JPH02187636A - 光ファイバセンサ及び光ファイバセンサの信号検出方法 - Google Patents
光ファイバセンサ及び光ファイバセンサの信号検出方法Info
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- JPH02187636A JPH02187636A JP1007300A JP730089A JPH02187636A JP H02187636 A JPH02187636 A JP H02187636A JP 1007300 A JP1007300 A JP 1007300A JP 730089 A JP730089 A JP 730089A JP H02187636 A JPH02187636 A JP H02187636A
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Landscapes
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
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。
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〕
本発明は光ファイバセンサに関するものである。
第５図には光ファイバセンサの従来例が示されている。
この回路の動作はレーザ光源１より出た光は光カプラ２
により主として光ファイバよりなる検出光路３と、基準
光路４および光路長調整器５よりなる基準光路系６とに
分けられる。検出光路３の光ファイバ長と、基準光路系
６の光ファイバ長とはほぼ等しい。２分された光は光力
ブラフによりまとめられ、干渉光を受ける。光カブラ７
の出力光は光検出器８および９により電気信号に変換し
、処理される。
により主として光ファイバよりなる検出光路３と、基準
光路４および光路長調整器５よりなる基準光路系６とに
分けられる。検出光路３の光ファイバ長と、基準光路系
６の光ファイバ長とはほぼ等しい。２分された光は光力
ブラフによりまとめられ、干渉光を受ける。光カブラ７
の出力光は光検出器８および９により電気信号に変換し
、処理される。
ところで光路長が光学的に同一長に調整されると、光力
ブラフに集められる光の位相は全く同一となり、光検出
器８，９の電気出力は最大になる。
ブラフに集められる光の位相は全く同一となり、光検出
器８，９の電気出力は最大になる。
そして検出光路３に検出物理量例えば音響が加わると、
その主構成要素の光ファイバの光を伝えるコアに、密度
の変化が音圧に比例して生じる。
その主構成要素の光ファイバの光を伝えるコアに、密度
の変化が音圧に比例して生じる。
この密度の変化は光の伝播定数の変化をもたらし、検出
光路３と基準光路系６とを伝わる光の間に位相差を生じ
る。この結果、光検出器８，９の電気信号が光の実効パ
ワーの変化に従って変動するので、音響を検出すること
ができる。
光路３と基準光路系６とを伝わる光の間に位相差を生じ
る。この結果、光検出器８，９の電気信号が光の実効パ
ワーの変化に従って変動するので、音響を検出すること
ができる。
上記従来技術のマツハツエンダ干渉計型の光ファイバセ
ンサは高感度ではあるが、安定性が極めて悪い。その理
由は構成する光ファイバの線膨張率が２０〜５０ Ｘ
１０−６／’Ｃ程度あるために、例えば光アアイバを夫
々の光路に１０ｍ使用するとすれば、夫々の光路に１℃
の温度差が生じると、２００〜５００ミクロンの光路差
を生ずる。レーザ光源に波長１ミクロンの光を使用する
と、温度差１℃で２００〜５００波長分の位相ずれを生
じ、安定に音響の検出ができない。このため光路長調整
器により光路差の変動を次に述へるようにして補正して
いる。
ンサは高感度ではあるが、安定性が極めて悪い。その理
由は構成する光ファイバの線膨張率が２０〜５０ Ｘ
１０−６／’Ｃ程度あるために、例えば光アアイバを夫
々の光路に１０ｍ使用するとすれば、夫々の光路に１℃
の温度差が生じると、２００〜５００ミクロンの光路差
を生ずる。レーザ光源に波長１ミクロンの光を使用する
と、温度差１℃で２００〜５００波長分の位相ずれを生
じ、安定に音響の検出ができない。このため光路長調整
器により光路差の変動を次に述へるようにして補正して
いる。
２ケの光検出器の出力成分は夫々直流分と、符号の異な
