JP3546653B2

JP3546653B2 - Optical fiber type multi-point physical quantity detector

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Publication number: JP3546653B2
Application number: JP21204797A
Authority: JP
Inventors: 修田崎
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1997-08-06
Filing date: 1997-08-06
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2017-08-06
Also published as: JPH1151784A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ式多点型物理量検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバを用いて、温度、湿度、液体漏洩等の物理量やその分布を一括測定する装置として光ファイバ式多点型物理量検出装置がある。
【０００３】
図９は従来の光ファイバ式多点型物理量検出装置のブロック図である。
【０００４】
同図に示す装置は、平行な２本の光ファイバ１ａ，１ｂの対応した各位置に光分岐器３１ａ〜３１ｎ，３２ａ〜３２ｎをそれぞれ設け、各光分岐器３１ａ〜３１ｎ，３２ａ〜３２ｎ間に光式物理量センサ２ａ〜２ｎを接続し、光ファイバ１ａの一端に光パルス発生器を接続し、光ファイバ１ｂの一端に受光器を接続し、受光器に信号処理装置を接続し、光パルス発生器４及び受光器５に最も近い光分岐器３１０，３２０間と最も遠い光分岐器３１ｎ，３２ｎ間をそれぞれ光ファイバ６ａ，６ｂで接続したものである。
【０００５】
このような光ファイバ系統を有する装置において、光パルス発生器４から一方の光ファイバ１ａに送り出された光パルスは、光分岐器３１ａ〜３１ｎでそれぞれ分岐され、各光式物理量センサ２ａ〜２ｎ或いは光ファイバ６ａ，６ｂを通り、光分岐器３２ａ〜３２ｎで合成されて再び他方の光ファイバ１ｂを通って受光器５に戻り、信号処理装置９で信号処理される。
【０００６】
各光式物理量センサ２ａ〜２ｎは、その設けられた位置における物理量の変化に応じて透過率が変化するものであり、特に動作がＯＮ／ＯＦＦの２値的であるため、透過率が約０％或いは約１００％のいずれかの状態となる。
【０００７】
図１１に示すように、受光器５では各光式物理量センサ２ａ〜２ｎの計測部８からの距離に対応した遅延時間ごとに光パルス１６ａ，１２ａ〜１２ｎ，１６ｂが検出され、センサ部で光パルスが時系列パルス列として得られる。これら各光パルス１２ａ〜１２ｎの大きさから、各センサ出力（物理量）を求めることができる。尚、図１１は図９に示した従来の光ファイバ式多点型物理量検出装置によって測定された受信パルス列波形であり、横軸が時間を示し、縦軸が受光器出力を示している。
【０００８】
また、同装置は、二つの健全性の自己診断機能を有している。一つは、光ファイバ６ａを通った光パルス１６ａの存在を確認することにより光パルス発生器４が正常に発光しているか否かを確認することができる点である。すなわち、光パルス１２ａ，１２ｂ，…が確認されなくなったときに、光パルス発生器４に異常が発生したためか否かが光パルス１６ａの存在から判断することができる。二つは、光ファイバ６ｂを通った光パルス１６ｂの存在を確認することによって光ファイバ１ａ，１ｂが途中で断線したか否かを確認することができる点である。すなわち、光パルス１２ａ，１２ｂ，…が確認されなくなったときに、光ファイバ１ａ，１ｂが断線したためか否かが光パルス１６ｂの存在の有無から判断することができる。
【０００９】
このような光ファイバ式多点型物理量検出装置は、光源の故障や光ファイバ断線等の装置の故障によってセンサ出力を誤って判断してしまう不具合を防止できるという利点がある。
【００１０】
図１０は反射型時分割多重方式を用いた従来の光ファイバ式多点型物理量検出装置のブロック図である（Ｎｅｌｓｏｎ，Ａ．Ｒ．，Ｍｃｈｏｎ，Ｄ．Ｈ．ａｎｄＧｒａｖｅｌ，Ｒ．Ｌ：”Ｐａｓｓｉｖｅ
ＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇＳｙｓｔｅｍｆｏｒＦｉｂｒｅ−ＯｐｔｉｃａｌＳｅｎｓｏｒｓ”，Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ，Ｖｏｌ１９，Ｎｏ１７，ｐｐ２９１７−２９２０）。尚、図９に示した従来例と同様の部材には共通の符号を用いた。
【００１１】
同図に示す装置は、１本の光ファイバ１の途中に光分岐器３１ａ〜３１ｎを設け、各光分岐器３１ａ〜３１ｎの分岐側に光式物理量センサ１の一端を接続し、各光式物理量センサの他端及び光ファイバ１の一端に反射器４１ａ〜４１ｎをそれぞれ接続し、光ファイバ１の他端に光分岐器３１０を介して光パルスを発する光パルス発生器４と受光器５とを接続し、受光器５に信号処理装置９を接続したものである。
【００１２】
このような光ファイバ系統を有する装置において、光パルス発生器４で発生した光パルスは、光分岐器３１０を経由して光ファイバ１に送り出され、光分岐器３１ａ〜３１ｎでそれぞれ分岐される。その後、各光式物理量センサ２ａ〜２ｎを通り、反射器４１ａ〜４１ｎで反射され、再び各光式物理量センサ２ａ〜２ｎを通り、各光分岐器３１ａ〜３１ｎを経由して光ファイバ１に送り戻される。光分岐器３１０を経由して受光器５に至り、信号処理装置９で信号処理される。
【００１３】
同図に示す装置は図９に示す装置と同様に受光器５では各光式物理量センサ２ａ〜２ｎの計測部８からの距離に対応した遅延時間ごとに光パルス１２ａ〜１２ｎが検出され、センサ部で光パルスが時系列パルス列として得られる。これら各光パルス１２ａ〜１２ｎの大きさから各センサ出力（物理量）を求めることができる（図１１参照）。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９、図１０に示した装置には、以下のような問題があった。
【００１５】
（１）光源の出力低下等により受光レベルが低下したとき、光式物理量センサが動作していなくても信号レベルが判定しきい値よりも低くなるため、光式物理量センサが動作したものと誤判定してしまう。
【００１６】
（２）光源の出力低下等によりＳ／Ｎが低下したとき、光式物理量センサが動作してもノイズが信号に重畳されて判定しきい値よりも高くなるため、光式物理量センサが動作していないと誤判定してしまう。
【００１７】
（３）光ファイバの断線により受光レベルが低下したとき、光式物理量センサが動作していなくても信号レベルが判定しきい値よりも低くなるため、光式物理量センサが動作したと誤判定してしまう。
【００１８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、光源の出力が低下したり、光ファイバが断線しても誤判定のない光ファイバ式多点型物理量検出装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、平行な２本の光ファイバの途中にそれぞれ複数の光分岐器を設け、物理量変化により光損失等が変化する光式物理量センサを両光ファイバの相対応する光分岐器間に接続し、一方の光ファイバの一端に光パルスを発する光源を接続し、他方の光ファイバの一端に光受光器を接続した光ファイバ式多点型物理量検出装置において、上記光式物理量センサのＯＮ／ＯＦＦ動作を検出するしきい値を設定し、両光ファイバの二か所の光分岐器間に光減衰器を接続すると共にその一方の光減衰器が光源からの光パルスを上記しきい値よりも低いレベルの光パルスに減衰して透過するローレベルリファレンスとし、他方の光減衰器がしきい値よりも高いレベルの光パルスに減衰して透過させるハイレベルリファレンスとしたものである。
