JP5761765B2 - Interferometric fiber optic sensor - Google Patents
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Description
本発明は、干渉型光ファイバセンサに関し、特に、それぞれが異なる位相で外乱の影響を抑制する2つのアームを設けることにより、遅延補償器が受ける外乱の影響を抑制する干渉型光ファイバセンサに関する。 The present invention relates to an interference-type optical fiber sensor, and more particularly to an interference-type optical fiber sensor that suppresses the influence of disturbance received by a delay compensator by providing two arms that suppress the influence of disturbance at different phases.
干渉型光ファイバセンサは、センシングファイバを備え、検出する信号をセンシングファイバの歪みに変える。次に、干渉型光ファイバセンサは、センシングファイバの歪みにより、センシングファイバを通過するセンシング光の位相を変化させる。次に、干渉型光ファイバセンサは、センシング光の位相を復調して検出する。このようにして、干渉型光ファイバセンサは、さまざまな物理量を検出することができる。 The interference type optical fiber sensor includes a sensing fiber, and converts a signal to be detected into a strain of the sensing fiber. Next, the interference type optical fiber sensor changes the phase of the sensing light passing through the sensing fiber due to distortion of the sensing fiber. Next, the interference type optical fiber sensor demodulates and detects the phase of the sensing light. In this way, the interference optical fiber sensor can detect various physical quantities.
例えば、干渉型光ファイバセンサを用いることにより、音響信号を検出するものがある(例えば、非特許文献1参照)。また、例えば、干渉型光ファイバセンサを用いることにより、磁気信号を検出するものがある(例えば、非特許文献2参照)。また、例えば、複数のセンシングファイバでセンサアレイを構成することにより、多重伝送を可能にした干渉型光ファイバセンサがある(例えば、非特許文献3参照)。 For example, there is one that detects an acoustic signal by using an interference type optical fiber sensor (for example, see Non-Patent Document 1). Further, for example, there is one that detects a magnetic signal by using an interference type optical fiber sensor (see, for example, Non-Patent Document 2). Moreover, for example, there is an interference type optical fiber sensor that enables multiplex transmission by configuring a sensor array with a plurality of sensing fibers (see, for example, Non-Patent Document 3).
上記では、各種信号により、センシングファイバを通過するセンシング光の位相が変化する一例について概略を説明した。ところで、センシング光の位相は、その他の要因でも変化する。例えば、センシング光の位相は、設置環境の温度変化又は設置環境の圧力変化でも変化する。温度変化又は圧力変化に伴う信号の周波数が低いため、干渉型光ファイバセンサは、検出する信号と、温度変化又は圧力変化に伴う信号との周波数の違いを利用することにより、検出する信号と、温度変化又は圧力変化に伴う信号とを、分離することができる。 In the above, an outline has been described of an example in which the phase of the sensing light passing through the sensing fiber is changed by various signals. By the way, the phase of the sensing light also changes due to other factors. For example, the phase of the sensing light changes even when the temperature of the installation environment changes or the pressure of the installation environment changes. Since the frequency of the signal accompanying the temperature change or pressure change is low, the interference type optical fiber sensor detects the signal by using the difference in frequency between the signal to be detected and the signal accompanying the temperature change or pressure change, and Signals associated with temperature or pressure changes can be separated.
しかし、復調に誤差がある場合、高い周波数の雑音が発生するため、各種信号の検出が阻害される。例えば、温度又は圧力が大きく変化する場合、センシング光の位相ドリフトが発生し、雑音の周波数が信号帯域に達して分離できない。そこで、センシング光の位相変化を打ち消すことにより、センシング光の位相ドリフトによる雑音を抑制する干渉型光ファイバセンサがある(例えば、特許文献1参照)。 However, when there is an error in demodulation, high-frequency noise is generated, which hinders detection of various signals. For example, when temperature or pressure changes greatly, phase drift of sensing light occurs, and the frequency of noise reaches the signal band and cannot be separated. Therefore, there is an interference type optical fiber sensor that suppresses noise due to phase drift of sensing light by canceling the phase change of sensing light (see, for example, Patent Document 1).
また、一般的に、ペルチェ素子と、ヒートシンクとを組み合わせたものを利用することにより、センシング光の位相変化を打ち消す範囲を拡張することができることが知られている。例えば、図4は、従来技術における干渉型光ファイバセンサ3の概略構成の一例を示す図である。図4に示すように、パルス光源11から出力される光のパルスは、光カプラ37で2つのパルスに分割される。2つのパルスのうち、一方のパルスは、すぐにミラー35で反射し、光カプラ51に送られる。また、2つのパルスのうち、他方のパルスは、センシングファイバ31を通過してからミラー33で反射し、すぐにミラー35で反射した1つめのパルスよりも遅れて光カプラ51に送られる。
In general, it is known that a range in which the phase change of sensing light is canceled can be expanded by using a combination of a Peltier element and a heat sink. For example, FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of the interference type
次に、光カプラ51に入力したパルスは複数に分割される。複数に分割されるパルスのうち、一方のパルスは、すぐにミラー73で反射して、O/E(Optical/Electrical)変換器17_1とO/E変換器17_2とに送られる。また、複数に分割されるパルスのうち、他方のパルスは、遅延補償ファイバ76を通過してからミラー71で反射し、すぐにミラー73で反射した1つめのパルスよりも遅れてO/E変換器17_1とO/E変換器17_2とに送られる。
Next, the pulse input to the optical coupler 51 is divided into a plurality. One of the divided pulses is immediately reflected by the
この結果、センシングファイバ31を通過し、遅延補償ファイバ76を通過しなかったパルスと、センシングファイバ31を通過せず、遅延補償ファイバ76を通過したパルスとが干渉する。次に、干渉型光ファイバセンサ3は、O/E変換器17_1及びO/E変換器17_2と、復調器19とを利用することで、干渉したパルスから各種信号を検出する。
As a result, a pulse that has passed through the sensing fiber 31 but has not passed through the delay compensation fiber 76 interferes with a pulse that has not passed through the sensing fiber 31 but has passed through the delay compensation fiber 76. Next, the interference type
次に、図4におけるセンシング光の位相変化について説明する。遅延補償ファイバ76は、その一部がボビン61に巻かれている。ボビン61に巻かれた部分は、ボビン61に接着され、ボビン61にペルチェ素子57からの熱が伝達されるようにしてある。ボビン61には、ペルチェ素子57が設けられている。この構成を前提として、復調器19の出力をペルチェ素子57に供給する。
Next, the phase change of the sensing light in FIG. 4 will be described. A part of the delay compensation fiber 76 is wound around the bobbin 61. A portion wound around the bobbin 61 is bonded to the bobbin 61 so that heat from the Peltier element 57 is transmitted to the bobbin 61. The bobbin 61 is provided with a Peltier element 57. On the premise of this configuration, the output of the
具体的には、まず、復調器19の出力には、センシングファイバ31の温度変化又は圧力変化に伴う位相変化と、遅延補償ファイバ76の温度変化又は圧力変化に伴う位相変化とが含まれている。そして、復調器19の出力が、アンプ23を介してペルチェ素子57に供給される。これにより、センシングファイバ31の温度変化又は圧力変化に伴う位相変化と、遅延補償ファイバ76の温度変化又は圧力変化に伴う位相変化とが、ペルチェ素子57の温度変化に変換される。
Specifically, first, the output of the
これにより、ボビン61と、ボビン61に巻かれて接着されている遅延補償ファイバ76の一部とが温度変化を生じる。この結果、遅延補償ファイバ76の一部が温度変化に伴って位相変化を生じるため、フィードバック系が構成されることとなる。このようなフィードバック系により、センシングファイバ31の温度変化又は圧力変化に伴う位相変化と、遅延補償ファイバ76の温度変化又は圧力変化に伴う位相変化とが抑制されるため、そのような位相変化による雑音が解消される。 As a result, the bobbin 61 and a part of the delay compensation fiber 76 wound around and bonded to the bobbin 61 undergo a temperature change. As a result, a part of the delay compensation fiber 76 causes a phase change with a temperature change, so that a feedback system is configured. Since such a feedback system suppresses the phase change accompanying the temperature change or pressure change of the sensing fiber 31 and the phase change accompanying the temperature change or pressure change of the delay compensation fiber 76, noise due to such a phase change is suppressed. Is resolved.
より具体的には、まず、復調器19の出力は次に示すように、式(1)で表される。
More specifically, first, the output of the
ここで、Oは、復調器19の出力を表す。XSは、センシングファイバ31から入力される信号を表す。XNは、センシングファイバ31から入力される外乱を表す。Yは、遅延補償ファイバ76に加わる外乱を表す。Zは、ボビン61に巻かれ、遅延補償ファイバ76の一部に加わる制御信号を表す。
Here, O represents the output of the
外乱XN及び外乱Yのほとんどは、温度変化又は圧力変化に伴う長周期の変動である。そこで、復調器19の出力Oのうち、長周期の変動分をフィードバック制御する場合、制御信号Zは、次に示すように、式(2)で表される。
Most of the disturbance X N and the disturbance Y, is a variation of the long period due to temperature change or pressure change. Therefore, in the case where feedback control is performed on the long-period variation of the output O of the
式(2)を式(1)に代入することにより、次に示す式(3)が導出される。 By substituting equation (2) into equation (1), equation (3) shown below is derived.
よって、長周期の変動分をフィードバック制御することにより、長周期の変動分であるXN及びYが打ち消されるため、長周期の変動分と、復調誤差で発生する高い周波数の雑音とが抑制される。 Therefore, by feedback-controlling the variation in the long period, since X N and Y is a variation of the long period is canceled, and the variation of the long period, and the high frequency noise generated by the demodulation error is suppressed The
なお、上記で説明した特許文献1では、フィードバック系にフィルタが設けられることにより、アンプ23の飽和及びペルチェ素子57の故障等を防ぐ技術が開示されている。これに対し、図4においては、ボビン61が設けられていない側のペルチェ素子57の面にヒートシンク59を接触させることにより、ペルチェ素子57で発生する熱がヒートシンク59を介して外部に放熱されている。これにより、アンプ23の飽和及びペルチェ素子57の故障等が防がれている。なお、ヒートシンク59の種類としては、フィン等を用いることにより放熱するもの等があるが、ここでは、水又は不凍液等の媒質を流すことにより、放熱する一例が示されている。
しかし、ボビン61の温度が、フィードバック系による制御以外で変動する場合には、長周期の変動分と、復調誤差で発生する高い周波数の雑音との抑制が不十分となった。具体的には、ボビン61の温度がフィードバック系以外の要因で大きくなったり、ボビン61の温度変化がフィードバック系以外の要因で速くなったりした場合には、フィードバック系で温度を十分に制御することができず、上記で示した式(2)が成立しない状態となった。この状態では、遅延補償ファイバ76の温度変化又は圧力変化に伴う位相変化を抑制することができなくなる。 However, when the temperature of the bobbin 61 fluctuates by other than the control by the feedback system, the suppression of the long-period fluctuation and the high frequency noise generated by the demodulation error is insufficient. Specifically, when the temperature of the bobbin 61 increases due to a factor other than the feedback system, or when the temperature change of the bobbin 61 increases due to a factor other than the feedback system, the temperature should be sufficiently controlled by the feedback system. Thus, Equation (2) shown above is not established. In this state, it becomes impossible to suppress the phase change accompanying the temperature change or pressure change of the delay compensation fiber 76.
