JP6772676B2 - Interfering fiber optic sensor - Google Patents

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本発明は、干渉型光ファイバセンサに関するものである。 The present invention relates to an interference type optical fiber sensor.

従来の干渉型光ファイバセンサの一例として、非特許文献１に示されたものがある。非特許文献１の干渉型光ファイバセンサは、検出する信号をセンシングファイバの歪みに変え、センシングファイバをアームとする光ファイバ干渉計を構成して信号を検出する。 As an example of the conventional interference type optical fiber sensor, there is one shown in Non-Patent Document 1. The interference type optical fiber sensor of Non-Patent Document 1 converts the signal to be detected into the distortion of the sensing fiber, and constitutes an optical fiber interferometer having the sensing fiber as an arm to detect the signal.

干渉型光ファイバセンサは、様々な物理量を検出することができる。例えば、非特許文献１には、磁気信号を検出する干渉型光ファイバセンサが開示されており、非特許文献２には、音響信号を検出する干渉型光ファイバセンサが開示されている。 The interferometric optical fiber sensor can detect various physical quantities. For example, Non-Patent Document 1 discloses an interference type optical fiber sensor that detects a magnetic signal, and Non-Patent Document 2 discloses an interference type optical fiber sensor that detects an acoustic signal.

また、干渉型光ファイバセンサは、複数のセンサを配列することにより、パルス光を多重化して伝送することができる。パルス光の多重化の方法は、例えば、非特許文献３、特許文献１、又は特許文献２に開示されている。 Further, the interference type optical fiber sensor can multiplex and transmit pulsed light by arranging a plurality of sensors. The method of multiplexing pulsed light is disclosed in, for example, Non-Patent Document 3, Patent Document 1, or Patent Document 2.

特許文献１又は特許文献２には、多ポートカプラを用いる方式で復調する干渉型光ファイバセンサが開示されている。こうした従来の干渉型光ファイバセンサは、例えば、パルス光源から出力されるパルスが、光サーキュレータを通過し、センシングファイバを含むセンシング干渉計を経由して光サーキュレータに戻り、多ポートカプラ及び遅延補償ファイバを含む遅延補償干渉計に入力するように構成される。 Patent Document 1 or Patent Document 2 discloses an interference type optical fiber sensor that demodulates by a method using a multi-port coupler. In such a conventional interferometric optical fiber sensor, for example, a pulse output from a pulse light source passes through an optical circulator and returns to the optical circulator via a sensing interferometer including a sensing fiber, and is a multi-port coupler and a delay compensation fiber. Is configured to be input to a delay compensation interferometer that includes.

特許第４１４４２５６号公報Japanese Patent No. 4144256 特開２００８−０８２９２１号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-082921

JJAP Vol.46,“Design of Fiber-Optic Magnetometer Utilizing Magnetostriction”JJAP Vol.46, “Design of Fiber-Optic Magnetometer Utilizing Magnetostriction” JJAP Vol.52,“Expansion of Dynamic Range in Interferometric Fiber Optic Hydrophone”JJAP Vol.52, “Expansion of Dynamic Range in Interferometric Fiber Optic Hydrophone” JASA Vol.115,No.6“Acoustic Performance of a lage-aperture,seabed,fiber-optic hydrophone array”JASA Vol.115, No.6 “Acoustic Performance of a lage-aperture, seabed, fiber-optic hydrophone array”

しかしながら、従来の干渉型光ファイバセンサは、光ロータリージョイントの振動などによる雑音がセンシングファイバで検出した信号の復調出力に現れるため、レベルの低い信号を検出することができないという課題がある。よって、センシングファイバで検出した信号の復調出力に現れる雑音を低減させ、レベルの低い信号の検出を実現する干渉型光ファイバセンサが望まれている。 However, the conventional interference type optical fiber sensor has a problem that a low level signal cannot be detected because noise due to vibration of the optical rotary joint appears in the demodulated output of the signal detected by the sensing fiber. Therefore, there is a demand for an interference type optical fiber sensor that reduces noise appearing in the demodulated output of a signal detected by the sensing fiber and realizes detection of a low-level signal.

ここで、本発明の効果を明確にするため、図５及び図６を参照して上記の課題を更に詳細に説明する。 Here, in order to clarify the effect of the present invention, the above problems will be described in more detail with reference to FIGS. 5 and 6.

図５は、従来の干渉型光ファイバセンサの構成及び多重伝送によるパルス波形を示す模式図である。図６は、図５の干渉型光ファイバセンサによる雑音及びクロストークの発生メカニズムの説明図である。図５には、後述する第１実施形態の干渉型光ファイバセンサ１００と同様に、多ポートカプラ２２Ａを有し、２つのセンシングファイバによって信号１及び信号２を検出する干渉型光ファイバセンサ１０００を示している。 FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional interference type optical fiber sensor and a pulse waveform due to multiplex transmission. FIG. 6 is an explanatory diagram of a noise and crosstalk generation mechanism by the interference type optical fiber sensor of FIG. FIG. 5 shows an interference type optical fiber sensor 1000 having a multi-port coupler 22A and detecting a signal 1 and a signal 2 by two sensing fibers, similarly to the interference type optical fiber sensor 100 of the first embodiment described later. It shows.

干渉型光ファイバセンサ１０００では、パルス光源１０から出力されるパルス光が、光サーキュレータ３０及び光ロータリージョイント４０を通過し、光カプラ５１と光カプラ５２とにおいて分割される。分割された各パルス光は、それぞれ、ミラー５３、ミラー５４、又はミラー５５で反射する。ミラー５３、ミラー５４、又はミラー５５で反射したパルス光は、光カプラ５１で１本の光ファイバに結合され、光サーキュレータ３０に戻り、多ポートカプラ１０２０Ａに送られ、再度分岐する。多ポートカプラ１０２０Ａから出力されたパルス光のうち、一方はすぐに第１遅延ミラー１０２０Ｂで反射し、他方はセンシングファイバ５６又はセンシングファイバ５７での伝搬遅延時間を補償する遅延補償ファイバ１０２０Ｃを介して第２遅延ミラー１０２０Ｄで反射する。第１遅延ミラー１０２０Ｂで反射したパルス光と、第２遅延ミラー１０２０Ｄで反射して遅延補償ファイバ１０２０Ｃを通過したパルス光とは、多ポートカプラ１０２０Ａで再び結合した後、分岐して光電変換器６０で電気信号に変換され、復調器７０で復調される。 In the interference type optical fiber sensor 1000, the pulsed light output from the pulse light source 10 passes through the optical circulator 30 and the optical rotary joint 40, and is divided by the optical coupler 51 and the optical coupler 52. Each of the divided pulsed lights is reflected by the mirror 53, the mirror 54, or the mirror 55, respectively. The pulsed light reflected by the mirror 53, the mirror 54, or the mirror 55 is coupled to one optical fiber by the optical coupler 51, returned to the optical circulator 30, sent to the multi-port coupler 1020A, and branched again. Of the pulsed light output from the multi-port coupler 1020A, one is immediately reflected by the first delay mirror 1020B and the other is via the delay compensating fiber 1020C that compensates for the propagation delay time in the sensing fiber 56 or the sensing fiber 57. It is reflected by the second delay mirror 1020D. The pulsed light reflected by the first delay mirror 1020B and the pulsed light reflected by the second delay mirror 1020D and passed through the delay compensation fiber 1020C are recombined by the multi-port coupler 1020A and then branched to the photoelectric converter 60. Is converted into an electric signal and demodulated by the demodulator 70.

上記の通り、干渉型光ファイバセンサ１０００は、遅延補償ファイバ１０２０Ｃと多ポートカプラ１０２０Ａとを含む遅延補償干渉計１０２０が、光サーキュレータ３０と光電変換器６０との間に設けられている。よって、干渉型光ファイバセンサ１０００は、センシング干渉計５０以外の伝送路に形成されるパルス光の伝搬経路が２通りとなっている。また、干渉型光ファイバセンサ１０００は、遅延補償ファイバ１０２０Ｃを通る経路の伝搬遅延時間が、センシングファイバ５６又はセンシングファイバ５７を通る伝搬遅延時間と同等になるように構成されている。 As described above, in the interference type optical fiber sensor 1000, a delay compensation interferometer 1020 including a delay compensation fiber 1020C and a multi-port coupler 1020A is provided between the optical circulator 30 and the photoelectric converter 60. Therefore, the interference type optical fiber sensor 1000 has two propagation paths of pulsed light formed in a transmission path other than the sensing interferometer 50. Further, the interference type optical fiber sensor 1000 is configured so that the propagation delay time of the path passing through the delay compensating fiber 1020C is equal to the propagation delay time passing through the sensing fiber 56 or the sensing fiber 57.

干渉型光ファイバセンサ１０００は、センシングファイバ５６を含み遅延補償ファイバ１０２０Ｃを含まない経路ＡＢ１ＣＤ１Ｅを通過したパルス光と、遅延補償ファイバ１０２０Ｃを含みセンシングファイバ５６を含まない経路ＡＢ０ＣＤ１Ｅを通過したパルス光とが重なって干渉したパルスをサンプリングし、復調することにより、信号１を得ることができる。 In the interference type optical fiber sensor 1000, the pulsed light passing through the path AB1CD1E including the sensing fiber 56 and not including the delay compensating fiber 1020C and the pulsed light passing through the path AB0CD1E including the delay compensating fiber 1020C and not including the sensing fiber 56 are combined. Signal 1 can be obtained by sampling and demodulating the overlapping and interfering pulses.

また、干渉型光ファイバセンサ１０００は、センシングファイバ５７を含み遅延補償ファイバ１０２０Ｃを含まない経路ＡＢ２ＣＤ０Ｅを通過したパルス光と、遅延補償ファイバ１０２０Ｃを含みセンシングファイバ５７を含まない経路ＡＢ１ＣＤ１Ｅを通過したパルス光とが重なって干渉したパルスをサンプリングし、復調することにより、信号２を得ることができる。つまり、干渉型光ファイバセンサ１０００は、信号２の検出において、経路ＡＢ２ＣＤ０Ｅを通過したパルス光と経路ＡＢ１ＣＤ１Ｅを通過したパルス光とを干渉させるため、信号２を検出することができる。 Further, the interference type optical fiber sensor 1000 includes pulsed light that has passed through the path AB2CD0E that includes the sensing fiber 57 and does not include the delay compensation fiber 1020C, and pulsed light that has passed through the path AB1CD1E that includes the delay compensation fiber 1020C and does not include the sensing fiber 57. The signal 2 can be obtained by sampling and demodulating the pulses that interfere with each other. That is, in the detection of the signal 2, the interference type optical fiber sensor 1000 interferes with the pulsed light passing through the path AB2CD0E and the pulsed light passing through the path AB1CD1E, so that the signal 2 can be detected.

しかしながら、干渉型光ファイバセンサ１０００は、光カプラ５２から多ポートカプラ１０２０Ａまでの経路では、パルス光が伝搬するタイミングに差があるため、光ロータリージョイント４０の振動などによる雑音、及びセンシングファイバ５６で検出した信号１のクロストークが、センシングファイバ５７で検出した信号２の復調出力に現れる、という課題がある。 However, in the interference type optical fiber sensor 1000, since there is a difference in the timing at which the pulsed light propagates in the path from the optical coupler 52 to the multi-port coupler 1020A, noise due to vibration of the optical rotary joint 40 and the like, and the sensing fiber 56 There is a problem that the crosstalk of the detected signal 1 appears in the demodulated output of the signal 2 detected by the sensing fiber 57.

ここで、図６を参照して、干渉型光ファイバセンサ１０００で発生する、光ロータリージョイント４０の振動などによる雑音、及びセンシングファイバ５６で検出した信号１のクロストークの発生メカニズムについて説明する。復調対象以外の信号が漏れこむクロストークと信号以外の雑音では発生場所などに違いがあるが、問題となっているクロストークと雑音の発生メカニズムが共通するため、説明は統一する。図６では、光サーキュレータ３０と光カプラ５２との間の各構成部材と、復調器７０とを省略している。ところで、光サーキュレータ３０と光カプラ５２との間では、伝送路の長さが変化するため、その間における任意の点を伝送路の長さが変化する点Ｌｃと定め、以下の説明を行う。光ロータリージョイント４０の振動などによる雑音の場合、光ロータリージョイント４０の位置が点Ｌｃとなり、センシングファイバ５６で検出した信号１のクロストークの場合、センシングファイバ５６の位置が点Ｌｃとなる。 Here, with reference to FIG. 6, the noise caused by the vibration of the optical rotary joint 40 generated by the interference type optical fiber sensor 1000 and the crosstalk generation mechanism of the signal 1 detected by the sensing fiber 56 will be described. There are differences in the location of occurrence between crosstalk in which signals other than the demodulation target leak and noise other than the signal, but since the problematic crosstalk and noise generation mechanism are common, the explanations are unified. In FIG. 6, each component between the optical circulator 30 and the optical coupler 52 and the demodulator 70 are omitted. By the way, since the length of the transmission line changes between the optical circulator 30 and the optical coupler 52, an arbitrary point between them is defined as a point Lc where the length of the transmission line changes, and the following description will be given. In the case of noise due to vibration of the optical rotary joint 40 or the like, the position of the optical rotary joint 40 is the point Lc, and in the case of crosstalk of the signal 1 detected by the sensing fiber 56, the position of the sensing fiber 56 is the point Lc.

