力される振幅比より変調指数Ｃを算出する変調
指数算出手段１８と、変調指数算出手段１８から出力さ
れる変調指数Cより光路差DLを算出する光路差算出手段
１９とから構成される。ここで、分波カプラ４２から出
力される光信号は２つに分かれるため、Ｏ／Ｅ変換器１
３から光路差算出手段１９を１セットとして、各光信号
に対して１セットずつ備え、光路差DLをそれぞれ算出す
る。
【００３６】＜動作＞２つの光源１１−３および光源１
１−４からはそれぞれ周波数偏移の異なるレーザ光が出
力される。光源１１−３および光源１１−４から出力さ
れた光信号は合波カプラ４１により多重化されてセンサ
部１２に入力し、分波カプラ４２により異なる周波数偏
移の光信号に分波される。分波された光信号はそれぞれ
Ｏ／Ｅ変換器１３に入力され、光路差を算出する。
１−４からはそれぞれ周波数偏移の異なるレーザ光が出
力される。光源１１−３および光源１１−４から出力さ
れた光信号は合波カプラ４１により多重化されてセンサ
部１２に入力し、分波カプラ４２により異なる周波数偏
移の光信号に分波される。分波された光信号はそれぞれ
Ｏ／Ｅ変換器１３に入力され、光路差を算出する。
【００３７】式(4)から明らかなように、f=kp/2（kは整
数）のときにsinf成分あるいはcosf成分のどちらかがゼ
ロとなり、測定不能となるフェーディング現象が生じて
しまう。各次の第１種ベッセル関数は図６のような振る
舞いをするので、あらかじめ周波数偏移（∝変調指数
C）を一定倍した光源を多重化しておくと、sinf成分かc
osf成分のどちらかでは必ず復調が可能となる。高調波
成分抽出手段１５では、１次から６次の高調波成分を抽
出する。振幅比算出手段１７では、高調波成分抽出手段
１５から出力された１次から６次の高調波成分の中から
信号量の大きい奇数次の高調波成分同士あるいは偶数次
の高調波成分同士の振幅比を算出する。前述の通り各高
調波成分の振幅はそれぞれベッセル関数で与えられお
り、各次の第１種ベッセル関数は図６に示されるような
振る舞いをする。ベッセル関数Jの値が小さいところで
はＳ／Ｎ比が悪く、十分な精度が得られない。信号量の
大きい範囲、つまりベッセル関数Jの値が十分大きな範
囲は図６に示す通り、１次／３次では変調指数C≒3、２
次／４次では変調指数C≒4、３次／５次では変調指数C
≒5.5付近であり、変調指数Cが１程度の測定範囲とな
る。よって、これらの高調波成分のうちベッセル関数J
の値が大きいものを抽出して変調指数Cを算出する処理
を施すことにより、広範囲にわたって連続的で高精度な
変調指数Cを求めることができ、よって光路差DLを高精
度に測定することができる。
数）のときにsinf成分あるいはcosf成分のどちらかがゼ
ロとなり、測定不能となるフェーディング現象が生じて
しまう。各次の第１種ベッセル関数は図６のような振る
舞いをするので、あらかじめ周波数偏移（∝変調指数
C）を一定倍した光源を多重化しておくと、sinf成分かc
osf成分のどちらかでは必ず復調が可能となる。高調波
成分抽出手段１５では、１次から６次の高調波成分を抽
出する。振幅比算出手段１７では、高調波成分抽出手段
１５から出力された１次から６次の高調波成分の中から
信号量の大きい奇数次の高調波成分同士あるいは偶数次
の高調波成分同士の振幅比を算出する。前述の通り各高
調波成分の振幅はそれぞれベッセル関数で与えられお
り、各次の第１種ベッセル関数は図６に示されるような
振る舞いをする。ベッセル関数Jの値が小さいところで
はＳ／Ｎ比が悪く、十分な精度が得られない。信号量の
大きい範囲、つまりベッセル関数Jの値が十分大きな範
囲は図６に示す通り、１次／３次では変調指数C≒3、２
次／４次では変調指数C≒4、３次／５次では変調指数C
≒5.5付近であり、変調指数Cが１程度の測定範囲とな
る。よって、これらの高調波成分のうちベッセル関数J
の値が大きいものを抽出して変調指数Cを算出する処理
を施すことにより、広範囲にわたって連続的で高精度な
変調指数Cを求めることができ、よって光路差DLを高精
度に測定することができる。
【００３８】具体例４では、周波数偏移の異なる２光源
の多重化システムについて説明したが、これを３光源以
上に増やしても同様の効果が得られる。このとき、光源
間のクロストークやドリフト項の差違が十分小さい場合
には、２光源システム以上の効果が期待できる。
の多重化システムについて説明したが、これを３光源以
上に増やしても同様の効果が得られる。このとき、光源
間のクロストークやドリフト項の差違が十分小さい場合
には、２光源システム以上の効果が期待できる。
【００３９】また、波長分割によって多重化を行った
が、時分割などの他の多重化法に置き換えても同様の効
果が得られる。
が、時分割などの他の多重化法に置き換えても同様の効
果が得られる。
【００４０】また、Ｏ／Ｅ変換器１３から光路差算出手
段１９を１セットとして、各光信号に対してそれぞれ１
セットずつ備えることとしたが、分波カプラ４２によっ
て分波された一方の光信号を遅延させることで、１セッ
トを共有させる構成とすることもできる。
段１９を１セットとして、各光信号に対してそれぞれ１
セットずつ備えることとしたが、分波カプラ４２によっ
て分波された一方の光信号を遅延させることで、１セッ
トを共有させる構成とすることもできる。
【００４１】＜効果＞具体例４で示した光ファイバセン
サによれば、光源を多重化することにより、常にsinf成
分かcosf成分のどちらかで復調が可能となるため、フェ
ーディングの発生を避けることができ、測定範囲が向上
するという効果を奏する。また、信号量の大きい奇数次
の高調波成分を用いて振幅比を算出することにより、広
範囲にわたって連続的で高精度な変調指数Cを求めるこ
とができ、よって光路差DLを高精度に測定することがで
きるという効果を奏する。
サによれば、光源を多重化することにより、常にsinf成