【００２０】
本発明は、光ファイバの途中に複数の光分岐器を設け、各光分岐器の分岐側に物理量変化により光損失等が変化する光式物理量センサの一端を接続し、各光式物理量センサの他端及び光ファイバの一端に反射器をそれぞれ接続し、光ファイバの他端に光分岐器を介して光パルスを発する光源と受光器とを接続した光ファイバ式多点型物理量検出装置において、上記光式物理量センサのＯＮ／ＯＦＦ動作を検出するしきい値を設定し、上記光ファイバの途中に設けられた光分岐器のうち少なくとも一か所は光式物理量センサを接続せずに単に反射させる部分とし、上記光ファイバの途中に設けられた二か所の光分岐器とそれらの反射器間に光減衰器を接続すると共にその一方の光減衰器が光源からの光パルスを上記しきい値よりも低いレベルの光パルスに減衰するローレベルリファレンスとし、他方の光減衰器がしきい値よりも高いレベルの光パルスに減衰するハイレベルリファレンスとしたものである。
【００２１】
上記構成に加え本発明は、光源から光パルスを発する代わりにパルス列長２・Ｌ・ｎ／Ｃ（但し、Ｌは光源と光源から最も遠い光分岐器までの距離、Ｃは真空中の光速、ｎは屈折率）以上を有する疑似ランダムパルス列を送出してもよい。
【００２２】
本発明によれば、平行な２本の光ファイバの途中にそれぞれ複数の光分岐器を設け、光式物理量センサを両光ファイバの相対応する光分岐器間に接続し、一方の光ファイバの一端に光パルスを発する光源を接続し、他方の光ファイバの一端に光受光器を接続すると共に、光源から発せられた光パルスが、光式物理量センサのＯＮ／ＯＦＦ動作を検出するしきい値よりも高い低いレベルの光パルスに減衰して透過させる部分（ハイレベルリファレンス梯子）と、ノイズレベルよりも高くしきい値よりも低いレベルの光パルスに減衰して透過させる部分（ローレベルリファレンス梯子）を通るように構成する場合には、光源の出力低下によって光源からの光パルスが、ハイレベルリファレンス梯子を透過した際に、しきい値レベルより低い値となるため、光源の出力低下が判るため、動作していない光式物理量センサからの光パルスを本来ハイレベルと判定すべきところを光源の出力低下によってローレベルと誤って判定することがなく、またＳ／Ｎの低下によって、ローレベルリファレンス梯子を通った光パルスにノイズが重畳されてしきい値レベルを越えたときには、ノイズが重畳されたことが判るため、動作した光式物理量センサからの光パルスを本来ローレベルと判定すべきところをＳ／Ｎの低下によってハイレベルと誤って判定したりするのを防止することができる。
【００２３】
また、本発明によれば、光ファイバの途中に複数の光分岐器を設け、各光分岐器の分岐側に光式物理量センサの一端を接続し、各光式物理量センサの他端及び光ファイバの一端に反射器をそれぞれ接続し、光ファイバの他端に光分岐器を介して光パルスを発する光源と受光器とを接続光源から発せられた光パルスが、単に反射させる部分、光式物理量センサのＯＮ／ＯＦＦ動作を検出するしきい値よりも高いレベルの光パルスに減衰して反射する部分（ハイレベルリファレンス）と、ノイズレベルよりも高くしきい値よりも低いレベルの光パルスに減衰して反射させる部分（ローレベルリファレンス）を通るように構成する場合には、上記と同様に、光源の出力低下をハイレベルリファレンスで判定でき、Ｓ／Ｎの低下をローレベルリファレンスで判定でき、光式物理量センサの動作を謝って判定することがない。
【００２４】
また受光器で得られる光パルス時系列受光信号のうち、光源に最も近い反射器（近端リファレンス）で反射した光パルスのレベルを監視することにより光源が正常発光しているか否かを判定することができる。
【００２５】
光源から最も遠い反射器（遠端リファレンス）で反射した光パルスの信号レベルを監視することにより、光ファイバが断線したか否かを判定することができる。さらにハイレベルリファレンス信号レベルを監視することにより、動作していない光式物理量センサからの光パルスをハイレベルと判定すべきところを光源出力の低下によってローレベルと誤判定するのを防止できる。
【００２６】
このように、近端リファレンス、遠端リファレンス、ハイレベルリファレンス及びローレベルリファレンスを用いることにより、光源の発光停止、光ファイバ断線、光源出力の低下及びＳ／Ｎの低下による装置の判定誤りを防止することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２８】
図１は本発明の光ファイバ式多点型物理量検出装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【００２９】
光ファイバ１ａの途中には複数の光分岐器３１０，３１１，３１２，３１ａ〜３１ｎがこの順番で設けられ、光ファイバ１ａに平行な光ファイバ１ｂには光分岐器３２０，３２１，３２２，３２ａ〜３２ｎが光分岐器３１０，３１１，３１２，３１ａ〜３１ｎに相対応する位置に設けられている。各光分岐器３１ａ〜３１ｎ，３２ａ〜３２ｎ間には光式物理量センサ２ａ〜２ｎが接続されている。これらの光式物理量センサ２ａ〜２ｎは、温度、湿度、液体漏洩等の程度に応じて透過率約１００％或いは約０％のいずれかを表す信号を出力するセンサである。
【００３０】
一方の光ファイバ１ａの一端（図では左端）には光パルスを発する光源としての光パルス発生器４が接続され、他方の光ファイバ１ｂの一端（図では左端）には受光器５が接続されている。受光器５には信号処理装置９が接続されており、光パルス発生器４、受光器５及び信号処理装置９で計測部８が構成されている。
【００３１】
計測部８に最も近い光分岐器３１０及び光分岐器３２０間と、計測部８から最も遠い光分岐器３１ｎ及び光分岐器３２ｎ間はそのまま光ファイバ６ａ，６ｂで接続されている（それぞれ接続部６ａ，６ｂとする）。光ファイバ６ａと光式物理量センサ２ａとの間の光分岐器３１１，３２１間には光減衰器１０ａが接続され、光分岐器３１２，３２２間には光減衰器１０ｂが接続されている。これら光分岐器３１１，３２１及び光減衰器１０ａでハイレベルリファレンス梯子７ａが構成され、光分岐器３１２，３２２及び光減衰器１０ｂでローレベルリファレンス梯子７ｂが構成されている。
【００３２】
このような光ファイバ系統を有する光ファイバ式多点型物理量検出装置が作動すると、光パルス発生器４から光ファイバ１ａに光パルスが発せられ、光ファイバ１ａの一端（図では左端）に入射される。光パルス発生器４からの光パルスは、光分岐器３１×（×＝０，１，２；ａ，…，ｎ）で分岐され、各光式物理量センサ２ａ〜２ｎ、接続部６ａ或いは接続部６ｂ，７ａ，７ｂを通り、光分岐器３２×（×＝０，１，２；ａ，…，ｎ）で合成されて再び光ファイバ１ｂを通って受光器５に入射され、信号処理装置９で信号処理される。
【００３３】
光パルス発生器４から出射された光パルスは、一方の光ファイバ１ａ内を伝搬する際、光分岐器３１ａ〜３１ｎで分岐され光ファイバ１ａ内をそのまま伝搬する光パルス成分と、他方の光ファイバ１ｂ側に枝分かれして伝搬する光パルス成分とに分けられる。
【００３４】
この光ファイバ１ｂ側に枝分かれして伝搬した光パルスは、光ファイバ１ａと光ファイバ１ｂとの間に設けられた光式物理量センサ２ａ〜２ｎと光分岐器３２ａ〜３２ｎとを経由して光ファイバ１ｂを通って受光器５に導かれる。信号処理装置９で得られる信号は、光パルス発生器４から各光式物理量センサ２ａ〜２ｎを経由して受光器５に至る距離に対応した時間だけ遅延して各光分岐器３１０，３１１，３１２，３１ａ〜３１ｎ，３２０，３２１，３２２，３２ａ〜３２ｎを通ってきた光パルスを重ね合わせた光パルスの時系列信号として得られる。
【００３５】