光サーキュレータ３０と光カプラ５２との間の長さ変化による光の位相変化の振幅、角周波数をそれぞれＡ、ωとし、センシングファイバ５７での位相変化をφ２とし、伝送路の長さが変化する点Ｌｃからミラー５４までの間を往復するパルス光の伝搬時間をτとし、ミラー５４で反射したパルス光の光周波数をνとする。この場合、経路ＡＢ１ＣＤ１Ｅを伝搬したパルス光の電界Ｅ０１は、下記式（１）で表され、経路ＡＢ２ＣＤ０Ｅを伝搬したパルス光の電界Ｅ０２は、下記式（２）で表される。 The amplitude and angular frequency of the phase change of light due to the length change between the optical circulator 30 and the optical coupler 52 are set to A and ω, respectively, the phase change in the sensing fiber 57 is set to φ 2, and the length of the transmission line changes. Let τ be the propagation time of the pulsed light reciprocating between the point Lc and the mirror 54, and let ν be the optical frequency of the pulsed light reflected by the mirror 54. In this case, the electric field E 01 of the pulsed light propagating the path AB1CD1E is represented by the following equation (1), and the electric field E 02 of the pulsed light propagating the path AB2CD0E is represented by the following equation (2).

Figure 0006772676
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Figure 0006772676
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電界Ｅ０１と電界Ｅ０２とが干渉して光電変換された出力は、下記式（３）のように表される。 The output obtained by photoelectric conversion due to the interference between the electric field E 01 and the electric field E 02 is expressed by the following equation (3).

Figure 0006772676
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光サーキュレータ３０と光カプラ５２との間の伝送路の長さ変化の周期は、パルス光の伝搬時間τよりも長くなることから、ωＴ／２≪１とすると、上記式（３）は、下記式（４）のように近似することができる。 Since the period of change in the length of the transmission line between the optical circulator 30 and the optical coupler 52 is longer than the propagation time τ of the pulsed light, assuming that ωT / 2 << 1, the above equation (3) is as follows. It can be approximated as in equation (4).

Figure 0006772676
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復調器７０は、式（４）の右辺の大括弧（［ ］）内を抽出するものであり、復調器７０による復調処理の出力には、信号φ２と、「ＡωＴ・ｃｏｓω（ｔ＋Ｔ／２）」の雑音及びクロストークとが現れる。この雑音及びクロストークは、振幅にωが掛かっていることから、周波数が高いほどレベルが大きくなることが分かる。つまり、検出対象となる信号の周波数が高い程、信号と同じ周波数帯に現れる雑音及びクロストークのレベルが相対的に大きくなるため、信号検出の妨げとなる。 Demodulator 70 is for extracting the square brackets on the right side of formula (4) ([]), the output of the demodulation processing by demodulator 70, a signal phi 2, "AωT · cosω (t + T / 2 ) ”Noise and crosstalk appear. Since ω is applied to the amplitude of this noise and crosstalk, it can be seen that the higher the frequency, the higher the level. That is, the higher the frequency of the signal to be detected, the higher the level of noise and crosstalk appearing in the same frequency band as the signal, which hinders signal detection.

図５では、２つのセンシングファイバを接続した干渉型光ファイバセンサ１０００の例を示しているが、信号２の復調出力に漏れこむ信号１は、信号１によるセンシングファイバ５６の長さ変化がセンシングファイバ５６の中心で発生するモデルに近似すると、図６に示したメカニズムで式（４）の大括弧（［ ］）内の２項目に相当するクロストークとなる。干渉型光ファイバセンサ１０００が、図５に示すように、２つのセンシングファイバと光ロータリージョイント４０との両方を有する場合は、式（４）の大括弧（［ ］）内の雑音及びクロストークを表す項が２つになる。また、干渉型光ファイバセンサ１０００において、センシングファイバを３つ以上に増やせば、これに伴い、式（４）の大括弧（［ ］）内のクロストークを表す項も増える。このように、接続するセンシングファイバの数を多くすると、クロストークがさらに大きくなるため、多重伝送できる信号の数が制限されるという課題がある。 FIG. 5 shows an example of an interference type optical fiber sensor 1000 in which two sensing fibers are connected. In the signal 1 leaking into the demodulated output of the signal 2, the length change of the sensing fiber 56 due to the signal 1 is the sensing fiber. Approximately to the model generated at the center of 56, the mechanism shown in FIG. 6 results in crosstalk corresponding to two items in parentheses ([]) in equation (4). When the interference type optical fiber sensor 1000 has both two sensing fibers and an optical rotary joint 40 as shown in FIG. 5, noise and crosstalk in parentheses ([]) of the equation (4) are generated. There are two terms to represent. Further, in the interference type optical fiber sensor 1000, if the number of sensing fibers is increased to three or more, the number of terms representing crosstalk in the parentheses ([]) of the equation (4) increases accordingly. As described above, when the number of connected sensing fibers is increased, the crosstalk becomes larger, which causes a problem that the number of signals capable of multiplex transmission is limited.

図５では、光ロータリージョイント４０による雑音を一例として示したが、光カプラ５２から多ポートカプラ１０２０Ａまでの間に長さが変化する部分があれば、その長さの変化に応じた雑音が発生する。すなわち、従来から、干渉型光ファイバセンサにおいて、センシングファイバで検出した信号の復調出力に現れる雑音を低減させることが課題となっている。また、センシングファイバが２つ以上の場合は、さらにクロストークによる影響を抑制することが課題となっている。 In FIG. 5, the noise caused by the optical rotary joint 40 is shown as an example, but if there is a portion whose length changes between the optical coupler 52 and the multi-port coupler 1020A, noise corresponding to the change in the length is generated. To do. That is, conventionally, in an interference type optical fiber sensor, it has been a problem to reduce noise appearing in the demodulated output of a signal detected by the sensing fiber. Further, when there are two or more sensing fibers, it is an issue to further suppress the influence of crosstalk.

本発明に係る干渉型光ファイバセンサは、パルス光を出力するパルス光源と、物理量を検知するセンシングファイバを含み、センシングファイバによってパルス光の伝搬経路に伝搬時間差を生じさせるセンシング干渉計と、パルス光がセンシング干渉計を通過する前とパルス光がセンシング干渉計を通過した後とのそれぞれにおいて、伝搬時間差を補償する遅延補償干渉計と、を有するものである。 The interferometric optical fiber sensor according to the present invention includes a pulse light source that outputs pulsed light, a sensing fiber that detects a physical quantity, a sensing interferometer that causes a propagation time difference in the propagation path of pulsed light by the sensing fiber, and pulsed light. It has a delay compensating interferometer that compensates for a propagation time difference before and after the pulsed light passes through the sensing interferometer.

本発明によれば、パルス光がセンシング干渉計を通過する前とパルス光がセンシング干渉計を通過した後とのそれぞれにおいて、センシング干渉計での伝搬時間差を補償することから、センシングファイバで検出した信号の復調出力に現れる雑音を低減させることができるため、レベルの低い信号を検出することができる。 According to the present invention, the propagation time difference in the sensing interferometer is compensated for before the pulsed light passes through the sensing interferometer and after the pulsed light passes through the sensing interferometer, so that the detection is performed by the sensing fiber. Since the noise appearing in the signal demodulation output can be reduced, a low-level signal can be detected.

本発明の第１実施形態に係る干渉型光ファイバセンサの構成及び多重伝送によるパルス波形を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the interference type optical fiber sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention, and the pulse waveform by multiplex transmission. 図１の干渉型光ファイバセンサによる雑音及びクロストークの低減メカニズムの説明図である。It is explanatory drawing of the noise and crosstalk reduction mechanism by the interference type optical fiber sensor of FIG. 本発明の第２実施形態に係る干渉型光ファイバセンサの構成及び多重伝送によるパルス波形を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the interference type optical fiber sensor which concerns on 2nd Embodiment of this invention, and the pulse waveform by multiplex transmission. 本発明の第３実施形態に係る干渉型光ファイバセンサの構成及び多重伝送によるパルス波形を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the interference type optical fiber sensor which concerns on 3rd Embodiment of this invention, and the pulse waveform by multiplex transmission. 従来の干渉型光ファイバセンサの構成及び多重伝送によるパルス波形を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the conventional interference type optical fiber sensor, and the pulse waveform by multiplex transmission. 図５の干渉型光ファイバセンサによる雑音及びクロストークの発生メカニズムの説明図である。It is explanatory drawing of the generation mechanism of noise and crosstalk by the interference type optical fiber sensor of FIG.

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る干渉型光ファイバセンサの構成及び多重伝送によるパルス波形を示す模式図である。図２は、図１の干渉型光ファイバセンサによる雑音及びクロストークの低減メカニズムの説明図である。図１及び図２を参照して、本第１実施形態における干渉型光ファイバセンサの構成及び動作を説明する。 [First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an interference type optical fiber sensor according to the first embodiment of the present invention and a pulse waveform due to multiplex transmission. FIG. 2 is an explanatory diagram of a noise and crosstalk reduction mechanism by the interference type optical fiber sensor of FIG. The configuration and operation of the interference type optical fiber sensor in the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

図１に示すように、干渉型光ファイバセンサ１００は、パルス光源１０と、遅延補償干渉計２０と、光サーキュレータ３０と、光ロータリージョイント４０と、センシング干渉計５０と、光電変換器（Ｏ／Ｅ変換器）６０と、復調器７０と、を有している。パルス光源１０は、前段第１光カプラ２１Ａと接続されており、一定の光周波数νのパルス光を所定の周期で前段第１光カプラ２１Ａに出力するものである。 As shown in FIG. 1, the interference type optical fiber sensor 100 includes a pulse light source 10, a delay compensation interferometer 20, an optical circulator 30, an optical rotary joint 40, a sensing interferometer 50, and a photoelectric converter (O / It has an E converter) 60 and a demodulator 70. The pulse light source 10 is connected to the first-stage first optical coupler 21A, and outputs pulsed light having a constant optical frequency ν to the first-stage first optical coupler 21A at a predetermined cycle.

遅延補償干渉計２０は、パルス光がセンシング干渉計５０を通過する前と、パルス光がセンシング干渉計５０を通過した後とのそれぞれにおいて、センシング干渉計５０で生じる伝搬時間差を補償するものである。遅延補償干渉計２０は、センシング干渉計５０の前段に設けられた前段遅延補償干渉計２１と、センシング干渉計５０の後段に設けられた後段遅延補償干渉計２２と、を有している。 The delay compensation interferometer 20 compensates for the propagation time difference caused by the sensing interferometer 50 before the pulsed light passes through the sensing interferometer 50 and after the pulsed light passes through the sensing interferometer 50. .. The delay compensation interferometer 20 includes a front stage delay compensation interferometer 21 provided in front of the sensing interferometer 50 and a rear stage delay compensation interferometer 22 provided in the rear stage of the sensing interferometer 50.

前段遅延補償干渉計２１は、前段第１光カプラ２１Ａと、前段第２光カプラ２１Ｂと、前段遅延補償ファイバ２１Ｃと、を有している。前段第１光カプラ２１Ａ及び前段第２光カプラ２１Ｂは、入力されたパルス光を分岐したり、同一ファイバに結合したりするものである。前段第１光カプラ２１Ａは、パルス光源１０に接続された入力ポートと、前段第２光カプラ２１Ｂに接続された出力ポートと、前段遅延補償ファイバ２１Ｃに接続された出力ポートと、を有している。すなわち、前段第１光カプラ２１Ａは、パルス光源１０から出力されたパルス光を分岐させ、一方のパルス光を前段第２光カプラ２１Ｂに出力し、他方のパルス光を前段遅延補償ファイバ２１Ｃに出力するものである。 The front-stage delay compensation interferometer 21 includes a front-stage first optical coupler 21A, a front-stage second optical coupler 21B, and a front-stage delay compensation fiber 21C. The first-stage first optical coupler 21A and the first-stage second optical coupler 21B branch the input pulsed light or combine it into the same fiber. The front-stage first optical coupler 21A has an input port connected to the pulse light source 10, an output port connected to the front-stage second optical coupler 21B, and an output port connected to the front-stage delay compensation fiber 21C. There is. That is, the front-stage first optical coupler 21A branches the pulsed light output from the pulse light source 10, outputs one pulsed light to the front-stage second optical coupler 21B, and outputs the other pulsed light to the front-stage delay compensation fiber 21C. To do.

前段第２光カプラ２１Ｂは、前段第２光カプラ２１Ｂに接続された入力ポートと、前段遅延補償ファイバ２１Ｃに接続された入力ポートと、光サーキュレータ３０に接続された出力ポートと、を有している。すなわち、前段第２光カプラ２１Ｂは、前段第１光カプラ２１Ａから出力されるパルス光と前段遅延補償ファイバ２１Ｃから出力されるパルス光とを同一ファイバに結合し、光サーキュレータ３０に出力するものである。前段遅延補償ファイバ２１Ｃは、前段第１光カプラ２１Ａで分岐して入力するパルス光を遅延させるものである。 The pre-stage second optical coupler 21B has an input port connected to the pre-stage second optical coupler 21B, an input port connected to the pre-stage delay compensation fiber 21C, and an output port connected to the optical circulator 30. There is. That is, the front-stage second optical coupler 21B combines the pulsed light output from the front-stage first optical coupler 21A and the pulsed light output from the front-stage delay compensation fiber 21C into the same fiber and outputs the pulsed light to the optical circulator 30. is there. The pre-stage delay compensation fiber 21C delays the pulsed light branched and input by the pre-stage first optical coupler 21A.