分かcosf成分のどちらかで復調が可能となるため、フェ
ーディングの発生を避けることができ、測定範囲が向上
するという効果を奏する。また、信号量の大きい奇数次
の高調波成分を用いて振幅比を算出することにより、広
範囲にわたって連続的で高精度な変調指数Cを求めるこ
とができ、よって光路差DLを高精度に測定することがで
きるという効果を奏する。
【図１】本発明の具体例１のシステム構成を示す図であ
る。
る。
【図２】本発明の具体例２のシステム構成を示す図であ
る。
る。
【図３】本発明の具体例３のシステム構成を示す図であ
る。
る。
【図４】本発明の具体例４のシステム構成を示す図であ
る。
る。
【図５】1次〜6次の第１種ベッセル関数を示す図であ
る。
る。
１１−１：光源
１２：センサ部
１３：Ｏ／Ｅ変換器
１５：高調波成分抽出手段
１７：振幅比算出手段
１８：変調指数算出手段
１９：光路差算出手段
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平９−229718（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−78335（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−260316（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−205526（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01D 5/26 - 5/38
G01L 1/24
G01K 1/00 - 19/00
H04R 23/00
G01B 11/00 - 11/30
G01D 21/00
G02B 6/00
Claims (5)
- 【請求項１】 周波数変調されたレーザ光を出力する光
源と、 前記光源から出力されるレーザ光が入力される光ファイ
バ干渉計と、 前記光ファイバ干渉計の出力をＯ／Ｅ変換により電気信
号に変えるＯ／Ｅ変換手段と、 前記Ｏ／Ｅ変換手段から出力される電気信号から２つ以
上の高調波成分を抽出する高調波成分抽出手段と、 前記高調波成分抽出手段から出力される高調波成分同士
の振幅比を算出する振幅比算出手段と、 前記振幅比算出手段から出力される振幅比より前記光フ
ァイバ干渉計の光路差を算出する光路差算出手段と、 を備えることを特徴とする光ファイバセンサ。 - 【請求項２】 前記光源は、正弦波状に周波数変調され
たレーザ光を出力し、 前記高調波成分抽出手段は、前記Ｏ／Ｅ変換手段から出
力される電気信号から２つ以上の奇数次（または偶数
次）の高調波成分を抽出することを特徴とする請求項１
に記載の光ファイバセンサ。 - 【請求項３】 前記光源は、２つ以上の異なる周波数で
周波数変調されたレーザ光を出力し、 前記高調波成分抽出手段から出力される各高調波成分を
周期1/2fp-0の間蓄積して各高調波成分の最大値を出力
する最大値検出手段と、を備え 前記振幅比算出手段は、前記最大値検出手段から出力さ
れる各高調波成分の最大値同士の振幅比を算出すること
を特徴とする請求項１に記載の光ファイバセンサ。 - 【請求項４】 前記高調波成分抽出手段は、前記Ｏ／Ｅ
変換手段から出力される電気信号から２周波の変調周波
数の組み合わせで形成される２つ以上の高調波成分を抽
出することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバセ
ンサ。 - 【請求項５】 前記光源は、それぞれ周波数偏移の異な
るレーザ光を出力する複数の光源であり、 前記複数の光源を多重化する多重化手段と、 前記光ファイバ干渉計の出力を分波する分波手段と、を
備え前記Ｏ／Ｅ変換手段は、前記分波手段により分波さ
れる各出力をそれぞれＯ／Ｅ変換により電気信号に変え
る複数のＯ／Ｅ変換手段であり、 前記高調波成分抽出手段は、前記複数のＯ／Ｅ変換手段
から出力される各電気信号からそれぞれ２つ以上の高調
波成分を抽出する複数の高調波成分抽出手段であり、 前記振幅比算出手段は、前記複数の高調波成分抽出手段
から出力される各高調波成分同士の振幅比をそれぞれ算
出する複数の振幅比算出手段であり、 前記光路差算出手段は、前記複数の振幅比算出手段から
出力される各振幅比より前記光ファイバ干渉計の光路差
をそれぞれ算出する複数の光路差算出手段であることを
特徴とする請求項１に記載の光ファイバセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28522498A JP3516594B2 (ja) | 1998-10-07 | 1998-10-07 | 光ファイバセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28522498A JP3516594B2 (ja) | 1998-10-07 | 1998-10-07 | 光ファイバセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000111361A JP2000111361A (ja) | 2000-04-18 |
| JP3516594B2 true JP3516594B2 (ja) | 2004-04-05 |
Family
ID=17688720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28522498A Expired - Fee Related JP3516594B2 (ja) | 1998-10-07 | 1998-10-07 | 光ファイバセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3516594B2 (ja) |
-
1998
