JPH07140044A - Phase decoder for optical fiber sensor - Google Patents

Phase decoder for optical fiber sensor

Info

Publication number
JPH07140044A
JPH07140044A JP28508293A JP28508293A JPH07140044A JP H07140044 A JPH07140044 A JP H07140044A JP 28508293 A JP28508293 A JP 28508293A JP 28508293 A JP28508293 A JP 28508293A JP H07140044 A JPH07140044 A JP H07140044A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
harmonic component
multiplier
synchronous detection
optical fiber
output
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.)
Granted
Application number
JP28508293A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2975514B2 (en
Inventor
Koji Dobashi
孝治 土橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oki Electric Industry Co Ltd filed Critical Oki Electric Industry Co Ltd
Priority to JP5285082A priority Critical patent/JP2975514B2/en
Publication of JPH07140044A publication Critical patent/JPH07140044A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2975514B2 publication Critical patent/JP2975514B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PURPOSE:To stabilize the phase modulated output by offsetting the effect of fluctuation in the polarization angle of an optical fiber sensor. CONSTITUTION:Two synchronism detection circuits 20, 30 extract first and second harmonic components of a current signal I, respectively. The first and second harmonic components are fed to a subtractor 50 and the output is multiplied by a correction coefficient at a coefficient correction multiplier 60. The corrected output from the multiplier 60 is subjected to arctangent operation at an ATAN(arctangent operating circuit) 70 to produce phase information. Output from the subtractor 50 contains a polarization angle component which is offset by multiplying a correction coefficient. A correction coefficient generator 80 determines a correction coefficient based on the outputs from the synchronism detecting circuits 20, 40 and the correction coefficient is fed to the coefficient correction multiplier 60.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、ソーナのよう
な水中音響センサ装置等に用いられ、音波情報を光信号
で検出するために光ファイバを使用した光ファイバセン
サ用位相復調器に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phase demodulator for an optical fiber sensor, which is used in an underwater acoustic sensor device such as a sonar and uses an optical fiber for detecting sound wave information as an optical signal. Is.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば、次のような文献に記載されるものがあった。 文献;アイイーイーイー ジャーナル オブ クオンタ
ム エレクトロニクス(IEEE Journal of Quantum Elect
ronics )、QE-18 [10] (1982-10)、(米)、Anthony
Dandridge,Alan B. Tveten,Thomas G. Glallorenzi著
“Homodyne Demodulation Scheme for Fiber Optic Sen
sors Using Phase Generated Carrier”P.1647-1653 図2は、従来の位相復調器を用いた光ファイバセンサ装
置の一例を示す構成ブロック図である。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a technique in such a field,
For example, some documents were described in the following documents. Literature; IEEE Journal of Quantum Elect
ronics), QE-18 [10] (1982-10), (US), Anthony
Dandridge, Alan B. Tveten, Thomas G. Glallorenzi “Homodyne Demodulation Scheme for Fiber Optic Sen
sors Using Phase Generated Carrier "P.1647-1653 Fig. 2 is a block diagram showing an example of an optical fiber sensor device using a conventional phase demodulator.

