JPH04355323A - 光ファイバセンサ - Google Patents
光ファイバセンサInfo
- Publication number
- JPH04355323A JPH04355323A JP3131297A JP13129791A JPH04355323A JP H04355323 A JPH04355323 A JP H04355323A JP 3131297 A JP3131297 A JP 3131297A JP 13129791 A JP13129791 A JP 13129791A JP H04355323 A JPH04355323 A JP H04355323A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical fiber
- phase
- temperature
- rom
- polarizer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 9
- 230000010287 polarization Effects 0.000 abstract description 3
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- 239000000470 constituent Substances 0.000 abstract 2
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 abstract 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
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- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Optical Transform (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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバで構成され
た光伝達路の途中に電圧、電流、温度、圧力等の被測定
物理量に対応して複屈折の大きさが変化する光学素子を
介在させてなる光ファイバセンサに関する。
た光伝達路の途中に電圧、電流、温度、圧力等の被測定
物理量に対応して複屈折の大きさが変化する光学素子を
介在させてなる光ファイバセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】電気信号の授受を基本とする電気式のセ
ンサは、使用できる場所が大幅に制限される。たとえば
高電界中や高磁界中さらには引火性のガス中で使用でき
るようにするには、それなりの大掛かりな絶縁対策、無
誘導対策、安全対策を必要とする。このようなことから
、最近では、光信号の授受だけで各種の物理量を測定で
きるようにした、いわゆる光ファイバセンサが出現して
いる。図２には電圧測定用の光ファイバセンサの概略構
成が示されている。このセンサでは、駆動回路１でＬＥ
Ｄ２を発光させる。そして、ＬＥＤ２から出た光を光フ
ァイバ３を介して測定光学部４へと導く。
ンサは、使用できる場所が大幅に制限される。たとえば
高電界中や高磁界中さらには引火性のガス中で使用でき
るようにするには、それなりの大掛かりな絶縁対策、無
誘導対策、安全対策を必要とする。このようなことから
、最近では、光信号の授受だけで各種の物理量を測定で
きるようにした、いわゆる光ファイバセンサが出現して
いる。図２には電圧測定用の光ファイバセンサの概略構
成が示されている。このセンサでは、駆動回路１でＬＥ
Ｄ２を発光させる。そして、ＬＥＤ２から出た光を光フ
ァイバ３を介して測定光学部４へと導く。
【０００３】測定光学部４は、光ファイバ３を介して導
かれた光を平行ビームに変換するコリメータレンズ６と
、このコリメータレンズ６から出た光を直線偏光波に変
換する偏光子７と、初期位相を与える１／４波長板８と
、印加電圧に比例して屈折率が変化する電気光学素子、
すなわちポッケルス素子９と、主軸を偏光子７のそれに
対して直交させた検光子１０と、コリメータレンズ１１
とで構成されている。ポッケルス素子９の両面には、透
明電極１２ａ、１２ｂが設けてあり、これら透明電極１
２ａ、１２ｂを介して被測定電圧Ｖが印加される。
かれた光を平行ビームに変換するコリメータレンズ６と
、このコリメータレンズ６から出た光を直線偏光波に変
換する偏光子７と、初期位相を与える１／４波長板８と
、印加電圧に比例して屈折率が変化する電気光学素子、
すなわちポッケルス素子９と、主軸を偏光子７のそれに
対して直交させた検光子１０と、コリメータレンズ１１
とで構成されている。ポッケルス素子９の両面には、透
明電極１２ａ、１２ｂが設けてあり、これら透明電極１