図２は、図１に示した光ファイバ式多点型物理量検出装置によって測定された受信パルス列波形を示す図である。すなわち同図は、光式物理量センサ２ｂが動作して透過率約０％となり、他の光式物理量センサ２ａ，２ｃ〜２ｎが動作せず透過率約１００％となり、光パルス発生器４の出力の低下やＳ／Ｎの低下という装置故障が生じていない状況での受信信号の波形を示したものである。１６ａは光パルス発生器４が発光しているか否かを判定するための接続部６ａを通った光パルス、１６ｂは光ファイバ１ａ及び光ファイバ１ｂが断線しているか否かを判定するための接続部６ｂを通った光パルス、１７ａはハイレベルリファレンス梯子を通った光パルス、１７ｂはローレベルリファレンス梯子を通った光パルスをそれぞれ示している。
【００３６】
１２ａ，１２ｂ，１２ｎはそれぞれ光式物理量センサ２ａ，２ｂ，２ｎを通った光パルスである。同図に示すように小さいノイズ２１があるものの、光源出力と各光パルスのＳ／Ｎは十分に大きく、しきい値レベル２２を基準として、各光パルス１２ａ，１２ｂ，…，１２ｎのレベルがハイレベルかローレベルかを確実に判定することができる。
【００３７】
もし、光源出力の低下という装置の故障があった場合には図３に示すように、時系列の光パルス１２ａ，１２ｂ，…，１２ｎのレベルが全体的に下がる。例えば光式物理量センサ２ａは動作せず光パルス１２ａはハイレベルであるのに、しきい値レベル２２よりも下のローレベルであると誤って判定してしまうおそれがある。しかし、光式物理量センサ２ａの出力をローレベルであると誤って判定してしまう前に、光パルス１２ａよりもわずかにレベルの低いハイレベルリファレンス梯子７ａからの光パルスのレベル１７ａがハイレベルからローレベルに変るので（４１）、判定誤りが起こる前に光源の出力低下を検出することができる。尚、図３は図１に示した光ファイバ式多点型物理量検出装置の光源の出力が低下した時に測定された受信パルス列波形を示す図である。
【００３８】
また、もし、Ｓ／Ｎの低下という装置の故障が生じた場合には、図４に示すようにノイズ２１が大きくなり、光パルス１２ｂに大きなノイズ２１が重畳する。その結果、光式物理量センサ２ｂは動作して光パルス１２ｂはローレベルであるのに、しきい値レベル２２よりも高いハイレベルであると誤判定してしまうおそれがある。しかし、光式物理量センサの出力をハイレベルであると誤判定する前に、光パルス１２ｂよりもわずかにレベルの高いローレベルリファレンス梯子からの光パルスのレベル１７ｂにノイズ２１が重畳してローレベルからハイレベルに変るので（４２）、誤判定が起こる前にＳ／Ｎの低下を検出できる。尚、図４は図１に示した光ファイバ式多点型物理量検出装置のＳ／Ｎが低下した時に測定された受信パルス列波形を示す図である。
【００３９】
このようにして、光源の出力低下及びＳ／Ｎの低下という装置故障によりセンサの出力を誤判定する前に、装置の故障を検知できるので高い信頼性を得ることができる。
【００４０】
尚、本実施の形態では、光パルス発生器４が正常に発光しているか否かを判定するための接続部６ａと、光パルス発生器４の出力低下を検知するためのハイレベルリファレンス梯子７ａを別々に設けたが、接続部６ａの役割をハイレベルリファレンス梯子７ａに兼ねさせてもよい。また、ハイレベルリファレンス梯子７ａとローレベルリファレンス梯子７ｂとは、２本の光ファイバ１ａ，１ｂの間の任意の場所に挿入してもよい。
【００４１】
さらにハイレベルリファレンス梯子からの信号を他の梯子から戻ってくる光パルスよりも小さくしたり、ローレベルリファレンス梯子をノイズレベルよりも大きなレベルとするために、ハイレベルリファレンス梯子やローレベルリファレンス梯子に光減衰器を挿入する代わりに光分岐器３１１，３２１，３２２の分岐比等を調整してもよく、分岐比の調整と光減衰器の減衰率の調整の両方を行ってもよい。
【００４２】
さらにまた、光パルス発生器から発せられるパルス列は、単パルスを発生する方式に限定されず、疑似ランダム符号パルス列を発生する方式でもよい。ここで、単パルス方式では、光パルス発生器から最も遠方に位置する光分岐器と光パルス発生器までの距離をＬ、真空中の光速をＣ、光ファイバの屈折率をｎとしたときに、光パルス発生器からの単パルスの発生時間間隔を２・Ｌ・ｎ／Ｃ以上離して送出するのが好ましい。また、疑似ランダム方式では、パルス列長が２・Ｌ・ｎ／Ｃ以上の疑似ランダム符号パルス列に規定されるパルス列を送出するのが好ましい。尚、疑似ランダム方式を用いる場合には、信号処理装置に疑似ランダム信号を復調するための機能が追加される。
【００４３】
図５は本発明の光ファイバ式多点型物理量検出装置の他の実施の形態を示すブロック図である。尚、図１に示した装置と同様の部材には共通の符号を用いた。
【００４４】
図１に示した実施の形態との相違点は、図１に示した装置の光ファイバ系統の形状が梯子型であるのに対し、図２に示した装置の光ファイバ系統の形状が櫛型である点である。
【００４５】
図５に示す光ファイバ式多点型物理量検出装置は、１本の光ファイバ１と、光ファイバ１の途中に設けられた複数の光分岐器３１０，３１１，３１２，３１ａ〜３１ｎと、光ファイバ１の一端（図では左端）に接続された光パルス発生器４と、光分岐器３１０の分岐側に接続された受光器５と、受光器５に接続された信号処理装置９と、一端が光分岐器３１ａ〜３１ｎの分岐側に接続された光式物理量センサ２ａ〜２ｎと、光式物理量センサ２ａ〜２ｎの他端に接続された反射器４１ａ〜４１ｎと、一端が光分岐器３１２，３１３にそれぞれ接続された光減衰器１０ａ，１０ｂと、光減衰器１０ａ，１０ｂの他端にそれぞれ接続された反射器４１２，４１３と、光分岐器３１１の分岐側に接続された光ファイバ（接続部）６ａと、光ファイバ６ａの他端に接続された反射器４１１と、一端が光分岐器３１ｎの透過側に接続された光ファイバ（接続部）６ｂと、光ファイバ６ｂの他端に接続された反射器４１４とで構成されている。また、光パルス発生器４、光分岐器３１０、受光器５及び信号処理装置９で計測部８が構成され、光分岐器３１２，光減衰器１０ａ及び反射器４１２でハイレベルリファレンスが構成され、光分岐器３１３，光減衰器１０ｂ及び反射器４１３でローレベルリファレンスが構成されている。計測部８に最も近い光ファイバ６ａを近端リファレンスとし、計測部８から最も遠い光ファイバ６ｂを遠端リファレンスとする。
【００４６】
このような光ファイバ式多点型物理量検出装置が作動すると、光パルス発生器４で発生した光パルスは、光分岐器３１０を経由して光ファイバ１の一端に入射され、光分岐器３１１〜３１３，３１ａ〜３１ｎで分岐される。分岐された光パルスは、各光式物理量センサ２ａ〜２ｎ、近端リファレンス，遠端リファレンス、ハイレベルリファレンス及びローレベルリファレンスを通り、反射器４１１〜４１４，４１ａ〜４１ｎで反射され、再び各光式物理量センサ２ａ〜２ｎ、近端リファレンス，遠端リファレンス、ハイレベルリファレンス及びローレベルリファレンスを通り、各光分岐器３１ａ〜３１ｎを経由して光ファイバ１に送り戻される。光ファイバ１に送り戻された光パルスは、光分岐器３１０を経由して受光器５に至り、信号処理装置９で信号処理される。信号処理装置９で得られる信号は、光パルス発生器４から各光分岐器３１１，３１２，３１３，３１ａ〜３１ｎ、各光式物理量センサ２ａ〜２ｎ及び反射器４１１〜４１４，４１ａ〜４１ｎを経由して受光器５に至る距離に対応した時間だけ遅延した各光分岐器３１１，３１２，３１３，３１ａ〜３１ｎを通ってきた光パルスを重畳させた光パルスの時系列信号として得られる。
【００４７】
図６は、図５に示した光ファイバ式多点型物理量検出装置が健全な状態の時に測定された受信パルス列波形を示す図である。すなわち、光式物理量センサ２ｂが作動して透過率約０％となり、他の光式物理量センサは作動せず透過率約１００％となり、かつ、光パルス発生器４の発光停止、光ファイバ断線、光パルス発生器４の出力低下及びＳ／Ｎの低下という装置故障が生じていない状況での受信信号の波形を示したものである。