後段遅延補償干渉計２２は、多ポートカプラ２２Ａと、第１遅延ミラー２２Ｂと、後段遅延補償ファイバ２２Ｃと、第２遅延ミラー２２Ｄと、を有している。第１遅延ミラー２２Ｂ及び第２遅延ミラー２２Ｄは、パルス光を反射するものである。後段遅延補償ファイバ２２Ｃは、多ポートカプラ２２Ａで分岐して入力するパルス光を遅延させるものである。 The post-stage delay compensation interferometer 22 includes a multi-port coupler 22A, a first delay mirror 22B, a rear-stage delay compensation fiber 22C, and a second delay mirror 22D. The first delay mirror 22B and the second delay mirror 22D reflect pulsed light. The post-stage delay compensation fiber 22C delays the pulsed light branched and input by the multi-port coupler 22A.

多ポートカプラ２２Ａは、入力されたパルス光を分岐したり、同一ファイバに結合したりするものである。多ポートカプラ２２Ａは、光サーキュレータ３０に接続された入力ポートと、第１遅延ミラー２２Ｂに接続された出力ポートと、後段遅延補償ファイバ２２Ｃに接続された出力ポートと、光電変換器６０に接続された２つの出力ポートと、を有している。すなわち、多ポートカプラ２２Ａは、光サーキュレータ３０から出力されたパルス光を分岐させ、一方のパルス光を第１遅延ミラー２２Ｂに出力し、他の一方のパルス光を後段遅延補償ファイバ２２Ｃに出力するものである。また、多ポートカプラ２２Ａは、第１遅延ミラー２２Ｂで反射したパルス光と、後段遅延補償ファイバ２２Ｃを通過して第２遅延ミラー２２Ｄで反射した後、さらに後段遅延補償ファイバ２２Ｃを通過したパルス光とを、対向するポートの光ファイバそれぞれに出力し、光電変換器６０へ出力するものである。 The multi-port coupler 22A branches the input pulsed light or couples it to the same fiber. The multi-port coupler 22A is connected to an input port connected to the optical circulator 30, an output port connected to the first delay mirror 22B, an output port connected to the post-stage delay compensation fiber 22C, and a photoelectric converter 60. It has two output ports. That is, the multi-port coupler 22A branches the pulsed light output from the optical circulator 30, outputs one pulsed light to the first delay mirror 22B, and outputs the other pulsed light to the subsequent delay compensation fiber 22C. It is a thing. Further, the multi-port coupler 22A includes the pulsed light reflected by the first delay mirror 22B and the pulsed light that has passed through the post-stage delay compensating fiber 22C, reflected by the second delay mirror 22D, and then further passed through the post-stage delay compensating fiber 22C. Is output to each of the optical fibers of the opposite ports, and is output to the photoelectric converter 60.

光サーキュレータ３０は、パルス光の伝送方向を調整する伝送方向調整手段である。より具体的に、光サーキュレータ３０は、パルス光の伝送方向を切り替えるものである。本第１実施形態において、光サーキュレータ３０は、前段遅延補償干渉計２１から入力したパルス光を光ロータリージョイント４０に出力するものである。また、光サーキュレータ３０は、センシング干渉計５０を経由して光ロータリージョイント４０から出力されるパルス光を後段遅延補償干渉計２２に出力するものである。ここで、干渉型光ファイバセンサ１００は、光サーキュレータ３０の代わりに、光サーキュレータ３０と同様に機能する光カプラ等の伝送方向調整手段を有していてもよい。 The optical circulator 30 is a transmission direction adjusting means for adjusting the transmission direction of pulsed light. More specifically, the optical circulator 30 switches the transmission direction of pulsed light. In the first embodiment, the optical circulator 30 outputs the pulsed light input from the pre-stage delay compensation interferometer 21 to the optical rotary joint 40. Further, the optical circulator 30 outputs the pulsed light output from the optical rotary joint 40 via the sensing interferometer 50 to the subsequent delay compensation interferometer 22. Here, the interference type optical fiber sensor 100 may have a transmission direction adjusting means such as an optical coupler that functions in the same manner as the optical circulator 30 instead of the optical circulator 30.

光ロータリージョイント４０は、光サーキュレータ３０と光カプラ５１との間に設けられ、光ファイバを介して光サーキュレータ３０と光カプラ５１とに接続されている。光ロータリージョイント４０は、光ファイバの撚りを戻すものである。 The optical rotary joint 40 is provided between the optical circulator 30 and the optical coupler 51, and is connected to the optical circulator 30 and the optical coupler 51 via an optical fiber. The optical rotary joint 40 untwists the optical fiber.

センシング干渉計５０は、物理量を検知する少なくとも１つのセンシングファイバを含み、センシングファイバによってパルス光の伝搬経路に伝搬時間差を生じさせるものである。本第１実施形態において、センシング干渉計５０は、光カプラ５１と、光カプラ５２と、ミラー５３と、ミラー５４と、ミラー５５と、センシングファイバ５６と、センシングファイバ５７と、を有している。ミラー５３、ミラー５４、及びミラー５５は、パルス光を反射するものである。 The sensing interferometer 50 includes at least one sensing fiber that detects a physical quantity, and causes a propagation time difference in the propagation path of the pulsed light by the sensing fiber. In the first embodiment, the sensing interferometer 50 includes an optical coupler 51, an optical coupler 52, a mirror 53, a mirror 54, a mirror 55, a sensing fiber 56, and a sensing fiber 57. .. The mirror 53, the mirror 54, and the mirror 55 reflect pulsed light.

光カプラ５１は、光ロータリージョイント４０に接続された入力ポートと、ミラー５３に接続された出力ポートと、センシングファイバ５６に接続された出力ポートと、を有している。光カプラ５２は、センシングファイバ５６に接続された入力ポートと、ミラー５４に接続された出力ポートと、センシングファイバ５７に接続された出力ポートと、を有している。 The optical coupler 51 has an input port connected to the optical rotary joint 40, an output port connected to the mirror 53, and an output port connected to the sensing fiber 56. The optical coupler 52 has an input port connected to the sensing fiber 56, an output port connected to the mirror 54, and an output port connected to the sensing fiber 57.

センシングファイバ５６は、光カプラ５１と光カプラ５２との間に設けられ、光ファイバを介して光カプラ５１と光カプラ５２とに接続されている。センシングファイバ５７は、光カプラ５２とミラー５５との間に設けられている。センシングファイバ５６及びセンシングファイバ５７は、物理量を検知するものである。すなわち、センシングファイバ５６及びセンシングファイバ５７は、加わる物理量に応じて生じる歪みにより、通過するパルス光を位相変調するものである。図１には、センシングファイバ５６が信号１を検知し、センシングファイバ５７が信号２を検知する場合を例示している。 The sensing fiber 56 is provided between the optical coupler 51 and the optical coupler 52, and is connected to the optical coupler 51 and the optical coupler 52 via an optical fiber. The sensing fiber 57 is provided between the optical coupler 52 and the mirror 55. The sensing fiber 56 and the sensing fiber 57 detect a physical quantity. That is, the sensing fiber 56 and the sensing fiber 57 phase-modulate the passing pulsed light by the distortion generated according to the applied physical quantity. FIG. 1 illustrates a case where the sensing fiber 56 detects the signal 1 and the sensing fiber 57 detects the signal 2.

上記の通り、干渉型光ファイバセンサ１００は、パルス光源１０と光サーキュレータ３０との間に前段遅延補償干渉計２１を有し、光サーキュレータ３０と光電変換器６０との間に後段遅延補償干渉計２２を有している。これにより、干渉型光ファイバセンサ１００は、センシング干渉計５０以外の伝送路に形成されるパルス光の伝搬経路が４通りとなっている。 As described above, the interference type optical fiber sensor 100 has a front-stage delay compensation interferometer 21 between the pulse light source 10 and the optical circulator 30, and a rear-stage delay compensation interferometer 21 between the optical circulator 30 and the photoelectric converter 60. Has 22. As a result, the interference type optical fiber sensor 100 has four propagation paths of pulsed light formed on the transmission path other than the sensing interferometer 50.

また、干渉型光ファイバセンサ１００は、前段遅延補償ファイバ２１Ｃを通る経路の伝搬遅延時間と後段遅延補償ファイバ２２Ｃを通る経路の伝搬遅延時間との和が、センシングファイバ５６を通る経路の伝搬遅延時間と同等になるように構成されている。センシングファイバ５７の伝搬遅延時間も、前段遅延補償ファイバ２１Ｃを通る経路の伝搬遅延時間と後段遅延補償ファイバ２２Ｃを通る経路の伝搬遅延時間との和と同等になるように構成されている。 Further, in the interference type optical fiber sensor 100, the sum of the propagation delay time of the path passing through the front-stage delay compensating fiber 21C and the propagation delay time of the path passing through the rear-stage delay compensating fiber 22C is the propagation delay time of the path passing through the sensing fiber 56. It is configured to be equivalent to. The propagation delay time of the sensing fiber 57 is also configured to be equal to the sum of the propagation delay time of the path passing through the pre-stage delay compensating fiber 21C and the propagation delay time of the path passing through the post-stage delay compensating fiber 22C.

ところで、パルス光源１０が出力するパルス光のパルス幅（パルス光源１０のパルス幅）は、前段遅延補償ファイバ２１Ｃを通る経路の伝搬遅延時間と、後段遅延補償ファイバ２２Ｃを通る経路の伝搬遅延時間とが異なるように設定されている場合、両者のうちの短い方の伝搬遅延時間と同等に設定し、他方の経路を伝搬したパルス光が干渉しないようにする。 By the way, the pulse width of the pulsed light output by the pulse light source 10 (the pulse width of the pulse light source 10) is the propagation delay time of the path passing through the pre-stage delay compensating fiber 21C and the propagation delay time of the path passing through the post-stage delay compensating fiber 22C. If is set to be different, set it to be equal to the propagation delay time of the shorter of the two so that the pulsed light propagating in the other path does not interfere.

ここで、遅延補償干渉計２０は、パルス光がセンシング干渉計５０を通過する前と、パルス光がセンシング干渉計５０を通過した後とで、センシング干渉計５０での伝搬時間差を均等に補償するように構成するとよい。つまり、干渉型光ファイバセンサ１００は、前段遅延補償ファイバ２１Ｃを通る経路の伝搬遅延時間と、後段遅延補償ファイバ２２Ｃを通る経路の伝搬遅延時間とが等しくなるように構成するとよい。 Here, the delay compensation interferometer 20 evenly compensates for the propagation time difference in the sensing interferometer 50 before the pulsed light passes through the sensing interferometer 50 and after the pulsed light passes through the sensing interferometer 50. It should be configured as follows. That is, the interference type optical fiber sensor 100 may be configured so that the propagation delay time of the path passing through the front-stage delay compensating fiber 21C and the propagation delay time of the path passing through the rear-stage delay compensating fiber 22C are equal.

具体的には、図１に示すように、センシングファイバ５６又はセンシングファイバ５７における伝搬遅延時間をＴとした場合、前段遅延補償ファイバ２１Ｃを通る経路の伝搬遅延時間と、後段遅延補償ファイバ２２Ｃを通る経路の伝搬遅延時間とをＴ／２にすれば理想的な設定となる。このように、前段遅延補償ファイバ２１Ｃを通る経路の伝搬遅延時間と、後段遅延補償ファイバ２２Ｃを通る経路の伝搬遅延時間とをＴ／２にする場合、パルス光源１０のパルス幅はＴ／２以下とする。非特許文献２に示されたサンプリングを多くする設定を採用する場合、パルス光源１０のパルス幅は、サンプルリングの倍数に応じて短く設定する。 Specifically, as shown in FIG. 1, when the propagation delay time in the sensing fiber 56 or the sensing fiber 57 is T, the propagation delay time of the path passing through the front-stage delay compensation fiber 21C and the propagation delay time passing through the rear-stage delay compensation fiber 22C. If the propagation delay time of the route is set to T / 2, it will be an ideal setting. In this way, when the propagation delay time of the path passing through the front-stage delay compensating fiber 21C and the propagation delay time of the path passing through the rear-stage delay compensating fiber 22C are set to T / 2, the pulse width of the pulse light source 10 is T / 2 or less. And. When the setting for increasing sampling shown in Non-Patent Document 2 is adopted, the pulse width of the pulse light source 10 is set short according to a multiple of the sample ring.

センシング干渉計５０において、ミラー５３で反射したパルス光と、ミラー５４で反射したパルス光との間には、伝搬遅延時間Ｔに相当する伝搬時間差が生じる。また、ミラー５３で反射したパルス光と、ミラー５５で反射したパルス光との間には、伝搬遅延時間Ｔの２倍に相当する伝搬時間差が生じる。加えて、ミラー５４で反射したパルス光と、ミラー５５で反射したパルス光との間には、伝搬遅延時間Ｔに相当する伝搬時間差が生じる。 In the sensing interferometer 50, a propagation time difference corresponding to the propagation delay time T occurs between the pulsed light reflected by the mirror 53 and the pulsed light reflected by the mirror 54. Further, a propagation time difference corresponding to twice the propagation delay time T occurs between the pulsed light reflected by the mirror 53 and the pulsed light reflected by the mirror 55. In addition, there is a propagation time difference corresponding to the propagation delay time T between the pulsed light reflected by the mirror 54 and the pulsed light reflected by the mirror 55.