る光路の位相差φの余弦項を含む項と、それと符号を異
にする検出音響に比例する項とを含んでいる。従って２
ケの光検出器の電気出力を減算回路で処理すると、直流
分の項は消去され、位相差φの余弦項を含む項と検出音
響に比例する項とが残る。位相差の余弦項を零にするよ
うに光路長調整器の印加電圧を制御すれば、すなわち検
出光路と基準光路どの位相差を９０度となるように制御
すると、検出感度が最高になる。
る光路の位相差φの余弦項を含む項と、それと符号を異
にする検出音響に比例する項とを含んでいる。従って２
ケの光検出器の電気出力を減算回路で処理すると、直流
分の項は消去され、位相差φの余弦項を含む項と検出音
響に比例する項とが残る。位相差の余弦項を零にするよ
うに光路長調整器の印加電圧を制御すれば、すなわち検
出光路と基準光路どの位相差を９０度となるように制御
すると、検出感度が最高になる。
因みに光路長調整器は、ジルコン酸鉛を主成分とするセ
ラミックス（略称ＰＺＴ）をシリンダ状に焼成し、内、
外面に電極を溶射メツキし、その外周に光ファイバを所
定の張力で所要回数巻き付けたものである。とり付けた
電極に、例えば外面に正、内面に負の電圧を印加すると
径方向に伸び、電圧を逆にすると、径方向に収縮する。
ラミックス（略称ＰＺＴ）をシリンダ状に焼成し、内、
外面に電極を溶射メツキし、その外周に光ファイバを所
定の張力で所要回数巻き付けたものである。とり付けた
電極に、例えば外面に正、内面に負の電圧を印加すると
径方向に伸び、電圧を逆にすると、径方向に収縮する。
このため外周に巻かれた光ファイバに伸縮を生じ、その
結果、Ｐ、Ｚ Ｔの印加電圧値とその極性とにより、光
路長の調節を可能とすることができる。
結果、Ｐ、Ｚ Ｔの印加電圧値とその極性とにより、光
路長の調節を可能とすることができる。
ところで従来技術で問題なのは第１に光検出器を２ケ使
用し、その直流分の減算処理を行うため光検出器の光−
電気の変換率、夫々の光検出器に入射される光パワーの
分配の調節、光検出器の暗電流の調整など諸特性を厳密
に一致させる必要があり、これらを調節することは不可
能に近いことである。第２に減算回路に直流増幅器を使
用するため、動作の安定性を期すことが困′難で、検出
出力に波形歪を伴い易いことである。
用し、その直流分の減算処理を行うため光検出器の光−
電気の変換率、夫々の光検出器に入射される光パワーの
分配の調節、光検出器の暗電流の調整など諸特性を厳密
に一致させる必要があり、これらを調節することは不可
能に近いことである。第２に減算回路に直流増幅器を使
用するため、動作の安定性を期すことが困′難で、検出
出力に波形歪を伴い易いことである。
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、安定性の
向上を可能とした光ファイバセンサを提供することを目
的とするものである。
向上を可能とした光ファイバセンサを提供することを目
的とするものである。
上記目的は、光路長調整器を備えた光路に発振器からの
出力を受けて位相変調を行う光位相変調器を設け、取り
込んだ合成信号を発振器出力で同期検波して検出する信
号を取り出し、同期検波して得た信号を用いて２光路間
の位相差を零とするように光路長調整器を調整すること
により、達成される。
出力を受けて位相変調を行う光位相変調器を設け、取り
込んだ合成信号を発振器出力で同期検波して検出する信
号を取り出し、同期検波して得た信号を用いて２光路間
の位相差を零とするように光路長調整器を調整すること
により、達成される。
光路長調整器を備えた光路に発振器からの出力を受けて
位相変調を行う光位相変調器を設け、取り出された合成
信号を発振器出力で同期検波して検出する信号を取り出
し、同期検波して得た信号を用いて２光路間の位相差を
零とするように光路長調整器を調整したので、高い感度
で検出する信号に比例した周波数が取り出せるようにな
って、安定性を向上することができる。
位相変調を行う光位相変調器を設け、取り出された合成
信号を発振器出力で同期検波して検出する信号を取り出
し、同期検波して得た信号を用いて２光路間の位相差を
零とするように光路長調整器を調整したので、高い感度
で検出する信号に比例した周波数が取り出せるようにな
って、安定性を向上することができる。
以下、図示した実施例に基づいて本発明を説明する。第
１図から第４図には本発明の一実施例が示されている。