つまり、ボビン61の温度がフィードバック系以外の要因で大きくなったり、ボビン61の温度変化がフィードバック系以外の要因で速くなったりした場合には、高い周波数の雑音が発生するため、雑音の周波数が信号帯域に達する。よって、雑音と、信号とを、周波数の違いを利用して分離することができず、信号検出が阻害された。 That is, when the temperature of the bobbin 61 increases due to a factor other than the feedback system, or when the temperature change of the bobbin 61 increases due to a factor other than the feedback system, high frequency noise is generated. Reach the signal band. Therefore, noise and a signal cannot be separated using a difference in frequency, and signal detection is hindered.
換言すれば、遅延補償ファイバ76を含む遅延補償器15が受ける外乱の影響を抑制することができない場合があった。そのため、遅延補償器15が受ける外乱の影響を抑制することができる干渉型光ファイバセンサが望まれていた。 In other words, the influence of the disturbance that the delay compensator 15 including the delay compensation fiber 76 receives may not be suppressed. Therefore, an interference type optical fiber sensor that can suppress the influence of disturbance received by the delay compensator 15 has been desired.
本発明の干渉型光ファイバセンサは、物理量を検知するセンシングファイバと、前記センシングファイバで遅延差を生じさせたパルスと、前記センシングファイバで遅延差を生じさせないパルスと、を出力する第1光カプラと、前記遅延差を生じさせたパルスと、前記遅延差を生じさせないパルスと、を第1アーム及び第2アームに供給する第2光カプラと、前記第2光カプラから前記第1アームに供給された第1パルスと、前記第2光カプラから前記第2アームに供給された第2パルスとを互いに干渉させた干渉パルスから前記物理量を含む出力信号を出力する復調器と、前記出力信号に応じて、第1面と、第2面とに温度差を発生させる2つの第1部材と、前記2つの第1部材に挟み込まれ、該2つの第1部材の熱を放熱させる第2部材と、を備え、前記第1アームは、前記2つの第1部材のうち、一方の前記第1面に配置された第1光ファイバを有し、前記第2アームは、前記センシングファイバでの遅延を補償する遅延補償ファイバと、前記2つの第1部材のうち、他方の前記第2面に配置された第2光ファイバと、を有し、前記第1光ファイバは、一方の前記第1面の温度変化に応じて位相が変位し、前記第2光ファイバは、他方の前記第2面の温度変化に応じて位相が変位し、前記第1パルスと、前記第2パルスとの位相差は、一方の前記第1面の温度変化と、他方の前記第2面の温度変化との差に応じて変位するものである。 The interference type optical fiber sensor of the present invention is a first optical coupler that outputs a sensing fiber that detects a physical quantity, a pulse that causes a delay difference in the sensing fiber, and a pulse that does not cause a delay difference in the sensing fiber. When a pulse that caused the delay difference, a second optical coupler to supply and does not cause the delay difference pulses, to the first arm and the second arm, supplied from said second optical coupler to said first arm A demodulator for outputting an output signal including the physical quantity from an interference pulse obtained by interfering the first pulse thus generated and the second pulse supplied from the second optical coupler to the second arm; and Correspondingly, a first surface, and two first member for generating a temperature difference and a second surface, the sandwiched two first member, a second member for radiating heat of the two first member , Wherein the first arm, one of the two first member having a first optical fiber disposed in one of said first surface, said second arm, a delay in the sensing fiber A delay compensating fiber for compensation, and a second optical fiber disposed on the other second surface of the two first members , wherein the first optical fiber is formed on one of the first surfaces. The phase is displaced according to a temperature change, the phase of the second optical fiber is displaced according to a temperature change of the other second surface, and the phase difference between the first pulse and the second pulse is: It is displaced in accordance with the difference between the temperature change of one of the first surfaces and the temperature change of the other second surface .
本発明の干渉型光ファイバセンサにおいて、前記第1部材は、ペルチェ素子で形成されたものである。 In the interference-type optical fiber sensor of the present invention, the first member is formed of a Peltier element.
本発明の干渉型光ファイバセンサにおいて、前記復調器は、前記物理量を電流で出力し、前記ペルチェ素子に前記電流を供給するものである。 In the interference-type optical fiber sensor of the present invention, the demodulator outputs the physical quantity as a current and supplies the current to the Peltier element.
本発明の干渉型光ファイバセンサは、物理量を検知するセンシングファイバと、前記センシングファイバで遅延差を生じさせたパルスと、前記センシングファイバで遅延差を生じさせないパルスと、を出力する第1光カプラと、前記遅延差を生じさせたパルスと、前記遅延差を生じさせないパルスと、を第1アーム及び第2アームに供給し、前記第1アームを往復した第1パルスと、前記第2アームを往復した第2パルスとを互いに干渉させ、干渉させた干渉パルスを出力する第2光カプラと、前記干渉パルスから前記物理量を含む出力信号を出力する復調器と、前記出力信号に応じて、第1面と、第2面とに温度差を発生させる2つの第1部材と、前記2つの第1部材に挟み込まれ、該2つの第1部材の熱を放熱させる第2部材と、を備え、前記第1アームは、前記2つの第1部材のうち、一方の前記第1面に配置された第1光ファイバを有し、前記第2アームは、前記センシングファイバでの遅延を補償する遅延補償ファイバと、前記2つの第1部材のうち、他方の前記第2面に配置された第2光ファイバと、を有し、前記第1光ファイバは、一方の前記第1面の温度変化に応じて位相が変位し、前記第2光ファイバは、他方の前記第2面の温度変化に応じて位相が変位し、前記第1パルスと、前記第2パルスとの位相差は、一方の前記第1面の温度変化と、他方の前記第2面の温度変化との差に応じて変位するものである。 The interference type optical fiber sensor of the present invention is a first optical coupler that outputs a sensing fiber that detects a physical quantity, a pulse that causes a delay difference in the sensing fiber, and a pulse that does not cause a delay difference in the sensing fiber. A pulse that causes the delay difference and a pulse that does not cause the delay difference are supplied to the first arm and the second arm, the first pulse that reciprocates the first arm, and the second arm A second optical coupler that causes the reciprocated second pulse to interfere with each other, and outputs the interfered interference pulse; a demodulator that outputs an output signal including the physical quantity from the interference pulse; Two first members that generate a temperature difference between the first surface and the second surface; and a second member that is sandwiched between the two first members and dissipates heat from the two first members. The first arm has a first optical fiber disposed on one of the two first members, and the second arm compensates for delay in the sensing fiber. A second optical fiber disposed on the second surface of the other of the two first members, the first optical fiber responding to a temperature change of one of the first surfaces. The phase of the second optical fiber is displaced according to the temperature change of the other second surface, and the phase difference between the first pulse and the second pulse is one of the first optical fibers. It is displaced according to the difference between the temperature change of one surface and the temperature change of the other second surface.
本発明の干渉型光ファイバセンサにおいて、前記2つの第1部材のそれぞれは、ペルチェ素子で形成されたものである。 In the interference-type optical fiber sensor of the present invention, each of the two first members is formed of a Peltier element.
本発明の干渉型光ファイバセンサにおいて、前記復調器は、前記物理量を電流で出力し、前記ペルチェ素子に前記電流を供給するものである。 In the interference-type optical fiber sensor of the present invention, the demodulator outputs the physical quantity as a current and supplies the current to the Peltier element.
本発明の干渉型光ファイバセンサは、物理量を検知するセンシングファイバと、前記センシングファイバで遅延差を生じさせたパルスと、前記センシングファイバで遅延差を生じさせないパルスと、を出力する第1光カプラと、前記遅延差を生じさせたパルスと、前記遅延差を生じさせないパルスと、を第1アーム及び第2アームに供給し、前記第1アームを往復した第1パルスと、前記第2アームを往復した第2パルスとを互いに干渉させ、干渉させた干渉パルスを出力する第2光カプラと、前記干渉パルスから前記物理量を含む出力信号を出力する復調器と、少なくとも、第1面を備え、前記復調器から出力される前記出力信号に応じて、前記第1面を加熱する2つの第1部材と、前記2つの第1部材に挟み込まれ、該2つの第1部材の熱を放熱させる第2部材と、を備え、前記第1アームは、前記2つの第1部材のうち、一方の前記第1面に配置された第1光ファイバを有し、前記第2アームは、前記センシングファイバでの遅延を補償する遅延補償ファイバと、前記2つの第1部材のうち、他方の前記第1面に配置された第2光ファイバと、を有し、前記第1光ファイバは、一方の前記第1面の温度変化に応じて位相が変位し、前記第2光ファイバは、他方の前記第1面の温度変化に応じて位相が変位し、前記第1パルスと、前記第2パルスとの位相差は、一方の前記第1面の温度変化と、他方の前記第1面の温度変化との差に応じて変位するものである。 The interference type optical fiber sensor of the present invention is a first optical coupler that outputs a sensing fiber that detects a physical quantity, a pulse that causes a delay difference in the sensing fiber, and a pulse that does not cause a delay difference in the sensing fiber. A pulse that causes the delay difference and a pulse that does not cause the delay difference are supplied to the first arm and the second arm, the first pulse that reciprocates the first arm, and the second arm A second optical coupler for causing the reciprocated second pulse to interfere with each other and outputting the interfered interference pulse; a demodulator for outputting an output signal including the physical quantity from the interference pulse; and at least a first surface, In accordance with the output signal output from the demodulator, the two first members that heat the first surface and the two first members are sandwiched between the two first members. A second member that radiates heat, wherein the first arm has a first optical fiber disposed on one of the two first members, and the second arm is A delay compensating fiber that compensates for a delay in the sensing fiber; and a second optical fiber disposed on the first surface of the other of the two first members, the first optical fiber comprising: The phase of the second optical fiber is displaced in accordance with a temperature change of one of the first surfaces, and the phase of the second optical fiber is displaced in accordance with a temperature change of the other first surface. The phase difference from the pulse is displaced in accordance with the difference between the temperature change of one of the first surfaces and the temperature change of the other first surface.
本発明の干渉型光ファイバセンサにおいて、前記2つの第1部材のそれぞれは、ヒーターで形成されたものである。 In the interference-type optical fiber sensor of the present invention, each of the two first members is formed by a heater.
本発明の干渉型光ファイバセンサにおいて、前記復調器は、前記物理量を電流で出力し、前記ヒーターに前記電流を供給するものである。 In the interference-type optical fiber sensor of the present invention, the demodulator outputs the physical quantity as a current and supplies the current to the heater.
本発明の干渉型光ファイバセンサにおいて、2つのダイオードを備え、前記2つのダイオードのそれぞれは、互いに異なる向きであって、当該2つのダイオードのうち、一方は、前記復調器と、前記2つの第1部材のうちの一方との間に設けられ、他方は、前記復調器と、前記2つの第1部材のうちの他方との間に設けられたものである。 The interference type optical fiber sensor according to the present invention includes two diodes, each of the two diodes having a different orientation, and one of the two diodes is the demodulator and the two second diodes. One is provided between one of the members, and the other is provided between the demodulator and the other of the two first members.
本発明は、それぞれが異なる位相で外乱の影響を抑制する2つのアームを設けることにより、遅延補償器15が受ける外乱の影響を抑制することができるという効果を有する。 The present invention has an effect that the influence of the disturbance received by the delay compensator 15 can be suppressed by providing two arms that suppress the influence of the disturbance with different phases.