【0003】この光ファイバセンサ装置は、周波数変調
(以下、FM変調という)された光信号を用いて音波等
の外部からの情報を検出する装置である。図2の装置
は、角周波数ω0 の基準正弦波信号を発生する信号発生
器1と、その基準角周波数ω0の正弦波信号に基づいて
電流駆動され、変調周波数ω0 /2πのFM変調された
光信号OPを送出する光源2と、その光信号OPが分割
されたセンシング光信号OP1及びリファレンス光信号
OP2の光路長の変動によって外部からの音波情報を干
渉光OP3として検出するセンサ部3と、干渉光OP3
を電気信号である干渉出力Iに変換する光電変換器(以
下、O/E変換器という)4と、その干渉出力Iから高
調波成分を抽出して前記光路長の変動をセンシング光信
号OP1及びリファレンス光信号OP2の位相差の変動
として求める位相復調器10とを、備えている。センサ
部3は、センシング光信号OP1及びリファレンス光信
号OP2をそれぞれ伝送するセンシングファイバ3a及
びリファレンスファイバ3bを有し、センシングファイ
バ3aには音波が印加される構成となっている。入力さ
れた光信号OPは、図示しない分岐カプラを介してセン
シングファイバ3a及びリファレンスファイバ3bに分
岐され、センシング光信号OP1及びリファレンス光信
号OP2が、出力側で図示しない受光用カプラを介して
合成されている。位相復調器10は、角周波数ω0 ,2
ω0 の参照信号に基づいてO/E変換4からの干渉出力
Iの第1次高調波成分を抽出する第1の同期検波回路1
1と、第2次高調波成分を抽出する第2の同期検波回路
12とを、有している。第1の同期検波回路11は、角
周波数ω0 の参照信号を信号発生器1から入力し、第2
の同期検波回路12は、角周波数2ω0 の参照信号を同
期信号発生器13から入力している。同期信号発生器1
3は信号発生器1に接続され、角周波数2ω0 の参照信
号は基準周波数信号から生成される。第1の同期検波回
路11及び第2の同期検波回路12の出力側には、それ
ぞれ微分器14及び15が接続されている。各微分器1
4及び15の出力側には、第1の同期検波回路11及び
第2の同期検波回路12とたすき掛け接続された乗算器
16及び17が、それぞれ接続されている。位相復調器
10は、さらに、各乗算器16及び17の乗算結果を減
算する1つの減算器18と、減算器18の出力を積分す
る積分器19とを、備えている。また、第1の同期検波
回路11は、干渉出力Iと角周波数ω0 の参照信号を乗
算する乗算器11aと、高調波成分抽出用の低域通過フ
ィルタ(以下、LPFという)11bとを有し、第2の
同期検波回路12は、干渉出力Iと角周波数2ω0 の参
照信号を乗算する乗算器12aと、高調波成分抽出用の
LPF12bとを、有している。
This optical fiber sensor device is a device for detecting information from the outside such as a sound wave by using a frequency-modulated (hereinafter referred to as FM-modulated) optical signal. The apparatus of Figure 2 includes a signal generator 1 for generating a reference sine wave signal of the angular frequency omega 0, are current driven on the basis of a sine wave signal of the reference angular frequency omega 0, FM modulation of the modulation frequency omega 0/2 [pi The light source 2 for transmitting the generated optical signal OP, and the sensor unit 3 for detecting the acoustic wave information from the outside as the interference light OP3 by the fluctuation of the optical path lengths of the sensing optical signal OP1 and the reference optical signal OP2 into which the optical signal OP is divided. And the interference light OP3
To an interference output I which is an electric signal (hereinafter referred to as an O / E converter), and a harmonic component is extracted from the interference output I to detect the fluctuation of the optical path length as a sensing optical signal OP1 and The phase demodulator 10 is obtained as a variation of the phase difference of the reference optical signal OP2. The sensor unit 3 has a sensing fiber 3a and a reference fiber 3b that transmit the sensing optical signal OP1 and the reference optical signal OP2, respectively, and a sound wave is applied to the sensing fiber 3a. The input optical signal OP is branched to the sensing fiber 3a and the reference fiber 3b via a branch coupler (not shown), and the sensing optical signal OP1 and the reference optical signal OP2 are combined on the output side via a light receiving coupler (not shown). ing. Phase demodulator 10, the angular frequency omega 0, 2
First synchronous detection circuit 1 for extracting the first harmonic component of the interference output I from the O / E conversion 4 based on the reference signal of ω 0
1 and a second synchronous detection circuit 12 for extracting a second harmonic component. The first synchronous detection circuit 11 inputs the reference signal of the angular frequency ω 0 from the signal generator 1,
The synchronous detection circuit 12 receives the reference signal of angular frequency 2ω 0 from the synchronous signal generator 13. Sync signal generator 1
3 is connected to the signal generator 1, and the reference signal of angular frequency 2ω 0 is generated from the reference frequency signal. Differentiators 14 and 15 are connected to the output sides of the first synchronous detection circuit 11 and the second synchronous detection circuit 12, respectively. Each differentiator 1
The output sides of 4 and 15 are respectively connected to multipliers 16 and 17 which are connected to the first synchronous detection circuit 11 and the second synchronous detection circuit 12 by crossing. The phase demodulator 10 further includes one subtractor 18 that subtracts the multiplication results of the multipliers 16 and 17, and an integrator 19 that integrates the output of the subtractor 18. Further, the first synchronous detection circuit 11 has a multiplier 11a that multiplies the interference output I by the reference signal of the angular frequency ω 0 , and a low-pass filter (hereinafter referred to as LPF) 11b for extracting a harmonic component. The second synchronous detection circuit 12 has a multiplier 12a for multiplying the interference output I by the reference signal having the angular frequency 2ω 0 , and an LPF 12b for extracting a harmonic component.