１図から第４図には本発明の一実施例が示されている。
なお従来と同じ部品には同じ符号を付したので説・明を
省略する。本実施例では光路長調整器５を備えた光路（
基イ（（光路）４に発振器１０からの出力を受けて位相
変調を行う光位相変調器１１を設け、取り出された合成
信号を発振器出力で同期検波して検出する信号を取り出
し、同期検波して得た信号を用いて２光路（検出光路。
省略する。本実施例では光路長調整器５を備えた光路（
基イ（（光路）４に発振器１０からの出力を受けて位相
変調を行う光位相変調器１１を設け、取り出された合成
信号を発振器出力で同期検波して検出する信号を取り出
し、同期検波して得た信号を用いて２光路（検出光路。
基準光路）３，４間の位相差を零とするように光路長調
整器５を調整した。このようにすることにより高い感度
で検出する信号に比例した周波数が取り出せるようにな
って、安定性の向上を可能とした光ファイバセンサを得
ることができる３゜すなわち第１図から明らかなように
、従来例との相違は光位相変調器１１が設けられ、光検
出器の数が光検出器８の１ケになったことである。また
光位相変調器１１は光路長調整器５と同じように、ジル
コン酸鉛を主成分とするセラミックス（Ｐ、ＺＴ）をシ
リンダ状に焼成し、内、外面に電極をつけ、外周に光フ
ァイバを所定張力で所要回数券きつけて形成した。
整器５を調整した。このようにすることにより高い感度
で検出する信号に比例した周波数が取り出せるようにな
って、安定性の向上を可能とした光ファイバセンサを得
ることができる３゜すなわち第１図から明らかなように
、従来例との相違は光位相変調器１１が設けられ、光検
出器の数が光検出器８の１ケになったことである。また
光位相変調器１１は光路長調整器５と同じように、ジル
コン酸鉛を主成分とするセラミックス（Ｐ、ＺＴ）をシ
リンダ状に焼成し、内、外面に電極をつけ、外周に光フ
ァイバを所定張力で所要回数券きつけて形成した。
光学回路全般の機能は従来例とほぼ同じであるが、基準
光路系６内に光位相変調器」］を接続しているので、干
渉光が光位相変調器］１の変調周波数で変化している。
光路系６内に光位相変調器」］を接続しているので、干
渉光が光位相変調器］１の変調周波数で変化している。
光位相変調器自体の構造と作用とはすてに多くの文献に
あり、公知の機能なので説明は省略するが、光位相変調
器１１の接続により、光検出器８において干渉光を電気
出力に変換すると、その中に次のような成分を含む。
あり、公知の機能なので説明は省略するが、光位相変調
器１１の接続により、光検出器８において干渉光を電気
出力に変換すると、その中に次のような成分を含む。
（１）変調周波数に無関係な直流成分。
（２）変調周波数の周波数成分を持ち、その振幅項に検
出すべき信号、例えば音響信号成分を有しない項。
出すべき信号、例えば音響信号成分を有しない項。
（３）変調周波数の周波数成分をキャリアとし、振幅項
に検出音響成分とその高調波成分とを有する項。
に検出音響成分とその高調波成分とを有する項。
（４）その他高調周波数の高次高調波をキャリアに持つ
成分。
成分。
これらは次の式で表される。すなわち干渉光を受けた光
検出器８の出力電流■は、 Ｉ ＝Ｋ（１＋ｃｃ＋ｓ＄ Ｊ ｏ（Ａ） 、Ｊｎ（ｍ
ｆ ）＋ｓｉｎφＪｏ（Ａ）Ｊ＋（ｍｆ）ｓｉｎＰｔ
＋４ｃｏｓφ（Ｊ １（Ａ）ｓｉｎＲｌ、＋ Ｊ ａ（
Ａ）Ｓｉｎ３Ｒｔ＋−） Ｊ ｓ （ｍ ｆ ）ｓｉｎ
Ｐｔ＋４ｓ］ｎφ（Ｊ ２（Ａ）ｓｉ、ｎ２Ｒｔ＋Ｊ
４ （Ａ）ｓ］、ｎ４ Ｒｔ＋−） Ｊ １ （ｍ
ｆ ） ｓ］ｎ Ｐｔ＋４ｃｏｓφ（Ｊ ｚ（Ａ）ｓｊ
ｎ２Ｒｔ＋Ｊ ４ （Ａ）ｓｊｎ４Ｒｔ；十−） Ｊ
ｚ（ｍ ｆ ）ｓ、１ｎ２Ｐ ｔ−４ｓｊｎφ（Ｊ ｓ
（Ａ）ｓｊｎＲｔ＋ Ｊ ａ（Ａ）Ｓｉｎ３Ｒｔ＋−
） 、Ｊ ２（ｍ ｆ ）ｓ］ｎ ２ Ｐｔ：１［１） となる。ここでＫは定数、φは検出光路と基準光路系と
の間に何等かの原因で生じる位相差、Ｒは音響の角周波
数、Ａは光ファイバが音響を受けて光の位相差を生じせ
しめる変換係数、ｍｆは光位相変調器により光が位相変
調を受ける深さを示す数、Ｐは位相変調を与える周波数
の角周波数、Ｊｏ、Ｊｌ、Ｊ２はベッセル関数零次、１
次、２次・の項を示す記号である。
検出器８の出力電流■は、 Ｉ ＝Ｋ（１＋ｃｃ＋ｓ＄ Ｊ ｏ（Ａ） 、Ｊｎ（ｍ
ｆ ）＋ｓｉｎφＪｏ（Ａ）Ｊ＋（ｍｆ）ｓｉｎＰｔ
＋４ｃｏｓφ（Ｊ １（Ａ）ｓｉｎＲｌ、＋ Ｊ ａ（
