JPH01308988A - 光学的感知装置 - Google Patents

光学的感知装置

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JPH01308988A
JPH01308988A JP1019368A JP1936889A JPH01308988A JP H01308988 A JPH01308988 A JP H01308988A JP 1019368 A JP1019368 A JP 1019368A JP 1936889 A JP1936889 A JP 1936889A JP H01308988 A JPH01308988 A JP H01308988A
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sensing device
detector
optical sensing
pulse
optical
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JP1019368A
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Lamb Christopher
ラム クリストファー
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Plessey Overseas Ltd
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
    • G01H9/004Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means using fibre optic sensors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
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    • G01D5/353Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/35383Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using multiple sensor devices using multiplexing techniques

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野]〜 本発明は光学的感知装置に関する。より詳細にいえば、
しかしそれに限定されるわりではないが、本発明は水中
聴a Wアレイ(hydrophone arrays
 )が組み込まれた光学的感知装置に関するものである
[従来の技術1 環境の変化を監視するために、水中聴音器アレイまたは
他の物理的パラメータで特性が変動するセンサ素子を有
する光学的感知V4置はよく知られている。このような
装置の1つの例は、連合玉国特許出願番号第84246
70号に開示されている装置である。典型的な例におい
ては、周波数が精密に定っていて高いコヒーレンスを有
する光源がスイッチングされて、時間的17jraを有
しかつ周波数の異なるパルス対が入射パルスとして用い
られる。アレイまたは素子間の部分反射不連続部分によ
って反射された、これらのパルス部分を重ね合わすこと
によって、ヘテロダイン信号がえられる。これらのヘテ
ロダイン信号はこれらの素子が置かれている環境条件を
表している。
入射周波数が高度に安定でかつ高い精度を確実に有する
ためには、高いコヒーレンスをもった光源が必要である
。ぞの場合、最終的にえられるヘテロダイン信号の周波
数変移または位相変移は、アレイまたはセンサ素子にお
ける変化により確実に寄与することができる。
このような高いコヒーレンスの光源を得ることは、従来
は非常に困難であった。その理由は、光源の出力と、高
いコヒーレンスに対して要求さ、れる高い周波数公差と
を、両立させることが必要であるからである。さらに、
レーザのような光源の場合、もし光源が機械力学的妨害
、すなわち、音響波の影響を受けるならば、位相の変化
が生ずることである。もしこのような位相変化が、入射
パルス対の各パルスが発生する間の時間間隔内に起こる
ならば、その結果のヘテロダイン信号に位相変移が現わ
れるが、ぞれはアレイまたはセンサ素子の中の環境変化
によって生じたものではない。
けれども、この装置に用いることが可能であるレーザ装
置が、連合王国特許第2129957B号に開示されて