【0004】次ぎに、図2の光ファイバセンサ装置の動
作を説明する。信号発生器1は、角周波数ω0 の正弦波
状の基準周波数信号を発生する。光源2は、この基準周
波数信号に基づいて電流駆動され、変調周波数ω0 /2
πのFM変調された光信号OPをセンサ部3に出力す
る。センサ部3において、光信号OPはセンシング光信
号OP1及びリファレンス光信号OP2に分割され、そ
のセンシング光信号OP1及びリファレンス光信号OP
2は、センシングファイバ3a及びリファレンスファイ
バ3bをそれぞれ通過する。センシングファイバ3aに
音波が印加されると、センシングファイバ3aの屈折率
及びファイバ長が変化する。一方、リファレンスファイ
バ3bは、変化を受けないので、リファレンス光信号O
P2とセンシング光信号OP1との間に位相差の変動が
生じる。位相差の変動が生じたセンシング光信号OP1
とリファレンス光信号OP2とが干渉して、干渉光OP
3が出力される。
Next, the operation of the optical fiber sensor device shown in FIG. 2 will be described. The signal generator 1 generates a sinusoidal reference frequency signal having an angular frequency ω 0 . Light source 2 is current-driven based on the reference frequency signal, the modulation frequency omega 0/2
The π FM-modulated optical signal OP is output to the sensor unit 3. In the sensor section 3, the optical signal OP is divided into a sensing optical signal OP1 and a reference optical signal OP2, and the sensing optical signal OP1 and the reference optical signal OP2.
2 passes through the sensing fiber 3a and the reference fiber 3b, respectively. When a sound wave is applied to the sensing fiber 3a, the refractive index and fiber length of the sensing fiber 3a change. On the other hand, since the reference fiber 3b does not change, the reference optical signal O
The fluctuation of the phase difference occurs between P2 and the sensing optical signal OP1. Sensing optical signal OP1 in which the phase difference fluctuates
And the reference optical signal OP2 interfere with each other, and the interference light OP
3 is output.

【0005】干渉光OP3は、O/E変換器4で電気変
換され、干渉出力Iとして出力される。干渉出力Iは、
次ぎの (1)式に示すようになる。 但し、A、B;入力光量に比例する定数 C;FM変調信号の最大周波数偏移及びセンシングファ
イバ3aとリファレンスファイバ3bとの間の光路差の
関数となる位相変調度 θ;センシング光とリファレンス光の偏光角 φ(t);音波信号 Jk (C);ベッセル関数(k=0,1,2,・・) 乗算器11aで干渉出力Iと、信号発生器1の角周波数
ω0 の正弦波信号とを乗算し、LPF11bを通すこと
により、次式(2)の第1次高調波成分が出力される。 BJ1 (C)cosθsinφ(t) ・・・(2) 乗算器12aで干渉出力Iと、同期信号発生器13で発
生した角周波数2ω0の正弦波信号とを乗算し、LPF
12bを通すことにより、次式(3)が出力される。 BJ2 (C)cosθcosφ(t) ・・・(3) 第1の微分器14,第2の微分器15で微分し、第1の
乗算器16,第2の乗算器17でクロス乗算すると、次
式(4),(5)が出力される。 B2 1 (C)J2 (C)( dφ(t)/dt)sin 2 φ(t)cos 2 θ・・・(4) −B2 1 (C)J2 (C)( dφ(t)/dt)cos 2 φ(t)cos 2 θ・・・(5) 減算器18で減算することにより、次式(6)が出力さ
れる。 B2 1 (C)J2 (C)(dφ(t)/dt)cos2 θ・・・(6) 積分器19で積分することにより、次式(7)が出力さ
れ、音波信号φ(t)が復調される。 B2 1 (C)J2 (C)φ(t)cos2 θ ・・・(7)
The interference light OP3 is electrically converted by the O / E converter 4 and output as an interference output I. The interference output I is
It becomes as shown in the following equation (1). However, A, B; a constant proportional to the amount of input light, C: a phase modulation degree that is a function of the maximum frequency deviation of the FM modulation signal and the optical path difference between the sensing fiber 3a and the reference fiber 3b, θ: sensing light and reference light. Angle of polarization φ (t); sound wave signal J k (C); Bessel function (k = 0,1,2, ...) The interference output I at the multiplier 11a and the sine of the angular frequency ω 0 of the signal generator 1 The first harmonic component of the following equation (2) is output by multiplying it by the wave signal and passing it through the LPF 11b. BJ 1 (C) cos θ sin φ (t) (2) The multiplier 12a multiplies the interference output I by the sine wave signal of angular frequency 2ω 0 generated by the synchronization signal generator 13, and the LPF
By passing through 12b, the following expression (3) is output. BJ 2 (C) cos θ cos φ (t) (3) Differentiate by the first differentiator 14 and the second differentiator 15, and cross-multiply by the first multiplier 16 and the second multiplier 17, The following equations (4) and (5) are output. B 2 J 1 (C) J 2 (C) (dφ (t) / dt) sin 2 φ (t) cos 2 θ ・ ・ ・ (4) -B 2 J 1 (C) J 2 (C) (dφ (T) / dt) cos 2 φ (t) cos 2 θ (5) Subtracting by the subtracter 18 outputs the following equation (6). B 2 J 1 (C) J 2 (C) (dφ (t) / dt) cos 2 θ (6) The following equation (7) is output by integrating by the integrator 19, and the sound wave signal φ (T) is demodulated. B 2 J 1 (C) J 2 (C) φ (t) cos 2 θ (7)