光電変換器６０は、多ポートカプラ２２Ａに接続され、多ポートカプラ２２Ａから出力される干渉光を電気信号に変換するものである。復調器７０は、光電変換器６０から入力した電気信号をもとに、物理量としての信号１及び信号２を復調するものである。より具体的に、復調器７０は、経路ＡＢ０ＣＤ１ＥＦ０Ｇを通過したパルス光と、経路ＡＢ１ＣＤ０ＥＦ１Ｇを通過したパルス光とが入力するタイミングにサンプリングして信号１を復調するものである。また、復調器７０は、経路ＡＢ０ＣＤ２ＥＦ０Ｇを通過したパルス光と、経路ＡＢ１ＣＤ１ＥＦ１Ｇを通過したパルス光とが入力するタイミングにサンプリングして信号２を復調するものである。 The photoelectric converter 60 is connected to the multi-port coupler 22A and converts the interference light output from the multi-port coupler 22A into an electric signal. The demodulator 70 demodulates the signal 1 and the signal 2 as physical quantities based on the electric signal input from the photoelectric converter 60. More specifically, the demodulator 70 demodulates the signal 1 by sampling at the timing when the pulsed light passing through the path AB0CD1EF0G and the pulsed light passing through the path AB1CD0EF1G are input. Further, the demodulator 70 demodulates the signal 2 by sampling at the timing when the pulsed light passing through the path AB0CD2EF0G and the pulsed light passing through the path AB1CD1EF1G are input.

（動作の説明）
パルス光源１０から出力されたパルス光は、前段第１光カプラ２１Ａにおいて、前段第２光カプラ２１Ｂ側と、前段遅延補償ファイバ２１Ｃ側とに分岐され、前段第２光カプラ２１Ｂにおいて同一ファイバに結合されて、光サーキュレータ３０に出力される。前段第２光カプラ２１Ｂから出力され、光サーキュレータ３０を通過したパルス光は、光ロータリージョイント４０を通過してセンシング干渉計５０の光カプラ５１に入力する。 (Explanation of operation)
The pulsed light output from the pulse light source 10 is branched into the front stage second optical coupler 21B side and the front stage delay compensation fiber 21C side in the front stage first optical coupler 21A, and is coupled to the same fiber in the front stage second optical coupler 21B. Is output to the optical circulator 30. The pulsed light output from the second optical coupler 21B in the previous stage and passing through the optical circulator 30 passes through the optical rotary joint 40 and is input to the optical coupler 51 of the sensing interferometer 50.

光カプラ５１で分岐した一方のパルス光は、ミラー５３で直接反射し、光カプラ５１を介して光ロータリージョイント４０に戻る。光カプラ５１で分岐した他方のパルス光は、センシングファイバ５６を通過して、光カプラ５２に入力する。光カプラ５２で分岐した一方のパルス光は、ミラー５４で反射し、光カプラ５２を介してセンシングファイバ５６に戻る。光カプラ５２で分岐した他方のパルス光は、センシングファイバ５７を通過して、ミラー５５で反射し、センシングファイバ５７に戻る。 One of the pulsed lights branched by the optical coupler 51 is directly reflected by the mirror 53 and returned to the optical rotary joint 40 via the optical coupler 51. The other pulsed light branched by the optical coupler 51 passes through the sensing fiber 56 and is input to the optical coupler 52. One of the pulsed lights branched by the optical coupler 52 is reflected by the mirror 54 and returns to the sensing fiber 56 via the optical coupler 52. The other pulsed light branched by the optical coupler 52 passes through the sensing fiber 57, is reflected by the mirror 55, and returns to the sensing fiber 57.

すなわち、光ロータリージョイント４０を通過したパルス光は、光カプラ５１と光カプラ５２とにおいて分割される。分割された各パルス光は、それぞれ、ミラー５３、ミラー５４、又はミラー５５で反射する。ミラー５４で反射するパルス光は、センシングファイバ５６を通過するため、Ｔに相当する伝搬遅延時間が生じる。ミラー５５で反射するパルス光は、センシングファイバ５６及びセンシングファイバ５７を通過するため、２Ｔに相当する伝搬遅延時間が生じる。 That is, the pulsed light that has passed through the optical rotary joint 40 is divided by the optical coupler 51 and the optical coupler 52. Each of the divided pulsed lights is reflected by the mirror 53, the mirror 54, or the mirror 55, respectively. Since the pulsed light reflected by the mirror 54 passes through the sensing fiber 56, a propagation delay time corresponding to T is generated. Since the pulsed light reflected by the mirror 55 passes through the sensing fiber 56 and the sensing fiber 57, a propagation delay time corresponding to 2T is generated.

ミラー５３、ミラー５４、又はミラー５５で反射したパルス光は、光カプラ５１で１本の光ファイバに結合され、光サーキュレータ３０に戻り、多ポートカプラ２２Ａに送られて再度分岐する。多ポートカプラ２２Ａにおいて分岐されて出力されるパルス光のうち、一方のパルス光はすぐに第１遅延ミラー２２Ｂで反射し、他の一方のパルス光は後段遅延補償ファイバ２２Ｃを介して第２遅延ミラー２２Ｄで反射する。第１遅延ミラー２２Ｂで反射したパルス光と、第２遅延ミラー２２Ｄで反射して後段遅延補償ファイバ２２Ｃを通過したパルス光とは、多ポートカプラ２２Ａで再び結合した後、分岐して光電変換器６０で電気信号に変換され、復調器７０で復調される。 The pulsed light reflected by the mirror 53, the mirror 54, or the mirror 55 is coupled to one optical fiber by the optical coupler 51, returned to the optical circulator 30, sent to the multi-port coupler 22A, and branched again. Of the pulsed light branched and output by the multi-port coupler 22A, one pulsed light is immediately reflected by the first delay mirror 22B, and the other pulsed light is second delayed via the post-stage delay compensating fiber 22C. It is reflected by the mirror 22D. The pulsed light reflected by the first delay mirror 22B and the pulsed light reflected by the second delay mirror 22D and passed through the post-delay compensation fiber 22C are recombined by the multi-port coupler 22A and then branched to be a photoelectric converter. It is converted into an electric signal at 60 and demodulated by the demodulator 70.

ここで、図２を参照して、干渉型光ファイバセンサ１００で発生する、光ロータリージョイント４０の振動などによる雑音、及びセンシングファイバ５６で検出した信号１のクロストークの低減メカニズムについて説明する。復調対象以外の信号が漏れこむクロストークと信号以外の雑音では発生場所などに違いがあるが、クロストークと雑音の低減メカニズムが共通するため、説明は統一する。ここで、クロストークとは、センシングファイバ５６で検出した信号１によるクロストークであり、センシングファイバ５７で検出した信号２の復調出力に現れるものである。図２では、光サーキュレータ３０と光カプラ５２との間の各構成部材と、復調器７０とを省略している。ところで、光サーキュレータ３０と光カプラ５２との間では、伝送路の長さが変化するため、その間における任意の点を伝送路の長さが変化する点Ｌｃと定め、以下の説明を行う。 Here, with reference to FIG. 2, a mechanism for reducing noise caused by vibration of the optical rotary joint 40 generated by the interference type optical fiber sensor 100 and crosstalk of the signal 1 detected by the sensing fiber 56 will be described. There are differences in the location of occurrence between crosstalk, in which signals other than the demodulation target leak, and noise other than the signal, but since the crosstalk and noise reduction mechanism are common, the explanations are unified. Here, the crosstalk is a crosstalk by the signal 1 detected by the sensing fiber 56, and appears in the demodulated output of the signal 2 detected by the sensing fiber 57. In FIG. 2, each component between the optical circulator 30 and the optical coupler 52 and the demodulator 70 are omitted. By the way, since the length of the transmission line changes between the optical circulator 30 and the optical coupler 52, an arbitrary point between them is defined as a point Lc where the length of the transmission line changes, and the following description will be given.

光サーキュレータ３０と光カプラ５２との間の長さ変化による光の位相変化の振幅、角周波数をそれぞれＡ、ωとし、センシングファイバ５７での位相変化をφ２とする。また、伝送路の長さが変化する点Ｌｃからミラー５４までの間を往復するパルスの伝搬時間をτとし、ミラー５４で反射したパルス光の光周波数をνとする。さらに、センシングファイバ５７での伝搬遅延時間をＴとし、前段遅延補償ファイバ２１Ｃ及び後段遅延補償ファイバ２２Ｃでの伝搬遅延時間をＴ／２とする。 Length amplitude of the phase change of light due to the change between the optical circulator 30 and optical coupler 52, the angular frequency each A, and omega, the phase change in the sensing fiber 57 and phi 2. Further, let τ be the propagation time of the pulse reciprocating from the point Lc where the length of the transmission line changes to the mirror 54, and let ν be the optical frequency of the pulsed light reflected by the mirror 54. Further, the propagation delay time in the sensing fiber 57 is T, and the propagation delay time in the front-stage delay compensation fiber 21C and the rear-stage delay compensation fiber 22C is T / 2.

この場合、経路ＡＢ１ＣＤ１ＥＦ１Ｇを伝搬したパルス光の電界Ｅ１１は、下記式（５）で表される。また、経路ＡＢ０ＣＤ２ＥＦ０Ｇを伝搬したパルス光の電界Ｅ１２は、下記式（６）で表される。 In this case, the electric field E 11 of the pulsed light propagating along the path AB1CD1EF1G is represented by the following equation (5). Further, the electric field E 12 of the pulsed light propagating in the path AB0CD2EF0G is represented by the following equation (6).

Figure 0006772676
Figure 0006772676

Figure 0006772676
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Ｅ１１とＥ１２とが干渉して、光電変換された出力は、下記式（７）のように表される。 The output obtained by photoelectric conversion due to the interference between E 11 and E 12 is expressed by the following equation (7).

Figure 0006772676
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一般に、光サーキュレータ３０と光カプラ５２との間の伝送路の長さ変化の周期は、パルス光の伝搬時間τ及び伝搬遅延時間Ｔより長くなることから、ωＴ≪１、ωτ≪１とすると、上記式（７）は、下記式（８）のように近似することができる。 In general, the period of change in the length of the transmission line between the optical circulator 30 and the optical coupler 52 is longer than the propagation time τ and the propagation delay time T of the pulsed light. Therefore, assuming that ωT << 1 and ωτ << 1. The above equation (7) can be approximated as the following equation (8).

Figure 0006772676
Figure 0006772676

復調器７０は、式（８）右辺の大括弧（[ ]）内の要素を抽出する。つまり、復調器７０による復調処理の出力には、センシングファイバ５７で検出した信号２（φ２）と、雑音及びクロストークである「ＡωＴ（ωτ／２）ｓｉｎω（ｔ＋τ／２＋Ｔ／２）」が現れる。 The demodulator 70 extracts the elements in parentheses ([]) on the right side of equation (8). That is, the output of the demodulation processing by demodulator 70, signal 2 and (phi 2) detected by the sensing fiber 57, the noise and crosstalk "AωT (ωτ / 2) sinω ( t + τ / 2 + T / 2) " is appear.

本第１実施形態に係る式（８）の大括弧（[ ]）内に示した雑音及びクロストークである「ＡωＴ（ωτ／２）ｓｉｎω（ｔ＋τ／２＋Ｔ／２）」は、従来技術に係る式（４）の大括弧内に示した雑音及びクロストークである「ＡωＴｃｏｓω（ｔ＋Ｔ／２）」と比べると、振幅Ａにωτ／２が掛かっている点で異なっている。ここで、ωτについては、ωτ≪１の関係が成り立つため、干渉型光ファイバセンサ１００は、従来の干渉型光ファイバセンサ１０００よりも、信号検出の妨げとなる雑音及びクロストークのレベルを低下させることができる。したがって、干渉型光ファイバセンサ１００によれば、レベルの低い信号を検出することができると共に、多重伝送する信号の数を増やすことができる。 The noise and crosstalk “AωT (ωτ / 2) sinω (t + τ / 2 + T / 2)” shown in parentheses ([]) of the equation (8) according to the first embodiment relates to the prior art. Compared with the noise and crosstalk "AωTcosω (t + T / 2)" shown in parentheses in equation (4), the amplitude A is multiplied by ωτ / 2. Here, since the relationship of ωτ << 1 is established for ωτ, the interference type optical fiber sensor 100 lowers the level of noise and crosstalk that hinder signal detection as compared with the conventional interference type optical fiber sensor 1000. be able to. Therefore, according to the interference type optical fiber sensor 100, it is possible to detect low-level signals and increase the number of signals to be multiplex-transmitted.

［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態に係る干渉型光ファイバセンサの構成及び多重伝送によるパルス波形を示す模式図である。本第２実施形態では、図３を参照して、ＰＧＣを用いる復調方式を採用した干渉型光ファイバセンサの構成例及び動作について説明する。前述した第１実施形態の干渉型光ファイバセンサ１００と同等の構成部材には同一の符号を用いて説明は省略する。 [Second Embodiment]
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of an interference type optical fiber sensor according to a second embodiment of the present invention and a pulse waveform due to multiplex transmission. In the second embodiment, a configuration example and an operation of an interference type optical fiber sensor adopting a demodulation method using PGC will be described with reference to FIG. The same reference numerals are used for the components equivalent to the interference type optical fiber sensor 100 of the first embodiment described above, and the description thereof will be omitted.

図３に示すように、干渉型光ファイバセンサ２００は、パルス光源１０と、光サーキュレータ３０と、遅延補償干渉計１２０と、光ロータリージョイント４０と、センシング干渉計５０と、光電変換器１６０と、復調器１７０と、を有している。パルス光源１０は、光サーキュレータ３０を介して往復第１光カプラ１２０Ａと接続されており、パルス光を所定の周期で往復第１光カプラ１２０Ａに出力するものである。 As shown in FIG. 3, the interference type optical fiber sensor 200 includes a pulse light source 10, an optical circulator 30, a delay compensation interferometer 120, an optical rotary joint 40, a sensing interferometer 50, a photoelectric converter 160, and the like. It has a demodulator 170 and. The pulse light source 10 is connected to the reciprocating first optical coupler 120A via an optical circulator 30, and outputs pulsed light to the reciprocating first optical coupler 120A at a predetermined cycle.