以下、本発明の実施の形態1〜3について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、以下の図面において、同一の符号を付記したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に記載されている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されない。
Hereinafter,
実施の形態1.
<概要>
高い周波数の雑音が発生し、雑音の周波数が信号帯域に達することで、雑音と、信号とを、周波数の違いを利用して分離することができず、信号検出が阻害される要因として、例えば、ペルチェ素子57(後述する)の制御可能範囲を周囲温度が超えている場合が想定される。
<Overview>
As a high-frequency noise is generated and the frequency of the noise reaches the signal band, the noise and the signal cannot be separated using the difference in frequency. It is assumed that the ambient temperature exceeds the controllable range of the Peltier element 57 (described later).
具体的には、ボビン61及びボビン63(何れも後述する)が置かれている場所の周囲温度が、ペルチェ素子57(後述する)による温度変化よりも速く変化した場合である。また、ボビン61及びボビン63(何れも後述する)が置かれている場所の周囲温度の変化の大きさが、ペルチェ素子57(後述する)の温度制御範囲よりも大きい場合である。これらの場合、ペルチェ素子57(後述する)の制御が不十分になる虞がある。そこで、実施の形態1では、そのような場合に対応できる構成及び動作について説明する。 Specifically, this is a case where the ambient temperature of the place where the bobbin 61 and the bobbin 63 (both described later) are placed changes faster than the temperature change caused by the Peltier element 57 (described later). This is also the case where the magnitude of the change in ambient temperature at the place where the bobbin 61 and the bobbin 63 (both will be described later) are larger than the temperature control range of the Peltier element 57 (described later). In these cases, the control of the Peltier element 57 (described later) may be insufficient. In the first embodiment, a configuration and operation that can cope with such a case will be described.
<構成の説明>
図1は、本発明の実施の形態1における干渉型光ファイバセンサ1の概略構成の一例を示す図である。図1に示すように、干渉型光ファイバセンサ1は、パルス光源11、センサ部13、遅延補償器15、O/E(Optical/Electrical)変換器17_1、O/E変換器17_2、復調器19、フィルタ21、及びアンプ23を備えている。
<Description of configuration>
FIG. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of an interference
パルス光源11は、一定波長の光のパルスを生成し、センサ部13に供給する。センサ部13は、例えば、水面下に設けられ、信号XSを検出する。信号XSは、物理量である。また、センサ部13には、外乱XNが検出される。センサ部13は、信号XSと、外乱XNとを遅延補償器15に供給する。遅延補償器15は、センサ部13の遅延を補償する。遅延補償器15は、外乱Y1の影響を受けるが、制御信号Z1により、外乱XNと外乱Y1との影響を抑制し、O/E変換器17_1及びO/E変換器17_2に信号XSを含む干渉したパルスを供給する。
The
O/E変換器17_1及びO/E変換器17_2は、光のパルスを電気信号に変換し、復調器19に供給する。復調器19は、各種処理をすることにより、干渉したパルスに対応する電気信号から信号XSを検出し、フィルタ21に供給する。フィルタ21は、信号XSに対応する電気信号から特定の周波数の電気信号を抽出し、アンプ23に供給する。アンプ23は、供給された信号を増幅し、遅延補償器15に供給する。なお、以後の説明において、O/E変換器17_1及びO/E変換器17_2の両方を含めて、O/E変換器17と称する。
The O /
具体的には、センサ部13は、センシングファイバ31、ミラー33、ミラー35、及び光カプラ37を備えている。遅延補償器15は、光カプラ51、第1アーム53、第2アーム55、ペルチェ素子57を備えている。第1アーム53は、ボビン63、光ファイバ67、ミラー73を備えている。第2アーム55は、ボビン61、光ファイバ65、遅延補償ファイバ75、ミラー71を備えている。
Specifically, the
より具体的には、パルス光源11から出力される光のパルスは、光カプラ37で2つのパルスに分割される。分割されたパルスのうち、1つのパルスは、すぐにミラー35で反射し、光カプラ37を介して光カプラ51に送られる。これに対し、分割されたパルスのうち、もう1つのパルスは、センシングファイバ31を通過してからミラー33で反射し、1つめのパルスよりも遅れて光カプラ37を介して光カプラ51に送られる。その際、センシングファイバ31は、信号XS又は外乱XNで位相が変位したパルスを出力する。
More specifically, the light pulse output from the
光カプラ51に送られたパルスは、複数に分割される。複数に分割されるパルスのうち、1つのパルスは、すぐにミラー73に反射することで光ファイバ67を往復し、光カプラ51を介して、O/E変換器17に送られる。これに対し、複数に分割されるパルスのうち、他の1つのパルスは、遅延補償ファイバ75を通過してからミラー71に反射することで光ファイバ65を往復し、光カプラ51を介して、O/E変換器17に送られる。
The pulse sent to the optical coupler 51 is divided into a plurality. Of the pulses divided into a plurality of pulses, one pulse is immediately reflected by the
ここで、光カプラ51からO/E変換器17に送られるパルスは、センシングファイバ31を通過せず、遅延補償ファイバ75を通過したパルスと、センシングファイバ31を通過して、遅延補償ファイバ75を通過しなかったパルスとが干渉したパルスである。O/E変換器17及び復調器19は、干渉したパルスから信号XSを検出する。なお、遅延補償ファイバ75は、センシングファイバ31の遅延を補償する光ファイバである。
Here, the pulse sent from the optical coupler 51 to the O /
以上、干渉型光ファイバセンサ1のパルスに関連した構成について説明した。次に、干渉型光ファイバセンサ1の位相変化に関連した構成について説明する。まず、前提条件として、ボビン61がペルチェ素子57で加熱された場合、ボビン63は冷却され、ボビン61がペルチェ素子57で冷却された場合、ボビン63は加熱されるものと想定する。また、遅延補償ファイバ75は、温度変化及び圧力変化が少ない場所に置かれるものと想定する。なお、ここでは、第1面と、第2面とに温度差を発生させる部材として、ペルチェ素子57が用いられる一例について説明したが、特にこれに限定するものではない。
The configuration related to the pulse of the interference type
また、ボビン61、ボビン63、光ファイバ65、及び光ファイバ67のそれぞれは、周囲温度による位相変化の大きさが等しくなる構成であると想定する。例えば、ボビン61、ボビン63、光ファイバ65、及び光ファイバ67のそれぞれは同一の素材が使用され、ボビン61に巻かれて接着している光ファイバ65の部分の長さと、ボビン63に巻かれて接着している光ファイバ67の部分の長さとが等しいと想定する。このようにすることで、ボビン61、ボビン63、光ファイバ65、及び光ファイバ67のそれぞれは、周囲温度による位相変化の大きさを等しくすることができる。
Further, it is assumed that each of the bobbin 61, the bobbin 63, the optical fiber 65, and the
光カプラ51と、ミラー71との間に、光ファイバ65が設けられている。光ファイバ65は、ボビン61に巻かれ、巻かれた部分がボビン61に接着している。これにより、ペルチェ素子57の熱がボビン61に伝わることにより、ボビン61を介して、光ファイバ65にもペルチェ素子57の熱が伝わる。 An optical fiber 65 is provided between the optical coupler 51 and the mirror 71. The optical fiber 65 is wound around the bobbin 61, and the wound part is bonded to the bobbin 61. Thereby, the heat of the Peltier element 57 is transmitted to the bobbin 61, whereby the heat of the Peltier element 57 is also transmitted to the optical fiber 65 via the bobbin 61.
光カプラ51と、ミラー73との間に、光ファイバ67が設けられている。光ファイバ67は、ボビン63に巻かれ、巻かれた部分がボビン63に接着している。これにより、ペルチェ素子57の熱がボビン63に伝わることにより、ボビン63を介して、光ファイバ67にもペルチェ素子57の熱が伝わる。
An
これにより、復調器19の出力に含まれているさまざまな温度変化又は圧力変化が、アンプ23と、ペルチェ素子57とで温度変化に変換される。例えば、復調器19の出力には、センシングファイバ31の温度変化又は圧力変化に伴う位相変化と、遅延補償ファイバ75の温度変化又は圧力変化に伴う位相変化と、光ファイバ65に含まれている温度変化又は圧力変化に伴う位相変化と、光ファイバ67に含まれている温度変化又は圧力変化に伴う位相変化とが含まれている。
As a result, various temperature changes or pressure changes included in the output of the
よって、これらの温度変化又は圧力変化が、アンプ23及びペルチェ素子57で温度変化に変換されるため、ボビン61と、ボビン61に巻かれて接着されている光ファイバ65との温度変化に変換され、ボビン63と、ボビン63に巻かれて接着されている光ファイバ67との温度変化に変換される。
Therefore, since these temperature changes or pressure changes are converted into temperature changes by the
したがって、光ファイバ65が温度変化することにより、光ファイバ65を通過するパルスの位相変化に変換され、光ファイバ67が温度変化することにより、光ファイバ67を通過するパルスの位相変化に変換される。例えば、光ファイバ65又は光ファイバ67は、温められることにより、素材が膨張することで、光ファイバ65又は光ファイバ67を通過するパルスの伝達距離が長くなり、光ファイバ65又は光ファイバ67を通過するパルスの到着が遅れるため、光ファイバ65又は光ファイバ67を通過するパルスの位相が遅れることとなる。また、例えば、光ファイバ65又は光ファイバ67は、冷やされることにより、素材が収縮することで、光ファイバ65又は光ファイバ67を通過するパルスの伝達距離が短くなり、光ファイバ65又は光ファイバ67を通過するパルスの到着が速くなるため、光ファイバ65又は光ファイバ67を通過するパルスの位相が進むこととなる。
Therefore, when the temperature of the optical fiber 65 changes, the phase change of the pulse passing through the optical fiber 65 is converted, and when the temperature of the
以上の説明から、干渉型光ファイバセンサ1には、フィードバック系が構成されることとなる。つまり、センシングファイバ31の温度変化又は圧力変化に伴う位相変化、遅延補償ファイバ75の温度変化又は圧力変化に伴う位相変化、光ファイバ65に含まれている温度変化又は圧力変化に伴う位相変化、光ファイバ67に含まれている温度変化又は圧力変化に伴う位相変化のそれぞれは、復調器19の出力からフィードバックされることで生じた光ファイバ65及び光ファイバ67の位相変化で打ち消されるようにフィードバック系が構成される。
From the above description, the interference
なお、フィルタ21は、復調器19と、アンプ23との間に設けられているが、アンプ23が飽和することにより、ペルチェ素子57に過電流が流れることで、ペルチェ素子57が故障する場合を想定したときに取り付けられるものである。
The
なお、光カプラ37は、本発明における第1光カプラに相当する。また、第1アーム53を往復するパルスは、本発明における第1パルスに相当する。また、第2アーム55を往復するパルスは、本発明における第2パルスに相当する。また、光カプラ51は、本発明における第2光カプラに相当する。また、ペルチェ素子57は、本発明における第1部材に相当する。また、光ファイバ67は、本発明における第1光ファイバに相当する。また、光ファイバ65は、本発明における第2光ファイバに相当する。
The optical coupler 37 corresponds to the first optical coupler in the present invention. The pulse reciprocating the first arm 53 corresponds to the first pulse in the present invention. The pulse reciprocating the second arm 55 corresponds to the second pulse in the present invention. The optical coupler 51 corresponds to the second optical coupler in the present invention. The Peltier element 57 corresponds to the first member in the present invention. The
<動作の説明>
検出する信号XSでセンシングファイバ31が歪み、センシングファイバ31の歪みによりセンシングファイバ31を通過するセンシング光の位相が変調され、復調器19等で信号XSが検出される。センシングファイバ31の温度変化又は圧力変化に伴う位相変化、遅延補償ファイバ75の温度変化又は圧力変化に伴う位相変化、光ファイバ65に含まれている温度変化又は圧力変化に伴う位相変化、光ファイバ67に含まれている温度変化又は圧力変化に伴う位相変化のそれぞれは、復調器19の出力が光ファイバ65及び光ファイバ67にフィードバックされることにより、打ち消される。
<Description of operation>
Sensing fiber 31 by a signal X S for detecting distortion are modulated sensing light phase passing through the sensing fiber 31 by the strain of the sensing fiber 31, the signal X S is detected by the
つまり、温度変化又は圧力変化による光の位相変化、すなわち、温度変化又は圧力変化のような長周期の変動が打ち消されることにより、位相変化により発生する雑音は解消される。 That is, the phase change of light due to temperature change or pressure change, that is, long-period fluctuation such as temperature change or pressure change is canceled, so that noise generated by the phase change is eliminated.