いる。この装置では光源をブラッグ・セルでスイッチン
グし、そして遅延素子は、要求されるコヒーレンスの絶
対値を小さくする。
この比較的低いコヒーレンスのレーザ装置のもつ固有の
問題点は、ヘテロダイン信号を得るために必要な信号の
スイッチングと遅延素子法により、光信号をアレイに放
射でる際に出力が損失を受けることである。
さらに、位相変移がセンサ素子以外のところ、すなわち
、ブラッグ・セル/′N、延素子とセンサ素子との間の
連結部で起こり得る。
これらの損失は、順次のセンサ索子が直列に配置されて
それらの界面のところに部分反04鏡または部分反射性
不連続部分がある水中聴音器アレイの場合には、特に制
限因子となる。したがって、光源の信号の放射出力が大
きい程、使用しつる水中聴音器アレイが長くなることが
わかるであろう。
先行技術による装置のこの他の問題点は、入射パルス対
と部分反射性不連続部分における反射はそれぞれのパル
スの、偏りにずれを誘起することである。パルスの偏り
のこのずれは、ヘテロダイン信号の出力を小さくする相
互作用非整合を反射されたパルスに導入することになる
[発明の要約] 本発明の目的は、前記問題点を大幅に解消する光感加装
dを提供することである。さらに、本発明の光感知装置
により、センサ・アレイに接続したときに雑音をよりよ
く除去することができ、また、センサ゛・アレイで反射
された信号の偏光状態をよりよく制御することができる
本発明により、単一光パルスをセンサ素子アレイに供給
するためのスイッチング索Pに光学的に結合された光源
と、このアレイから反射されて戻ってくるパルス列を少
なくとも2つの検出器路に分割するための装置とを有し
、前記検出器のうちの1つの検出器路が遅延素子を有し
かつ前記検出器路が連結されて反射されたパレス列の一
部分を組み合わせて処理装置に送る、光信号を光センサ
・アレイに送るためのかつ光13号を光センサ・アレイ
から受Gノ取るための光学的感知装置が得られる。
[実施例] 第1図は本発明による光学的感知装置の一実施例を示す
図面である。この装置はレーザ1のような光源を有し、
そしてこの光源から放射された光はスイッチング素子3
に向って進む。スイッチング素子3は送信信号F1を受
け取ることにより動作して光パルスを生じ、そしてこの
放射された光パルスはアレイ7の中に入射せしめられる
。アレイ7は一連のセンサ81〜S5を有し、これらの
センサの間には部分反射接合部6が配買される。
センサS1〜S5は環境に敏感で、ずなわら、渦電や圧
力などの変化を感応しvするものであって、これらの物
理酊の変化に応じてセンサの長さに変化を生じる。その
結果、これらの部分反射性接合部から反射された信号は
これらの環境の変化を表わす信号となる。
ところで、従来の光学的感知装置では、周波数がわずか
に異なる2つの光パルスをスイッチング素子3に入射さ
せるのが普通とされている。これらの2つの光パルスが
検出器フオトダイオードに戻ってぎて重なり合い、そこ
でヘテロダイン信号が得られる。これに対して、本発明
では、単一周波数の単独のパルスが、スイッチング素子
3を第1スイツチング・パルスF1でスイッチングする
ことによって、アレイ7の中に入射する。単独のパルス
のおのおのの一部分が部分反射性接合部で反射され、そ
して(第2図に示されているような)パルス列21がス
イッチング素子3に戻ってくる。
反射されて戻ってくるパルス列の中の各パルスは、アレ
イ7を通過するにつれて位相変調を受ける。位相変調φ
81〜φ85およびφ。、は、パルスがそれぞれのセン
tts  −s5を通過する時に累粋される。ずなわち
、φ はセンサS、による位相変調であり、そしてφ8
.は[スイッチング素子3と最初の部分反射接合器(s
pl 1ce) 6との間の非妨作長(dead 1e
noth ) Jによる位相変調である。
位相変調の大きさは、1フ境がアレイ7におよぼす効果
によって変わる。環境、例えば湿度や応力、のような物
理的パラメータの変化により、各センサに比較的小さな
変化が生ずる。これらの変化は反射されて戻ってきたパ
ルス列21の中に含まれている。
この反射されて戻ってきたパルス列21を種々の方法で
処理することによって、必要な情報、したがって、物理
的パラメータの変化、を(qることができる。
簡単な第1の処遇1方払が第1図に示されている。
第1図には、反射されて戻ってきた信号を処理する信号
処理装置11が示されている。
この第1処理方法では、反射されて戻ってくるパルス列
21がスイッチング素子3を通る時、第2スイツチング
争パルスF2がスイッチング素子3に加えられる。スイ
ッチング素子3は、パルスのエネルギの一部分、通常は