遅延補償干渉計１２０は、光サーキュレータ３０とセンシング干渉計５０との間に設けられている。遅延補償干渉計１２０は、パルス光がセンシング干渉計５０を通過する前と、パルス光がセンシング干渉計５０を通過した後とのそれぞれにおいて、センシング干渉計５０で発生する伝搬時間差を補償するものである。図３の例において、遅延補償干渉計１２０は、光サーキュレータ３０と光ロータリージョイント４０との間に設けられ、光ファイバを介して光サーキュレータ３０と光ロータリージョイント４０とに接続されている。 The delay compensation interferometer 120 is provided between the optical circulator 30 and the sensing interferometer 50. The delay compensation interferometer 120 compensates for the propagation time difference generated by the sensing interferometer 50 before the pulsed light passes through the sensing interferometer 50 and after the pulsed light passes through the sensing interferometer 50. is there. In the example of FIG. 3, the delay compensation interferometer 120 is provided between the optical circulator 30 and the optical rotary joint 40, and is connected to the optical circulator 30 and the optical rotary joint 40 via an optical fiber.

遅延補償干渉計１２０は、図３に示すように、往復第１光カプラ１２０Ａと、往復第２光カプラ１２０Ｂと、往復遅延補償ファイバ１２０Ｃと、圧電子１２０Ｄと、ＰＧＣ信号発生器１２０Ｅと、を有している。往復第１光カプラ１２０Ａは、光サーキュレータ３０に接続された入出力ポートと、往復第２光カプラ１２０Ｂに接続された入出力ポートと、往復遅延補償ファイバ１２０Ｃに接続された入出力ポートと、を有している。往復第２光カプラ１２０Ｂは、往復第１光カプラ１２０Ａに接続された入出力ポートと、往復遅延補償ファイバ１２０Ｃに接続された入出力ポートと、光ロータリージョイント４０に接続された入出力ポートと、を有している。 As shown in FIG. 3, the delay compensation interferometer 120 includes a reciprocating first optical coupler 120A, a reciprocating second optical coupler 120B, a reciprocating delay compensating fiber 120C, a pressure electron 120D, and a PGC signal generator 120E. Have. The reciprocating first optical coupler 120A includes an input / output port connected to the optical circulator 30, an input / output port connected to the reciprocating second optical coupler 120B, and an input / output port connected to the reciprocating delay compensation fiber 120C. Have. The reciprocating second optical coupler 120B includes an input / output port connected to the reciprocating first optical coupler 120A, an input / output port connected to the reciprocating delay compensation fiber 120C, and an input / output port connected to the optical rotary joint 40. have.

往復遅延補償ファイバ１２０Ｃは、往復第１光カプラ１２０Ａで分岐して入力するパルス光を遅延させるものである。ここで、遅延補償干渉計１２０は、パルス光がセンシング干渉計５０を通過する前と、パルス光がセンシング干渉計５０を通過した後とで、センシング干渉計５０での伝搬時間差を均等に補償するように構成されている。 The reciprocating delay compensation fiber 120C delays the pulsed light branched and input by the reciprocating first optical coupler 120A. Here, the delay compensation interferometer 120 evenly compensates for the propagation time difference in the sensing interferometer 50 before the pulsed light passes through the sensing interferometer 50 and after the pulsed light passes through the sensing interferometer 50. It is configured as follows.

すなわち、干渉型光ファイバセンサ２００は、往復遅延補償ファイバ１２０Ｃを通る経路の片道の伝搬遅延時間が、センシングファイバ５６又はセンシングファイバ５７を通る経路の伝搬遅延時間の１／２となるように設定されている。つまり、往復遅延補償ファイバ１２０Ｃは、往復の伝搬遅延時間が、センシング干渉計５０の伝搬時間差と等しくなっている。また、干渉型光ファイバセンサ２００において、パルス光源１０のパルス幅は、往復遅延補償ファイバ１２０Ｃを通る経路を伝搬したパルス光と、往復遅延補償ファイバ１２０Ｃを通らない経路を伝搬したパルス光とが干渉しないように設定されている。 That is, the interference type optical fiber sensor 200 is set so that the one-way propagation delay time of the path passing through the reciprocating delay compensation fiber 120C is halved of the propagation delay time of the path passing through the sensing fiber 56 or the sensing fiber 57. ing. That is, in the reciprocating delay compensation fiber 120C, the reciprocating propagation delay time is equal to the propagation time difference of the sensing interferometer 50. Further, in the interference type optical fiber sensor 200, the pulse width of the pulse light source 10 is such that the pulsed light propagating through the path passing through the reciprocating delay compensating fiber 120C and the pulsed light propagating along the path not passing through the reciprocating delay compensating fiber 120C interfere with each other. It is set not to.

具体的には、図３に示すように、センシングファイバ５６又はセンシングファイバ５７での伝搬遅延時間をＴとした場合、往復遅延補償ファイバ１２０Ｃによる伝搬遅延時間は、片道でＴ／２となるように設定されており、パルス光源１０のパルス幅は、Ｔ／２以下となるように設定されている。非特許文献２に示されたサンプリングを多くする設定を採用する場合、パルス光源１０のパルス幅は、サンプルリングの倍数に応じて短く設定する。 Specifically, as shown in FIG. 3, when the propagation delay time in the sensing fiber 56 or the sensing fiber 57 is T, the propagation delay time in the reciprocating delay compensating fiber 120C is T / 2 in one way. It is set, and the pulse width of the pulse light source 10 is set to be T / 2 or less. When the setting for increasing sampling shown in Non-Patent Document 2 is adopted, the pulse width of the pulse light source 10 is set short according to a multiple of the sample ring.

圧電子１２０Ｄは、往復遅延補償ファイバ１２０Ｃに設定周波数の正弦波状の歪みを加えるものである。ＰＧＣ信号発生器１２０Ｅは、ＰＧＣ信号を発生させると共に、発生させたＰＧＣ信号を、圧電子１２０Ｄを介して往復遅延補償ファイバ１２０Ｃに供給するものである。すなわち、遅延補償干渉計１２０において、往復遅延補償ファイバ１２０Ｃには圧電子１２０Ｄが取り付けられており、圧電子１２０ＤにはＰＧＣ信号発生器１２０Ｅから正弦波電圧が印加される。よって、往復遅延補償ファイバ１２０Ｃには、圧電子１２０Ｄによって正弦波状の歪みが加えられる。 The pressure electron 120D applies sinusoidal distortion of a set frequency to the reciprocating delay compensation fiber 120C. The PGC signal generator 120E generates a PGC signal and supplies the generated PGC signal to the reciprocating delay compensation fiber 120C via the pressure electron 120D. That is, in the delay compensation interferometer 120, the pressure electron 120D is attached to the reciprocating delay compensation fiber 120C, and a sinusoidal voltage is applied to the pressure electron 120D from the PGC signal generator 120E. Therefore, the reciprocating delay compensation fiber 120C is subjected to sinusoidal distortion by the pressure electron 120D.

本第２実施形態において、光サーキュレータ３０は、パルス光源１０から入力したパルス光を遅延補償干渉計１２０に出力するものである。また、光サーキュレータ３０は、光ロータリージョイント４０及びセンシング干渉計５０を経由して遅延補償干渉計１２０から出力されるパルス光を光電変換器１６０に出力するものである。ここで、干渉型光ファイバセンサ２００は、光サーキュレータ３０の代わりに、光サーキュレータ３０と同様に機能する光カプラ等の伝送方向調整手段を有していてもよい。本第２実施形態において、光ロータリージョイント４０は、往復第２光カプラ１２０Ｂと光カプラ５１との間に設けられ、光ファイバを介して往復第２光カプラ１２０Ｂと光カプラ５１とに接続されている。 In the second embodiment, the optical circulator 30 outputs the pulsed light input from the pulsed light source 10 to the delay compensation interferometer 120. Further, the optical circulator 30 outputs the pulsed light output from the delay compensation interferometer 120 to the photoelectric converter 160 via the optical rotary joint 40 and the sensing interferometer 50. Here, the interference type optical fiber sensor 200 may have a transmission direction adjusting means such as an optical coupler that functions in the same manner as the optical circulator 30 instead of the optical circulator 30. In the second embodiment, the optical rotary joint 40 is provided between the reciprocating second optical coupler 120B and the optical coupler 51, and is connected to the reciprocating second optical coupler 120B and the optical coupler 51 via an optical fiber. There is.

光電変換器１６０は、光サーキュレータ３０に接続され、光サーキュレータ３０から出力される干渉光を電気信号に変換するものである。往復遅延補償ファイバ１２０Ｃには、圧電子１２０Ｄによって正弦波状の歪が加えられているため、干渉光にはＰＧＣが発生する。 The photoelectric converter 160 is connected to the optical circulator 30 and converts the interference light output from the optical circulator 30 into an electric signal. Since the reciprocating delay compensation fiber 120C is subjected to sinusoidal distortion by the pressure electron 120D, PGC is generated in the interference light.

復調器１７０は、光電変換器１６０から入力した電気信号をもとに、物理量としての信号１及び信号２を復調するものである。より具体的に、復調器１７０は、経路ＡＢ０ＣＤ１ＣＢ０Ｅを通過したパルス光と、経路ＡＢ１ＣＤ０ＣＢ１Ｅを通過したパルス光とが入力するタイミングにサンプリングして信号１を復調するものである。また、復調器７０は、経路ＡＢ０ＣＤ２ＣＢ０Ｅを通過したパルス光と、経路ＡＢ１ＣＤ１ＣＢ１Ｅを通過したパルス光とが入力するタイミングにサンプリングして信号２を復調するものである。 The demodulator 170 demodulates the signal 1 and the signal 2 as physical quantities based on the electric signal input from the photoelectric converter 160. More specifically, the demodulator 170 demodulates the signal 1 by sampling at the timing when the pulsed light passing through the path AB0CD1CB0E and the pulsed light passing through the path AB1CD0CB1E are input. Further, the demodulator 70 demodulates the signal 2 by sampling at the timing when the pulsed light passing through the path AB0CD2CB0E and the pulsed light passing through the path AB1CD1CB1E are input.

ところで、前述した第１実施形態の干渉型光ファイバセンサ１００は、パルス光源１０から出力されるパルス光が前段遅延補償干渉計２１を通過した後、センシング干渉計５０を経由して光サーキュレータ３０から出力されるパルス光が、後段遅延補償干渉計２２を通過するように構成されている。したがって、パルス光が遅延補償干渉計２０を通過する経路は４通りとなっている。 By the way, in the interference type optical fiber sensor 100 of the first embodiment described above, after the pulsed light output from the pulse light source 10 passes through the pre-stage delay compensation interferometer 21, the optical circulator 30 passes through the sensing interferometer 50. The output pulsed light is configured to pass through the post-stage delay compensation interferometer 22. Therefore, there are four paths through which the pulsed light passes through the delay compensation interferometer 20.

この点、干渉型光ファイバセンサ２００は、遅延補償干渉計１２０を１つだけ有しているが、遅延補償干渉計１２０は、光サーキュレータ３０とセンシング干渉計５０との間に設けられている。そのため、光サーキュレータ３０から出力されるパルス光は、センシング干渉計５０への往路と復路において、遅延補償干渉計１２０を１回ずつ通過するようになっている。すなわち、干渉型光ファイバセンサ２００において、パルス光源１０から出力されるパルス光は、遅延補償干渉計１２０を２回通過して光電変換器１６０に入力される。したがって、遅延補償干渉計１２０をパルス光が通過する経路、つまり、センシング干渉計５０以外の伝送路に形成されるパルス光の伝搬経路は、第１実施形態と同じ４通りとなっている。 In this respect, the interference type optical fiber sensor 200 has only one delay compensation interferometer 120, and the delay compensation interferometer 120 is provided between the optical circulator 30 and the sensing interferometer 50. Therefore, the pulsed light output from the optical circulator 30 passes through the delay compensation interferometer 120 once on the outward path to the sensing interferometer 50 and on the return path. That is, in the interference type optical fiber sensor 200, the pulsed light output from the pulse light source 10 passes through the delay compensation interferometer 120 twice and is input to the photoelectric converter 160. Therefore, the path through which the pulsed light passes through the delay compensation interferometer 120, that is, the propagation path of the pulsed light formed in the transmission path other than the sensing interferometer 50 is the same four as in the first embodiment.

（動作の説明）
上記の通り、干渉型光ファイバセンサ２００は、第１実施形態の干渉型光ファイバセンサ１００とは一部の構成が異なっているため、パルス光が各構成部材を通過する順序も干渉型光ファイバセンサ１００とは異なっている。また、干渉型光ファイバセンサ２００と、干渉型光ファイバセンサ１００とは、例示した復調方式が異なるため、両者の復調処理も異なっている。しかし、こうした点を除けば、干渉型光ファイバセンサ２００は、干渉型光ファイバセンサ１００と同様に動作する。 (Explanation of operation)
As described above, since the interference type optical fiber sensor 200 has a partially different configuration from the interference type optical fiber sensor 100 of the first embodiment, the order in which the pulsed light passes through each component is also the interference type optical fiber. It is different from the sensor 100. Further, since the demodulation method illustrated is different between the interference type optical fiber sensor 200 and the interference type optical fiber sensor 100, the demodulation processing of both is also different. However, except for these points, the interference type optical fiber sensor 200 operates in the same manner as the interference type optical fiber sensor 100.