２ａ、１２ｂを介して被測定電圧Ｖが印加される。
【０００４】コリメータレンズ１１を出た光は、光ファ
イバ１３を介してフォトダイオード１４に導かれ、この
フォトダイオード１４によって電気信号に変換される。 この電気信号は増幅器１５で増幅された後、差動増幅器
１６の一方の入力端に導入されるとともに低域フィルタ
１７を介して差動増幅器１６の他方の入力端に導入され
る。差動増幅器１６は、後述するように端子１８から印
加電圧Ｖに比例した出力を送出する。そして、駆動回路
１は、低域フィルタ１７の出力が一定となるようにＬＥ
Ｄ２を駆動する。
イバ１３を介してフォトダイオード１４に導かれ、この
フォトダイオード１４によって電気信号に変換される。 この電気信号は増幅器１５で増幅された後、差動増幅器
１６の一方の入力端に導入されるとともに低域フィルタ
１７を介して差動増幅器１６の他方の入力端に導入され
る。差動増幅器１６は、後述するように端子１８から印
加電圧Ｖに比例した出力を送出する。そして、駆動回路
１は、低域フィルタ１７の出力が一定となるようにＬＥ
Ｄ２を駆動する。
【０００５】このセンサにおいて、フォトダイオード１
４に入射する光の強度Ｐは次のようになる。すなわち、
ポッケルス素子９に印加された電圧をＶ、ＬＥＤ２から
出た光の波長をλ、ポッケルス素子９の長さをＬ、ポッ
ケルス素子９の屈折率楕円体の主軸方向の屈折率をｎｘ
、 ｎｙ 、主軸方向の偏波成分の位相差をδとす
ると、 δ＝（２π／λ）・（ｎ
ｘ −ｎｙ ）・Ｌ …（１）
となる。ｎｘ −ｎｙ は印加電圧Ｖに比例するので、
（１）式は δ＝αＶ
…（２）と書ける。一方、 Ｐ＝Ｐ０ （１＋ｓｉｎ
δ）
…（３）で、ここで、Ｐ０ は電圧を印加しな
いときの光の強度である。δが１より十分小 さい範囲では、 Ｐ＝Ｐ０ （１＋δ）
…（４）と近似でき、 Ｐ＝Ｐ０ （１＋αＶ）
…（５）
４に入射する光の強度Ｐは次のようになる。すなわち、
ポッケルス素子９に印加された電圧をＶ、ＬＥＤ２から
出た光の波長をλ、ポッケルス素子９の長さをＬ、ポッ
ケルス素子９の屈折率楕円体の主軸方向の屈折率をｎｘ
、 ｎｙ 、主軸方向の偏波成分の位相差をδとす
ると、 δ＝（２π／λ）・（ｎ
ｘ −ｎｙ ）・Ｌ …（１）
となる。ｎｘ −ｎｙ は印加電圧Ｖに比例するので、
（１）式は δ＝αＶ
…（２）と書ける。一方、 Ｐ＝Ｐ０ （１＋ｓｉｎ
δ）
…（３）で、ここで、Ｐ０ は電圧を印加しな
いときの光の強度である。δが１より十分小 さい範囲では、 Ｐ＝Ｐ０ （１＋δ）
…（４）と近似でき、 Ｐ＝Ｐ０ （１＋αＶ）
…（５）
【０００６】となり、フォトダイオード
１４の出力は直流バイアスＰ０ の上に印加電圧Ｖに比
例した信号が重畳した信号となる。したがって、低域フ
ィルタ１７によりＰ０ を抽出し、Ｐ０ が一定になる
ようにＬＥＤ２を駆動し、差動増幅器１６によりＰ０を
さし引くと差動増幅器１６の出力はポッケルス素子９へ
の印加電圧Ｖに比例した信号となる。
１４の出力は直流バイアスＰ０ の上に印加電圧Ｖに比
例した信号が重畳した信号となる。したがって、低域フ
ィルタ１７によりＰ０ を抽出し、Ｐ０ が一定になる
ようにＬＥＤ２を駆動し、差動増幅器１６によりＰ０を
さし引くと差動増幅器１６の出力はポッケルス素子９へ
の印加電圧Ｖに比例した信号となる。
【０００７】このように光ファイバセンサでは、光源部
および信号処理部以外は電気信号を全く使用しない。し
たがって、前述した条件下において安全かつ簡便に使用
できる。
および信号処理部以外は電気信号を全く使用しない。し
たがって、前述した条件下において安全かつ簡便に使用
できる。
【０００８】しかしながら、上記のように構成された光
ファイバセンサにあっては次のような問題があった。す
なわち、従来のセンサでは、初期位相を与える位相要素
として１／４波長板８を用いている。１／４波長板８は
一軸性の結晶である水晶を２枚、屈折率の主軸を９０度
ずらして貼り合わせ、２枚の水晶板の光路長の差が光の
位相差９０度になるように調整したものである。
ファイバセンサにあっては次のような問題があった。す
なわち、従来のセンサでは、初期位相を与える位相要素
として１／４波長板８を用いている。１／４波長板８は
一軸性の結晶である水晶を２枚、屈折率の主軸を９０度
ずらして貼り合わせ、２枚の水晶板の光路長の差が光の
位相差９０度になるように調整したものである。
【０００９】しかし、水晶は一軸性の結晶であるため、
直交する主軸方向の屈折率の変化率が温度によって異な
り、温度の変化により光の位相差が変化する。このため
、従来の光ファイバセンサにあっては温度の変化により
１／４波長板の複屈折の大きさが変化し、これが原因し
て測定値に誤差が生じる問題があった。
直交する主軸方向の屈折率の変化率が温度によって異な
り、温度の変化により光の位相差が変化する。このため
、従来の光ファイバセンサにあっては温度の変化により