Ａ）Ｓｉｎ３Ｒｔ＋−） Ｊ ｓ （ｍ ｆ ）ｓｉｎ
Ｐｔ＋４ｓ］ｎφ（Ｊ ２（Ａ）ｓｉ、ｎ２Ｒｔ＋Ｊ
４ （Ａ）ｓ］、ｎ４ Ｒｔ＋−） Ｊ １ （ｍ
ｆ ） ｓ］ｎ Ｐｔ＋４ｃｏｓφ（Ｊ ｚ（Ａ）ｓｊ
ｎ２Ｒｔ＋Ｊ ４ （Ａ）ｓｊｎ４Ｒｔ；十−） Ｊ
ｚ（ｍ ｆ ）ｓ、１ｎ２Ｐ ｔ−４ｓｊｎφ（Ｊ ｓ
（Ａ）ｓｊｎＲｔ＋ Ｊ ａ（Ａ）Ｓｉｎ３Ｒｔ＋−
） 、Ｊ ２（ｍ ｆ ）ｓ］ｎ ２ Ｐｔ：１［１） となる。ここでＫは定数、φは検出光路と基準光路系と
の間に何等かの原因で生じる位相差、Ｒは音響の角周波
数、Ａは光ファイバが音響を受けて光の位相差を生じせ
しめる変換係数、ｍｆは光位相変調器により光が位相変
調を受ける深さを示す数、Ｐは位相変調を与える周波数
の角周波数、Ｊｏ、Ｊｌ、Ｊ２はベッセル関数零次、１
次、２次・の項を示す記号である。
これらの信号の処理の扱い方を第２図を用いて説明する
。光検出器８の出力電流は次段の増幅器１２ａで増幅さ
れる。この増幅器１２ａは直流値より所要の帯域まで増
幅すると同時に、電流の変化を電圧の変化に変換する。
。光検出器８の出力電流は次段の増幅器１２ａで増幅さ
れる。この増幅器１２ａは直流値より所要の帯域まで増
幅すると同時に、電流の変化を電圧の変化に変換する。
この出力のうち図中上段に示すローパスフィルタ１．３
ａを通して交流分を除き、光検出器８の直流成分、す
なオ〕ち電圧値ｖＤｃをとり出す。これは前述の（１）
の変調周波数に無関係な直流成分てあって、その値は、
Ｖｏｃ＝ Ｋ ＩＫ ［１＋４ｏｓφＪｏ（Ａ）Ｊｏ（
ｍ ｆ ）］・［ｎ］ である。ここてに１は電流−電圧変換係数である。
ａを通して交流分を除き、光検出器８の直流成分、す
なオ〕ち電圧値ｖＤｃをとり出す。これは前述の（１）
の変調周波数に無関係な直流成分てあって、その値は、
Ｖｏｃ＝ Ｋ ＩＫ ［１＋４ｏｓφＪｏ（Ａ）Ｊｏ（
ｍ ｆ ）］・［ｎ］ である。ここてに１は電流−電圧変換係数である。
このＶｎｃは増幅器１２ｂにより所要の増幅やＡＤ変換
されて処理コンピュータに入り、後述する所要の処理が
行われる。
されて処理コンピュータに入り、後述する所要の処理が
行われる。
一方、増幅器１．２ ａの出力を変調周波数で同期検波
を行うと、次段のローパスフィルタ１−３ ｂによって
直流分がとり出される。これは前述の（２）の変調周波
数の周波数成分を持ち、その振幅項に音響信号成分を有
しない項にあたるものであって、その値Ｖｃｃは、 Ｖｃｃ＝ Ｋ ＩＫｓｉｎ φ 、Ｊ ｏ（Ａ）Ｊ
ｘ（ｍ ｆ ） −Ｃｍ）である。
を行うと、次段のローパスフィルタ１−３ ｂによって
直流分がとり出される。これは前述の（２）の変調周波
数の周波数成分を持ち、その振幅項に音響信号成分を有
しない項にあたるものであって、その値Ｖｃｃは、 Ｖｃｃ＝ Ｋ ＩＫｓｉｎ φ 、Ｊ ｏ（Ａ）Ｊ
ｘ（ｍ ｆ ） −Ｃｍ）である。
また、同期検波出力のうちバンドパスフィルタを通して
取り出されるものは、音響検出成分を含む項の値で、そ
れは前述の（３）の変調周波数の周波数成分をキャリア
とし、振幅項に検Ｉ“［冒’ｆ’ＩＰ成分とその高調波
成分とを有する項に当り、その値ＶＳは、 Ｖｓ”４ＫｔＫｃｏｓφＪ １（ｍ ｆ ）［：Ｊ ｔ
（Ａ）ｓｉｎＲｔ＋ Ｊ ３（Ａ）ｓ」ｎ３Ｒｔ−］＋
４ＫＩＫｓｊｎφＪ ｚ（ｍ ｆ ）（Ｊ ｚ（Ａ）ｓ
ｉｎＺＲｔ＋Ｊ ｔ（Ａ）ｓｉｎ４Ｒｔ−：１・・（Ｉ
ＶＩ で表される。前述の（４）のその他高調周波数の高次高
調波をキャリアに持つ成分の項は、同図の方式では使用
していないので、とり出し方は省略する。〔■〕式のう
ちｓｉｎφ を含む項を消去すると。
取り出されるものは、音響検出成分を含む項の値で、そ
れは前述の（３）の変調周波数の周波数成分をキャリア
とし、振幅項に検Ｉ“［冒’ｆ’ＩＰ成分とその高調波
成分とを有する項に当り、その値ＶＳは、 Ｖｓ”４ＫｔＫｃｏｓφＪ １（ｍ ｆ ）［：Ｊ ｔ
（Ａ）ｓｉｎＲｔ＋ Ｊ ３（Ａ）ｓ」ｎ３Ｒｔ−］＋
４ＫＩＫｓｊｎφＪ ｚ（ｍ ｆ ）（Ｊ ｚ（Ａ）ｓ
ｉｎＺＲｔ＋Ｊ ｔ（Ａ）ｓｉｎ４Ｒｔ−：１・・（Ｉ
ＶＩ で表される。前述の（４）のその他高調周波数の高次高
調波をキャリアに持つ成分の項は、同図の方式では使用
していないので、とり出し方は省略する。〔■〕式のう
ちｓｉｎφ を含む項を消去すると。
すなわちφ＝Ｏにすれば、ＣＯ３−＝１となり、５ｉｎ
Ｒｔ を含む項がとり出せる。ここで〔■〕式におい