【００４８】
１１６ａは光パルス発生器４が発光しているか否かを判定するための接続部６ａを通った光パルス、１１６ｂは光ファイバ１が断線しているか否かを判定するための接続部６ｂを通った光パルス、１１７ａはハイレベルリファレンス７ａを通った光パルス、１１７ｂはローレベルリファレンス７ｂを通った光パルスである。１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｎは、それぞれ光式物理量センサ２ａ，２ｂ，２ｎを通った光パルスである。小さいノイズ１２１があるものの光パルス発生器４の出力と各光パルスのＳ／Ｎは十分に大きく、しきい値レベル１２２を基準として各光パルスレベル１１２ａ，１１２ｂ，…，１１２ｎのレベルがハイレベルかローレベルかを確実に判定することができる。
【００４９】
ここで、もし光パルス発生器４の発光停止という装置故障が生じた場合には、近端リファレンス６ａからの光パルスのレベル１１６ａが消失することにより検出できる。また、光ファイバ断線という装置故障が生じた場合には、遠端リファレンス６ｂからの光パルス１１６ｂが消失することによりこれを検出することができる。
【００５０】
また、もし、光パルス発生器４の出力低下という装置故障が生じた場合には、図７に示すように時系列パルス列１１２ａ，１１２ｂ，…，１１２ｎのレベルが全体的に下がり、例えば光式物理量センサ２ａは作動せず、光パルス１１２ａはハイレベルであるのに、しきい値レベル１２２よりも低いローレベルであると誤判定するおそれがある。しかし、光式物理量センサ２ａの出力をローレベルと誤判定する前に、光パルス１１２ａよりもわずかにレベルの低いハイレベルリファレンス７ａからの光パルスのレベル１１７ａがハイレベルからローレベルに変るので（１４１）、誤判定が起こる前に光パルス発生器４の出力低下を検出できる。尚、図７は図５に示した光ファイバ式多点型物理量検出装置の光源の出力が低下した時に測定された受信パルス列波形を示す図である。
【００５１】
また、もしＳ／Ｎの低下という装置の故障が生じた場合には、図８に示すようにノイズ１２１が大きくなり、光パルス１１２ｂに大きなノイズが重畳される。その結果、光式物理量センサ２ｂは動作して光パルス１１２ｂはローレベルであるのに、しきい値レベル１２２よりも高いハイレベルであると誤判定するおそれが生じる。しかし、光式物理量センサの出力をハイレベルと誤判定する前に、光パルス１１２ｂよりもわずかにレベルの高いローレベルリファレンス７ｂからの光パルスのレベル１１７ｂにノイズ１２１が重畳してローレベルからハイレベルに変るので（１４２）、誤判定が起こる前にＳ／Ｎの低下を検出することができる。尚、図８は図５に示した光ファイバ式多点型物理量検出装置のＳ／Ｎが低下した時に測定された受信パルス列波形を示す図である。
【００５２】
このようにして、光パルス発生器４の発光停止、光ファイバ断線、光パルス発生器４の出力低下及びＳ／Ｎの低下という装置故障により光式物理量センサの出力を誤って判定する前に装置の故障を検知できる信頼性の高い光ファイバ式多点型物理量検出装置が得られる。
【００５３】
尚、本実施の形態では、光パルス発生器４が正常に発光しているか否かを判定するための接続部６ａと、光パルス発生器４の出力低下を検知するためのハイレベルリファレンス７ａを別々に設けたが、接続部６ａの役割をハイレベルリファレンス７ａに兼ねさせてもよい。また、ハイレベルリファレンス７ａとローレベルリファレンス７ｂとは、光ファイバ１の任意の場所に挿入してもよい。
【００５４】
さらにハイレベルリファレンスからの信号を他の梯子から戻ってくる光パルスよりも小さくしたり、ローレベルリファレンスをノイズレベルよりも大きなレベルとするために、ハイレベルリファレンスやローレベルリファレンスに光減衰器を挿入する代わりに光分岐器３１ａ〜３１ｎの分岐比等を調整してもよく、分岐比の調整と光減衰器の減衰率の調整の両方を行ってもよい。
【００５５】
さらにまた、光パルス発生器から発せられるパルス列は、単パルスを発生する方式に限定されず、疑似ランダム符号パルス列を発生する方式でもよい。ここで、単パルス方式では、光パルス発生器から最も遠方に位置する光分岐器と光パルス発生器までの距離をＬ、真空中の光速をＣ、光ファイバの屈折率をｎとしたときに、光パルス発生器からの単パルスの発生時間間隔を２・Ｌ・ｎ／Ｃ以上離して送出するのが好ましい。また、疑似ランダム方式では、パルス列長が２・Ｌ・ｎ／Ｃ以上の疑似ランダム符号パルス列に規定されるパルス列を送出するのが好ましい。尚、疑似ランダム方式を用いる場合には、信号処理装置に疑似ランダム信号を復調するための機能が追加される。
【００５６】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００５７】
光ファイバ式多点型物理量検出装置において、近端リファレンス、遠端リファレンス、ハイレベルリファレンス及びローレベルリファレンスを用いて光パルスの有無を検出することにより、光源の出力が低下したり、Ｓ／Ｎ比が低下してノイズが信号に重畳されたり、光ファイバが断線しても誤判定のない光ファイバ式多点型物理量検出装置の提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバ式多点型物理量検出装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示した光ファイバ式多点型物理量検出装置が健全な状態の時に測定された受信パルス列波形を示す図である。
【図３】図１に示した光ファイバ式多点型物理量検出装置の光源の出力が低下した時に測定された受信パルス列波形を示す図である。
【図４】図１に示した光ファイバ式多点型物理量検出装置のＳ／Ｎが低下した時に測定された受信パルス列波形を示す図である。
【図５】本発明の光ファイバ式多点型物理量検出装置の他の実施の形態を示すブロック図である。
【図６】図５に示した光ファイバ式多点型物理量検出装置が健全な状態の時に測定された受信パルス列波形を示す図である。
【図７】図５に示した光ファイバ式多点型物理量検出装置の光源の出力が低下した時に測定された受信パルス列波形を示す図である。
【図８】図５に示した光ファイバ式多点型物理量検出装置のＳ／Ｎが低下した時に測定された受信パルス列波形を示す図である。
【図９】従来の光ファイバ式多点型物理量検出装置のブロック図である。
【図１０】反射型時分割多重方式を用いた従来の光ファイバ式多点型物理量検出装置のブロック図である。
【図１１】図９、図１０に示した従来の光ファイバ式多点型物理量検出装置によって測定された受信パルス列波形である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ光ファイバ
２ａ〜２ｎ光式物理量センサ
３１０〜３１３，３１ａ〜３１ｎ光分岐器
４光源（光パルス発生器）
４１１〜４１４，４１ａ〜４１ｎ反射器
５受光器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical fiber type multipoint physical quantity detection device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art An optical fiber type multi-point physical quantity detection device is known as a device for collectively measuring physical quantities such as temperature, humidity, and liquid leakage and their distribution using an optical fiber.