１／４波長板の複屈折の大きさが変化し、これが原因し
て測定値に誤差が生じる問題があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の光フ
ァイバセンサでは、温度の変化により測定値に誤差を生
じる問題があった。そこで本発明は、温度変化による測
定値の誤差を小さくできる光ファイバセンサを提供する
ことを目的としている。
ァイバセンサでは、温度の変化により測定値に誤差を生
じる問題があった。そこで本発明は、温度変化による測
定値の誤差を小さくできる光ファイバセンサを提供する
ことを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の光ファイバセンサでは、位相要素として１
／４波長板の代わりにフレネルロムを用いている。
に、本発明の光ファイバセンサでは、位相要素として１
／４波長板の代わりにフレネルロムを用いている。
【００１２】
【作用】フレネルロムはＢＫ７等でできた斜方体で、内
部における２回の全反射によって入射面内の偏光成分と
、それに垂直な偏光成分の位相が９０度になるように調
整したプリズムであり、１／４波長板と同様の機能を発
揮する。ただし、１／４波長板に比べ温度の変化による
光の位相差の変化が小さい。したがって、温度によるセ
ンサ出力の変動を抑制することが可能となる。。
部における２回の全反射によって入射面内の偏光成分と
、それに垂直な偏光成分の位相が９０度になるように調
整したプリズムであり、１／４波長板と同様の機能を発
揮する。ただし、１／４波長板に比べ温度の変化による
光の位相差の変化が小さい。したがって、温度によるセ
ンサ出力の変動を抑制することが可能となる。。
【００１３】
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明する
。
。
【００１４】図１には本発明の一実施例に係る光ファイ
バセンサ、ここには電圧測定用の光ファイバセンサが示
されている。そして、この図では図２と同一部分が同一
符号で示されている。したがって、重複する部分の詳し
い説明は省略する。
バセンサ、ここには電圧測定用の光ファイバセンサが示
されている。そして、この図では図２と同一部分が同一
符号で示されている。したがって、重複する部分の詳し
い説明は省略する。
【００１５】この実施例が従来の光ファイバセンサと異
なる点は、測定光学部５の構成にある。すなわち、この
実施例に係る光ファイバセンサでは、測定光学部５に設
けられ、初期位相を与えるための位相要素がＢＫ７（ホ
ウケイ酸クラウンガラスの７番）等で形成されたフレネ
ルロム１９で構成されている。フレネルロム１９は偏光
子７とポッケルス素子９との間に挿設されている。勿論
、ポッケルス素子９と検光子１０との間に挿設されてい
てもよい。
なる点は、測定光学部５の構成にある。すなわち、この
実施例に係る光ファイバセンサでは、測定光学部５に設
けられ、初期位相を与えるための位相要素がＢＫ７（ホ
ウケイ酸クラウンガラスの７番）等で形成されたフレネ
ルロム１９で構成されている。フレネルロム１９は偏光
子７とポッケルス素子９との間に挿設されている。勿論
、ポッケルス素子９と検光子１０との間に挿設されてい
てもよい。
【００１６】フレネルロム１９も１／４波長板と同じ機
能を発揮する。しかし、フレネルロム１９は、全反射に
より生じる入射面内の偏光成分と、これに垂直な偏光成
分との位相が９０度になるように反射角を調整したもの
であるから、温度による光の位相差の変化が小さい。し
たがって、位相要素の存在が原因して起こるセンサ出力
の変動を抑制でき、測定誤差を小さくできる。
能を発揮する。しかし、フレネルロム１９は、全反射に
より生じる入射面内の偏光成分と、これに垂直な偏光成
分との位相が９０度になるように反射角を調整したもの
であるから、温度による光の位相差の変化が小さい。し
たがって、位相要素の存在が原因して起こるセンサ出力
の変動を抑制でき、測定誤差を小さくできる。
【００１７】なお、上述した実施例は電圧測定用のセン
サに適用した例であるが、本発明は電流、温度、圧力等
の測定に供される光ファイバセンサにも適用できる。ま
た、フレネルロムの形成材料もＢＫ７に限定されるもの
ではない。
サに適用した例であるが、本発明は電流、温度、圧力等
の測定に供される光ファイバセンサにも適用できる。ま
た、フレネルロムの形成材料もＢＫ７に限定されるもの
ではない。
【００１８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、位
相要素としてフレネルロムを使用しているので、位相要
素として１／４波長板を使用したものに比べ、測定誤差
を小さくできる。
相要素としてフレネルロムを使用しているので、位相要
素として１／４波長板を使用したものに比べ、測定誤差
を小さくできる。
【図１】本発明の一実施例に係る光ファイバセンサの構
成図。
成図。