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
位相変調器10においては、次のような課題があった。
例えば、分岐カプラでの光信号OPの分岐において、セ
ンシング光信号OP1とリファレンス光信号OP2の偏
光角θに変動があると、位相変調器10の出力は、式
(7)に示すようにcos2 θで変動することになる。
そのため、光ファイバセンサ3の感度劣化および変動と
なり問題であった。特に、光ファイバセンサをアレイ状
に並べた光ファイバセンサアレイのように、複数チャネ
ルの場合では、偏光角の変動はチャネル毎に異なるため
チャネル間の感度のばらつきとなる。本発明は前記従来
技術が持っていた課題として、センシング光とリファレ
ンス光の偏光角によって光ファイバセンサの感度が劣化
あるいは変動する、特に複数チャネルの場合には偏光角
の変動によりチャネル間の感度がばらつくという点につ
いて解決をした光ファイバセンサ用位相復調器を提供す
るものである。
However, the conventional phase modulator 10 has the following problems.
For example, when the polarization angle θ of the sensing optical signal OP1 and the reference optical signal OP2 changes in the branching of the optical signal OP in the branching coupler, the output of the phase modulator 10 becomes cos 2 as shown in Expression (7). It will vary with θ.
Therefore, the sensitivity of the optical fiber sensor 3 deteriorates and changes, which is a problem. In particular, in the case of a plurality of channels such as an optical fiber sensor array in which optical fiber sensors are arranged in an array, the variation of the polarization angle varies from channel to channel, resulting in variation in sensitivity between channels. The present invention has the above-mentioned problem that the sensitivity of the optical fiber sensor deteriorates or fluctuates depending on the polarization angles of the sensing light and the reference light. The present invention provides a phase demodulator for an optical fiber sensor, which solves the problem of variation.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】第1の発明は、前記課題
を解決するために、FM変調されたセンシング光とリフ
ァレンス光との光路差により生じた干渉光を検出する光
ファイバセンサに該干渉光を電気信号に変換するO/E
変換器を介して接続され、該電気信号から該センシング
光及びリファレンス光間の位相差を復調する光ファイバ
センサ用位相復調器において、次ぎのような手段を講じ
ている。即ち、第1の発明の光ファイバセンサ用位相復
調器は、FM変調周波数を基本周波数として第1の参照
信号に基づき前記電気信号の第1の奇数次高調波成分を
抽出する第1の同期検波回路と、前記第1の参照信号と
は周波数の異なる第2の参照信号に基づき前記電気信号
の第1の偶数次高調波成分を抽出する第2の同期検波回
路と、前記第1及び第2の同期検波回路の出力を除算す
る除算器と、前記除算器の除算結果中の前記第1の奇数
次高調波成分のベッセル関数と前記第1の偶数次高調波
成分のベッセル関数との比を補正する係数補正乗算器
と、前記係数補正乗算器の出力に対して逆正接演算を行
い前記位相差を求める逆正接演算回路とを、備えてい
る。第2の発明は、第1の発明の光ファイバセンサ用位
相復調器において、前記第1,第2の参照信号とは異な
る周波数の第3の参照信号に基づき、前記電気信号の前
記第1の奇数次高調波成分及び第1の偶数次高調波成分
とは異なる第2の奇数次高調波成分または第2の偶数次
高調波成分を抽出する第3の同期検波回路を備えてい
る。そして、この光ファイバセンサ用位相復調器は、前
記第1の同期検波回路または第2の同期検波回路の出力
と前記第3の同期検波回路の出力の比を算出し、該比に
基づき前記ベッセル関数値の比を補正する補正係数を前
記係数補正乗算器に送出する補正係数発生手段とを、設
けている。
In order to solve the above-mentioned problems, the first invention relates to an optical fiber sensor for detecting interference light caused by an optical path difference between FM-modulated sensing light and reference light. O / E that converts light into electrical signals
A phase demodulator for an optical fiber sensor, which is connected via a converter and demodulates the phase difference between the sensing light and the reference light from the electric signal, employs the following means. That is, the phase demodulator for an optical fiber sensor of the first invention uses the FM modulation frequency as a fundamental frequency to extract the first odd harmonic component of the electric signal based on the first reference signal. A second synchronous detection circuit for extracting a first even harmonic component of the electric signal based on a second reference signal having a frequency different from that of the first reference signal; and the first and second synchronous detection circuits. A divider for dividing the output of the synchronous detection circuit, and a ratio between the Bessel function of the first odd-order harmonic component and the Bessel function of the first even-order harmonic component in the division result of the divider. A coefficient correction multiplier for correction and an arctangent calculation circuit for performing the arctangent calculation on the output of the coefficient correction multiplier to obtain the phase difference are provided. 2nd invention is the phase demodulator for optical fiber sensors of 1st invention, Based on the 3rd reference signal of a frequency different from the said 1st, 2nd reference signal, the said 1st of said electrical signal is based. A third synchronous detection circuit for extracting a second odd-order harmonic component or a second even-order harmonic component different from the odd-order harmonic component and the first even-order harmonic component is provided. The optical fiber sensor phase demodulator calculates a ratio between the output of the first synchronous detection circuit or the second synchronous detection circuit and the output of the third synchronous detection circuit, and based on the ratio, calculates the Bessel Correction coefficient generating means for sending a correction coefficient for correcting the ratio of the function values to the coefficient correction multiplier.