[0003]
FIG. 9 is a block diagram of a conventional optical fiber type multipoint physical quantity detection device.
[0004]
The device shown in the figure is provided with optical splitters 31a to 31n and 32a to 32n at corresponding positions of two parallel optical fibers 1a and 1b, respectively, and between the optical splitters 31a to 31n and 32a to 32n. Optical physical quantity sensors 2a to 2n are connected, an optical pulse generator is connected to one end of optical fiber 1a, a light receiver is connected to one end of optical fiber 1b, a signal processing device is connected to the light receiver, and an optical pulse is generated. The optical splitters 310 and 320 that are closest to the optical device 4 and the photodetector 5 and the optical splitters 31n and 32n that are farthest are connected by optical fibers 6a and 6b, respectively.
[0005]
In an apparatus having such an optical fiber system, the optical pulse sent from the optical pulse generator 4 to one optical fiber 1a is branched by the optical splitters 31a to 31n, and the optical physical quantity sensors 2a to 2n or The light passes through the optical fibers 6a and 6b, is combined by the optical splitters 32a to 32n, returns to the light receiver 5 again through the other optical fiber 1b, and is processed by the signal processing device 9.
[0006]
Each of the optical physical quantity sensors 2a to 2n has a transmittance that changes in accordance with a change in the physical quantity at the position where the sensor is provided. In particular, since the operation is binary, ie, ON / OFF, the transmittance is about 0. % Or about 100%.
[0007]
As shown in FIG. 11, the light receiver 16 detects light pulses 16a, 12a to 12n, and 16b for each delay time corresponding to the distance from the measuring unit 8 of each of the optical physical quantity sensors 2a to 2n. The pulses are obtained as a time series pulse train. Each sensor output (physical quantity) can be obtained from the magnitude of each of the light pulses 12a to 12n. FIG. 11 shows a waveform of a received pulse train measured by the conventional optical fiber type multi-point physical quantity detection device shown in FIG. 9, in which the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the light receiver output.
[0008]
The device has two self-diagnostic functions of soundness. One is that it is possible to confirm whether or not the optical pulse generator 4 normally emits light by confirming the existence of the optical pulse 16a passing through the optical fiber 6a. That is, when the optical pulses 12a, 12b,... Are no longer confirmed, it can be determined from the presence of the optical pulse 16a whether or not an abnormality has occurred in the optical pulse generator 4. The second point is that it is possible to confirm whether or not the optical fibers 1a and 1b are disconnected halfway by confirming the presence of the optical pulse 16b passing through the optical fiber 6b. That is, when the optical pulses 12a, 12b,... Are no longer confirmed, it can be determined from the presence or absence of the optical pulse 16b whether or not the optical fibers 1a, 1b are disconnected.
[0009]
Such an optical fiber type multipoint type physical quantity detection device has an advantage that it is possible to prevent a problem that a sensor output is erroneously determined due to a device failure such as a failure of a light source or a disconnection of an optical fiber.
[0010]
FIG. 10 is a block diagram of a conventional optical fiber type multipoint physical quantity detection device using the reflection type time division multiplexing method (Nelson, AR, Mchon, DH and Gravel, RL: "). Passive
(Multiplexing System for Fiber-Optical Sensors ", Appl. Opt, Vol 19, No. 17, pp 2917-2920) The same reference numerals are used for the same members as those in the conventional example shown in FIG.
[0011]
In the device shown in FIG. 1, optical splitters 31a to 31n are provided in the middle of one optical fiber 1, and one end of the optical physical quantity sensor 1 is connected to the branch side of each of the optical splitters 31a to 31n. Reflectors 41a to 41n are connected to the other end of the physical quantity sensor and one end of the optical fiber 1, respectively, and an optical pulse generator 4 and an optical receiver 5 which emit an optical pulse to the other end of the optical fiber 1 via an optical splitter 310. Are connected, and the signal processing device 9 is connected to the light receiver 5.
[0012]
In an apparatus having such an optical fiber system, the optical pulse generated by the optical pulse generator 4 is sent out to the optical fiber 1 via the optical splitter 310, and is split by the optical splitters 31a to 31n. Thereafter, the light passes through the optical physical quantity sensors 2a to 2n, is reflected by the reflectors 41a to 41n, passes again through the optical physical quantity sensors 2a to 2n, and is sent to the optical fiber 1 via the optical splitters 31a to 31n. Will be returned. The light reaches the light receiver 5 via the optical splitter 310, and the signal is processed by the signal processor 9.
[0013]
In the device shown in the figure, like the device shown in FIG. 9, the optical receiver 5 detects light pulses 12 a to 12 n at each delay time corresponding to the distance from the measuring unit 8 of each of the optical physical quantity sensors 2 a to 2 n. The optical pulse is obtained as a time-series pulse train in the section. Each sensor output (physical quantity) can be obtained from the magnitude of each of the light pulses 12a to 12n (see FIG. 11).
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, the devices shown in FIGS. 9 and 10 have the following problems.
[0015]
(1) When the light receiving level decreases due to a decrease in the output of the light source or the like, the signal level becomes lower than the determination threshold value even if the optical physical quantity sensor is not operating. Judge.
[0016]
(2) When the S / N decreases due to a decrease in the output of the light source or the like, even if the optical physical quantity sensor operates, noise is superimposed on the signal and becomes higher than the determination threshold, so that the optical physical quantity sensor operates. If not, it will be misjudged.
[0017]
(3) When the light receiving level is reduced due to the disconnection of the optical fiber, the signal level becomes lower than the determination threshold even if the optical physical quantity sensor is not operating, so that it is erroneously determined that the optical physical quantity sensor has operated. Would.
[0018]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems and to provide an optical fiber type multipoint physical quantity detection device which does not cause an erroneous determination even when the output of a light source is reduced or the optical fiber is disconnected.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides an optical physical quantity sensor in which a plurality of optical splitters are provided in the middle of two parallel optical fibers, and an optical loss or the like that changes due to a physical quantity change corresponds to the phase of the two optical fibers. In the optical fiber type multipoint physical quantity detection device connected between the optical splitters, one end of one optical fiber is connected to a light source that emits a light pulse, and one end of the other optical fiber is connected to an optical receiver.A threshold for detecting the ON / OFF operation of the optical physical quantity sensor is set, an optical attenuator is connected between two optical splitters of both optical fibers, and one of the optical attenuators is connected to a light source. A high-level reference that attenuates an optical pulse to an optical pulse having a level lower than the threshold and transmits the same, and the other optical attenuator attenuates and transmits an optical pulse having a level higher than the threshold.It is what it was.
[0020]
The present invention provides a plurality of optical splitters in the middle of an optical fiber, and connects one end of an optical physical quantity sensor whose optical loss or the like changes due to a change in physical quantity on the branch side of each optical splitter. In the optical fiber type multi-point physical quantity detection device in which a reflector is connected to the other end and one end of the optical fiber, respectively, and a light source and a light receiver that emit a light pulse via an optical splitter are connected to the other end of the optical fiber.A threshold for detecting the ON / OFF operation of the optical physical quantity sensor is set, and at least one of the optical splitters provided in the middle of the optical fiber is simply reflected without connecting the optical physical quantity sensor. An optical attenuator is connected between two optical splitters provided in the middle of the optical fiber and their reflectors, and one of the optical attenuators is used to generate a light pulse from the light source. A low-level reference that attenuates to light pulses of a lower level than the value, and a high-level reference that the other optical attenuator attenuates to light pulses of a higher level than the thresholdIt is what it was.