【図２】従来の光ファイバセンサの構成図。
３、１３…光ファイバ、 ７…
偏光子、９…ポッケルス素子、 １０…検光
子、１９…フレネルロム。
偏光子、９…ポッケルス素子、 １０…検光
子、１９…フレネルロム。
Claims (1)
- 【請求項１】光ファイバを介して導かれた光を、偏光子
、被測定物理量に対応して複屈折の大きさが変化する光
学素子、検光子からなる経路を経由させた後に光ファイ
バで所定場所へ導くとともに上記偏光子と上記検光子と
の間の経路に位相要素を介在させてなる光ファイバセン
サにおいて、前記位相要素がフレネルロムで構成されて
いることを特徴とする光ファイバセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3131297A JPH04355323A (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 光ファイバセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3131297A JPH04355323A (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 光ファイバセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04355323A true JPH04355323A (ja) | 1992-12-09 |
Family
ID=15054677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3131297A Pending JPH04355323A (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 光ファイバセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04355323A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012094086A2 (en) * | 2011-01-06 | 2012-07-12 | Baker Hughes Incorporated | Method and apparatus for monitoring vibration using fiber optic sensors |
| JP2021504900A (ja) * | 2017-11-27 | 2021-02-15 | ツェットカーヴェー グループ ゲーエムベーハー | 自動車両用投光装置のための照明装置 |
-
1991
- 1991-06-03 JP JP3131297A patent/JPH04355323A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012094086A2 (en) * | 2011-01-06 | 2012-07-12 | Baker Hughes Incorporated | Method and apparatus for monitoring vibration using fiber optic sensors |
| WO2012094086A3 (en) * | 2011-01-06 | 2012-09-27 | Baker Hughes Incorporated | Method and apparatus for monitoring vibration using fiber optic sensors |
| GB2500139A (en) * | 2011-01-06 | 2013-09-11 | Baker Hughes Inc | Method and apparatus for monitoring vibration using fiber optic sensors |
| US9200508B2 (en) | 2011-01-06 | 2015-12-01 | Baker Hughes Incorporated | Method and apparatus for monitoring vibration using fiber optic sensors |
| GB2500139B (en) * | 2011-01-06 | 2017-03-01 | Baker Hughes Inc | Method and apparatus for monitoring vibration using fiber optic sensors |
| JP2021504900A (ja) * | 2017-11-27 | 2021-02-15 | ツェットカーヴェー グループ ゲーエムベーハー | 自動車両用投光装置のための照明装置 |
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