すなわち、パルス光源１０から出力されたパルス光は、光サーキュレータ３０を通過した後、往復第１光カプラ１２０Ａにおいて、往復第２光カプラ１２０Ｂ側と、往復遅延補償ファイバ１２０Ｃ側とに分岐され、往復第２光カプラ１２０Ｂにおいて同一ファイバに結合されて、光ロータリージョイント４０に出力される。往復第２光カプラ１２０Ｂから出力され、光ロータリージョイント４０を通過したパルス光は、センシング干渉計５０に入力する。 That is, the pulsed light output from the pulse light source 10 passes through the optical circulator 30, and then is branched into the reciprocating second optical coupler 120B side and the reciprocating delay compensating fiber 120C side in the reciprocating first optical coupler 120A, and reciprocates. It is coupled to the same fiber in the second optical coupler 120B and output to the optical rotary joint 40. The pulsed light output from the reciprocating second optical coupler 120B and passing through the optical rotary joint 40 is input to the sensing interferometer 50.

センシング干渉計５０に入力したパルス光は、光カプラ５１と光カプラ５２とにおいて分割される。分割された各パルス光は、それぞれ、ミラー５３、ミラー５４、又はミラー５５で反射する。ミラー５３、ミラー５４、又はミラー５５で反射したパルス光は、光カプラ５１で同一ファイバに結合され、光ロータリージョイント４０を通過して遅延補償干渉計１２０に戻る。 The pulsed light input to the sensing interferometer 50 is divided by the optical coupler 51 and the optical coupler 52. Each of the divided pulsed lights is reflected by the mirror 53, the mirror 54, or the mirror 55, respectively. The pulsed light reflected by the mirror 53, the mirror 54, or the mirror 55 is coupled to the same fiber by the optical coupler 51, passes through the optical rotary joint 40, and returns to the delay compensation interferometer 120.

遅延補償干渉計１２０に入力したパルス光は、往復第２光カプラ１２０Ｂにおいて、往復第１光カプラ１２０Ａ側と、往復遅延補償ファイバ１２０Ｃ側とに分岐され、往復第１光カプラ１２０Ａにおいて同一ファイバに結合されて、光サーキュレータ３０に出力される。光サーキュレータ３０を通過したパルス光は、光電変換器６０において電気信号に変換され、復調器７０で復調される。 The pulsed light input to the delay compensation interferometer 120 is branched into the reciprocating first optical coupler 120A side and the reciprocating delay compensating fiber 120C side in the reciprocating second optical coupler 120B, and becomes the same fiber in the reciprocating first optical coupler 120A. It is combined and output to the optical circulator 30. The pulsed light that has passed through the optical circulator 30 is converted into an electric signal by the photoelectric converter 60 and demodulated by the demodulator 70.

以上のように、干渉型光ファイバセンサ２００は、前述した第１実施形態の干渉型光ファイバセンサ１００と同様、パルス光がセンシング干渉計５０を通過する前後のそれぞれにおいて、センシング干渉計５０での伝搬時間差を補償する遅延補償干渉計１２０を有している。そのため、干渉型光ファイバセンサ２００は、信号検出の妨げとなる雑音及びクロストークを低減することができる。よって、干渉型光ファイバセンサ２００によれば、レベルの低い信号を検出すると共に、多重伝送する信号の数を増やすことができる。 As described above, the interference type optical fiber sensor 200 is the same as the interference type optical fiber sensor 100 of the first embodiment described above, and the sensing interferometer 50 is used before and after the pulsed light passes through the sensing interferometer 50. It has a delay compensating interferometer 120 that compensates for the propagation time difference. Therefore, the interference type optical fiber sensor 200 can reduce noise and crosstalk that hinder signal detection. Therefore, according to the interference type optical fiber sensor 200, it is possible to detect low-level signals and increase the number of signals to be multiplex-transmitted.

［第３実施形態］
図４は、本発明の第３実施形態に係る干渉型光ファイバセンサの構成及び多重伝送によるパルス波形を示す模式図である。図４を参照して、干渉型光ファイバセンサの構成及び動作を説明する。上述した第１及び第２実施形態の干渉型光ファイバセンサ１００及び２００と同等の構成部材には同一の符号を用いて説明は省略する。 [Third Embodiment]
FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of an interference type optical fiber sensor according to a third embodiment of the present invention and a pulse waveform due to multiplex transmission. The configuration and operation of the interference type optical fiber sensor will be described with reference to FIG. The same reference numerals are used for the components equivalent to the interference type optical fiber sensors 100 and 200 of the first and second embodiments described above, and the description thereof will be omitted.

図４に示すように、干渉型光ファイバセンサ３００は、パルス光源１０と、遅延補償干渉計２２０と、光サーキュレータ３０と、光ロータリージョイント４０と、センシング干渉計５０と、光電変換器１６０と、復調器２７０と、を有している。 As shown in FIG. 4, the interference type optical fiber sensor 300 includes a pulse light source 10, a delay compensation interferometer 220, an optical circulator 30, an optical rotary joint 40, a sensing interferometer 50, a photoelectric converter 160, and the like. It has a demodulator 270 and.

遅延補償干渉計２２０は、パルス光がセンシング干渉計５０を通過する前と、パルス光がセンシング干渉計５０を通過した後とのそれぞれにおいて、センシング干渉計５０で発生する伝搬時間差を補償するものである。遅延補償干渉計２２０は、センシング干渉計５０の前段に設けられた前段遅延補償干渉計２２１と、センシング干渉計５０の後段に設けられた後段遅延補償干渉計２２２と、を有している。 The delay compensation interferometer 220 compensates for the propagation time difference generated by the sensing interferometer 50 before the pulsed light passes through the sensing interferometer 50 and after the pulsed light passes through the sensing interferometer 50. is there. The delay compensation interferometer 220 includes a front stage delay compensation interferometer 221 provided in front of the sensing interferometer 50 and a rear stage delay compensation interferometer 222 provided in the rear stage of the sensing interferometer 50.

前段遅延補償干渉計２２１は、前段第１光カプラ２１Ａと、前段第２光カプラ２１Ｂと、前段遅延補償ファイバ２１Ｃと、前段オシレータ２２１Ｄと、前段光周波数シフタ２２１Ｅと、を有している。前段第１光カプラ２１Ａは、パルス光源１０に接続された入力ポートと、前段光周波数シフタ２２１Ｅに接続された出力ポートと、前段遅延補償ファイバ２１Ｃに接続された出力ポートと、を有している。前段第２光カプラ２１Ｂは、前段光周波数シフタ２２１Ｅに接続された入力ポートと、前段遅延補償ファイバ２１Ｃに接続された入力ポートと、光サーキュレータ３０に接続された出力ポートと、を有している。 The front-stage delay compensation interferometer 221 includes a front-stage first optical coupler 21A, a front-stage second optical coupler 21B, a front-stage delay compensation fiber 21C, a front-stage oscillator 221D, and a front-stage optical frequency shifter 221E. The pre-stage first optical coupler 21A has an input port connected to the pulse light source 10, an output port connected to the pre-stage optical frequency shifter 221E, and an output port connected to the pre-stage delay compensation fiber 21C. .. The pre-stage second optical coupler 21B has an input port connected to the pre-stage optical frequency shifter 221E, an input port connected to the pre-stage delay compensation fiber 21C, and an output port connected to the optical circulator 30. ..

前段オシレータ２２１Ｄは、周波数ｆＦの正弦波信号を前段光周波数シフタ２２１Ｅへ出力し、前段光周波数シフタ２２１Ｅを通過するパルス光の光周波数をｆＦだけシフトさせるものである。前段光周波数シフタ２２１Ｅは、前段オシレータ２２１Ｄから出力される周波数ｆＦの正弦波信号をもとに、前段第１光カプラ２１Ａから出力されるパルス光の光周波数をｆＦだけシフトさせるものである。以降では、前段光周波数シフタ２２１Ｅがシフトさせる周波数ｆＦを前段シフト周波数ｆＦともいう。 The pre-stage oscillator 221D outputs a sine wave signal having a frequency f F to the pre-stage optical frequency shifter 221E, and shifts the optical frequency of the pulsed light passing through the pre-stage optical frequency shifter 221E by f F. The pre-stage optical frequency shifter 221E shifts the optical frequency of the pulsed light output from the pre-stage first optical coupler 21A by f F based on the sinusoidal signal of the frequency f F output from the pre-stage oscillator 221D. .. Hereinafter, the frequency f F shifted by the pre-stage optical frequency shifter 221E is also referred to as the pre-stage shift frequency f F.

後段遅延補償干渉計２２２は、後段第１光カプラ２２２Ａと、後段第２光カプラ２２２Ｂと、後段遅延補償ファイバ２２２Ｃと、後段オシレータ２２２Ｄと、後段光周波数シフタ２２２Ｅと、を有している。後段第１光カプラ２２２Ａは、光サーキュレータ３０に接続された入力ポートと、後段第２光カプラ２２２Ｂに接続された出力ポートと、後段光周波数シフタ２２２Ｅに接続された出力ポートと、を有している。後段第２光カプラ２２２Ｂは、後段第１光カプラ２２２Ａに接続された入力ポートと、後段遅延補償ファイバ２２２Ｃに接続された入力ポートと、光電変換器１６０に接続された出力ポートと、を有している。 The rear-stage delay compensation interferometer 222 includes a rear-stage first optical coupler 222A, a rear-stage second optical coupler 222B, a rear-stage delay compensation fiber 222C, a rear-stage oscillator 222D, and a rear-stage optical frequency shifter 222E. The rear-stage first optical coupler 222A has an input port connected to the optical circulator 30, an output port connected to the rear-stage second optical coupler 222B, and an output port connected to the rear-stage optical frequency shifter 222E. There is. The rear-stage second optical coupler 222B has an input port connected to the rear-stage first optical coupler 222A, an input port connected to the rear-stage delay compensation fiber 222C, and an output port connected to the photoelectric converter 160. ing.

後段遅延補償ファイバ２２２Ｃは、後段第１光カプラ２２２Ａで分岐し、後段光周波数シフタ２２２Ｅを通過して入力するパルス光を遅延させるものである。後段オシレータ２２２Ｄは、周波数ｆＢの正弦波信号を後段光周波数シフタ２２２Ｅへ出力し、後段光周波数シフタ２２２Ｅを通過するパルス光の光周波数をｆＢだけシフトさせるものである。後段光周波数シフタ２２２Ｅは、後段オシレータ２２２Ｄから出力される周波数ｆＢの正弦波信号をもとに、後段第１光カプラ２２２Ａから出力されるパルス光の光周波数をｆＢだけシフトさせるものである。以降では、後段光周波数シフタ２２２Ｅがシフトさせる周波数ｆＢを後段シフト周波数ｆＢともいう。 The post-stage delay compensation fiber 222C is for delaying the pulsed light that is branched by the rear-stage first optical coupler 222A, passes through the rear-stage optical frequency shifter 222E, and is input. The latter-stage oscillator 222D outputs a sine wave signal having a frequency of f B to the latter-stage optical frequency shifter 222E, and shifts the optical frequency of the pulsed light passing through the latter-stage optical frequency shifter 222E by f B. The rear-stage optical frequency shifter 222E shifts the optical frequency of the pulsed light output from the rear-stage first optical coupler 222A by f B based on the sinusoidal signal of the frequency f B output from the rear-stage oscillator 222D. .. Hereinafter, the frequency f B shifted by the rear-stage optical frequency shifter 222E is also referred to as the rear-stage shift frequency f B.

ここで、図４では、前段遅延補償干渉計２２１の前段遅延補償ファイバ２１Ｃがない経路に前段光周波数シフタ２２１Ｅを設け、後段遅延補償干渉計２２２の後段遅延補償ファイバ２２２Ｃがある経路に後段光周波数シフタ２２２Ｅを設けた場合を例示しているが、これに限定されるものではない。例えば、遅延補償干渉計２２０は、前段遅延補償干渉計２２１の前段遅延補償ファイバ２１Ｃがある経路に前段光周波数シフタ２２１Ｅを設け、後段遅延補償干渉計２２２の後段遅延補償ファイバ２２２Ｃがない経路に後段光周波数シフタ２２２Ｅを設けた構成としてもよい。このようにしても、信号１及び信号２を好適に復調するための条件を満たす。すなわち、本第３実施形態における干渉型光ファイバセンサ３００は、前段遅延補償ファイバ２１Ｃを含む前段遅延補償干渉計２２１の少なくとも一方の経路と、後段遅延補償ファイバ２２２Ｃを含む後段遅延補償干渉計２２２の少なくとも一方の経路とに、それぞれ、パルス光の光周波数をシフトする光周波数シフタが設けられていればよい。 Here, in FIG. 4, the front-stage optical frequency shifter 221E is provided in the path of the front-stage delay compensation interferometer 221 without the front-stage delay compensation fiber 21C, and the rear-stage optical frequency is provided in the path of the rear-stage delay compensation interferometer 222 with the rear-stage delay compensation fiber 222C. The case where the shifter 222E is provided is illustrated, but the present invention is not limited to this. For example, in the delay compensation interferometer 220, the front stage optical frequency shifter 221E is provided on the path where the front stage delay compensation fiber 21C of the front stage delay compensation interferometer 221 is located, and the rear stage is provided on the path where the rear stage delay compensation interferometer 222 does not have the rear stage delay compensation fiber 222C. An optical frequency shifter 222E may be provided. Even in this way, the conditions for preferably demodulating the signal 1 and the signal 2 are satisfied. That is, the interference type optical fiber sensor 300 in the third embodiment includes at least one path of the front-stage delay compensation interferometer 221 including the front-stage delay compensation fiber 21C and the rear-stage delay compensation interferometer 222 including the rear-stage delay compensation fiber 222C. An optical frequency shifter that shifts the optical frequency of the pulsed light may be provided in at least one of the paths.