てＪｏ （Ａ）、Ｊｌ（ｍｆ）の値が何であっても、Ｖ
ｃｃ＝Ｏとなることは明らかである。
Ｒｔ を含む項がとり出せる。ここで〔■〕式におい
てＪｏ （Ａ）、Ｊｌ（ｍｆ）の値が何であっても、Ｖ
ｃｃ＝Ｏとなることは明らかである。
従って処理コンピュータの処理で、増幅器１２０の出力
を零とするように、光路長調整器５に加える電圧値をコ
ントロールすることは可能である。
を零とするように、光路長調整器５に加える電圧値をコ
ントロールすることは可能である。
この処理によって［ｒＶ）式のうちｓｉｎφ を含む項
は零となり、ＣＯ３−＝１となって、（ＩＶ）式は、Ｖ
ｓ＝４ＫｘＫＪｚ（ｍｆ）［Ｊｘ（Ａ）ｓｉｎＲｔ＋Ｊ
ａ（Ａ）ｓｊｎ３Ｒｔ−：］・・〔ｖ〕 となる。通常、変換係数Ａの値は小さいために、ＪＲ（
Ａ）〜Ｊ５（Ａ）・・・＃Ｏであるので、検出音響出力
はＣＯ３−＝１の最高感度で動作し、Ｖｓは、Ｖｓ−４
ＫｔＫＪｚ（ｍｆ）Ｊｚ（Ａ）ｓｉｎＲｔ−（ＶＩ〕と
なり、音響の周波数成分５ｉｎＲｔ を含み、振幅項
が４ ＫｚＫ Ｊ ｚ（ｍ ｆ ）Ｊ ｔ（Ａ）の値を
とって検出できる。
は零となり、ＣＯ３−＝１となって、（ＩＶ）式は、Ｖ
ｓ＝４ＫｘＫＪｚ（ｍｆ）［Ｊｘ（Ａ）ｓｉｎＲｔ＋Ｊ
ａ（Ａ）ｓｊｎ３Ｒｔ−：］・・〔ｖ〕 となる。通常、変換係数Ａの値は小さいために、ＪＲ（
Ａ）〜Ｊ５（Ａ）・・・＃Ｏであるので、検出音響出力
はＣＯ３−＝１の最高感度で動作し、Ｖｓは、Ｖｓ−４
ＫｔＫＪｚ（ｍｆ）Ｊｚ（Ａ）ｓｉｎＲｔ−（ＶＩ〕と
なり、音響の周波数成分５ｉｎＲｔ を含み、振幅項
が４ ＫｚＫ Ｊ ｚ（ｍ ｆ ）Ｊ ｔ（Ａ）の値を
とって検出できる。
実際上〔■〕式の振幅の変動がかなりある。この原因は
主として変調指数ｍｆの変動によることが確められてい
る。この原因は温度変化によるＰＺＴに巻かれた光ファ
イバの伸び、ＰＺＴの温度による電歪係数の変化によっ
て、ＰＺＴに一定の振幅の交流電圧を加えても結果とし
て光の位相の移相量が変ってしまい、それに関係するｍ
ｆが変化するためである。このため、本実施例では更に
次のような制御を行っている。
主として変調指数ｍｆの変動によることが確められてい
る。この原因は温度変化によるＰＺＴに巻かれた光ファ
イバの伸び、ＰＺＴの温度による電歪係数の変化によっ
て、ＰＺＴに一定の振幅の交流電圧を加えても結果とし
て光の位相の移相量が変ってしまい、それに関係するｍ
ｆが変化するためである。このため、本実施例では更に
次のような制御を行っている。
本装置を動作させる前にまず、光位相変調器１１に加え
る交流電圧を、零よりＰＺＴの電歪係数が飽和する電圧
まで変化させてやる。このようにすることにより（１１
〕式で表されるＶｏｃの式の値のｍｆに対する変化が第
３図に示される値で、データとして（イ）、（ロ）、（
ハ）、（ニ）の例に示され１す る関数形として採取できる。この関数形はＫ ｓ 、
Ｋを一定とすれば、音響による光の位相変化を与える係
数Ａをパラメータとしては変化するが、関数の特長とし
てＫ ｓ Ｋ と交叉するｍ ｆの値は不変である。
る交流電圧を、零よりＰＺＴの電歪係数が飽和する電圧
まで変化させてやる。このようにすることにより（１１
〕式で表されるＶｏｃの式の値のｍｆに対する変化が第
３図に示される値で、データとして（イ）、（ロ）、（
ハ）、（ニ）の例に示され１す る関数形として採取できる。この関数形はＫ ｓ 、
Ｋを一定とすれば、音響による光の位相変化を与える係
数Ａをパラメータとしては変化するが、関数の特長とし
てＫ ｓ Ｋ と交叉するｍ ｆの値は不変である。
このため当初ＰＺＴの電圧を例えばＯ→４． ＯＶまで
変化させ、Ｖｏｃの値を１６０００点のデータとして処
理コンピュータの内部に記憶させる。この値から関数形
の収れんしていく値よりＫｚ、にの値を求める。同時に
関数形のｍｆ＝ｏの位置。
変化させ、Ｖｏｃの値を１６０００点のデータとして処
理コンピュータの内部に記憶させる。この値から関数形
の収れんしていく値よりＫｚ、にの値を求める。同時に
関数形のｍｆ＝ｏの位置。
極大値を示すｍｆ値、極小値を示すｍｆ値および微分値
の絶対値の最大となるｍｆの値を求める。
の絶対値の最大となるｍｆの値を求める。
このようにすると関数形が処理コンピュータ内で認識で
きる。その後は例えば０．１ 秒間に１回、関数形の
極大値、極小値付近および微分値の絶対値の最大付近の
ｍｆ値と、そのｒｎ ｆを与える電圧の相関をチエツク