また、第1アーム53の位相変化及び第2アーム55の位相変化には、周囲温度の変化に伴う位相変化と、ペルチェ素子57に流れる電流に伴う位相変化とがある。周囲温度の変化に伴う位相変化は、光ファイバ65及び光ファイバ67がフィードバック制御されているため打ち消されている。よって、光カプラ51で干渉する前の一方のパルスの位相が進めば、光カプラ51で干渉する前のもう一方のパルスの位相も進むため、干渉するパルス同士の振幅のタイミングは一致し、干渉したパルスでは位相変化が打ち消される。
Further, the phase change of the first arm 53 and the phase change of the second arm 55 include a phase change accompanying a change in ambient temperature and a phase change accompanying a current flowing through the Peltier element 57. The phase change accompanying the change in the ambient temperature is canceled because the optical fiber 65 and the
これに対し、ペルチェ素子57に流れる電流に伴う位相変化は、光ファイバ65が温められた場合、光ファイバ67は冷やされるため、光ファイバ65を通過するパルスの位相は遅れ、光ファイバ67を通過するパルスの位相は進み、光ファイバ65が冷やされた場合、光ファイバ67は温められるため、光ファイバ65を通過するパルスの位相は進み、光ファイバ67を通過するパルスの位相は遅れることとなる。つまり、ペルチェ素子57の第1面と第2面との温度差に応じて、光ファイバ65を通過するパルスと光ファイバ67を通過するパルスとの位相差が変位する。よって、光カプラ51で干渉する前の一方のパルスの位相が進めば、光カプラ51で干渉する前のもう一方のパルスの位相は遅れる。これにより、第1アーム53を往復したパルスと、第2アーム55を往復したパルスとが干渉したパルスの位相は変位するため、ペルチェ素子57によりフィードバックでパルスの位相を調整することができる。
On the other hand, the phase change accompanying the current flowing through the Peltier element 57 is such that when the optical fiber 65 is warmed, the
具体的には、センシングファイバ31に入力される信号を信号XSとし、センシングファイバ31に入力される外乱を外乱XNとする。また、温度変化を加えるボビン61に巻かれた光ファイバ65に加わる外乱を外乱Y1とし、温度変化を加えるボビン63に巻かれた光ファイバ67に加わる外乱を外乱Y2とする。つまり、遅延補償器15に加わる外乱を外乱Y1及び外乱Y2とする。また、光ファイバ65と、遅延補償ファイバ75とに加わる制御信号をZ1とし、光ファイバ67に加わる制御信号を−Z2とすると、復調器19の出力である出力Oは、次に示す式(4)で表される。
Specifically, a signal inputted to the sensing fiber 31 and the signal X S, the disturbance is input to the sensing fiber 31 and the disturbance X N. Further, the disturbance applied to the optical fiber 65 wound on the bobbin 61 to apply a change in temperature as a disturbance Y 1, to the disturbance applied to the
外乱XN、外乱Y1、及び外乱Y2は、そのほとんどが温度変化又は圧力変化に伴う長周期の変動である。式(4)の第3項は、第2アーム55に加わる位相変化を表している。また、式(4)の第4項は、第1アーム53に加わる位相変化を表している。よって、第3項の符号と、第4項の符号とを反転して表すこととしている。復調器19の出力Oのうち、長周期の変動をフィードバック制御すると、制御信号Z1と制御信号Z2との合計である制御信号Zは、次に示す式(5)で表される。
The disturbance X N , the disturbance Y 1 , and the disturbance Y 2 are mostly long-period fluctuations associated with temperature changes or pressure changes. The third term of Expression (4) represents a phase change applied to the second arm 55. Further, the fourth term of the equation (4) represents a phase change applied to the first arm 53. Therefore, the sign of the third term and the sign of the fourth term are inverted. Of the output O of the
式(5)を式(4)に代入すると、次に示す式(6)が導出される。 By substituting equation (5) into equation (4), the following equation (6) is derived.
つまり、このときの復調器19の出力Oは、式(6)のようになる。これにより、長周期の変動であるXN+Y1−Y2が打ち消されることとなり、長周期の変動と、復調誤差で発生する高い周波数の雑音とが抑制される。
That is, the output O of the
また、Y1とY2とが一致する場合、復調器19の出力Oは次に示す式(4’)のようになり、制御信号Zは次に示す式(5’)のようになる。
When Y1 and Y2 match, the output O of the
この結果、制御信号Zから外乱Y1と外乱Y2とがなくなることとなる。これは、外乱Y1と外乱Y2とが変動したとしても、制御とは無関係になり、外乱XNを打ち消す制御だけで長周期の変動を抑制することができることを意味している。外乱Y1と外乱Y2とが完全に一致しない場合であったとしても、外乱Y1と外乱Y2とが弱め合うことになり、外乱XNを打ち消すための制御信号Z1+Z2の動作範囲を小さくすることができる。換言すれば、第1アーム53と、第2アーム55とを設け、第1アーム53と第2アーム55とが異なる位相で外乱の影響を抑制することにより、遅延補償器15に加わる外乱Y1及び外乱Y2の影響が抑制されている。 As a result, the disturbance Y 1 and the disturbance Y 2 disappear from the control signal Z. This is also a disturbance Y 1 and disturbance Y 2 is changed, become independent of the control, which means that it is possible to suppress the fluctuation of the long-period only control to cancel the disturbance X N. Even if the disturbance Y 1 and the disturbance Y 2 do not completely coincide with each other, the disturbance Y 1 and the disturbance Y 2 are weakened, and the operation of the control signal Z 1 + Z 2 for canceling the disturbance X N The range can be reduced. In other words, the disturbance Y 1 applied to the delay compensator 15 is provided by providing the first arm 53 and the second arm 55 and suppressing the influence of the disturbance at a phase different between the first arm 53 and the second arm 55. and the influence of the disturbance Y 2 is suppressed.
<効果の説明>
従来技術においては、高い周波数の雑音が発生し、雑音の周波数が信号帯域に達することで、雑音と、信号とを、周波数の違いを利用して分離することができず、信号検出が阻害される要因として、例えば、ペルチェ素子57の制御可能範囲を周囲温度が超えている場合が想定された。
<Description of effects>
In the prior art, high frequency noise is generated and the noise frequency reaches the signal band, so that noise and signal cannot be separated using the difference in frequency, and signal detection is hindered. For example, the case where the ambient temperature exceeds the controllable range of the Peltier element 57 is assumed.
具体的には、ボビン61及びボビン63が置かれている場所の周囲温度が、ペルチェ素子57による温度変化よりも速く変化した場合である。また、ボビン61及びボビン63が置かれている場所の周囲温度の変化の大きさが、ペルチェ素子57の温度制御範囲よりも大きい場合である。これらの場合、ペルチェ素子57の制御が不十分になる虞があった。そこで、実施の形態1では、そのような場合に対応できる構成及び動作として、それぞれが異なる位相で外乱の影響を抑制する2つのアームを設けることにより、遅延補償ファイバ75を含む遅延補償器15が受ける外乱の影響を抑制することができるようにした。 Specifically, this is a case where the ambient temperature of the place where the bobbin 61 and the bobbin 63 are placed changes faster than the temperature change by the Peltier element 57. In addition, the magnitude of the change in ambient temperature at the place where the bobbin 61 and the bobbin 63 are placed is larger than the temperature control range of the Peltier element 57. In these cases, the control of the Peltier element 57 may be insufficient. Therefore, in the first embodiment, as a configuration and operation that can cope with such a case, the delay compensator 15 including the delay compensation fiber 75 is provided by providing two arms that suppress the influence of disturbance at different phases. The influence of the disturbance received can be suppressed.
これにより、周囲温度の変化に伴う位相変化が、第1アーム53を往復したパルスと、第2アーム55を往復したパルスとが干渉したパルスでは打ち消されるため、安定した制御を行うことができる。この結果、制御が不安定になる状態が解消されることとなり、高い周波数の雑音が発生することによる信号の検出が阻害されるのを防ぐことができる。 Thereby, the phase change accompanying the change in the ambient temperature is canceled out by the pulse in which the pulse reciprocating the first arm 53 and the pulse reciprocating the second arm 55 interfere with each other, so that stable control can be performed. As a result, the state where the control becomes unstable is eliminated, and it is possible to prevent the detection of signals due to the occurrence of high frequency noise from being hindered.
以上のように、本実施の形態1では、物理量を検知するセンシングファイバ31と、センシングファイバ31で遅延差を生じさせたパルスと、センシングファイバ31で遅延差を生じさせないパルスと、を出力する光カプラ37と、遅延差を生じさせたパルスと、遅延差を生じさせないパルスと、を第1アーム53及び第2アーム55に供給し、第1アーム53を往復した第1パルスと、第2アーム55を往復した第2パルスとを互いに干渉させ、干渉させた干渉パルスを出力する光カプラ51と、干渉パルスから物理量を含む出力信号を出力する復調器19と、出力信号に応じて、第1面と、第2面とに温度差を発生させるペルチェ素子57と、を備え、第1アーム53は、第1面に配置された光ファイバ67を有し、第2アーム55は、センシングファイバ31での遅延を補償する遅延補償ファイバ75と、第2面に配置された光ファイバ65と、を有し、光ファイバ67は、第1面の温度変化に応じて位相が変位し、光ファイバ65は、第2面の温度変化に応じて位相が変位し、第1パルスと、第2パルスとの位相差は、温度差に応じて変位する。
As described above, in the first embodiment, the light that outputs the sensing fiber 31 that detects the physical quantity, the pulse that causes the delay difference in the sensing fiber 31, and the pulse that does not cause the delay difference in the sensing fiber 31 are output. The coupler 37, a pulse that causes a delay difference, and a pulse that does not cause a delay difference are supplied to the first arm 53 and the second arm 55, and the first pulse that reciprocates the first arm 53 and the second arm The optical pulse 51 that outputs the interference pulse that interferes with the second pulse that reciprocates 55 and outputs the interference pulse, the
これにより、周囲温度の変化に伴う位相変化が、第1アーム53を往復したパルスと、第2アーム55を往復したパルスとが干渉したパルスでは打ち消されるため、安定した制御を行うことができる。この結果、制御が不安定になる状態が解消されることとなり、高い周波数の雑音が発生することによる信号の検出が阻害されるのを防ぐことができる。 Thereby, the phase change accompanying the change in the ambient temperature is canceled out by the pulse in which the pulse reciprocating the first arm 53 and the pulse reciprocating the second arm 55 interfere with each other, so that stable control can be performed. As a result, the state where the control becomes unstable is eliminated, and it is possible to prevent the detection of signals due to the occurrence of high frequency noise from being hindered.