[0021]
In addition to the above configuration, the present invention provides a pulse train length of 2 · L · n / C (where L is the distance between the light source and the farthest optical splitter, C is the speed of light in a vacuum, instead of emitting a light pulse from the light source, (n is a refractive index) or more.
[0022]
According to the present invention, a plurality of optical splitters are respectively provided in the middle of two parallel optical fibers, an optical physical quantity sensor is connected between the optical splitters corresponding to the two optical fibers, and one of the optical fibers is connected. A light source that emits a light pulse is connected to one end, and an optical receiver is connected to one end of the other optical fiber, and the light pulse emitted from the light source isAttenuates to a low-level light pulse higher than the threshold for detecting the ON / OFF operation of the optical physical quantity sensorTransmission part (high-level reference ladder)When, Higher than the noise levelAttenuates to light pulses below the thresholdIn the case of passing through the transmitting part (low-level reference ladder),When the light pulse from the light source is transmitted through the high-level reference ladder due to a decrease in the output of the light source, the value of the light pulse becomes lower than the threshold level.Light pulses from an inactive optical physical quantity sensorOriginallyIncorrect judgment of low level due to decrease in output of light sourceWhen the noise is superimposed on the light pulse passing through the low-level reference ladder due to the decrease in S / N and exceeds the threshold level, it is known that the noise is superimposed.Light pulses from the operated optical physical quantity sensorOriginallyIt is possible to prevent a portion to be determined as a low level from being erroneously determined as a high level due to a decrease in S / N.
[0023]
According to the present invention, a plurality of optical splitters are provided in the middle of the optical fiber, one end of the optical physical quantity sensor is connected to the branch side of each optical splitter, and the other end of each optical physical quantity sensor and the optical fiber The reflector is connected to one end of the optical fiber, and the other end of the optical fiber is connected to a light source and a light receiver that emit light pulses via an optical splitter.Attenuates to an optical pulse with a level higher than the threshold for detecting the ON / OFF operation of the optical physical quantity sensorReflecting part (high level reference)When,Higher than the noise levelAttenuates and reflects light pulses below the thresholdPart to be made (low level reference)Pass throughIf you configureSimilarly to the above, a decrease in the output of the light source can be determined by the high-level reference, and a decrease in the S / N can be determined by the low-level reference.
[0024]
Also, it is determined whether or not the light source emits light normally by monitoring the level of the light pulse reflected by the reflector (near-end reference) closest to the light source among the light pulse time-series light-receiving signals obtained by the light receiver. be able to.
[0025]
By monitoring the signal level of the light pulse reflected by the reflector (far end reference) farthest from the light source, it is possible to determine whether or not the optical fiber is broken. Further, by monitoring the high-level reference signal level, it is possible to prevent a light pulse from an inactive optical physical quantity sensor from being determined as a high level from being erroneously determined as a low level due to a decrease in the light source output.
[0026]
As described above, by using the near-end reference, the far-end reference, the high-level reference, and the low-level reference, it is possible to prevent the stop of light emission of the light source, the disconnection of the optical fiber, the reduction of the output of the light source, and the determination error of the device due to the reduction of the S / N. can do.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0028]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an optical fiber type multipoint type physical quantity detection device according to the present invention.
[0029]
In the middle of the optical fiber 1a, a plurality of optical splitters 310, 311, 312, 31a to 31n are provided in this order, and in the optical fiber 1b parallel to the optical fiber 1a, the optical splitters 320, 321, 322, 32a. 32n is provided at a position corresponding to the optical splitters 310, 311, 312, 31a to 31n. Optical physical quantity sensors 2a to 2n are connected between the respective optical splitters 31a to 31n and 32a to 32n. These optical physical quantity sensors 2a to 2n are sensors that output a signal indicating either a transmittance of about 100% or about 0% according to the degree of temperature, humidity, liquid leakage, and the like.
[0030]
One end (left end in the figure) of one optical fiber 1a is connected to an optical pulse generator 4 as a light source for emitting a light pulse, and the other end of the optical fiber 1b (left end in the figure) is connected to a light receiver 5. ing. A signal processing device 9 is connected to the light receiver 5, and the optical pulse generator 4, the light receiver 5, and the signal processing device 9 constitute a measuring unit 8.
[0031]
The optical fibers 6a and 6b are directly connected between the optical splitters 310 and 320 closest to the measuring unit 8 and between the optical splitters 31n and 32n farthest from the measuring unit 8 (the respective connecting portions). 6a, 6b). An optical attenuator 10a is connected between the optical splitters 311 and 321 between the optical fiber 6a and the optical physical quantity sensor 2a, and an optical attenuator 10b is connected between the optical splitters 312 and 322. The optical splitters 311 and 321 and the optical attenuator 10a constitute a high-level reference ladder 7a, and the optical splitters 312 and 322 and the optical attenuator 10b constitute a low-level reference ladder 7b.
[0032]
When the optical fiber type multi-point physical quantity detection device having such an optical fiber system operates, an optical pulse is emitted from the optical pulse generator 4 to the optical fiber 1a and is incident on one end (the left end in the figure) of the optical fiber 1a. You. The optical pulse from the optical pulse generator 4 is split by an optical splitter 31 × (× = 0, 1, 2; a,..., N), and each of the optical physical quantity sensors 2a to 2n, the connection unit 6a or the connection unit. After passing through 6b, 7a, 7b, they are combined by the optical branching device 32 × (× = 0, 1, 2; a,..., N), and again incident on the light receiving device 5 through the optical fiber 1b. Signal processing.
[0033]
When the optical pulse emitted from the optical pulse generator 4 propagates through one optical fiber 1a, the optical pulse component is branched by the optical splitters 31a to 31n and propagates as it is through the optical fiber 1a, and the other optical fiber It is divided into an optical pulse component that branches and propagates to the 1b side.
[0034]
The optical pulse branched and propagated on the optical fiber 1b side passes through the optical physical quantity sensors 2a to 2n and the optical splitters 32a to 32n provided between the optical fiber 1a and the optical fiber 1b. The light is guided to the light receiver 5 through 1b. The signal obtained by the signal processing device 9 is delayed by a time corresponding to the distance from the optical pulse generator 4 to the light receiver 5 via each of the optical physical quantity sensors 2a to 2n, and is then delayed by each of the optical splitters 310, 311, It is obtained as a time-series signal of optical pulses obtained by superimposing optical pulses that have passed through 312, 31a to 31n, 320, 321, 322, and 32a to 32n.
[0035]
FIG. 2 is a diagram showing a waveform of a received pulse train measured by the optical fiber type multipoint physical quantity detection device shown in FIG. That is, in the figure, the optical physical quantity sensor 2b operates and the transmittance becomes about 0%, the other optical physical quantity sensors 2a and 2c to 2n do not operate and the transmittance becomes about 100%, and the output of the optical pulse generator 4 is output. FIG. 6 shows a waveform of a received signal in a state where no device failure such as a decrease in S / N or a decrease in S / N occurs. 16a is an optical pulse that has passed through the connecting portion 6a for determining whether the optical pulse generator 4 is emitting light, and 16b is a connection for determining whether the optical fiber 1a and the optical fiber 1b are disconnected. The light pulse passing through the portion 6b, the light pulse 17a passing through the high-level reference ladder, and the light pulse 17b passing through the low-level reference ladder are respectively shown.
[0036]
Reference numerals 12a, 12b, and 12n denote light pulses that have passed through the optical physical quantity sensors 2a, 2b, and 2n, respectively. As shown in the figure, although there is a small noise 21, the S / N of the light source output and each light pulse is sufficiently large, and the level of each light pulse 12a, 12b,. It is possible to reliably determine whether the signal is a high level or a low level.