【0008】第3の発明は、第1または第2の発明の光
ファイバセンサ用位相復調器における前記各第1、第2
及び第3の同期検波回路は、前記各第1、第2または第
3の参照信号と前記電気信号とを乗算する乗算器と、該
乗算器の出力から前記電気信号の奇数次高調波成分また
は偶数次高調波成分を抽出するフィルタとで構成してい
る。
A third aspect of the present invention is the above-mentioned first or second aspect of the phase demodulator for an optical fiber sensor of the first or second aspect.
And a third synchronous detection circuit, a multiplier for multiplying each of the first, second or third reference signal by the electric signal, and an odd harmonic component of the electric signal from an output of the multiplier, or It is composed of a filter for extracting even harmonic components.

【0009】[0009]

【作用】第1の発明によれば、以上のように光ファイバ
センサ用位相復調器を構成したので、第1の同期検波回
路は、所定の周波数の第1の参照信号に基づき干渉光に
応じた電気信号の第1の奇数次高調波成分を抽出し、第
2の同期検波回路は、第2の参照信号に基づき第1の偶
数次高調波成分を抽出する。除算器は、第1及び第2の
同期検波回路の出力を除算し、係数補正乗算器が、その
除算器の除算結果中の前記第1の奇数次高調波成分のベ
ッセル関数と前記第1の偶数次高調波成分のベッセル関
数との比を補正する。逆正接演算回路は、係数補正乗算
器の出力に対して逆正接演算を行う。第2の発明によれ
ば、第1の発明の光ファイバセンサ用位相復調器におい
て、第1,第2の参照信号とは異なる周波数の第3の参
照信号に基づき、前記電気信号の第1の奇数次高調波成
分及び第1の偶数次高調波成分とは異なる第2の奇数次
高調波成分または第2の偶数次高調波成分を抽出する第
3の同期検波回路を備えている。そして、補正係数発生
手段は、第1の同期検波回路または第2の同期検波回路
の出力と第3の同期検波回路の出力の比を算出し、この
比に基づき前記ベッセル関数値の比を補正する補正係数
を前記係数補正乗算器に送出する。第3の発明によれ
ば、第1または第2の発明の光ファイバセンサ用位相復
調器における前記各第1、第2及び第3の同期検波回路
中の各乗算器は、各第1、第2または第3の参照信号と
前記電気信号とを乗算し、フィルタは、各該乗算器の出
力から搬送波を除去した奇数次高調波成分または偶数次
高調波成分を抽出する。従って、前記課題を解決できる
のである。
According to the first aspect of the invention, since the phase demodulator for the optical fiber sensor is constructed as described above, the first synchronous detection circuit responds to the interference light based on the first reference signal of a predetermined frequency. The first odd harmonic component of the electrical signal is extracted, and the second synchronous detection circuit extracts the first even harmonic component based on the second reference signal. The divider divides the outputs of the first and second synchronous detection circuits, and the coefficient correction multiplier calculates the Bessel function of the first odd harmonic component in the division result of the divider and the first Correct the ratio of even-order harmonic components to the Bessel function. The arctangent calculation circuit performs arctangent calculation on the output of the coefficient correction multiplier. According to a second aspect of the invention, in the optical fiber sensor phase demodulator of the first aspect of the invention, based on a third reference signal having a frequency different from the first and second reference signals, A third synchronous detection circuit for extracting a second odd-order harmonic component or a second even-order harmonic component different from the odd-order harmonic component and the first even-order harmonic component is provided. Then, the correction coefficient generating means calculates a ratio between the output of the first synchronous detection circuit or the second synchronous detection circuit and the output of the third synchronous detection circuit, and corrects the ratio of the Bessel function values based on this ratio. The correction coefficient to be transmitted is sent to the coefficient correction multiplier. According to the third invention, each multiplier in each of the first, second and third synchronous detection circuits in the phase demodulator for an optical fiber sensor of the first or second invention is the first, the second The second or third reference signal is multiplied by the electric signal, and the filter extracts the odd-order harmonic component or even-order harmonic component from which the carrier is removed from the output of each multiplier. Therefore, the above problem can be solved.

【0010】[0010]