実施の形態2.
<概要>
図2は、本発明の実施の形態2における干渉型光ファイバセンサ1の概略構成の一例を示す図である。図2に示すように、実施の形態1との相違点は、複数のペルチェ素子57、58が用いられ、ペルチェ素子57と、ペルチェ素子58との間にヒートシンク59が設けられた点である。
<Overview>
FIG. 2 is a diagram showing an example of a schematic configuration of the interference
例えば、高い周波数の雑音が発生し、雑音の周波数が信号帯域に達することで、雑音と、信号とを、周波数の違いを利用して分離することができず、信号検出が阻害される要因として、例えば、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58の制御可能範囲を周囲温度が超えている場合が想定される。
For example, high-frequency noise is generated and the noise frequency reaches the signal band, so that noise and signal cannot be separated using the difference in frequency, which is a factor that hinders signal detection. For example, it is assumed that the ambient temperature exceeds the controllable range of the Peltier element 57 and the
具体的には、ボビン61及びボビン63が置かれている場所の周囲温度が、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58による温度変化よりも速く変化した場合である。また、ボビン61及びボビン63が置かれている場所の周囲温度の変化の大きさが、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58の温度制御範囲よりも大きい場合である。これらの場合、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58の制御が不十分になる虞がある。
Specifically, this is a case where the ambient temperature of the place where the bobbin 61 and the bobbin 63 are placed changes faster than the temperature change by the Peltier element 57 and the
また、高い周波数の雑音が発生し、雑音の周波数が信号帯域に達することで、雑音と、信号とを、周波数の違いを利用して分離することができず、信号検出が阻害される別の要因として、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58の制御可能範囲をヒートシンク59の媒質の温度変化が超えている場合が想定される。
In addition, when high-frequency noise is generated and the noise frequency reaches the signal band, the noise and the signal cannot be separated using the difference in frequency, and the signal detection is hindered. As a factor, it is assumed that the temperature change of the medium of the
具体的には、ヒートシンク59に水又は不凍液等の放熱のための媒質を流す場合、媒質の温度変化がペルチェ素子57及びペルチェ素子58の温度変化よりも速い場合、又は媒質の温度変化の大きさがペルチェ素子57及びペルチェ素子58の温度制御範囲よりも大きい場合に制御が不十分になる虞がある。
Specifically, when a medium for heat dissipation such as water or antifreeze liquid is passed through the
また、高い周波数の雑音が発生し、雑音の周波数が信号帯域に達することで、雑音と、信号とを、周波数の違いを利用して分離することができず、信号検出が阻害される別の要因として、結露等により、ボビン61及びボビン63が正常に動作しない場合が想定される。 In addition, when high-frequency noise is generated and the noise frequency reaches the signal band, the noise and the signal cannot be separated using the difference in frequency, and the signal detection is hindered. As a factor, it is assumed that the bobbin 61 and the bobbin 63 do not operate normally due to condensation or the like.
具体的には、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58の温度又はボビン61及びボビン63の温度が周囲温度より低くなり、ボビン61及びボビン63が結露した状態で、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58の温度又はボビン61及びボビン63の温度が氷点より低くなり結露した水分が凍結したと想定する。この場合、凝固熱でボビン61及びボビン63の温度変化が遅くなるため、制御が不十分になる虞がある。
Specifically, when the temperature of the Peltier element 57 and the
また、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58又はボビン61及びボビン63が凍結した状態で温度が融点よりも高くなったと想定する。この場合、融解熱でボビン61及びボビン63の温度変化が遅くなるため、制御が不十分になる虞がある。
Further, it is assumed that the temperature is higher than the melting point in a state where the Peltier element 57 and the
そこで、実施の形態2では、そのような場合に対応できる構成及び動作について説明する。 In the second embodiment, a configuration and operation that can cope with such a case will be described.
<構成の説明>
上記で概要について説明したが、図2においては、ボビン61を温めたり、冷やしたりするためのペルチェ素子57と、ボビン63を温めたり、冷やしたりするためのペルチェ素子58とが設けられ、ペルチェ素子57とペルチェ素子58との間にヒートシンク59が挟み込まれている。ここで、ペルチェ素子57とペルチェ素子58の設定として、ペルチェ素子57がボビン61に近い面を加熱する場合、ペルチェ素子58はボビン63に近い面を冷却し、ペルチェ素子57がボビン61に近い面を冷却する場合、ペルチェ素子58はボビン63に近い面を加熱すると想定する。
<Description of configuration>
Although the outline has been described above, in FIG. 2, a Peltier element 57 for heating and cooling the bobbin 61 and a
また、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58における温度変化は、ペルチェ効果による熱の吸収及びペルチェ効果による熱の放出による温度変化と、電流を流すことで発生するジュール熱による温度変化とがある。そこで、ヒートシンク59を設けることにより、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58で発生するジュール熱を放出させる。これにより、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58と、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58の周辺の温度が過度に高くなったり低くなったりしないようにさせる。
The temperature changes in the Peltier element 57 and the
具体的には、ヒートシンク59は、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58、ボビン61及びボビン63、並びにボビン61に巻かれて接着されている光ファイバ65及びボビン63に巻かれて接着されている光ファイバ67のそれぞれの温度が氷点下とならないようにするために、自身のヒートシンク59を加熱させるか、ヒートシンク59に流す媒質を加熱させる。なお、ここでは、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58を放熱する部材の一例として、ヒートシンク59について説明したが、特にこれに限定するものではない。
Specifically, the
なお、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58は、本発明における2つの第1部材に相当する。
The Peltier element 57 and the
<動作の説明>
検出する信号XSでセンシングファイバ31が歪み、センシングファイバ31の歪みによりセンシングファイバ31を通過するセンシング光の位相が変調され、復調器19等で信号XSが検出される。センシングファイバ31の温度変化又は圧力変化に伴う位相変化、遅延補償ファイバ75の温度変化又は圧力変化に伴う位相変化、光ファイバ65に含まれている温度変化又は圧力変化に伴う位相変化、光ファイバ67に含まれている温度変化又は圧力変化に伴う位相変化は、復調器19の出力が光ファイバ65及び光ファイバ67にフィードバックされることにより、打ち消される。
<Description of operation>
Sensing fiber 31 by a signal X S for detecting distortion are modulated sensing light phase passing through the sensing fiber 31 by the strain of the sensing fiber 31, the signal X S is detected by the
つまり、温度変化又は圧力変化による光の位相変化、すなわち、温度変化又は圧力変化のような長周期の変動が打ち消されることにより、位相変化により発生する雑音は解消される。 That is, the phase change of light due to temperature change or pressure change, that is, long-period fluctuation such as temperature change or pressure change is canceled, so that noise generated by the phase change is eliminated.
また、第1アーム53の位相変化及び第2アーム55の位相変化には、周囲温度の変化に伴う位相変化と、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58に流れる電流に伴う位相変化とがある。周囲温度の変化に伴う位相変化は、光ファイバ65及び光ファイバ67がフィードバック制御されているため打ち消されている。よって、光カプラ51で干渉する前の一方のパルスの位相が進めば、光カプラ51で干渉する前のもう一方のパルスの位相も進むため、干渉するパルス同士の振幅のタイミングは一致し、干渉したパルスでは位相変化が打ち消される。
Further, the phase change of the first arm 53 and the phase change of the second arm 55 include a phase change accompanying a change in ambient temperature and a phase change accompanying a current flowing in the Peltier element 57 and the
これに対し、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58に流れる電流に伴う位相変化は、光ファイバ65が温められた場合、光ファイバ67は冷やされるため、光ファイバ65を通過するパルスの位相は遅れ、光ファイバ67を通過するパルスの位相は進み、光ファイバ65が冷やされた場合、光ファイバ67は温められるため、光ファイバ65を通過するパルスの位相は進み、光ファイバ67を通過するパルスの位相は遅れるように設定されている。よって、光カプラ51で干渉する前の一方のパルスの位相が進めば、光カプラ51で干渉する前のもう一方のパルスの位相は遅れる。これにより、第1アーム53を往復したパルスと、第2アーム55を往復したパルスとが干渉したパルスの位相は変位するため、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58によりフィードバックでパルスの位相を調整することができる。
On the other hand, the phase change accompanying the current flowing through the Peltier element 57 and the
具体的には、上記で説明したように、遅延補償器15に加わる外乱は、外乱Y1及び外乱Y2であって、復調器19の出力である出力Oは、上記の式(4)で表される。また、上記で説明したように、復調器19の出力Oのうち、長周期の変動をフィードバック制御すると、制御信号Z1と制御信号Z2との合計である制御信号Zは、上記の式(5)で表される。
Specifically, as described above, the disturbances applied to the delay compensator 15 are the disturbance Y 1 and the disturbance Y 2 , and the output O which is the output of the
つまり、このときの復調器19の出力Oは、上記の式(6)のようになる。これにより、長周期の変動であるXN+Y1−Y2が打ち消されることとなり、長周期の変動と、復調誤差で発生する高い周波数の雑音とが抑制される。また、外乱Y1と外乱Y2とが一致する場合、復調器19の出力Oは上記の式(4’)のようになり、制御信号Zは上記の式(5’)のようになる。
That is, the output O of the
この結果、実施の形態2においても、制御信号Zから外乱Y1と外乱Y2とがなくなることとなる。これは、外乱Y1と外乱Y2とが変動したとしても、制御とは無関係になり、外乱XNを打ち消す制御だけで長周期の変動を抑制することができることを意味している。外乱Y1と外乱Y2とが完全に一致しない場合であったとしても、外乱Y1と外乱Y2とが弱め合うことになり、外乱XNを打ち消すための制御信号Z1+Z2の動作範囲を小さくすることができる。換言すれば、第1アーム53と、第2アーム55とを設け、第1アーム53と第2アーム55とが異なる位相で外乱の影響を抑制することにより、遅延補償器15に加わる外乱Y1及び外乱Y2の影響が抑制されている。 As a result, also in the second embodiment, the disturbance Y 1 and the disturbance Y 2 are eliminated from the control signal Z. This is also a disturbance Y 1 and disturbance Y 2 is changed, become independent of the control, which means that it is possible to suppress the fluctuation of the long-period only control to cancel the disturbance X N. Even if the disturbance Y 1 and the disturbance Y 2 do not completely coincide with each other, the disturbance Y 1 and the disturbance Y 2 are weakened, and the operation of the control signal Z 1 + Z 2 for canceling the disturbance X N The range can be reduced. In other words, the disturbance Y 1 applied to the delay compensator 15 is provided by providing the first arm 53 and the second arm 55 and suppressing the influence of the disturbance at a phase different between the first arm 53 and the second arm 55. and the influence of the disturbance Y 2 is suppressed.