また、干渉型光ファイバセンサ３００は、前段遅延補償干渉計２２１に設けられた前段光周波数シフタ２２１Ｅと後段遅延補償ファイバ２２２Ｃとの両方を通る経路を伝搬したパルス光の光周波数と、後段遅延補償干渉計２２２に設けられた前段光周波数シフタ２２１Ｅと後段遅延補償ファイバ２２２Ｃとの何れも通らない経路を伝搬したパルス光の光周波数との間に差を持たせるように構成されている。前段遅延補償ファイバ２１Ｃ及び後段遅延補償ファイバ２２２Ｃにおける伝搬遅延時間は、第１実施形態における前段遅延補償ファイバ２１Ｃ及び後段遅延補償ファイバ２２Ｃにおける伝搬遅延時間と同様に設定する。 Further, the interference type optical fiber sensor 300 includes the optical frequency of the pulsed light propagating in the path passing through both the front stage optical frequency shifter 221E and the rear stage delay compensation fiber 222C provided in the front stage delay compensation interferometer 221 and the rear stage delay compensation. It is configured to have a difference between the optical frequency of the pulsed light propagating in the path through which neither the front-stage optical frequency shifter 221E provided in the interferometer 222 nor the rear-stage delay compensation fiber 222C passes. The propagation delay time in the front-stage delay compensation fiber 21C and the rear-stage delay compensation fiber 222C is set in the same manner as the propagation delay time in the front-stage delay compensation fiber 21C and the rear-stage delay compensation fiber 22C in the first embodiment.

そして、パルス光源１０のパルス幅は、センシングファイバ５６又はセンシングファイバ５７における伝搬遅延時間Ｔと同等以下に設定する。すなわち、干渉型光ファイバセンサ３００は、パルス光の光周波数を前段シフト周波数ｆＦだけシフトさせる前段光周波数シフタ２２１Ｅと、パルス光の周波数を前段シフト周波数ｆＦとは異なる後段シフト周波数ｆＢだけシフトさせる後段光周波数シフタ２２２Ｅとを有している。そのため、干渉型光ファイバセンサ３００は、パルス光源１０のパルス幅を、第１実施形態の干渉型光ファイバセンサ１００のように、Ｔ／２以下に設定する必要はない。 Then, the pulse width of the pulse light source 10 is set to be equal to or less than the propagation delay time T in the sensing fiber 56 or the sensing fiber 57. That is, the interference type optical fiber sensor 300, the front optical frequency shifter 221E for shifting the optical frequency of the pulsed light by previous shift frequency f F, the frequency of the pulse light by different subsequent shift frequency f B is the previous shift frequency f F It has a post-stage optical frequency shifter 222E to be shifted. Therefore, in the interference type optical fiber sensor 300, it is not necessary to set the pulse width of the pulse light source 10 to T / 2 or less as in the interference type optical fiber sensor 100 of the first embodiment.

本第３実施形態において、光サーキュレータ３０は、前段遅延補償干渉計２２１から入力したパルス光を光ロータリージョイント４０に出力するものである。また、光サーキュレータ３０は、センシング干渉計５０を経由して光ロータリージョイント４０から出力されるパルス光を後段遅延補償干渉計２２２に出力するものである。ここで、干渉型光ファイバセンサ３００は、光サーキュレータ３０の代わりに、光サーキュレータ３０と同様に機能する光カプラ等の伝送方向調整手段を有していてもよい。 In the third embodiment, the optical circulator 30 outputs the pulsed light input from the pre-stage delay compensation interferometer 221 to the optical rotary joint 40. Further, the optical circulator 30 outputs the pulsed light output from the optical rotary joint 40 via the sensing interferometer 50 to the subsequent delay compensation interferometer 222. Here, the interference type optical fiber sensor 300 may have a transmission direction adjusting means such as an optical coupler that functions in the same manner as the optical circulator 30 instead of the optical circulator 30.

干渉型光ファイバセンサ３００は、パルス光源１０と光サーキュレータ３０との間に前段遅延補償干渉計２２１を有し、光サーキュレータ３０と光電変換器６０との間に後段遅延補償干渉計２２２を有している。そのため、干渉型光ファイバセンサ３００は、センシング干渉計５０以外の伝送路に形成されるパルス光の伝搬経路が４通りとなっている。 The interference type optical fiber sensor 300 has a front-stage delay compensation interferometer 221 between the pulse light source 10 and the optical circulator 30, and a rear-stage delay compensation interferometer 222 between the optical circulator 30 and the photoelectric converter 60. ing. Therefore, the interference type optical fiber sensor 300 has four propagation paths of pulsed light formed in a transmission path other than the sensing interferometer 50.

光電変換器１６０は、後段第２光カプラ２２２Ｂに接続され、後段第２光カプラ２２２Ｂから出力される干渉光を電気信号に変換するものである。復調器２７０は、光電変換器１６０から入力した電気信号をもとに、物理量としての信号１及び信号２を復調するものである。より具体的に、復調器２７０は、経路ＡＢ０ＣＤ１ＥＦ０Ｇを通過したパルス光と、経路ＡＢ１ＣＤ０ＥＦ１Ｇを通過したパルス光とが入力するタイミングにサンプリングし、これらの経路を伝搬したパルス光の周波数差である周波数ｆＦ−ｆＢのビートを抽出して信号１を復調するものである。また、復調器７０は、経路ＡＢ０ＣＤ２ＥＦ０Ｇを通過したパルス光と、経路ＡＢ１ＣＤ１ＥＦ１Ｇを通過したパルス光とが入力するタイミングにサンプリングし、これらの経路を伝搬したパルス光の周波数差である周波数ｆＦ−ｆＢのビートを抽出して信号２を復調するものである。 The photoelectric converter 160 is connected to the second-stage second optical coupler 222B and converts the interference light output from the second-stage second optical coupler 222B into an electric signal. The demodulator 270 demodulates the signal 1 and the signal 2 as physical quantities based on the electric signal input from the photoelectric converter 160. More specifically, the demodulator 270 samples at the timing when the pulsed light passing through the path AB0CD1EF0G and the pulsed light passing through the path AB1CD0EF1G are input, and the frequency f which is the frequency difference of the pulsed light propagating through these paths. It demodulates the signal 1 by extracting the beat of F -f B. Further, the demodulator 70 includes a pulsed light that has passed through the route AB0CD2EF0G, sampled with the timing of input is a pulse light that has passed through the path AB1CD1EF1G, frequency f F -f is the frequency difference between the pulsed light propagated these pathways The beat of B is extracted and the signal 2 is demodulated.

（動作の説明）
パルス光源１０から出力されたパルス光は、前段第１光カプラ２１Ａにおいて、前段光周波数シフタ２２１Ｅ側と、前段遅延補償ファイバ２１Ｃ側とに分岐され、前段第２光カプラ２１Ｂにおいて同一ファイバに結合されて、光サーキュレータ３０に出力される。光サーキュレータ３０を通過したパルス光は、光ロータリージョイント４０を通過してセンシング干渉計５０に入力する。 (Explanation of operation)
The pulsed light output from the pulse light source 10 is branched into the front stage optical frequency shifter 221E side and the front stage delay compensation fiber 21C side in the front stage first optical coupler 21A, and is coupled to the same fiber in the front stage second optical coupler 21B. Is output to the optical circulator 30. The pulsed light that has passed through the optical circulator 30 passes through the optical rotary joint 40 and is input to the sensing interferometer 50.

センシング干渉計５０に入力したパルス光は、光カプラ５１と光カプラ５２とにおいて分割される。分割された各パルス光は、それぞれ、ミラー５３、ミラー５４、又はミラー５５で反射する。ミラー５３、ミラー５４、又はミラー５５で反射したパルス光は、光カプラ５１で１本の光ファイバに結合され、光サーキュレータ３０に戻り、後段第１光カプラ２２２Ａに送られて、後段第２光カプラ２２２Ｂ側と、後段光周波数シフタ２２２Ｅ側とに分岐され、後段第２光カプラ２２２Ｂにおいて同一ファイバに結合される。後段第２光カプラ２２２Ｂにおいて同一ファイバに結合されたパルス光は、光電変換器１６０で電気信号に変換され、復調器２７０で復調される。 The pulsed light input to the sensing interferometer 50 is divided by the optical coupler 51 and the optical coupler 52. Each of the divided pulsed lights is reflected by the mirror 53, the mirror 54, or the mirror 55, respectively. The pulsed light reflected by the mirror 53, the mirror 54, or the mirror 55 is coupled to one optical fiber by the optical coupler 51, returned to the optical circulator 30, and sent to the rear first optical coupler 222A to be sent to the rear second light. It is branched into the coupler 222B side and the rear-stage optical frequency shifter 222E side, and is coupled to the same fiber in the rear-stage second optical coupler 222B. The pulsed light coupled to the same fiber in the second optical coupler 222B in the subsequent stage is converted into an electric signal by the photoelectric converter 160 and demodulated by the demodulator 270.

本第３実施形態の干渉型光ファイバセンサ３００では、信号１を復調する経路ＡＢ０ＣＤ１ＥＦ０Ｇを通過したパルス光と、経路ＡＢ１ＣＤ０ＥＦ１Ｇを通過したパルス光とが、復調器２７０に入力するタイミングにおいて、他の経路を伝搬したパルス光が重なるため、不要な干渉が発生する。しかし、他の経路を伝搬したパルス光の干渉で発生するビートの周波数は、周波数ｆＦ−ｆＢとは異なる周波数になるため、復調器２７０は、他の経路を伝搬したパルス光の影響を受けずに信号１を復調することができる。復調器２７０は、信号２についても同様に、経路ＡＢ０ＣＤ２ＥＦ０Ｇを通過したパルス光と、経路ＡＢ１ＣＤ１ＥＦ１Ｇを通過したパルス光とが入力するタイミングにおいて、周波数ｆＦ−ｆＢのビートを抽出することにより、他の経路を伝搬したパルス光の影響を受けることなく復調することができる。 In the interference type optical fiber sensor 300 of the third embodiment, the pulsed light passing through the path AB0CD1EF0G for demodulating the signal 1 and the pulsed light passing through the path AB1CD0EF1G are input to the demodulator 270 in another path. Since the pulsed light propagating in the above overlaps, unnecessary interference occurs. However, since the frequency of the beat generated by the interference of the pulsed light propagating in the other path is different from the frequency f F- f B , the demodulator 270 is affected by the pulsed light propagating in the other path. The signal 1 can be demodulated without receiving it. Demodulator 270, similarly for the signal 2, and the pulse light that has passed through the path AB0CD2EF0G, at the timing of inputting the pulse light that has passed through the path AB1CD1EF1G, by extracting the beat frequency f F -f B, other It can be demodulated without being affected by the pulsed light propagating along the path of.

以上のように、干渉型光ファイバセンサ３００は、パルス光がセンシング干渉計５０を通過する前後のそれぞれにおいて、センシング干渉計５０での伝搬時間差を補償する遅延補償干渉計２２０を有している。そのため、干渉型光ファイバセンサ３００は、信号検出の妨げとなる雑音及びクロストークを低減することができる。よって、干渉型光ファイバセンサ３００によれば、レベルの低い信号を検出すると共に、多重伝送する信号の数を増やすことができる。 As described above, the interference type optical fiber sensor 300 has a delay compensation interferometer 220 that compensates for the propagation time difference in the sensing interferometer 50 before and after the pulsed light passes through the sensing interferometer 50. Therefore, the interference type optical fiber sensor 300 can reduce noise and crosstalk that hinder signal detection. Therefore, according to the interference type optical fiber sensor 300, it is possible to detect low-level signals and increase the number of signals to be multiplex-transmitted.

また、干渉型光ファイバセンサ３００は、パルス光の周波数を前段シフト周波数ｆＦだけシフトさせる前段光周波数シフタ２２１Ｅと、パルス光の周波数を後段シフト周波数ｆＢだけシフトさせる後段光周波数シフタ２２２Ｅとを有している。そのため、干渉型光ファイバセンサ３００は、上述した第１実施形態のようにパルス光源１０のパルス幅を狭くすることなく、センシングファイバ５７で検出した信号２の復調出力に現れる雑音及びクロストークを低減させることができる。 Further, interferometric fiber optic sensor 300 includes a front optical frequency shifter 221E for shifting the frequency of the pulse light by previous shift frequency f F, and a back optical frequency shifter 222E for shifting the frequency of the pulse light by subsequent shift frequency f B Have. Therefore, the interference type optical fiber sensor 300 reduces noise and crosstalk appearing in the demodulated output of the signal 2 detected by the sensing fiber 57 without narrowing the pulse width of the pulse light source 10 as in the first embodiment described above. Can be made to.

ここで、上述した各実施形態は、干渉型光ファイバセンサにおける好適な具体例であり、本発明の技術的範囲は、これらの態様に限定されるものではない。例えば、第１実施形態では、多ポートカプラを用いる復調方式を例示したが、これに限らず、干渉型光ファイバセンサ１００は、ＰＧＣを用いる復調方式を採用して構成してもよい。また、第２実施形態では、ＰＧＣを用いる復調方式を例示したが、これに限らず、干渉型光ファイバセンサ２００は、多ポートカプラを用いる復調方式を採用して構成してもよい。 Here, each of the above-described embodiments is a suitable specific example in the interference type optical fiber sensor, and the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments. For example, in the first embodiment, the demodulation method using the multi-port coupler has been illustrated, but the present invention is not limited to this, and the interference type optical fiber sensor 100 may be configured by adopting the demodulation method using PGC. Further, in the second embodiment, the demodulation method using PGC is illustrated, but the present invention is not limited to this, and the interference type optical fiber sensor 200 may be configured by adopting a demodulation method using a multi-port coupler.