【実施例】図1は、本発明の実施例の光ファイバセンサ
用位相復調器を示す構成ブロック図である。図1に示さ
れた位相復調器は、例えば、従来の図2と同様にFM変
調された光信号を用いて音波等の外部からの情報を検出
する光ファイバセンサに接続され、入力された干渉信号
から高調波成分を抽出し、その光ファイバセンサにおけ
る光路長の変動による位相差を、求める復調器である。
この光ファイバセンサ用位相復調器は、図2におけるO
/Eの変換器4を介して電気信号Iを入力し、第1の参
照信号に基づいて電気信号Iの第1の奇数次高調波成分
を抽出する第1の同期検波回路20と、電気信号Iを入
力し、第2の参照信号に基づいて電気信号Iの第1の偶
数次高調波成分を抽出する第2の同期検波回路30と、
第3の参照信号に基づいて電気信号Iの第2の奇数次高
調波成分を抽出する第3の同期検波回路40とを、備え
ている。また、この位相復調器は、第1,第2の同期検
波回路20,30の抽出結果を除算する除算器50と、
除算器50の出力に対して係数を乗じて補正する係数補
正乗算器60と、この係数補正乗算器60の出力に対し
て逆正接演算を実施する逆正接演算回路(以下、ATA
Nという)70とを、設けている。一方、第1及び第3
の同期検波回路20,40の出力は、その同期検波回路
20,40から係数補正乗算器60に対する補正係数を
求める補正係数発生器80に接続されている。補正係数
発生器80は、予め計算された補正係数の格納された換
算テーブルを有している。各同期検波回路20,30,
40は、所定の周波数ω0 ,2ω0 ,3ω0 の参照信号
と電気信号Iを乗算する乗算器21,31,41をそれ
ぞれ有し、各乗算器21,31,41の出力は、電気信
号Iに対する各高調波成分抽出用のLPF22,32,
42にそれぞれ接続されている。
1 is a block diagram showing the configuration of a phase demodulator for an optical fiber sensor according to an embodiment of the present invention. The phase demodulator shown in FIG. 1 is connected to, for example, an optical fiber sensor that detects information from the outside such as a sound wave using an FM-modulated optical signal as in FIG. It is a demodulator that extracts a harmonic component from a signal and obtains a phase difference due to a change in optical path length in the optical fiber sensor.
The phase demodulator for the optical fiber sensor is shown in FIG.
A first synchronous detection circuit 20 for inputting the electric signal I via the converter 4 of / E and extracting the first odd harmonic component of the electric signal I based on the first reference signal; A second synchronous detection circuit 30 for inputting I and extracting a first even harmonic component of the electric signal I based on the second reference signal;
And a third synchronous detection circuit 40 that extracts a second odd-order harmonic component of the electric signal I based on the third reference signal. The phase demodulator also includes a divider 50 that divides the extraction results of the first and second synchronous detection circuits 20 and 30, and
A coefficient correction multiplier 60 that corrects the output of the divider 50 by multiplying it by a coefficient, and an arctangent calculation circuit that executes arctangent calculation on the output of this coefficient correction multiplier 60 (hereinafter referred to as ATA).
70). On the other hand, the first and third
The outputs of the synchronous detection circuits 20 and 40 are connected to a correction coefficient generator 80 that obtains a correction coefficient for the coefficient correction multiplier 60 from the synchronous detection circuits 20 and 40. The correction coefficient generator 80 has a conversion table in which correction coefficients calculated in advance are stored. Each synchronous detection circuit 20, 30,
40 has multipliers 21, 31, 41 for multiplying the reference signal of predetermined frequencies ω 0 , 2ω 0 , 3ω 0 by the electric signal I, and the outputs of the respective multipliers 21, 31, 41 are electric signals. LPFs 22, 32 for extracting each harmonic component for I,
42, respectively.