[0037]
If there is a device failure such as a decrease in light source output, as shown in FIG. 3, the levels of the time-series light pulses 12a, 12b,... For example, the optical physical quantity sensor 2a does not operate and the optical pulse 12a is at a high level, but may be erroneously determined to be at a low level below the threshold level 22. However, before the output of the optical physical quantity sensor 2a is erroneously determined to be at the low level, the level 17a of the optical pulse from the high-level reference ladder 7a slightly lower than the level of the optical pulse 12a is changed from the high level. Since it changes to a low level (41), it is possible to detect a decrease in the output of the light source before a determination error occurs. FIG. 3 is a diagram showing a received pulse train waveform measured when the output of the light source of the optical fiber type multipoint physical quantity detection device shown in FIG. 1 is reduced.
[0038]
Also, if a device failure such as a decrease in S / N occurs, the noise 21 increases as shown in FIG. 4, and the large noise 21 is superimposed on the optical pulse 12b. As a result, the optical physical quantity sensor 2b may operate and the optical pulse 12b may be at a low level, but may be erroneously determined to be at a high level higher than the threshold level 22. However, before the output of the optical physical quantity sensor is erroneously determined to be at the high level, the noise 21 is superimposed on the level 17b of the optical pulse from the low-level reference ladder slightly higher than the optical pulse 12b, and the To a high level (42), it is possible to detect a decrease in S / N before erroneous determination occurs. FIG. 4 is a diagram showing a received pulse train waveform measured when the S / N of the optical fiber type multi-point physical quantity detection device shown in FIG. 1 is reduced.
[0039]
In this manner, a failure of the device can be detected before the output of the sensor is erroneously determined due to a device failure such as a decrease in the output of the light source and a decrease in S / N, so that high reliability can be obtained.
[0040]
In the present embodiment, a connection section 6a for determining whether the optical pulse generator 4 emits light normally and a high-level reference ladder 7a for detecting a decrease in the output of the optical pulse generator 4 Are provided separately, but the role of the connection portion 6a may also serve as the high-level reference ladder 7a. Further, the high-level reference ladder 7a and the low-level reference ladder 7b may be inserted at an arbitrary position between the two optical fibers 1a and 1b.
[0041]
In order to make the signal from the high-level reference ladder smaller than the light pulse returning from the other ladders, or to make the low-level reference ladder a level higher than the noise level, the high-level reference ladder and the low-level reference ladder are used. Instead of inserting the optical attenuator, the branching ratio of the optical branching units 311, 321 and 322 may be adjusted, and both the adjustment of the branching ratio and the adjustment of the attenuation rate of the optical attenuator may be performed.
[0042]
Furthermore, the pulse train emitted from the optical pulse generator is not limited to a system that generates a single pulse, but may be a system that generates a pseudo-random code pulse train. Here, in the single pulse system, when the distance between the optical pulse generator and the optical pulse generator located farthest from the optical pulse generator is L, the speed of light in vacuum is C, and the refractive index of the optical fiber is n. It is preferable to transmit the single pulse from the optical pulse generator at an interval of 2 · L · n / C or more. In the pseudo-random system, it is preferable to transmit a pulse train defined as a pseudo-random code pulse train having a pulse train length of 2 · L · n / C or more. When using the pseudo-random method, a function for demodulating the pseudo-random signal is added to the signal processing device.
[0043]
FIG. 5 is a block diagram showing another embodiment of the optical fiber type multipoint physical quantity detection device of the present invention. The same members as those in the apparatus shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
[0044]
The difference from the embodiment shown in FIG. 1 is that the optical fiber system of the apparatus shown in FIG. 1 is of a ladder type, whereas the optical fiber system of the apparatus shown in FIG. 2 is of a comb type. That is.
[0045]
The optical fiber type multipoint physical quantity detection device shown in FIG. 5 includes one optical fiber 1, a plurality of optical splitters 310, 311, 312, 31 a to 31 n provided in the middle of the optical fiber 1, 1, an optical pulse generator 4 connected to one end (the left end in the figure), a light receiver 5 connected to the branch side of the optical splitter 310, a signal processing device 9 connected to the light receiver 5, and one end. Optical physical quantity sensors 2a to 2n connected to the branch sides of the optical splitters 31a to 31n, reflectors 41a to 41n connected to the other ends of the optical physical quantity sensors 2a to 2n, and one end of the optical splitter 312. 313, optical reflectors 412, 413 connected to the other ends of the optical attenuators 10a, 10b, and an optical fiber connected to the branch side of the optical splitter 311 (connection Part) 6a and optical fiber a, a reflector 411 connected to the other end, an optical fiber (connection portion) 6b having one end connected to the transmission side of the optical branching device 31n, and a reflector 414 connected to the other end of the optical fiber 6b. It is configured. The optical pulse generator 4, the optical splitter 310, the light receiver 5, and the signal processing device 9 constitute a measuring unit 8, and the optical splitter 312, the optical attenuator 10a, and the reflector 412 constitute a high-level reference. The optical splitter 313, the optical attenuator 10b, and the reflector 413 constitute a low-level reference. The optical fiber 6a closest to the measuring unit 8 is set as a near-end reference, and the optical fiber 6b farthest from the measuring unit 8 is set as a far-end reference.
[0046]
When such an optical fiber type multi-point physical quantity detector operates, the optical pulse generated by the optical pulse generator 4 is incident on one end of the optical fiber 1 via the optical splitter 310, and It branches at 313, 31a to 31n. The branched optical pulses pass through the optical physical quantity sensors 2a to 2n, the near-end reference, the far-end reference, the high-level reference, and the low-level reference, are reflected by the reflectors 411 to 414, and 41a to 41n, and are returned to the respective light beams. After passing through the physical quantity sensors 2a to 2n, the near-end reference, the far-end reference, the high-level reference, and the low-level reference, the light is sent back to the optical fiber 1 via the optical splitters 31a to 31n. The optical pulse sent back to the optical fiber 1 reaches the optical receiver 5 via the optical splitter 310 and is processed by the signal processor 9. The signal obtained by the signal processing device 9 passes from the optical pulse generator 4 to each of the optical splitters 311, 312, 313, 31a to 31n, each of the optical physical quantity sensors 2a to 2n, and the reflectors 411 to 414, 41a to 41n. As a result, it is obtained as a time-series signal of an optical pulse in which the optical pulses that have passed through the respective optical splitters 311, 312, 313, 31a to 31n delayed by a time corresponding to the distance to the light receiver 5 are superimposed.
[0047]
FIG. 6 is a diagram showing a received pulse train waveform measured when the optical fiber type multipoint physical quantity detection device shown in FIG. 5 is in a healthy state. That is, the optical physical quantity sensor 2b is activated to have a transmittance of about 0%, the other optical physical quantity sensors are not activated and the transmittance is about 100%, and the light emission of the optical pulse generator 4 is stopped, the optical fiber is disconnected, and the like. FIG. 6 shows a waveform of a received signal in a state where no device failure such as a decrease in output of the optical pulse generator 4 and a decrease in S / N occurs.
[0048]
Reference numeral 116a denotes an optical pulse passing through the connecting portion 6a for determining whether the optical pulse generator 4 emits light, and 116b denotes a light pulse passing through the connecting portion 6b for determining whether the optical fiber 1 is disconnected. The light pulse 117a is a light pulse that has passed through the high-level reference 7a, and the light pulse 117b is a light pulse that has passed through the low-level reference 7b. 112a, 112b, and 112n are light pulses that have passed through the optical physical quantity sensors 2a, 2b, and 2n, respectively. Although there is a small noise 121, the output of the optical pulse generator 4 and the S / N of each optical pulse are sufficiently large, and the levels of the optical pulse levels 112a, 112b,. Or low level.
[0049]
Here, if a device failure such as light emission stoppage of the optical pulse generator 4 occurs, it can be detected by the disappearance of the level 116a of the optical pulse from the near-end reference 6a. When a device failure such as an optical fiber disconnection occurs, the optical pulse 116b from the far-end reference 6b disappears, which can be detected.