また、ヒートシンク59がペルチェ素子57及びペルチェ素子58から発生するジュール熱を放出する。これにより、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58、ボビン61及びボビン63、並びにボビン61に巻かれて接着されている光ファイバ65及びボビン63に巻かれて接着されている光ファイバ67のそれぞれの温度が過度に高くなったり過度に低くなったりならないようにしている。
The
<効果の説明>
従来技術においては、高い周波数の雑音が発生し、雑音の周波数が信号帯域に達することで、雑音と、信号とを、周波数の違いを利用して分離することができず、信号検出が阻害される要因として、例えば、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58の制御可能範囲を周囲温度が超えている場合が想定された。
<Description of effects>
In the prior art, high frequency noise is generated and the noise frequency reaches the signal band, so that noise and signal cannot be separated using the difference in frequency, and signal detection is hindered. For example, the case where the ambient temperature exceeds the controllable range of the Peltier element 57 and the
具体的には、ボビン61及びボビン63が置かれている場所の周囲温度が、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58による温度変化よりも速く変化した場合である。また、ボビン61及びボビン63が置かれている場所の周囲温度の変化の大きさが、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58の温度制御範囲よりも大きい場合である。これらの場合、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58の制御が不十分になる虞があった。
Specifically, this is a case where the ambient temperature of the place where the bobbin 61 and the bobbin 63 are placed changes faster than the temperature change by the Peltier element 57 and the
そこで、実施の形態2においても、そのような場合に対応できる構成及び動作として、それぞれが異なる位相で外乱の影響を抑制する2つのアームを設けることにより、遅延補償ファイバ75を含む遅延補償器15が受ける外乱の影響を抑制することができるようにした。 Therefore, also in the second embodiment, as a configuration and operation that can cope with such a case, the delay compensator 15 including the delay compensation fiber 75 is provided by providing two arms that suppress the influence of disturbance with different phases. It was made possible to suppress the influence of the disturbance that is affected.
これにより、周囲温度の変化に伴う位相変化が、第1アーム53を往復したパルスと、第2アーム55を往復したパルスとが干渉したパルスでは打ち消されるため、安定した制御を行うことができる。この結果、制御が不安定になる状態が解消されることにより、高い周波数の雑音が発生することによる信号の検出が阻害されるのを防ぐことができる。 Thereby, the phase change accompanying the change in the ambient temperature is canceled out by the pulse in which the pulse reciprocating the first arm 53 and the pulse reciprocating the second arm 55 interfere with each other, so that stable control can be performed. As a result, it is possible to prevent the detection of the signal from being hindered due to generation of high-frequency noise by eliminating the state where the control becomes unstable.
また、実施の形態2においては、実施の形態1と比べ、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58のジュール熱を逃がしているため、ボビン61及びボビン63の2つの平均温度が大きく変わることがない。よって、実施の形態1と比べ、実施の形態2では動作がさらに安定する。
In the second embodiment, since the Joule heat of the Peltier element 57 and the
また、高い周波数の雑音が発生し、雑音の周波数が信号帯域に達することで、雑音と、信号とを、周波数の違いを利用して分離することができず、信号検出が阻害される別の要因として、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58の制御可能範囲をヒートシンク59の媒質の温度変化が超えている場合が想定された。
In addition, when high-frequency noise is generated and the noise frequency reaches the signal band, the noise and the signal cannot be separated using the difference in frequency, and the signal detection is hindered. As a factor, it is assumed that the temperature change of the medium of the
具体的には、ヒートシンク59に水又は不凍液等の放熱のための媒質を流す場合、媒質の温度変化がペルチェ素子57及びペルチェ素子58の温度変化よりも速い場合、又は媒質の温度変化の大きさがペルチェ素子57及びペルチェ素子58の温度制御範囲よりも大きい場合に制御が不十分になる虞があった。
Specifically, when a medium for heat dissipation such as water or antifreeze liquid is passed through the
そこで、実施の形態2においては、媒質の温度が変化したとしても、第1アーム53を往復したパルスと、第2アーム55を往復したパルスとが干渉したパルスの位相変化は打ち消されているため、安定した制御をすることができる。よって、制御が不安定になる状態が解消されるので、高い周波数の雑音が発生することにより信号の検出が阻害されるのを防ぐことができる。 Therefore, in the second embodiment, even if the temperature of the medium changes, the phase change of the pulse that interferes with the pulse that reciprocates the first arm 53 and the pulse that reciprocates the second arm 55 is canceled out. , Can be controlled stably. Therefore, since the state where the control becomes unstable is eliminated, it is possible to prevent the detection of the signal from being hindered by the occurrence of high frequency noise.
また、高い周波数の雑音が発生し、雑音の周波数が信号帯域に達することで、雑音と、信号とを、周波数の違いを利用して分離することができず、信号検出が阻害される別の要因として、結露等により、ボビン61及びボビン63が正常に動作しない場合が想定された。 In addition, when high-frequency noise is generated and the noise frequency reaches the signal band, the noise and the signal cannot be separated using the difference in frequency, and the signal detection is hindered. As a factor, it is assumed that the bobbin 61 and the bobbin 63 do not operate normally due to condensation or the like.
具体的には、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58の温度又はボビン61及びボビン63の温度が周囲温度より低くなり、ボビン61及びボビン63が結露した状態で、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58の温度又はボビン61及びボビン63の温度が氷点より低くなり結露した水分が凍結したと想定した。この場合、凝固熱でボビン61及びボビン63の温度変化が遅くなるため、制御が不十分になる虞があった。
Specifically, when the temperature of the Peltier element 57 and the
また、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58又はボビン61及びボビン63が凍結した状態で温度が融点よりも高くなったと想定した。この場合、融解熱でボビン61及びボビン63の温度変化が遅くなるため、制御が不十分になる虞があった。
Further, it was assumed that the temperature became higher than the melting point in a state where the Peltier element 57 and the
そこで、実施の形態2においては、ヒートシンク59を用いることにより、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58、ボビン61及びボビン63、並びにボビン61に接着された光ファイバ65及びボビン63に接着された光ファイバ67が氷点下となるのを防いでいる。これにより、安定した制御をすることができる。よって、制御が不安定になる状態が解消されるので、高い周波数の雑音が発生することにより信号の検出が阻害されるのを防ぐことができる。
Therefore, in the second embodiment, by using the
以上のように、本実施の形態2では、物理量を検知するセンシングファイバ31と、センシングファイバ31で遅延差を生じさせたパルスと、センシングファイバ31で遅延差を生じさせないパルスと、を出力する光カプラ37と、遅延差を生じさせたパルスと、遅延差を生じさせないパルスと、を第1アーム53及び第2アーム55に供給し、第1アーム53を往復した第1パルスと、第2アーム55を往復した第2パルスとを互いに干渉させ、干渉させた干渉パルスを出力する光カプラ51と、干渉パルスから物理量を含む出力信号を出力する復調器19と、出力信号に応じて、第1面と、第2面とに温度差を発生させるペルチェ素子57及びペルチェ素子58と、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58に挟み込まれ、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58の熱を放熱させるヒートシンク59と、を備え、第1アーム53は、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58のうち、一方の第1面に配置された光ファイバ67を有し、第2アーム55は、センシングファイバ31での遅延を補償する遅延補償ファイバ75と、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58のうち、他方の第2面に配置された光ファイバ65と、を有し、光ファイバ67は、一方の第1面の温度変化に応じて位相が変位し、光ファイバ65は、他方の第2面の温度変化に応じて位相が変位し、第1パルスと、第2パルスとの位相差は、一方の第1面の温度変化と、他方の第2面の温度変化との差に応じて変位する。
As described above, in the second embodiment, the light that outputs the sensing fiber 31 that detects the physical quantity, the pulse that causes the delay difference in the sensing fiber 31, and the pulse that does not cause the delay difference in the sensing fiber 31 are output. The coupler 37, a pulse that causes a delay difference, and a pulse that does not cause a delay difference are supplied to the first arm 53 and the second arm 55, and the first pulse that reciprocates the first arm 53 and the second arm The optical pulse 51 that outputs the interference pulse that interferes with the second pulse that reciprocates 55 and outputs the interference pulse, the
これにより、周囲温度の変化に伴う位相変化が、第1アーム53を往復したパルスと、第2アーム55を往復したパルスとが干渉したパルスでは打ち消されるため、安定した制御を行うことができる。この結果、制御が不安定になる状態が解消されることとなり、高い周波数の雑音が発生することによる信号の検出が阻害されるのを防ぐことができる。 Thereby, the phase change accompanying the change in the ambient temperature is canceled out by the pulse in which the pulse reciprocating the first arm 53 and the pulse reciprocating the second arm 55 interfere with each other, so that stable control can be performed. As a result, the state where the control becomes unstable is eliminated, and it is possible to prevent the detection of signals due to the occurrence of high frequency noise from being hindered.
実施の形態3.
<概要>
実施の形態1及び実施の形態2との相違点は、ボビン61とボビン63とに温度差を生じさせる部材として、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58ではなく、ヒーター81及びヒーター82が用いられる点である。また、アンプ23と、ヒーター81及びヒーター82との間にダイオード85及びダイオード86を用いた回路を構成した点である。
<Overview>
The difference between the first embodiment and the second embodiment is that a heater 81 and a heater 82 are used as members that cause a temperature difference between the bobbin 61 and the bobbin 63 instead of the Peltier element 57 and the
<構成の説明>
図3は、本発明の実施の形態3における干渉型光ファイバセンサ1の概略構成の一例を示す図である。図3に示すように、ダイオード85と、ダイオード86とは互いに異なる向きで設けられている。ダイオード85と、ヒーター81とは直列に接続され、ダイオード86と、ヒーター82とは直列に接続されている。ダイオード85及びヒーター81と、ダイオード86及びヒーター82とは並列に接続され、それぞれがアンプ23に接続されている。ヒーター81及びヒーター82は、電流が流れることにより加熱するものである。ここで、アンプ23の出力が正の場合にボビン61が加熱されれば、アンプ23の出力が負の場合にボビン63が加熱され、アンプ23の出力が正の場合にボビン63が加熱されれば、アンプ23の出力が負の場合にボビン61が加熱されると想定する。
<Description of configuration>
FIG. 3 is a diagram showing an example of a schematic configuration of the interference
なお、ここでは、ボビン61及びボビン63を加熱する部材の一例として、ヒーター81及びヒーター82について説明したが、特にこれらに限定されるものではない。 In addition, although the heater 81 and the heater 82 were demonstrated as an example of the member which heats the bobbin 61 and the bobbin 63 here, it is not specifically limited to these.
なお、ヒーター81及びヒーター82は、本発明における2つの第1部材に相当する。 The heater 81 and the heater 82 correspond to the two first members in the present invention.