半分、をそれぞれのファイバ路12.14へ分岐するよ
うに構成される。、1llI11素子15がファイバ路
14の中に配置されており、それにより、ファイバ路1
2と7ァイバ路14との間に遅延バイアスがえられる。
この遅延素子の遅延時間は、典型的には、1センサ長「
往復」伝送時間、すなわち、部分反射性不連続部分間の
往復時間に等しい。スイッチング素子3がブラッグ・セ
ル(Bragg cell)である時、遅延パルスには
また周波数変移が与えられる。それぞれのファイバ路1
2.14からの遅延したパルスと遅延していないパルス
が典型的には3dB結合器19で結合されて、1対のフ
ォトダイオード20゜22を有する光検出器によって検
出可能なヘテロダイン信号が得られる。位相変調された
結果を共通モーデングまたは相’!’ifJち消しをす
ることにより、各センサの独自の呼び出しがアレイ7に
おいて可能であることがわかるであろう。
第2の処理方法(第3図に示されている)では、スイッ
チング素子3はブラッグ・セルではなく、反射されて戻
ってきたパルスは3dB結合器32を用いて分岐され、
そして周波数変移は別の方法によって行なわれる。すな
わら、周波数変移は圧電周波数変移器または集積された
光学的周波数変移器31によって行なわれる。けれども
、周波数変換器をそなえることは必ずしも必要ではない
。しかし、その場合にはホモダイン多重化アレイとなる
。ホモダインの場合には、例えば圧電ファイバ構造体を
用いて、フィードバック・ループを使用して直角位相を
保持することができる。各反射されたパルスの偏光状態
のfllJItllは、反射されたパルスが分岐された
後、ヘテロダインまたはホモダインを発生ずる相互作用
が最大になるように行なうことができる。圧電ファイバ
構造体は、パルスのこのような相互偏光(mutual
 polarisa口o、n )を可能にする。第1の
方法で発生されるのと同様のヘテロダイン信号を得るた
めに、周波数変移器および遅延コイル31を、遅延パル
スに作用させる。
これらのヘテロダイン信号は、非遅延ファイバ路と遅延
ファイバ路とのそれぞれの端部に接続された1対の光検
出器33.35によって、検出することができる。なお
、図中の29は3dB結合器である。
本発明は、ブラッグ・セルからセンサ・アレイ八入射す
るさいに、ブラッグ・セルからの放射角度が周波数の関
数であることにより生ずる問題点によって制限されない
ことがわかるであろう。したがって、ブラッグ・セルに
入射する反射されたパルスから得られる分岐パルスは、
より幅広い周波数差のものであることができる。すなわ
ら、ブラッグ・セルにおいて、屈折率は周波数によって
変わる。したがって、本発明による装置の固有の分解能
は大幅に大きくなる。
前記の処理方法は、交互のパルスのみをスイッチングし
かつ遅延するようにスイッチング素子を選定することに
よって、ざらに変更することができる。したがって、交
互のセンサを具体的に呼び出すことができることがわか
るであろう。第4図は第1処理方法の変更例の概要図で
ある。パルス列21は索子3によってファイバ路12.
14に交互にスイッチングされる。ファイバ路14は遅
延素子15を有する。各ファイバ路12.14中の信号
は検出7J19,20.22に送られる。
光源はレーデであることができ、そしてセンサのアレイ
は一連の水中聴音器であることができる。
本発明を光ファイバ・センサとブラッグ・セル・スイッ
チング素子を有する場合について説明したけれども、本
発明は、他の装6と構造体を利用する場合にも、同じよ
うに適用しうることがわかるであろう。
【図面の簡単な説明】
添付図面第1図は本発明に従う光学的感知装置の一実施
例の全体構成を概略的に示し、第2図は第1図示の装置
について反射された戻りパルス列を示し、第3図は第1
図示の装置における信号処理袋dと比較されるその変形
例であり、第4図は第1図示の装置をさらに改変した場
合を示す説明図である。 [符号の説明] 1      光源 3      スイッチング素子 7      センサ素子アレイ 12.14   検出器路 15     遅延素子 32     第1の結合器素子 29     第2の結合器素子。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光信号をセンサ素子アレイに送り、かつ、センサ
    素子アレイから光信号を受け取るための光学的感知装置
    であつて:単一光パルスをセンサ素子アレイに供給する
    ためのスイッチング素子に光学的に結合された光源と、
    前記アレイの中の部分的反射を行なう不連続部分で反射
    されて戻つてくるパルス列を少なくとも2つの検出器路