[0050]
If a device failure such as a decrease in the output of the optical pulse generator 4 occurs, as shown in FIG. 7, the levels of the time-series pulse trains 112a, 112b,... The sensor 2a does not operate, and the optical pulse 112a is at a high level, but may be erroneously determined to be at a low level lower than the threshold level 122. However, before the output of the optical physical quantity sensor 2a is erroneously determined to be low, the level 117a of the optical pulse from the high-level reference 7a, which is slightly lower than the level of the optical pulse 112a, changes from high to low. 141), it is possible to detect a decrease in the output of the optical pulse generator 4 before erroneous determination occurs. FIG. 7 is a diagram showing a received pulse train waveform measured when the output of the light source of the optical fiber type multipoint physical quantity detection device shown in FIG. 5 is reduced.
[0051]
Also, if a device failure such as a decrease in S / N occurs, the noise 121 increases as shown in FIG. 8 and a large noise is superimposed on the optical pulse 112b. As a result, although the optical physical quantity sensor 2b operates and the optical pulse 112b is at the low level, there is a possibility that the optical pulse 112b is erroneously determined to be at the high level higher than the threshold level 122. However, before the output of the optical physical quantity sensor is erroneously determined to be at the high level, the noise 121 is superimposed on the level 117b of the optical pulse from the low-level reference 7b, which is slightly higher than the optical pulse 112b, and the noise is superimposed from the low level. Since the level changes to (142), a decrease in S / N can be detected before an erroneous determination occurs. FIG. 8 is a diagram showing a received pulse train waveform measured when the S / N of the optical fiber type multi-point physical quantity detection device shown in FIG. 5 is reduced.
[0052]
In this way, before the light pulse generator 4 stops emitting light, the optical fiber is disconnected, the output of the optical pulse generator 4 is reduced, and the output of the optical pulse sensor 4 is reduced, the output of the optical physical quantity sensor is erroneously determined before the device failure. And a highly reliable optical fiber type multi-point physical quantity detection device capable of detecting the failure of the optical fiber.
[0053]
In the present embodiment, the connection unit 6a for determining whether the optical pulse generator 4 emits light normally and the high-level reference 7a for detecting a decrease in the output of the optical pulse generator 4 are provided. Although provided separately, the role of the connection section 6a may also serve as the high-level reference 7a. Further, the high-level reference 7a and the low-level reference 7b may be inserted at arbitrary positions in the optical fiber 1.
[0054]
In order to make the signal from the high-level reference smaller than the light pulse returning from the other ladder, or to make the low-level reference a level higher than the noise level, an optical attenuator is used for the high-level reference and the low-level reference. Instead of insertion, the branching ratio of the optical branching units 31a to 31n may be adjusted, and both the adjustment of the branching ratio and the adjustment of the attenuation rate of the optical attenuator may be performed.
[0055]
Furthermore, the pulse train emitted from the optical pulse generator is not limited to a system that generates a single pulse, but may be a system that generates a pseudo-random code pulse train. Here, in the single pulse system, when the distance between the optical pulse generator and the optical pulse generator located farthest from the optical pulse generator is L, the speed of light in vacuum is C, and the refractive index of the optical fiber is n. It is preferable to transmit the single pulse from the optical pulse generator at an interval of 2 · L · n / C or more. In the pseudo-random system, it is preferable to transmit a pulse train defined as a pseudo-random code pulse train having a pulse train length of 2 · L · n / C or more. When using the pseudo-random method, a function for demodulating the pseudo-random signal is added to the signal processing device.
[0056]
【The invention's effect】
In short, according to the present invention, the following excellent effects are exhibited.
[0057]
In the optical fiber type multi-point physical quantity detection device, by detecting the presence or absence of an optical pulse using a near-end reference, a far-end reference, a high-level reference and a low-level reference, the output of the light source is reduced,Noise may be superimposed on the signal due to lower S / N ratio,It is possible to provide an optical fiber type multi-point physical quantity detection device that does not make an erroneous determination even if the optical fiber is disconnected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an optical fiber type multipoint physical quantity detection device according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a waveform of a received pulse train measured when the optical fiber type multipoint physical quantity detection device shown in FIG. 1 is in a healthy state.
3 is a diagram showing a received pulse train waveform measured when the output of the light source of the optical fiber type multipoint physical quantity detection device shown in FIG. 1 is reduced.
4 is a diagram showing a received pulse train waveform measured when the S / N of the optical fiber type multipoint physical quantity detection device shown in FIG. 1 is reduced.
FIG. 5 is a block diagram showing another embodiment of the optical fiber type multipoint physical quantity detection device of the present invention.
6 is a diagram showing a received pulse train waveform measured when the optical fiber type multipoint physical quantity detection device shown in FIG. 5 is in a healthy state.
7 is a diagram showing a received pulse train waveform measured when the output of the light source of the optical fiber type multi-point physical quantity detection device shown in FIG. 5 is reduced.
8 is a diagram showing a received pulse train waveform measured when the S / N of the optical fiber type multi-point physical quantity detection device shown in FIG. 5 is reduced.
FIG. 9 is a block diagram of a conventional optical fiber type multipoint physical quantity detection device.
FIG. 10 is a block diagram of a conventional optical fiber type multipoint physical quantity detection device using a reflection type time division multiplexing method.
11 is a reception pulse train waveform measured by the conventional optical fiber type multipoint physical quantity detection device shown in FIGS. 9 and 10. FIG.
[Explanation of symbols]
1,1a, 1b Optical fiber
2a-2n Optical physical quantity sensor
310-313, 31a-31n Optical branching device
4 light source (optical pulse generator)
411-414, 41a-41n reflector
5 Receiver

Claims

A plurality of optical splitters are respectively provided in the middle of two parallel optical fibers, and an optical physical quantity sensor whose optical loss or the like changes due to a change in physical quantity is connected between the corresponding optical splitters of both optical fibers. An ON / OFF operation of the optical physical quantity sensor is detected in an optical fiber type multipoint physical quantity detection device in which a light source that emits a light pulse is connected to one end of an optical fiber and an optical receiver is connected to one end of the other optical fiber. A threshold is set, and an optical attenuator is connected between the two optical splitters of both optical fibers, and one of the optical attenuators outputs an optical pulse from the light source to a level lower than the threshold. and the low level reference that transmits attenuates the light pulse, the other optical attenuator, characterized in that the high-level reference that transmits attenuates the high intensity pulses than the threshold optical fiber Multipoint type physical quantity detecting device.

A plurality of optical splitters are provided in the middle of the optical fiber, and one end of an optical physical quantity sensor whose optical loss changes due to a change in physical quantity is connected to the branch side of each optical splitter. In the optical fiber type multi-point physical quantity detection device in which a reflector is connected to one end of the fiber and a light source and a light receiver that emit light pulses via an optical splitter are connected to the other end of the optical fiber, the optical physical quantity A threshold for detecting ON / OFF operation of the sensor is set, and at least one of the optical splitters provided in the middle of the optical fiber is a portion that simply reflects without connecting an optical physical quantity sensor , An optical attenuator is connected between two optical splitters provided in the middle of the optical fiber and their reflectors, and one of the optical attenuators lowers the light pulse from the light source below the threshold. Level light pulse And the low level reference for Attenuation, other optical attenuator high levels of fiber-optic multi-point type physical quantity detection device is characterized in that the high-level reference that attenuates the light pulse than the threshold value.

Instead of emitting a light pulse from the light source, a pulse train length of 2 · L · n / C (where L is the distance between the light source and the farthest light branching device, C is the speed of light in vacuum, and n is the refractive index) or more is used. The optical fiber type multi-point physical quantity detection device according to claim 1 or 2, wherein the pseudo random pulse train is transmitted.