<動作の説明>
第1アーム53の位相変化及び第2アーム55の位相変化には、周囲温度の変化に伴う位相変化と、ヒーター81及びヒーター82に流れる電流に伴う位相変化とがある。周囲温度の変化に伴う位相変化は、光ファイバ65及び光ファイバ67がフィードバック制御されているため打ち消されている。よって、光カプラ51で干渉する前の一方のパルスの位相が進めば、光カプラ51で干渉する前のもう一方のパルスの位相も進むため、干渉するパルス同士の振幅のタイミングは一致し、干渉したパルスでは位相変化が打ち消される。
<Description of operation>
The phase change of the first arm 53 and the phase change of the second arm 55 include a phase change accompanying a change in ambient temperature and a phase change accompanying a current flowing through the heater 81 and the heater 82. The phase change accompanying the change in the ambient temperature is canceled because the optical fiber 65 and the
これに対し、ヒーター81及びヒーター82に流れる電流に伴う位相変化は、光ファイバ65が温められた場合、光ファイバ67は温められないため、光ファイバ67を通過するパルスの位相よりも光ファイバ65を通過するパルスの位相は遅れ、光ファイバ67が温められた場合、光ファイバ65は温められないため、光ファイバ65を通過するパルスの位相よりも光ファイバ67を通過するパルスの位相は遅れるように設定されている。よって、光カプラ51で干渉する前のパルスの何れか一方の位相が変位するため、ヒーター81及びヒーター82によりフィードバックでパルスの位相を調整することができる。
On the other hand, the phase change due to the current flowing through the heater 81 and the heater 82 is not heated when the optical fiber 65 is warmed. Therefore, the phase of the pulse passing through the
また、ヒートシンク59は、ヒーター81及びヒーター82、ボビン61及びボビン63、並びにボビン61に巻かれて接着された光ファイバ65及びボビン63に巻かれて接着された光ファイバ67のそれぞれの温度が過度に高くならないように放熱している。
In the
次に、具体的に説明する。センシングファイバ31に入力される信号を信号XSとし、センシングファイバ31に入力される外乱を外乱XNとする。また、温度変化を加えるボビン61に巻かれた光ファイバ65に加わる外乱を外乱Y1とし、温度変化を加えるボビン63に巻かれた光ファイバ67に加わる外乱を外乱Y2とする。
Next, a specific description will be given. A signal input to the sensing fiber 31 and the signal X S, the disturbance is input to the sensing fiber 31 and the disturbance X N. Further, the disturbance applied to the optical fiber 65 wound on the bobbin 61 to apply a change in temperature as a disturbance Y 1, to the disturbance applied to the
つまり、遅延補償器15に加わる外乱を外乱Y1及び外乱Y2とする。また、光ファイバ65と、遅延補償ファイバ75とに加わる制御信号をZpとし、光ファイバ67に加わる制御信号を−Znとする。このような前提で、XN+Y1−Y2が増加しているときの復調器19の出力である出力Opは、次に示す式(7a)で表され、XN+Y1−Y2が減少しているときの復調器19の出力である出力Onは、次に示す式(7b)で表される。
That is, the disturbance applied to the delay compensator 15 is referred to as disturbance Y 1 and disturbance Y 2 . Further, the optical fiber 65, a control signal applied to the delay compensation fiber 75 and Z p, the control signal applied to the
外乱XN、外乱Y1、及び外乱Y2は、そのほとんどが温度変化又は圧力変化に伴う長周期の変動である。式(7a)及び式(7b)のそれぞれの第3項は、第2アーム55に加わる位相変化を表している。また、式(7a)及び式(7b)のそれぞれの第4項は、第1アーム53に加わる位相変化を表している。よって、第3項の符号と、第4項の符号とを反転して表すこととしている。復調器19の出力Oのうち、長周期の変動をフィードバック制御すると、XN+Y1−Y2が増加しているときの制御信号Zpは次に示す式(8a)で表され、XN+Y1−Y2が減少しているときの制御信号Znは次に示す式(8b)で表される。
The disturbance X N , the disturbance Y 1 , and the disturbance Y 2 are mostly long-period fluctuations associated with temperature changes or pressure changes. The third term of each of the equations (7a) and (7b) represents a phase change applied to the second arm 55. Further, the fourth term of each of the equations (7a) and (7b) represents a phase change applied to the first arm 53. Therefore, the sign of the third term and the sign of the fourth term are inverted. Of the output O of the
このとき、復調器19の出力Opは次に示す式(9a)で表され、復調器19の出力Onは次に示す式(9b)で表される。
In this case, the output O p of the
つまり、XN+Y1−Y2が増加しているときと、XN+Y1−Y2が減少しているときとの両方の外乱であるXN+Y1−Y2は打ち消される。これにより、長周期の変動であるXN+Y1−Y2が打ち消されることとなり、長周期の変動と、復調誤差で発生する高い周波数の雑音とが抑制される。 That is, the disturbances X N + Y 1 -Y 2 both when X N + Y 1 -Y 2 is increasing and when X N + Y 1 -Y 2 is decreasing are canceled out. Thereby, X N + Y 1 -Y 2, which is a long-period fluctuation, is canceled out, and a long-period fluctuation and high-frequency noise generated by a demodulation error are suppressed.
また、外乱Y1と外乱Y2とが一致する場合、復調器19の出力Opは次に示す式(7a’)で表され、復調器19の出力Onは次に示す式(7b’)で表され、制御信号Zpは次に示す式(8a’)で表され、制御信号Znは次に示す式(8b’)で表される。
When the disturbance Y 1 and the disturbance Y 2 match, the output Op of the
この結果、制御信号Zpと制御信号Znとから外乱Y1と外乱Y2とがなくなることとなる。これは、外乱Y1と外乱Y2とが変動したとしても、制御とは無関係になり、外乱XNを打ち消す制御だけで長周期の変動を抑制することができることを意味している。外乱Y1と外乱Y2とが完全に一致しない場合であったとしても、外乱Y1と外乱Y2とが弱め合うことになり、外乱XNを打ち消すための制御信号Zp及び制御信号Znの動作範囲を小さくすることができる。換言すれば、第1アーム53と、第2アーム55とを備え、第1アーム53と第2アーム55とが異なる位相で外乱の影響を抑制することにより、遅延補償器15に加わる外乱Y1及び外乱Y2の影響が抑制されている。 As a result, the disturbance Y 1 and the disturbance Y 2 are eliminated from the control signal Z p and the control signal Z n . This is also a disturbance Y 1 and disturbance Y 2 is changed, become independent of the control, which means that it is possible to suppress the fluctuation of the long-period only control to cancel the disturbance X N. Even if the disturbance Y 1 and the disturbance Y 2 do not completely coincide with each other, the disturbance Y 1 and the disturbance Y 2 will weaken each other, and the control signal Z p and the control signal Z for canceling the disturbance X N The operating range of n can be reduced. In other words, the disturbance Y 1 is applied to the delay compensator 15 by including the first arm 53 and the second arm 55 and suppressing the influence of the disturbance at a phase different between the first arm 53 and the second arm 55. and the influence of the disturbance Y 2 is suppressed.
また、ヒートシンク59がペルチェ素子57及びペルチェ素子58から発生するジュール熱を放出する。これにより、ペルチェ素子57及びペルチェ素子58、ボビン61及びボビン63、並びにボビン61に巻かれて接着されている光ファイバ65及びボビン63に巻かれて接着されている光ファイバ67のそれぞれの温度が過度に高くなったり低くなったりならないようにしている。
The
<効果の説明>
実施の形態3においては、ボビン61及びボビン63と、ボビン61に巻かれて接着された光ファイバ65及びボビン63に巻かれて接着された光ファイバ67とが、加熱されるだけで冷却されることはない。よって、結露及び凍結による温度変化の遅れは発生しなくなる。したがって、制御が不安定になる状態は解消されるため、高い周波数の雑音が発生することで、信号の検出が阻害される状態を解消することができる。
<Description of effects>
In the third embodiment, the bobbin 61 and the bobbin 63, and the optical fiber 65 wound around and bonded to the bobbin 61 and the
以上のように、本実施の形態3では、物理量を検知するセンシングファイバ31と、センシングファイバ31で遅延差を生じさせたパルスと、センシングファイバ31で遅延差を生じさせないパルスと、を出力する光カプラ37と、遅延差を生じさせたパルスと、遅延差を生じさせないパルスと、を第1アーム53及び第2アーム55に供給し、第1アーム53を往復した第1パルスと、第2アーム55を往復した第2パルスとを互いに干渉させ、干渉させた干渉パルスを出力する光カプラ51と、干渉パルスから物理量を含む出力信号を出力する復調器19と、少なくとも、第1面を備え、復調器19から出力される出力信号に応じて、第1面を加熱するヒーター81及びヒーター82と、ヒーター81及びヒーター82に挟み込まれ、ヒーター81及びヒーター82の熱を放熱させるヒートシンク59と、を備え、第1アーム53は、ヒーター81及びヒーター82のうち、一方の第1面に配置された光ファイバ67を有し、第2アーム55は、センシングファイバ31での遅延を補償する遅延補償ファイバ75と、ヒーター81及びヒーター82のうち、他方の第1面に配置された光ファイバ65と、を有し、光ファイバ67は、一方の第1面の温度変化に応じて位相が変位し、光ファイバ65は、他方の第1面の温度変化に応じて位相が変位し、第1パルスと、第2パルスとの位相差は、一方の第1面の温度変化と、他方の第1面の温度変化との差に応じて変位する。
As described above, in the third embodiment, the light that outputs the sensing fiber 31 that detects the physical quantity, the pulse that causes the delay difference in the sensing fiber 31, and the pulse that does not cause the delay difference in the sensing fiber 31 are output. The coupler 37, a pulse that causes a delay difference, and a pulse that does not cause a delay difference are supplied to the first arm 53 and the second arm 55, and the first pulse that reciprocates the first arm 53 and the second arm An optical coupler 51 for causing the second pulse reciprocating through 55 to interfere with each other and outputting the interfered pulse, a
これにより、制御が不安定になる状態は解消されるため、高い周波数の雑音が発生することで、信号の検出が阻害される状態を解消することができる。 Thereby, since the state where control becomes unstable is eliminated, it is possible to eliminate the state where the detection of the signal is hindered by the occurrence of high-frequency noise.
<利用形態の説明>
実施の形態1〜3で説明した位相復調方法は一例であって、特にこれに限定されない。例えば、他の位相復調方法であってもよい。
<Description of usage pattern>
The phase demodulation method described in the first to third embodiments is an example, and the present invention is not particularly limited to this. For example, other phase demodulation methods may be used.
実施の形態1〜3では、光カプラ37、光カプラ51、ミラー33、ミラー35、ミラー71、及びミラー73を用いるマイケルソン干渉計を構成する一例で説明したが、マッハ・ツェンダ干渉計のように他の干渉計を用いてもよい。
In the first to third embodiments, an example of configuring a Michelson interferometer using the optical coupler 37, the optical coupler 51, the mirror 33, the
実施の形態1〜3では、光カプラ37及び光カプラ51でパルスを分岐する一例について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、複数のセンシングファイバ31で構成されるセンサアレイを用いてもよい。このようなセンサアレイを適用する場合には、センサアレイを構成する全てのセンシングファイバ31の出力の平均値をペルチェ素子57及びペルチェ素子58に入力することが望ましいが、位相ドリフトが近い場合、代表する1つを用いるだけでもよい。
In the first to third embodiments, an example in which a pulse is branched by the optical coupler 37 and the optical coupler 51 has been described. However, the present invention is not particularly limited thereto. For example, a sensor array including a plurality of sensing fibers 31 may be used. When such a sensor array is applied, it is desirable to input the average value of the outputs of all the sensing fibers 31 constituting the sensor array to the Peltier element 57 and the
実施の形態1〜3では、ボビン61及びボビン63を用いる一例について説明したが、光ファイバ65及び光ファイバ67の温度変化に伴う屈折率の変化だけで光の位相を変化させてもよい。
In the first to third embodiments, an example in which the bobbin 61 and the bobbin 63 are used has been described. However, the phase of the light may be changed only by the change in the refractive index associated with the temperature change of the optical fiber 65 and the
実施の形態1〜3では、復調器19の出力からフィードバックする構成について説明したが、センシングファイバ31の温度又は圧力を検出し、その検出結果に基づいてペルチェ素子57及びペルチェ素子58並びにヒーター81及びヒーター82に電流を流す構成としてもよい。
In the first to third embodiments, the configuration of feedback from the output of the
実施の形態2では、ヒートシンク59又はヒートシンク59に流す媒質を加熱する一例について説明したが、結露及び凍結に至る虞がない場合には加熱を省いてもよい。
In the second embodiment, an example of heating the
1、3 干渉型光ファイバセンサ、11 パルス光源、13 センサ部、15 遅延補償器、17、17_1、17_2 O/E変換器、19 復調器、21 フィルタ、23 アンプ、31 センシングファイバ、33、35、71、73 ミラー、37、51 光カプラ、53 第1アーム、55 第2アーム、57、58 ペルチェ素子、59 ヒートシンク、61、63 ボビン、65、67 光ファイバ、75、76 遅延補償ファイバ、81、82 ヒーター、85、86 ダイオード。 1, 3 interference type optical fiber sensor, 11 pulse light source, 13 sensor unit, 15 delay compensator, 17, 17_1, 17_2 O / E converter, 19 demodulator, 21 filter, 23 amplifier, 31 sensing fiber, 33, 35 , 71, 73 Mirror, 37, 51 Optical coupler, 53 First arm, 55 Second arm, 57, 58 Peltier element, 59 Heat sink, 61, 63 Bobbin, 65, 67 Optical fiber, 75, 76 Delay compensation fiber, 81 , 82 Heater, 85, 86 Diode.