すれば、温度変化などによるＰＺＴ印加電圧とｍｆとの
関係の変動が検出できる。従って処理コンピュータでＰ
ＺＴの印加電圧をｍｆを一定、例えばｍｆ＝２．４
と当初セットした場合、ｍｆの値はｍｆ＝ｏ、すなわち
印加電圧零と、最小の極小値を示すｍｆ＝３．８ 、そ
の間の微分値の絶対値の最大点２．４ とを求めること
ができる。Ｖ、、ｃは絶対値でなく、最大（小）値と微
分値の絶対値最大点とを、当初記憶させた関数形に相似
的に合うようにＰＺＴの印加電圧を制御する。第２図に
示されているように光位相変調器１１に加える電圧は、
可変増幅器］、 ４ ｂで処理コンピュータの指令、ｍ
ｆ一定制御信号により出力電圧の変更処理が行われ、ｍ
ｆ一定制御が行われる。これによりｍｆに対するＪｌ（
ｍｆ）の変化が示されている第４図（イ）に示されてい
るように、Ｊｓ（ｍｆ）の値が一定となり、振幅項が安
定する。一方、係数Ａの温度の変化による変動の補正も
必要で、前に検出した関数形の極大値、極小値の振幅の
幅より、Ｊｏ（Ａ）の変動がコンピュタ処理で初期値と
比較して求められる。これより〔■〕式に含まれるＪｉ
（Ａ）の変化量が、Ａが十分小さい前提のもとに推定で
きる。Ａの値はＡの値に対するＪｔ（Ａ）の変化が示さ
れている第４図（ロ）に示されているＡ＜１．８ の範
囲で使用する。この処理はすべて処理コンピュータ内の
データベースとの照合処理によって行い、その結果は」
二連の第２図の可変増幅器１４ａのＪｚ（Ａ）補正信号
で可変増幅器１４ａの利得を調整することにより、行う
ことができる。
きる。その後は例えば０．１ 秒間に１回、関数形の
極大値、極小値付近および微分値の絶対値の最大付近の
ｍｆ値と、そのｒｎ ｆを与える電圧の相関をチエツク
すれば、温度変化などによるＰＺＴ印加電圧とｍｆとの
関係の変動が検出できる。従って処理コンピュータでＰ
ＺＴの印加電圧をｍｆを一定、例えばｍｆ＝２．４
と当初セットした場合、ｍｆの値はｍｆ＝ｏ、すなわち
印加電圧零と、最小の極小値を示すｍｆ＝３．８ 、そ
の間の微分値の絶対値の最大点２．４ とを求めること
ができる。Ｖ、、ｃは絶対値でなく、最大（小）値と微
分値の絶対値最大点とを、当初記憶させた関数形に相似
的に合うようにＰＺＴの印加電圧を制御する。第２図に
示されているように光位相変調器１１に加える電圧は、
可変増幅器］、 ４ ｂで処理コンピュータの指令、ｍ
ｆ一定制御信号により出力電圧の変更処理が行われ、ｍ
ｆ一定制御が行われる。これによりｍｆに対するＪｌ（
ｍｆ）の変化が示されている第４図（イ）に示されてい
るように、Ｊｓ（ｍｆ）の値が一定となり、振幅項が安
定する。一方、係数Ａの温度の変化による変動の補正も
必要で、前に検出した関数形の極大値、極小値の振幅の
幅より、Ｊｏ（Ａ）の変動がコンピュタ処理で初期値と
比較して求められる。これより〔■〕式に含まれるＪｉ
（Ａ）の変化量が、Ａが十分小さい前提のもとに推定で
きる。Ａの値はＡの値に対するＪｔ（Ａ）の変化が示さ
れている第４図（ロ）に示されているＡ＜１．８ の範
囲で使用する。この処理はすべて処理コンピュータ内の
データベースとの照合処理によって行い、その結果は」
二連の第２図の可変増幅器１４ａのＪｚ（Ａ）補正信号
で可変増幅器１４ａの利得を調整することにより、行う
ことができる。
光路長調整器と光位相変調器とを、どちらかに一つの機
能を集約できる場合がある。それはＰＺＴの電圧に対す
る偏位が大きくとれて、光路長補正を行ってもまだ十分
変位を与えられる余裕がある場合に、その余裕分が位相
変調を行うのに十分な値と、ＰＺＴが使用する周波数で
動作し得る場合とである。
能を集約できる場合がある。それはＰＺＴの電圧に対す
る偏位が大きくとれて、光路長補正を行ってもまだ十分
変位を与えられる余裕がある場合に、その余裕分が位相
変調を行うのに十分な値と、ＰＺＴが使用する周波数で
動作し得る場合とである。
このように本実施例によれば光検出器を１ケ使用し、そ
の信号を交流増幅器を介して処理するために、光検出器
の光−電気変換率のアンバランス。
の信号を交流増幅器を介して処理するために、光検出器
の光−電気変換率のアンバランス。
暗電流による直流分のアンバランスの発生がなくなって
動作点が安定し、常に最大検出能力で回路を動作させる
ことができ、出力歪を最小にすることができる。また、
従来は不可能であった光ファイバの伝達する光の位相の
変換係数が変動するための検出レベルの変動の補正がで
きる。
動作点が安定し、常に最大検出能力で回路を動作させる
ことができ、出力歪を最小にすることができる。また、
従来は不可能であった光ファイバの伝達する光の位相の
変換係数が変動するための検出レベルの変動の補正がで
きる。
更に、本実施例の光ファイバセンサは水中音響の検出は
云うに及ばず、光ファイバの中を伝播する光に位相変化
を与える量、例えば機械的振動。
云うに及ばず、光ファイバの中を伝播する光に位相変化
を与える量、例えば機械的振動。
空気中を伝わる音、温度、電磁界などの高感度な検出に
適用できる。
適用できる。
上述のように本発明は光ファイバセンサの安定性が向」
ニするようになって、安定性の向上を可能とした光ファ
イバセンサを得ることができる。
ニするようになって、安定性の向上を可能とした光ファ
イバセンサを得ることができる。
第１図は本発明の光ファイバセンサの一実施例の構成を
示す回路図、第２図は同じく一実施例の光信号処理回路
図、第３図は同しく一実施例の直流項の出力特性図、第
４図（イ）、（ロ）は同じく一実施例の（ｍｆ）、（Ａ
）の値に対するＪｌ（ｍｆ）。 Ｊｌ（Ａ）の変化を示すもので（イ）は（ｍ ｆ ）に
対する。Ｊｘ（ｍｆ）の変化特性図、（ロ）は（Ａ）に
対するＪｉ（Ａ）の変化特性図、第５図は従来の光ファ
イバセンサの構成を示す回路図である。 ３・検出光路、４ 基準光路、５−光路長調整器、６・
・基準光路系、１ｏ・・発振器、１１・・光位相変調器
。
示す回路図、第２図は同じく一実施例の光信号処理回路
図、第３図は同しく一実施例の直流項の出力特性図、第
４図（イ）、（ロ）は同じく一実施例の（ｍｆ）、（Ａ
）の値に対するＪｌ（ｍｆ）。 Ｊｌ（Ａ）の変化を示すもので（イ）は（ｍ ｆ ）に
対する。Ｊｘ（ｍｆ）の変化特性図、（ロ）は（Ａ）に
対するＪｉ（Ａ）の変化特性図、第５図は従来の光ファ
イバセンサの構成を示す回路図である。 ３・検出光路、４ 基準光路、５−光路長調整器、６・
・基準光路系、１ｏ・・発振器、１１・・光位相変調器
。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、光路が２つあり、一方に検出する信号が作用し、他
方に２光路の光路長を等しくする光路長調整器を有し、
かつ２光路の信号を合成して取り出す光ファイバセンサ
において、前記光路長調整器を備えた光路に発振器から
の出力を受けて位相変調を行う光位相変調器を設け、前
記取り出された合成信号を前記発振器出力で同期検波し
て検出する信号を取り出し、同期検波して得た信号を用
いて前記２光路間の位相差を零とするように前記光路長
調整器を調整したことを特徴とする光ファイバセンサ。 ２、前記光ファイバセンサが、位相変調の変調指数を一
定にして前記２光路の検出する信号が作用する検出光路
、前記光路長調整器を有する基準光路の検出光路に加え
る変化量に対し、その出力のスケールファクタを安定化
するようにされたものである特許請求の範囲第１項記載
の光ファイバセンサ。 ３、前記２光路の検出光路、基準光路を構成する光ファ
イバが温度変化で検出すべき物理的変化量に対する光の
位相の変化に変換する係数の変動を、計算により補正す
るようにされたものである特許請求の範囲第１項または
第２項記載の光ファイバセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1007300A JPH0820312B2 (ja) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | 光ファイバセンサ及び光ファイバセンサの信号検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1007300A JPH0820312B2 (ja) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | 光ファイバセンサ及び光ファイバセンサの信号検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02187636A true JPH02187636A (ja) | 1990-07-23 |
| JPH0820312B2 JPH0820312B2 (ja) | 1996-03-04 |
Family
ID=11662175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1007300A Expired - Lifetime JPH0820312B2 (ja) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | 光ファイバセンサ及び光ファイバセンサの信号検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0820312B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008175746A (ja) * | 2007-01-19 | 2008-07-31 | Oki Electric Ind Co Ltd | 干渉型光ファイバセンサシステムおよびセンシング方法 |
| JP2008224394A (ja) * | 2007-03-12 | 2008-09-25 | Anritsu Corp | 光ヘテロダイン干渉装置およびその光路長差測定方法 |
| JP2012021878A (ja) * | 2010-07-14 | 2012-02-02 | Mitsubishi Electric Corp | 距離変動計測装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61296223A (ja) * | 1985-06-24 | 1986-12-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光周波数計 |
| JPS6235221A (ja) * | 1985-08-08 | 1987-02-16 | Japan Aviation Electronics Ind Ltd | 光干渉角速度計 |
| JPS62211522A (ja) * | 1986-03-12 | 1987-09-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 単一モ−ド光フアイバの波長分散測定方法 |
-
1989
- 1989-01-13 JP JP1007300A patent/JPH0820312B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61296223A (ja) * | 1985-06-24 | 1986-12-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光周波数計 |
| JPS6235221A (ja) * | 1985-08-08 | 1987-02-16 | Japan Aviation Electronics Ind Ltd | 光干渉角速度計 |
| JPS62211522A (ja) * | 1986-03-12 | 1987-09-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 単一モ−ド光フアイバの波長分散測定方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008175746A (ja) * | 2007-01-19 | 2008-07-31 | Oki Electric Ind Co Ltd | 干渉型光ファイバセンサシステムおよびセンシング方法 |
| JP2008224394A (ja) * | 2007-03-12 | 2008-09-25 | Anritsu Corp | 光ヘテロダイン干渉装置およびその光路長差測定方法 |
| JP4586033B2 (ja) * | 2007-03-12 | 2010-11-24 | アンリツ株式会社 | 光ヘテロダイン干渉装置およびその光路長差測定方法 |
| JP2012021878A (ja) * | 2010-07-14 | 2012-02-02 | Mitsubishi Electric Corp | 距離変動計測装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0820312B2 (ja) | 1996-03-04 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
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