    に分割するための装置とを有し、前記検出器路のうちの
    1つの検出器路は遅延素子を有し、かつ、該検出器は前
    記反射されたパルス列の一部分を処理装置に取り込むよ
    うに接続されていることを特徴とする前記光学的感知装
    置。
  2. (2)請求項1において、前記スイッチング素子がブラ
    ッグ・セルであり、かつ、前記ブラッグ・セルをスイッ
    チングすることによつて前記単一光パルスが要求された
    パルス長を有する送信信号として供給される、前記光学
    的感知装置。
  3. (3)請求項1において、部分的反射を行なう前記不連
    続部分から反射されて戻つてくるパルス列がセンサ素子
    内で入射と反射の間の単一パルス伝達時間の整数倍に等
    しい遅延バイアスをパルス間に有して前記パルス列が2
    つのそれぞれの検出器路に第1結合器素子によつて分割
    するように前記処理装置が構成され、かつ、前記処理装
    置がそれぞれの前記検出器路を通して伝送される信号を
    結合してヘテロダイン信号を生じかつ前記ヘテロダイン
    信号を検出器に送るように構成された第2結合器素子を
    有する、前記光学的感知装置。
  4. (4)請求項1または請求項3において、前記検出器路
    のうちの1つの検出器路が周波数変移器を有する、前記
    光学的感知装置。
  5. (5)請求項1において、1つの前記検出器路に周波数
    変化フィードバック・ループがそなえられていてそれに
    よりそれぞれの検出器路の中の信号の間に直角位相がえ
    られる、前記光学的感知装置。
  6. (6)請求項1から請求項5までのいずれか1つにおい
    て、前記反射されて戻つてくる信号のうちの選定された
    信号だけが前記処理装置にスイッチされ、それによつて
    特定のセンサ素子を定めることができる、前記光学的感
    知装置。
  7. (7)請求項1から請求項6までのいずれか1つにおい
    て、前記センサ素子が光ファイバの長さである、前記光
    学的感知装置。
  8. (8)請求項1から請求項7までのいずれか1つにおい
    て、前記光源がレーザである、前記光学的感知装置。
  9. (9)請求項3から請求項8のいずれか1つにおいて、
    前記第1結合器素子と前記第2結合器素子が3dB結合
    器である、前記光学的感知装置。
  10. (10)請求項1から請求項9までのいずれか1つにお
    いて、前記検出器路のうちの1つの検出器路に圧電ファ
    イバ構造体がそなえられ、それにより前記検出器路内に
    反射されたパルス列部分が他の前記検出器路内に反射さ
    れたパルス列部分と相対偏光状態にあるように調整する
    ことができる、前記光学的感知装置。
JP1019368A 1988-01-29 1989-01-27 光学的感知装置 Pending JPH01308988A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB8801999 1988-01-29
GB8801999A GB2214636A (en) 1988-01-29 1988-01-29 Optical sensing apparatus

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ID=10630735

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JP1019368A Pending JPH01308988A (ja) 1988-01-29 1989-01-27 光学的感知装置

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EP (1) EP0326199A3 (ja)
JP (1) JPH01308988A (ja)
AU (1) AU2887389A (ja)
GB (1) GB2214636A (ja)

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EP0326199A3 (en) 1989-10-18
GB2214636A (en) 1989-09-06
GB8801999D0 (en) 1988-02-24
EP0326199A2 (en) 1989-08-02
AU2887389A (en) 1989-08-03

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