JP6402053B2 - 光ファイバ振動測定方法および測定システム - Google Patents
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Description
[一実施形態]
(構成)
図1は、この発明の一実施形態に係る光ファイバ振動測定システムの構成を示す図であり、図中1−1,1−2は偏波保持光ファイバを示している。偏波保持光ファイバ1−1,1−2は、その両端同士が光合分波部2−1,2−2により接続され、これにより光ファイバリングを構成する。この光ファイバリングは、例えば振動測定対象となる構造物の周面に巻回された状態で使用される。
次に、以上のように構成された測定システムの動作を説明する。図3及び図4はこの動作説明に使用する光の伝搬経路を示す図である。
光源1から出射された連続光OA は光分岐部4により二分岐され、その一方は図3に示すように連続光入射部5−1を介して偏波コントローラ6−1に入射される。そして、この偏波コントローラ6−1により、偏波面の方向が偏波保持光ファイバ1−1,1−2の光軸方向に対し直交するx方向となるように制御される。この偏波面の方向が制御されたx偏波連続光は、光合分波部2−1により二分岐され、その一方が右回りのx偏波連続光OxRとして偏波保持光ファイバ1−1に、また他方が左回りのx偏波連続光OxLとして偏波保持光ファイバ1−2にそれぞれ入射される。
Δφx=φ(t−(L−z)/vx)−φ(t−z/vx) …(1)
という位相差を持つ。
また、光合分波部2−2において、右回りのy偏波連続光OyRと左回りのy偏波連続光OyLとの干渉により発生する干渉信号は、
Δφy=φ(t−(L/2+z)/vy)−φ(t−(L/2−z)/vy) …(2)
という位相差を持つ。
すなわち、上記受光部9−1,9−2から出力された受光信号は、先ず入出力インタフェースユニット12によりディジタル信号に変換されたのち、干渉信号受信制御部111の制御の下で制御ユニット11に取り込まれる。続いて位相差検出部112により、上記ディジタル化された各受光信号からそれぞれ位相差Δφx,Δφyが検出される。
ここで、光ファイバ中の偏波方向による速度変化がほとんどないと仮定すれば、vx≒vyとして上記(1) 式および(2) 式をさらに簡単にして計算が可能である。例えば、振動による位相変化を
φ(t) =φ0 sinωs t
として計算する。但し、ωsはリングを通過する遅延時間に対して十分遅く変化するような小さな振動とする。これは光ファイバの振動の物理的な振動なので妥当な条件と言える。このとき、上記(1) 式および(2) 式は、以下のように表される。
以上詳述したように一実施形態では、偏波保持光ファイバ1−2,1−1を接続してリング型干渉計を構成し、偏波面が互いに直交する2つの連続光をそれぞれリング上の対向する2つの入射位置からリングの左回りと右回りの両方向に伝搬するように入射する。そして、リングを左回りで一周した光と右回りで一周した光とをそれらの光の入射位置で干渉させることにより、各入射位置に対応する2組の干渉光を発生させ、これら2組の干渉光から抽出される2つの干渉信号のそれぞれについて、偏波保持光ファイバ1−2,1−1の長手方向の任意の位置Pの振動によって左回りの光に対して与えられた位相変調と右回りの光に対して与えられた位相変調との位相差を検出し、検出された2つの位相差に基づいて、振動が生じた光ファイバの長手方向の位置zを算出するようにしている。
さらに、(3) 式を用いることで、少ない演算量により位置zを算出することが可能となる。
前記一実施形態では、振動が発生した位置の算出結果として、偏波保持光ファイバの一端、つまり光合分波部2−1からの距離zを表示するようにした。しかし、それに限るものではなく、光合分波部2−1からの距離zに対応付けて測定対象となる構造物の各部位の名称を表す情報を予め記憶ユニット13に記憶しておき、上記算出された距離zをもとに対応する構造物の部位の名称を表す情報を読み出して表示するようにしてもよい。このようにすると、監視者は表示データから構造物の振動が発生した部位を直接的に認識することが可能となる。
Claims (6)
- 偏波保持光ファイバにより構成される光ファイバリングの相対向する第1及び第2の位置から、単一の光源で発生した光から生成された偏波面が互いに直交する第1及び第2の連続光を前記光ファイバリングの左回りと右回りの両方向に伝搬するように入射する過程と、
前記第1及び第2の連続光の各々について、前記光ファイバリングを右回りで一周した連続光と左回りで一周した連続光とを前記第1及び第2の位置で干渉させてそれぞれ干渉光を発生させる過程と、
前記第1及び第2の位置において発生された各干渉光からそれぞれ干渉信号を抽出する過程と、
前記抽出された各干渉信号の各々から、前記光ファイバリング上の任意の位置で発生した振動によって、前記左回りの連続光に対し与えられた位相変調と右回りの連続光に対し与えられた位相変調との位相差を検出する過程と、
前記検出された2つの位相差に基づいて、前記光ファイバリング上における前記振動が発生した位置を算出する過程と
を具備することを特徴とする光ファイバ振動測定方法。 - 前記光ファイバリングの第1の位置から入射された第1の連続光を、前記第2の位置を迂回させて伝搬させる過程と、
前記光ファイバリングの第2の位置から入射された第2の連続光を、前記第1の位置を迂回させて伝搬させる過程と
を、さらに具備することを特徴とする請求項1記載の光ファイバ振動測定方法。 - 前記振動が発生した位置を算出する過程は、前記光ファイバリングの長さをL、前記光ファイバリングの基準位置から前記振動の発生位置までの長さをzとし、かつ前記抽出された各干渉信号の各々から検出される位相差をΔφx 、Δφy とするとき、前記zを
- 偏波保持光ファイバにより構成される光ファイバリングと、
単一の光源で発生した光から偏波面が互いに直交する第1及び第2の連続光を生成し、当該生成された第1及び第2の連続光を、前記光ファイバリングの相対向する第1及び第2の位置から当該光ファイバリングの左回りと右回りの両方向に伝搬するように入射する手段と、
前記第1及び第2の連続光の各々について、前記光ファイバリングを右回りで一周した連続光と左回りで一周した連続光とを前記第1及び第2の位置で干渉させてそれぞれ干渉光を発生させる手段と、
前記第1及び第2の位置において発生された各干渉光からそれぞれ干渉信号を抽出する手段と、
前記抽出された各干渉信号の各々から、前記光ファイバリング上の任意の位置で発生した振動によって、前記左回りの連続光に対し与えられた位相変調と右回りの連続光に対し与えられた位相変調との位相差を検出する手段と、
前記検出された2つの位相差に基づいて、前記光ファイバリング上における前記振動が発生した位置を算出する手段と
を具備することを特徴とする光ファイバ振動測定システム。 - 前記光ファイバリングの第1の位置から入射された第1の連続光を、前記第2の位置を迂回させて伝搬させる第1の迂回路と、
前記光ファイバリングの第2の位置から入射された第2の連続光を、前記第1の位置を迂回させて伝搬させる第2の迂回路と
を、さらに具備することを特徴とする請求項4記載の光ファイバ振動測定システム。 - 前記振動が発生した位置を算出する手段は、前記光ファイバリングの長さをL、前記光ファイバリングの基準位置から前記振動の発生位置までの長さをzとし、かつ前記抽出された各干渉信号の各々から検出される位相差をΔφx 、Δφy とするとき、前記zを
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