【0011】次ぎに、図1の光ファイバセンサ用位相復
調器の動作について説明する。従来の図2の光ファイバ
センサで干渉光OP3として検出された音波は、O/E
変換器4で電気信号の干渉出力Iに変換されて図1の位
相復調器に入力される。干渉出力Iは、センシングファ
イバ3a及びリファレンスファイバ3bでの偏光角θを
考慮すると(8)式となる。 I=A+Bcosθ(Ccosω0+φ(t)) ……(8) 干渉出力Iは、同期検波器20内の乗算器21及びLP
F22を介して第1次高調波成分が抽出され、次式
(9)となって出力される。 BJ1 (C)cosθsinφ(t) ・・・(9) 同様に、同期検波器30では、干渉出力Iは、乗算器3
1及びLPF32を介して第2次高調波成分が同期検波
で抽出され、次式(10)となって出力される。 BJ2 (C)cosθcosφ(t) ・・・(10) (9)(10)式の形で抽出された干渉出力Iの高調波
成分対は、除算器50で除算される。除算の結果は、
(11)式となる。 J1 (C)/J2 (C)tanφ(t) ・・・(11) 一方、干渉出力Iは、乗算器41で周波数3ω0 の参照
信号と乗算された後、LPF42を通過する。これによ
り、干渉出力Iから(12)式の第3次高調波成分が抽
出される。 BJ3 (C)cosθsinφ(t) ・・・(12) 補正係数発生器80は、(9)式及び(12)式で表さ
れる第1次及び第3次高調波成分を入力して除算し、除
算の結果、(13)式で示される比が求められる。 J1 (C)/J3 (C) ・・・(13) 補正係数発生器80は、(13)式から換算テーブル等
を用いて(14)式の推定値である(15)式を発生し
て係数補正乗算器60に送出する。 J2 (C)/J1 (C) ・・・(14) J2 )/J1 ) ・・・(15) 係数補正乗算器60は、(11)式の入力信号に対して
(15)式の値を乗算する。ここで、(14)式と(1
5)式の値は、ほぼ等しいので、係数補正乗算器60の
出力は、(16)式となる。 tanφ(t) ・・・(16) ATAN70は、(16)式の値に対して逆正接演算を
実施し、位相成分φ(t)が求められる。
Next, the operation of the phase demodulator for the optical fiber sensor shown in FIG. 1 will be described. The sound wave detected as the interference light OP3 by the conventional optical fiber sensor of FIG.
The converter 4 converts the interference output I of the electric signal into the interference output I, which is input to the phase demodulator of FIG. The interference output I is given by equation (8) when the polarization angle θ in the sensing fiber 3a and the reference fiber 3b is taken into consideration. I = A + B cos θ (C cos ω 0 + φ (t)) (8) The interference output I is the multiplier 21 and LP in the synchronous detector 20.
The first harmonic component is extracted via F22 and output as the following expression (9). BJ 1 (C) cos θ sin φ (t) (9) Similarly, in the synchronous detector 30, the interference output I is calculated by the multiplier 3
The second harmonic component is extracted by the synchronous detection via 1 and the LPF 32, and is output as the following expression (10). BJ 2 (C) cos θcosφ (t) (10) (9) The harmonic component pair of the interference output I extracted in the form of the equations (10) is divided by the divider 50. The result of the division is
Equation (11) is obtained. J 1 (C) / J 2 (C) tan φ (t) (11) On the other hand, the interference output I is multiplied by the reference signal of frequency 3ω 0 in the multiplier 41, and then passes through the LPF 42. As a result, the third harmonic component of the equation (12) is extracted from the interference output I. BJ 3 (C) cos θ sin φ (t) (12) The correction coefficient generator 80 inputs and divides the first and third harmonic components represented by the equations (9) and (12). Then, as a result of the division, the ratio shown by the equation (13) is obtained. J 1 (C) / J 3 (C) (13) The correction coefficient generator 80 generates the equation (15) which is the estimated value of the equation (14) from the equation (13) using a conversion table or the like. And sends it to the coefficient correction multiplier 60. J 2 (C) / J 1 (C) ・ ・ ・ (14) J 2 ( C ) / J 1 ( C ) ・ ・ ・ (15) The coefficient correction multiplier 60 is for the input signal of the equation (11). (15) is multiplied. Here, equation (14) and (1
Since the values of the equation (5) are almost equal, the output of the coefficient correction multiplier 60 is the equation (16). tanφ (t) (16) The ATAN 70 performs arctangent calculation on the value of the equation (16) to obtain the phase component φ (t).

【0012】以上のように本実施例は、センシング光信
号OP1及びリファレンス光信号OP2間の偏光角θに
変動があっても、その偏光の変動係数を相殺する処理を
実施しているので、最終の位相成分抽出結果が安定す
る。そのため、光ファイバセンサとしての感度劣化・変
動、及び多重化センサアレイに対するチャネル間の感度
ばらつきを抑制できる。なお、本発明は、上記実施例に
限定されず種々の変形が可能である。その変形例として
は、例えば次のようなものがある。 (1) 除算器50に入力される高調波成分は、第1次
及び第2次高調波成分としているが、これに限定され
ず、例えば、第3次及び第4次高調波成分等を用いても
よい。 (2) 補正係数発生器80における補正係数を算出す
るために、第1次高調波成分と第3次高調波成分が用い
られているが、第2次高調波成分と第4次高調波成分と
等を用いて(16)式の推定値を求めてもよい。
As described above, in the present embodiment, even if the polarization angle θ between the sensing optical signal OP1 and the reference optical signal OP2 varies, the process of canceling the variation coefficient of the polarization is performed, so The phase component extraction result of is stable. Therefore, it is possible to suppress the sensitivity deterioration / fluctuation as the optical fiber sensor and the sensitivity variation between the channels for the multiplexed sensor array. The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. The following are examples of such modifications. (1) The harmonic components input to the divider 50 are the first-order and second-order harmonic components, but are not limited to this. For example, the third-order and fourth-order harmonic components are used. May be. (2) The first-order harmonic component and the third-order harmonic component are used to calculate the correction factor in the correction-factor generator 80, but the second-order harmonic component and the fourth-order harmonic component are used. The estimated value of the equation (16) may be obtained by using, and the like.