Claims (10)
前記センシングファイバで遅延差を生じさせたパルスと、前記センシングファイバで遅延差を生じさせないパルスと、を出力する第1光カプラと、
前記遅延差を生じさせたパルスと、前記遅延差を生じさせないパルスと、を第1アーム及び第2アームに供給する第2光カプラと、
前記第2光カプラから前記第1アームに供給された第1パルスと、前記第2光カプラから前記第2アームに供給された第2パルスとを互いに干渉させた干渉パルスから前記物理量を含む出力信号を出力する復調器と、
前記出力信号に応じて、第1面と、第2面とに温度差を発生させる2つの第1部材と、
前記2つの第1部材に挟み込まれ、該2つの第1部材の熱を放熱させる第2部材と、
を備え、
前記第1アームは、前記2つの第1部材のうち、一方の前記第1面に配置された第1光ファイバを有し、
前記第2アームは、前記センシングファイバでの遅延を補償する遅延補償ファイバと、前記2つの第1部材のうち、他方の前記第2面に配置された第2光ファイバと、を有し、
前記第1光ファイバは、一方の前記第1面の温度変化に応じて位相が変位し、
前記第2光ファイバは、他方の前記第2面の温度変化に応じて位相が変位し、
前記第1パルスと、前記第2パルスとの位相差は、一方の前記第1面の温度変化と、他方の前記第2面の温度変化との差に応じて変位する
ことを特徴とする干渉型光ファイバセンサ。 A sensing fiber that detects physical quantities;
A first optical coupler that outputs a pulse that causes a delay difference in the sensing fiber and a pulse that does not cause a delay difference in the sensing fiber;
A pulse that caused the delay difference, a second optical coupler for supplying a pulse that does not cause the delay difference, the the first and second arms,
An output including the physical quantity from an interference pulse obtained by causing the first pulse supplied from the second optical coupler to the first arm and the second pulse supplied from the second optical coupler to the second arm to interfere with each other. A demodulator that outputs a signal;
Two first members that generate a temperature difference between the first surface and the second surface in response to the output signal;
A second member sandwiched between the two first members and radiating the heat of the two first members;
With
The first arm has a first optical fiber disposed on one of the first surfaces of the two first members ,
The second arm includes a delay compensation fiber that compensates for a delay in the sensing fiber, and a second optical fiber disposed on the other second surface of the two first members ,
Wherein the first optical fiber, phase displaced in accordance with a change in temperature of one of said first surface,
The phase of the second optical fiber is displaced according to the temperature change of the other second surface,
The phase difference between the first pulse and the second pulse is displaced according to the difference between the temperature change of one of the first surfaces and the temperature change of the other second surface. Type optical fiber sensor.
ことを特徴とする請求項1に記載の干渉型光ファイバセンサ。 The interference type optical fiber sensor according to claim 1, wherein the first member is formed of a Peltier element.
前記物理量を電流で出力し、前記ペルチェ素子に前記電流を供給する
ことを特徴とする請求項2に記載の干渉型光ファイバセンサ。 The demodulator
The interference type optical fiber sensor according to claim 2, wherein the physical quantity is output as a current, and the current is supplied to the Peltier element.
前記センシングファイバで遅延差を生じさせたパルスと、前記センシングファイバで遅延差を生じさせないパルスと、を出力する第1光カプラと、
前記遅延差を生じさせたパルスと、前記遅延差を生じさせないパルスと、を第1アーム及び第2アームに供給し、前記第1アームを往復した第1パルスと、前記第2アームを往復した第2パルスとを互いに干渉させ、干渉させた干渉パルスを出力する第2光カプラと、
前記干渉パルスから前記物理量を含む出力信号を出力する復調器と、
前記出力信号に応じて、第1面と、第2面とに温度差を発生させる2つの第1部材と、
前記2つの第1部材に挟み込まれ、該2つの第1部材の熱を放熱させる第2部材と、
を備え、
前記第1アームは、前記2つの第1部材のうち、一方の前記第1面に配置された第1光ファイバを有し、
前記第2アームは、前記センシングファイバでの遅延を補償する遅延補償ファイバと、前記2つの第1部材のうち、他方の前記第2面に配置された第2光ファイバと、を有し、
前記第1光ファイバは、一方の前記第1面の温度変化に応じて位相が変位し、
前記第2光ファイバは、他方の前記第2面の温度変化に応じて位相が変位し、
前記第1パルスと、前記第2パルスとの位相差は、一方の前記第1面の温度変化と、他方の前記第2面の温度変化との差に応じて変位する
ことを特徴とする干渉型光ファイバセンサ。 A sensing fiber that detects physical quantities;
A first optical coupler that outputs a pulse that causes a delay difference in the sensing fiber and a pulse that does not cause a delay difference in the sensing fiber;
The pulse causing the delay difference and the pulse not causing the delay difference are supplied to the first arm and the second arm, the first pulse reciprocating the first arm, and the second arm reciprocating. A second optical coupler for causing the second pulse to interfere with each other and outputting the interfered pulse,
A demodulator that outputs an output signal including the physical quantity from the interference pulse;
Two first members that generate a temperature difference between the first surface and the second surface in response to the output signal;
A second member sandwiched between the two first members and radiating the heat of the two first members;
With
The first arm has a first optical fiber disposed on one of the first surfaces of the two first members,
The second arm includes a delay compensation fiber that compensates for a delay in the sensing fiber, and a second optical fiber disposed on the other second surface of the two first members,
The phase of the first optical fiber is displaced according to the temperature change of one of the first surfaces,
The phase of the second optical fiber is displaced according to the temperature change of the other second surface,
The phase difference between the first pulse and the second pulse is displaced according to the difference between the temperature change of one of the first surfaces and the temperature change of the other second surface. Type optical fiber sensor.
ことを特徴とする請求項4に記載の干渉型光ファイバセンサ。 The interference type optical fiber sensor according to claim 4, wherein each of the two first members is formed of a Peltier element.
前記物理量を電流で出力し、前記ペルチェ素子に前記電流を供給する
ことを特徴とする請求項5に記載の干渉型光ファイバセンサ。 The demodulator
The interference type optical fiber sensor according to claim 5, wherein the physical quantity is output as a current and the current is supplied to the Peltier element.
前記センシングファイバで遅延差を生じさせたパルスと、前記センシングファイバで遅延差を生じさせないパルスと、を出力する第1光カプラと、
前記遅延差を生じさせたパルスと、前記遅延差を生じさせないパルスと、を第1アーム及び第2アームに供給し、前記第1アームを往復した第1パルスと、前記第2アームを往復した第2パルスとを互いに干渉させ、干渉させた干渉パルスを出力する第2光カプラと、
前記干渉パルスから前記物理量を含む出力信号を出力する復調器と、
少なくとも、第1面を備え、前記復調器から出力される前記出力信号に応じて、前記第1面を加熱する2つの第1部材と、
前記2つの第1部材に挟み込まれ、該2つの第1部材の熱を放熱させる第2部材と、
を備え、
前記第1アームは、前記2つの第1部材のうち、一方の前記第1面に配置された第1光ファイバを有し、
前記第2アームは、前記センシングファイバでの遅延を補償する遅延補償ファイバと、前記2つの第1部材のうち、他方の前記第1面に配置された第2光ファイバと、を有し、
前記第1光ファイバは、一方の前記第1面の温度変化に応じて位相が変位し、
前記第2光ファイバは、他方の前記第1面の温度変化に応じて位相が変位し、
前記第1パルスと、前記第2パルスとの位相差は、一方の前記第1面の温度変化と、他方の前記第1面の温度変化との差に応じて変位する
ことを特徴とする干渉型光ファイバセンサ。 A sensing fiber that detects physical quantities;
A first optical coupler that outputs a pulse that causes a delay difference in the sensing fiber and a pulse that does not cause a delay difference in the sensing fiber;
The pulse causing the delay difference and the pulse not causing the delay difference are supplied to the first arm and the second arm, the first pulse reciprocating the first arm, and the second arm reciprocating. A second optical coupler for causing the second pulse to interfere with each other and outputting the interfered pulse,
A demodulator that outputs an output signal including the physical quantity from the interference pulse;
At least two first members that comprise a first surface and heat the first surface in response to the output signal output from the demodulator;
A second member sandwiched between the two first members and radiating the heat of the two first members;
With
The first arm has a first optical fiber disposed on one of the first surfaces of the two first members,
The second arm includes a delay compensation fiber that compensates for a delay in the sensing fiber, and a second optical fiber disposed on the other first surface of the two first members,
The phase of the first optical fiber is displaced according to the temperature change of one of the first surfaces,
The phase of the second optical fiber is displaced according to the temperature change of the other first surface,
The phase difference between the first pulse and the second pulse is displaced according to the difference between the temperature change of one of the first surfaces and the temperature change of the other first surface. Type optical fiber sensor.
ことを特徴とする請求項7に記載の干渉型光ファイバセンサ。 The interference type optical fiber sensor according to claim 7, wherein each of the two first members is formed by a heater.
前記物理量を電流で出力し、前記ヒーターに前記電流を供給する
ことを特徴とする請求項8に記載の干渉型光ファイバセンサ。 The demodulator
9. The interference type optical fiber sensor according to claim 8, wherein the physical quantity is output as a current and the current is supplied to the heater.
前記2つのダイオードのそれぞれは、
互いに異なる向きであって、
当該2つのダイオードのうち、一方は、前記復調器と、前記2つの第1部材のうちの一方との間に設けられ、他方は、前記復調器と、前記2つの第1部材のうちの他方との間に設けられた
ことを特徴とする請求項9に記載の干渉型光ファイバセンサ。 With two diodes,
Each of the two diodes is
In different directions,
One of the two diodes is provided between the demodulator and one of the two first members, and the other is the other of the demodulator and the two first members. The interference type optical fiber sensor according to claim 9, which is provided between
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