- 1998-10-07 JP JP28522498A patent/JP3516594B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000111361A (ja) | 2000-04-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | Distributed OTDR-interferometric sensing network with identical ultra-weak fiber Bragg gratings | |
| Brooks et al. | Time-domain addressing of remote fiber-optic interferometric sensor arrays | |
| US9310273B2 (en) | Optical fibre sensor interrogation system | |
| GB2144215A (en) | Interferometric detector with fibre-optic sensor | |
| CN109916533A (zh) | 一种pdh解调的保偏光栅fp腔温度应变同时测量装置 | |
| JP6763567B2 (ja) | 光ファイバセンサ | |
| CN107830880A (zh) | 基于微腔阵列光纤的全分布式解调系统及方法 | |
| US5099690A (en) | Fiber-optic gyroscope accelerometer | |
| Rao et al. | Universal fiber-optic point sensor system for quasi-static absolute measurements of multiparameters exploiting low coherence interrogation | |
| US11506477B2 (en) | System and method for stabilization of multi-path optical interferometers | |
| US5061069A (en) | Fiber-optic bender beam interferometer accelerometer | |
| JP3516594B2 (ja) | 光ファイバセンサ | |
| Yu | Fiber-optic sensor systems for acoustic measurements | |
| CN1052369A (zh) | 多路复用激光调频外差干涉光纤维测量仪 | |
| FR2431131A1 (fr) | Gyrometre interferometrique a fibre optique | |
| CN114018390B (zh) | 加加速度测量装置 | |
| Rao et al. | Prototype multiplexing system for use with a large number of fiber optic based extrinsic Fabry-Perot sensors exploiting low-coherence interrogation | |
| JPH11295153A (ja) | 波長検出装置 | |
| Pullteap et al. | Modified fringe-counting technique applied to a dual-cavity fiber Fabry-Pérot vibrometer | |
| Meggitt | Fiber optic white-light interferometric sensors | |
| JP3247602B2 (ja) | 光ファイバセンサシステム | |
| JP2002131022A (ja) | 光ファイバセンサシステムおよびレーザ光の波長測定方法 | |
| Xie et al. | Stabilisation of an optical fiber Michelson interferometer measurement system using a simple feedback circuit | |
| CN114111750B (zh) | 一种扩大白光干涉系统测量范围的方法 | |
| Jiang | Four-element fiber Bragg grating acceleration sensor array |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040113 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040120 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090130 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100130 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110130 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110130 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120130 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130130 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140130 Year of fee payment: 10 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |