JPH03198442A - プロセス信号伝送装置 - Google Patents

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、温度、圧力、流量等のプロセス信号を光信号
として伝送するプロセス信号伝送装置に係り、特にその
光信号の安全性と伝送効率を改良したプロセス信号伝送
装置に関する。

〈従来の技術〉 受信端から１本の光ファイバを介して光エネルギの供給
を受けて測定すべきプロセス変量に、Ｈ，，４応した光
信号に変換して受信端に同一の光ファイバを介して伝送
する伝送器を有するプロセス信号伝送装置は、例えば特
公昭６１−４１５９号（発明の名称：プロセス信号伝送
装置）などで公知である。

しかしながら、この様な従来のプロセス信号伝送装置は
１つの波長を持つ光源による光エネルギで回路の動作に
必要な電力と信号の伝送を行うので、受信端の光源から
の光のエネルギの一部のみが光電変換により伝送器側の
電源となる。

従って、供給エネルギが小さくなり、効率の低下が避け
られないという、問題がある。

そこで、この欠点を除去するために本出願人は特願昭６
３−３０４５６７号「発明の名称：プロセス信号伝送装
置」を提案している。以下、この提案の概要について第
６図及び第７図を用いて説明する。

受ｆＬ；器１０と伝送器１１との間は１本の光ファイバ
１２で接続されている。

受信器１０は、光源であるレーザダイオード１３．１４
、レーザダイオード１３を駆動する波長λ１　（λ＋＜
１．１μｍ）の短波長光を出す駆動回路１５、レーザダ
イオード１４を駆動する波長λ２　（λ＋＞１．１μｍ
）の長波長光を出す駆動回路１６、これ等の駆動回路１
５．１６に電力を供給する電源１７、レーザダイオード
１４からの長波長光を導出する光ファイバ１８、この光
ファイバ１８と光ファイバ１１とを結合する方向性結合
器１つ、光ファイバ１８からの変調光を光ファイバ２０
に分岐する方向性結合器２１、光ファイバ２０からの光
を受光するフォトダイオード２２、電源１７から電力の
供給を受けこのフォトダイオード２２からの変調光を受
信し信号処理をしてその結果を出力信号ｖｏとして出力
する信号処理回路２３などで構成されている。

一方、伝送器１１は光ファイバ１２がらの短波長光を受
光し電圧を発生するシリコン太陽な池２４、このシリコ
ン太陽電池２４からの電圧が供給されて伝送器１１の回
路電圧を作る電源２５、シリコン太陽電池２４を透過し
た長波長光を変調して変調光とする例えば液晶などのシ
ャッタ２６、このシャッタ２６を駆動する駆動回路２７
、この変調光を反射して光ファイバ１２に送出する赤外
線反射用のミラー２８、長波長光を駆動回路２７で変調
するために入力されるプロセス信号Ｐｖを出力するセン
サ２９などで構成されている。

次に、以上のように構成されたプロセス信号伝送装置の
動作について第７図を用いて説明する。

第７図は厚さ２ｍｍのシリコンの外部透過率の様子を示
す特性図である。横軸は波長（単位：μｍ）１．Ｗ軸は
外部透過率（単位二％）をそれぞれ示している。この特
性図から判るように、波長が１．１μｒｎを境としてこ
れ以下の波長の短波長光はシリコンを透過せず、これ以
上の波長の長波長光は透過することを示している。

レーザダイオード１３からは波長λ、を持つ短波長光が
、レーザダイオード１４からは波長λ２を持つ長波長光
がそれぞれ方向性結合器１９を介して光ファイバ１２に
送出され、この光ファイバ１２を介して遠方に配置され
ている伝送器１１のシリコン太陽な池２４にこれ等の短
波長光と長波長光が共に入射される。この場合に、方向
性結合器２１は長波長光用のものであるので、電力とし
て供給する短波長光はほぼ損失なしに伝送器１１に伝送
される。

シリコン太陽電池２４は第７図に示す特性を有している
ので、短波長光はこのシリコン太陽電池２４で吸収され
て起電力を発生し、回路電源を作る電源２５に出力され
る。

一方、長波長光は第７図から判るように５０％程度の透
過率でシリコン太陽電池２４を透過し、シャッタ２６に
出力される。

センサ２っで検出された圧力などのプロセス変数ＰＶは
駆動回路２７に入力されて、例えばパルス変調されてデ
ジタル信号とされ、これを駆動回路２７を介してシャッ
タ２６を開閉し、長波長光をプロセス変数ＰＶに対応し
て変調する。この変調光はミラー２８で反射されてシリ
コン太陽電池２４を介して光ファイバ２０に送出される
。

この変調光は光ファイバ１２を介して受信器１０に入力
される。この変調光は長波長光用の方向性結合器１９を
介して光ファイバ１８に伝送され、更に長波長光用の方
向性結合器２１を介して光ファイバ２０に伝送されフォ
トダイオード２２で受光される。

フ第１・ダイオード２２で受光された変調光は信号処理
回路２３で復調その他の信号処理がなされてプロセス変
数Ｐｖに対応した出力信号■。とじて出力される。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、以上のようなプロセス信号伝送装置には
いずれも安全性の観点からの考慮が欠けている。以下、
この点について説明する。

これ等のプロセス信号伝送装置はいずれも伝送器へのエ
ネルギーの供給を光ファイバーを用いて行うので、高パ
ワーの光エネルギーを供給することか必要となるが、こ
のような高パワーの光エネルギーを供給する供給システ
ムでは安全性、特に目の網膜に対する安全性を考慮する
と、高々数ｍＷ程度の光エネルギーしか供給することが
できない 例えば、光ファイバーが断線したときにはレーザ光がフ
ァイバーの切断面から外部に放射されるが、この場合に
最も危険なのは人間の網膜にこのレーザ光が入射された
ときである０人間の目に入射されたレーザ光は角膜によ
り集光されて網膜に結像されるが、このとき網膜上では
角膜による集光により入射光の（２〜５）ｘｌＯ’倍程
度に拡大されたパワー密度になる。従って、数ｍＷ程度
以上の出力のレーザ光では網膜に非常に大きなダメージ
を与えることになるので、安全性の点がら数ｍＷ程度以
上の光伝送をすることが出来ない欠点を持つ。

さらに、光ファイバーの伝送損失やシリコン太陽電池の
変換効率を考慮すると伝送器で利用できるエネルギーは
さらに小さくなり、伝送器の駆動電力の上で制限が生じ
伝送器に必要な機能を搭載することができなくなる。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、以上のような課題を解決するために、受信端
から１本の光ファイバを介して光エネルギの供給を受け
て測定すべきプロセス変量に対応した光信号に変換して
受信端に光ファイバを介して伝送する伝送器を有するプ
ロセス信号伝送装置において、受信端はほぼ１．５μｍ
以上の波長を持ちパワーを伝送するパワーレーザ光とこ
れとは異なる波長を有し信号を伝送するための信号レー
ザ光の２種類の光を光ファイバに送出すると共に信号レ
ーザ光が伝送器で変調された変調光を光ファイバから受
信し、伝送器は光ファイバから入射されるパワーレーザ
光により太陽電池を駆動して自己の回路電源を作ると共
に信号レーザ光をプロセス変量に対応して変調器で変調
して変調光として光ファイバに出力するようにしたもの
である。

く作　用〉 受信端からは、１．５μｍの波長以上のパワーレーザ光
とこれとは異なる波長を有する信号レーザ光とを光ファ
イバーに送出し、伝送器ではこのパワーレーザ光を分渡
して太陽電池を駆動して回路電源とし、信号レーザ光を
プロセス変数で変調して受信端に送出する。

受信端ではこの変調光を分離検出して復調しプロセス変
数を知る。

く実方鍼例１〉 以下１本発明の実施例について図を用いて説明する。第
１図は本発明の１実施例の構成を示す構成図である。な
お、第６図に示すプロセス信号伝送装置と同一の機能を
有する部分には同一の符号を付して適宜にその説明を省
略する。

受信器３０と伝送器３１との間は１本の光ファイバ１２
で接続されている。

受信器３０は、パワーレーザを供給する波長１゜５５μ
ｍのＩＴＬＧａＡｓＰのレーザダイオード３２、伝送器
３１との信号の授受を行う波長１．３μｍの信号レーザ
ダイオード３３、レーザダイオード３２を駆動する駆動
回路３３、レーザダイオード３３を駆動する駆動回路３
４、これ等の駆動回路３３．３４に電力を供給する電源
１７、レーザダイオード３３からの信号レーザ光を導出
する光ファイバ１８、この光ファイバ１８と光ファイバ
１２とを結合する方向性結合器１９、光ファイバ１８か
らの変調光を光ファイバ２０に分岐する方向性結合器２
１、光ファイバ２０からの光を受光するフォトダイオー
ド２２、電源１７から電力の供給を受けこのフォトダイ
オード２２からの変調光を受信し信号処理をしてその結
果を出力信号ｖＯとして出力する信号処理回＃１３５な
どで構成されている。

−・方、伝送器３１は光ファイバ１２からのパワーレー
ザ光と信号レーザ光を分渡し合波する合分波器３６、こ
の合分波器３６で分波されたパワーレーザ光を受光し電
圧を発生するＧａＡｓ太陽電池３７、このＧａＡｓ太陽
電池３７からの電圧が供給されて伝送器３１の回路電圧
を作る電源３８、合分波器３６で分岐された信号レーザ
光をレンズ３７を介して受光し発光する受光・発光素子
３９、ここで受光した信号レーザ光をプロセス信号に対
応して変調して信号処理などをして受光・発光素子３９
に出力する信号処理回路４０、プロセス変数ｐｖｇ１を
信号処理回路４０に出力するセンサ４１などで構成され
ている。

次に、以上のように構成された実施例の動作について第
２図と第３図を用いて説明する。

第２図は光の波長に対する人間の眼の特性を示す特性図
、第３図は光の波長に対する光ファイバーの損失を示す
特性図をそれぞれ示している。

第２図において、横軸は光の波長を、縦軸は人間の眼の
透光体の光透過率（点線）とｔＩ！ＪＷｉの光吸収率（
実線）とをそれぞれ示している。

伝送器３１に光ファイバー１２を介して伝送された波長
が１．５５μｍのパワーレーザ光は、合分波器３６で分
波されてシリコン太陽電池３７で回路電源とされる。

この場合に、この光ファイバー１２の一部が切断されて
ここからパワーレーザ光が外部に漏洩したとしても、第
２図に示すように１．５μｍ以上の波長の光は人間の角
膜で吸収されて網膜に結像されることはない。

第３図において、横軸は光の波長を、縦軸は伝送損失を
それぞれ示しているが、この図から分かるように光ファ
イバーの伝送損失は石英系光ファイバーの場合、１．５
μｍ付近で最低である。

従って、人間の眼に対する安全性と光ファイバーの伝送
損失とを考慮すると１．５μｍ　４−１近の波長のレー
ザ光を用いると安全で高効率のエネルギー伝送が行える
。

なお、信号レーザ光についてはパワーは小さくても良い
ので任意の波長のものが使用できる。

第４図は第１図に示す光の合成の他の実施例を示す構成
図である０図に示すように、第１図に示す方向性結合器
１９の代わりにＹ分岐形カプラ４２を用いても良い、な
お、この他に例えばゴールドミラー或いはホットミラー
などを使ったものでも良い。

第５図は第１図に示す伝送器の発光・受光の他の′ｔＩ
４成を示したものである。パワーレーザ光ＰＬは液晶４
３とミラー４４とを組み合わせたものとして構成しても
良い。

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明によ
れば、受信端から１．５μｍの波長以上のパワーレーザ
光とこれとは異なる波長を有する信号レーザ光とを光フ
ァイバーに送出し伝送器ではこのパワーレーザ光を分波
して太陽電池を駆動して回路電源としこの信号レーザ光
をプロセス変数で変調して受信端に送出するようにした
ので、人間の網膜に対する安全性が向上し、よりハイパ
ワーのレーザ光を用いて伝送器の電源とすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の構成を示す構成図、第２図
、第３図は第１図に示す実施例の動作を説明する特性図
、第４図、第５図は第１図に示す構成の一部を変更した
部分構成図、第６図は従来のプロセス信号伝送装置の構
成を示す構成図、第７図は第６図に示すプロセス信号伝
送装置の動作を説明する特性図である。 １０．３０・・・受信器、１１．３１・・・伝送器、１
２・・・光ファイバ、１３．１４．３２．３３・・・レ
サタイオート、１５．１６．３３．３４−９１１１１回
路、１８．２０・・・光ファイバ、１９．２１・・・方
向性結合器、２２・・・フォトダイオード、２３．４０
・・・信号処理回路、２４・・・シリコン太陽電池、２
６・・・シャッタ、２９．４１・・・センサ、３７・・
・ＧａＡＳ太陽電池。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 受信端から１本の光ファイバを介して光エネルギの供給
   を受けて測定すべきプロセス変量に対応した光信号に変
   換して前記受信端に前記光ファイバを介して伝送する伝
   送器を有するプロセス信号伝送装置において、 前記受信端はほぼ１．５μｍ以上の波長を持ちパワーを
   伝送するパワーレーザ光とこれとは異なる波長を有し信
   号を伝送するための信号レーザ光の２種類の光を前記光
   ファイバに送出すると共に前記信号レーザ光が前記伝送
   器で変調された変調光を前記光ファイバから受信し、 前記伝送器は前記光ファイバから入射される前記パワー
   レーザ光により太陽電池を駆動して自己の回路電源を作
   ると共に前記信号レーザ光を前記プロセス変量に対応し
   て変調器で変調して前記変調光として前記光ファイバに
   出力することを特徴とするプロセス信号伝送装置。