さらに、第１実施形態では、２つの光カプラを含む前段遅延補償干渉計２１と、１つの光カプラ及び２つのミラーを含む後段遅延補償干渉計２２とを有する遅延補償干渉計２０を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、前段遅延補償干渉計２１は、１つの光カプラ及び２つのミラーを含む後段遅延補償干渉計２２と同様の干渉計であってもよい。後段遅延補償干渉計２２は、２つの光カプラを含む前段遅延補償干渉計２１と同様の干渉計であってもよい。 Further, in the first embodiment, the delay compensation interferometer 20 having the front stage delay compensation interferometer 21 including two optical couplers and the rear stage delay compensation interferometer 22 including one optical coupler and two mirrors has been illustrated. , Not limited to this. For example, the front-stage delay compensation interferometer 21 may be an interferometer similar to the rear-stage delay compensation interferometer 22 including one optical coupler and two mirrors. The post-stage delay compensation interferometer 22 may be an interferometer similar to the pre-stage delay compensation interferometer 21 including two optical couplers.

また、第２実施形態では、２つの光カプラを含んで構成された遅延補償干渉計１２０を例示したが、これに限らず、遅延補償干渉計１２０は、１つの光カプラ及び２つのミラーを含んで構成された干渉計であってもよい。加えて、第３実施形態では、２つの光カプラを含んで構成された前段遅延補償干渉計２２１及び後段遅延補償干渉計２２２を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、前段遅延補償干渉計２２１及び後段遅延補償干渉計２２２のうちの少なくとも一方は、１つの光カプラ及び２つのミラーを含んで構成された干渉計であってもよい。 Further, in the second embodiment, the delay compensation interferometer 120 configured to include two optical couplers has been illustrated, but the present invention is not limited to this, and the delay compensation interferometer 120 includes one optical coupler and two mirrors. It may be an interferometer composed of. In addition, in the third embodiment, the front-stage delay compensation interferometer 221 and the rear-stage delay compensation interferometer 222 configured to include two optical couplers have been exemplified, but the present invention is not limited thereto. For example, at least one of the first-stage delay compensation interferometer 221 and the second-stage delay compensation interferometer 222 may be an interferometer configured to include one optical coupler and two mirrors.

さらに、センシングファイバを複数接続する方法として、従来技術に示された別の方法を採用し、センシング干渉計５０を構成してもよい。また、図１、図３、及び図４では、干渉型光ファイバセンサ１００、２００、及び３００が、２つのセンシングファイバを有する例を示したが、干渉型光ファイバセンサ１００、２００、及び３００は、３つ以上のセンシングファイバを有するようにしてもよい。 Further, as a method of connecting a plurality of sensing fibers, another method shown in the prior art may be adopted to configure the sensing interferometer 50. Further, in FIGS. 1, 3, and 4, the interference type optical fiber sensors 100, 200, and 300 have shown an example having two sensing fibers, but the interference type optical fiber sensors 100, 200, and 300 have. It may have three or more sensing fibers.

加えて、上記各実施形態では、センシングファイバを含むセンシング干渉計が、光カプラとミラーとを含んで構成された場合を例示しているが、これに限定されるものではない。センシング干渉計５０は、例えば、ＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）などの他の構成部材を用いて、パルス光を分岐させ且つ反射させるようにしてもよい。 In addition, in each of the above embodiments, the case where the sensing interferometer including the sensing fiber is configured to include the optical coupler and the mirror is illustrated, but the present invention is not limited thereto. The sensing interferometer 50 may use other components such as an FBG (Fiber Bragg Grating) to branch and reflect the pulsed light.

また、上記各実施形態では、センシング干渉計５０が２つのセンシングファイバを有する場合を例示したが、これに限らず、センシング干渉計５０は、１つのセンシングファイバを有するものであってもよく、３つ以上のセンシングファイバを有するものであってもよい。 Further, in each of the above embodiments, the case where the sensing interferometer 50 has two sensing fibers has been illustrated, but the present invention is not limited to this, and the sensing interferometer 50 may have one sensing fiber. It may have one or more sensing fibers.

１０ パルス光源、２０、１２０、２２０、１０２０ 遅延補償干渉計、２１、２２１ 前段遅延補償干渉計、２１Ａ 前段第１光カプラ、２１Ｂ 前段第２光カプラ、２１Ｃ 前段遅延補償ファイバ、２２、２２２ 後段遅延補償干渉計、２２Ａ、１０２０Ａ 多ポートカプラ、２２Ｂ、１０２０Ｂ 第１遅延ミラー、２２Ｃ、２２２Ｃ 後段遅延補償ファイバ、２２Ｄ、１０２０Ｄ 第２遅延ミラー、３０ 光サーキュレータ、４０ 光ロータリージョイント、５０ センシング干渉計、５１、５２ 光カプラ、５３〜５５ ミラー、５６、５７ センシングファイバ、６０、１６０ 光電変換器、７０、１７０、２７０ 復調器、１００、２００、３００、１０００ 干渉型光ファイバセンサ、１２０Ａ 往復第１光カプラ、１２０Ｂ 往復第２光カプラ、１２０Ｃ 往復遅延補償ファイバ、１２０Ｄ 圧電子、１２０Ｅ ＰＧＣ信号発生器、２２１Ｄ 前段オシレータ、２２１Ｅ 前段光周波数シフタ、２２２Ａ 後段第１光カプラ、２２２Ｂ 後段第２光カプラ、２２２Ｄ 後段オシレータ、２２２Ｅ 後段光周波数シフタ、１０２０Ｃ 遅延補償ファイバ。 10 pulse light source, 20, 120, 220, 1020 delay compensation interferometer, 21,221 pre-stage delay compensation interferometer, 21A pre-stage 1st optical coupler, 21B pre-stage 2nd optical coupler, 21C pre-stage delay compensation fiber, 22,222 post-stage delay Compensation Interferometer, 22A, 1020A Multi-Port Coupler, 22B, 1020B 1st Delay Mirror, 22C, 222C Post-Delay Compensation Fiber, 22D, 1020D 2nd Delay Mirror, 30 Optical Circulator, 40 Optical Rotary Joint, 50 Sensing Interferometer, 51 , 52 Optical Coupler, 53-55 Mirror, 56, 57 Sensing Fiber, 60, 160 Photoelectric Converter, 70, 170, 270 Demodulator, 100, 200, 300, 1000 Interference Optical Fiber Sensor, 120A Reciprocating First Optical Coupler , 120B reciprocating second optical coupler, 120C reciprocating delay compensation fiber, 120D pressure electron, 120E PGC signal generator, 221D front stage oscillator, 222E front stage optical frequency shifter, 222A rear stage first optical coupler, 222B rear stage second optical coupler, 222D rear stage Oscillator, 222E trailing optical frequency shifter, 1020C delay compensation fiber.

Claims (8)

パルス光を出力するパルス光源と、
物理量を検知するセンシングファイバを含み、前記センシングファイバによってパルス光の伝搬経路に伝搬時間差を生じさせるセンシング干渉計と、
パルス光が前記センシング干渉計を通過する前とパルス光が前記センシング干渉計を通過した後とのそれぞれにおいて、前記伝搬時間差を補償する遅延補償干渉計と、を有する干渉型光ファイバセンサ。 A pulsed light source that outputs pulsed light and
A sensing interferometer that includes a sensing fiber that detects a physical quantity and causes a propagation time difference in the propagation path of pulsed light by the sensing fiber.
An interferometric optical fiber sensor comprising a delay compensating interferometer that compensates for the propagation time difference before the pulsed light passes through the sensing interferometer and after the pulsed light passes through the sensing interferometer. 前記遅延補償干渉計は、
パルス光が前記センシング干渉計を通過する前と、パルス光が前記センシング干渉計を通過した後とで、前記伝搬時間差を均等に補償するものである請求項１に記載の干渉型光ファイバセンサ。 The delay compensation interferometer
The interference type optical fiber sensor according to claim 1, wherein the propagation time difference is evenly compensated before the pulsed light passes through the sensing interferometer and after the pulsed light passes through the sensing interferometer. 前記遅延補償干渉計は、
前記センシング干渉計の前段に設けられ、パルス光を遅延させる前段遅延補償ファイバを含む前段遅延補償干渉計と、
前記センシング干渉計の後段に設けられ、パルス光を遅延させる後段遅延補償ファイバを含む後段遅延補償干渉計と、を有する請求項１又は２に記載の干渉型光ファイバセンサ。 The delay compensation interferometer
A pre-stage delay compensating interferometer provided in front of the sensing interferometer and including a pre-stage delay compensating fiber that delays pulsed light,
The interferometric optical fiber sensor according to claim 1 or 2, further comprising a post-stage delay compensating interferometer provided after the sensing interferometer and including a post-stage delay compensating fiber that delays pulsed light. 前記前段遅延補償干渉計は、
前記パルス光源から出力されたパルス光を分岐させる前段第１光カプラと、
前記前段第１光カプラから出力された一方のパルス光と前記前段遅延補償ファイバを通過したパルス光とを同一ファイバに結合する前段第２光カプラと、を有し、
前記前段遅延補償ファイバは、
前記前段第１光カプラから出力された他方のパルス光を遅延させるものである請求項３に記載の干渉型光ファイバセンサ。 The pre-stage delay compensation interferometer
A pre-stage first optical coupler that branches the pulsed light output from the pulsed light source, and
It has a pre-stage second optical coupler that combines one pulsed light output from the pre-stage first optical coupler and pulsed light that has passed through the pre-stage delay compensating fiber into the same fiber.
The pre-stage delay compensation fiber is
The interference type optical fiber sensor according to claim 3, which delays the other pulsed light output from the first optical coupler in the previous stage. 前記後段遅延補償干渉計は、
パルス光を分岐させる多ポート光カプラと、
前記多ポート光カプラに接続された第１遅延ミラーと、
前記多ポート光カプラに前記後段遅延補償ファイバを介して接続された第２遅延ミラーと、を有する請求項４に記載の干渉型光ファイバセンサ。 The latter-stage delay compensation interferometer
A multi-port optical coupler that splits pulsed light,
The first delay mirror connected to the multi-port optical coupler,
The interference type optical fiber sensor according to claim 4, further comprising a second delay mirror connected to the multi-port optical coupler via the post-stage delay compensating fiber. 前記後段遅延補償干渉計は、
前記センシング干渉計経由で入力したパルス光を分岐させる後段第１光カプラと、
前記後段第１光カプラから出力される一方のパルス光と前記後段遅延補償ファイバを通過したパルス光とを同一ファイバに結合する後段第２光カプラと、を有し、
前記後段遅延補償ファイバは、
前記後段第１光カプラから出力された他方のパルス光を遅延させるものである請求項４に記載の干渉型光ファイバセンサ。 The latter-stage delay compensation interferometer
A post-stage first optical coupler that branches the pulsed light input via the sensing interferometer, and
It has a rear-stage second optical coupler that combines one pulsed light output from the rear-stage first optical coupler and pulsed light that has passed through the rear-stage delay compensation fiber into the same fiber.
The post-stage delay compensation fiber is
The interference type optical fiber sensor according to claim 4, wherein the other pulsed light output from the first optical coupler in the subsequent stage is delayed. 前記前段遅延補償干渉計は、
前記前段第１光カプラから前記前段第２光カプラまでの２つの経路のうちの少なくとも一方に、パルス光の周波数を前段シフト周波数だけシフトさせる前段光周波数シフタを有し、
前記後段遅延補償干渉計は、
前記後段第１光カプラから前記後段第２光カプラまでの２つの経路のうちの少なくとも一方に、前記パルス光の周波数を前記前段シフト周波数とは異なる後段シフト周波数だけシフトさせる後段光周波数シフタを備える請求項６に記載の干渉型光ファイバセンサ。 The pre-stage delay compensation interferometer
At least one of the two paths from the first-stage first optical coupler to the first-stage second optical coupler has a pre-stage optical frequency shifter that shifts the frequency of the pulsed light by the pre-stage shift frequency.
The latter-stage delay compensation interferometer
At least one of the two paths from the rear-stage first optical coupler to the rear-stage second optical coupler is provided with a rear-stage optical frequency shifter that shifts the frequency of the pulsed light by a rear-stage shift frequency different from the front-stage shift frequency. The interference type optical fiber sensor according to claim 6. 前記パルス光源と前記センシング干渉計との間に設けられ、前記パルス光源の伝送方向を調整する伝送方向調整手段を有し、
前記遅延補償干渉計は、
前記伝送方向調整手段と前記センシング干渉計との間に設けられ、往復の伝搬遅延時間が前記センシング干渉計の前記伝搬時間差と等しい往復遅延補償ファイバを含むものである請求項２に記載の干渉型光ファイバセンサ。 A transmission direction adjusting means provided between the pulse light source and the sensing interferometer and adjusting the transmission direction of the pulse light source is provided.
The delay compensation interferometer
The interference type optical fiber according to claim 2, which includes a reciprocating delay compensating fiber provided between the transmission direction adjusting means and the sensing interferometer and having a reciprocating propagation delay time equal to the propagation time difference of the sensing interferometer. Sensor.
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