【0013】[0013]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、第1の発明
によれば、偏光角の成分を含んだ第1及び第2の同期検
波回路の出力に対して除算器を用いて偏光角成分を除去
している。また、除算器の出力中のベッセル関数の比を
補正する係数補正乗算器を設けている。この結果、偏光
角θの変動をキャンセルして光ファイバセンサの干渉光
の位相成分を検出できる。そのため、光ファイバセンサ
としての感度劣化・変動、及びセンサアレイに対するチ
ャネル間の感度ばらつきを抑制でき、多重化数の多い光
ファイバセンサアレイ装置を構築できる。第2の発明に
よれば、第3の参照信号に基づき第2の奇数次高調波成
分または第2の偶数次高調波成分を抽出する第3の同期
検波回路と、第1の同期検波回路または第2の同期検波
回路の出力及び第3の同期検波回路の出力の比を算出
し、補正係数を係数補正乗算器に送出する補正係数発生
手段とを、設けいている。そのため、偏光角θの変動に
対応した補正の可能な第1の発明の光ファイバセンサ用
位相復調器を実現できる。第3の発明によれば、各第
1、第2及び第3の同期検波回路は、乗算器とフィルタ
とで構成されるので、集積化が可能な素子で第1,第2
の発明の光ファイバセンサ用位相復調器を実現できる。
As described in detail above, according to the first aspect of the present invention, the output of the first and second synchronous detection circuits including the component of the polarization angle is divided into the polarization angle component by using the divider. Have been removed. Further, a coefficient correction multiplier for correcting the Bessel function ratio in the output of the divider is provided. As a result, the fluctuation of the polarization angle θ can be canceled and the phase component of the interference light of the optical fiber sensor can be detected. Therefore, sensitivity deterioration / fluctuation as an optical fiber sensor and sensitivity variation between channels for the sensor array can be suppressed, and an optical fiber sensor array device with a large number of multiplexing can be constructed. According to the second invention, a third synchronous detection circuit for extracting the second odd-order harmonic component or the second even-order harmonic component based on the third reference signal, and the first synchronous detection circuit or A correction coefficient generating means for calculating the ratio of the output of the second synchronous detection circuit and the output of the third synchronous detection circuit and sending the correction coefficient to the coefficient correction multiplier is provided. Therefore, it is possible to realize the phase demodulator for an optical fiber sensor according to the first aspect of the present invention, which is capable of correction corresponding to the variation of the polarization angle θ. According to the third invention, since each of the first, second and third synchronous detection circuits is composed of a multiplier and a filter, it is possible to integrate the first and second elements.
The phase demodulator for an optical fiber sensor according to the invention can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例の光ファイバセンサ用位相復調
器を示す構成ブロック図である。
FIG. 1 is a configuration block diagram showing a phase demodulator for an optical fiber sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来の位相復調器を用いた光ファイバセンサ装
置を示す構成ブロック図である。
FIG. 2 is a configuration block diagram showing an optical fiber sensor device using a conventional phase demodulator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 信号発生器 2 光源 3 センサ部 4 O/E変換器 10 位相復調器 11,12,20,30,40 同期検波回路 11a,12a,21,31,41 乗算器 11b,12b,22,32,42 LPF 50 除算器 60 係数補正乗算器 70 ATAN 80 補正係数発生器 1 signal generator 2 light source 3 sensor part 4 O / E converter 10 phase demodulator 11, 12, 20, 30, 40 synchronous detection circuit 11a, 12a, 21, 31, 41 multiplier 11b, 12b, 22, 32, 42 LPF 50 Divider 60 Coefficient correction multiplier 70 ATAN 80 Correction coefficient generator

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 周波数変調されたセンシング光とリファ
レンス光との光路差により生じた干渉光を検出する光フ
ァイバセンサに該干渉光を電気信号に変換する光電変換
器を介して接続され、該電気信号から該センシング光及
びリファレンス光間の位相差を復調する光ファイバセン
サ用位相復調器において、 周波数変調の変調周波数を基本周波数として第1の参照
信号に基づき前記電気信号の第1の奇数次高調波成分を
抽出する第1の同期検波回路と、 前記第1の参照信号とは周波数の異なる第2の参照信号
に基づき前記電気信号の第1の偶数次高調波成分を抽出
する第2の同期検波回路と、 前記第1及び第2の同期検波回路の出力を除算する除算
器と、 前記除算器の除算結果中の前記第1の奇数次高調波成分
のベッセル関数と前記第1の偶数次高調波成分のベッセ
ル関数との比を補正する係数補正乗算器と、 前記係数補正乗算器の出力に対して逆正接演算を行い前
記位相差を求める逆正接演算回路とを、 備えたことを特徴とする光ファイバセンサ用位相復調
器。
1. An optical fiber sensor for detecting an interference light generated by an optical path difference between a frequency-modulated sensing light and a reference light is connected via a photoelectric converter for converting the interference light into an electric signal, A phase demodulator for an optical fiber sensor for demodulating a phase difference between the sensing light and the reference light from a signal, wherein a first odd harmonic of the electric signal is generated based on a first reference signal with a modulation frequency of frequency modulation as a basic frequency. A first synchronous detection circuit for extracting a wave component; and a second synchronous circuit for extracting a first even harmonic component of the electric signal based on a second reference signal having a frequency different from that of the first reference signal. A detection circuit; a divider that divides the outputs of the first and second synchronous detection circuits; a Bessel function of the first odd-order harmonic component in the division result of the divider; and the first even number. A coefficient correction multiplier that corrects the ratio of the second harmonic component to the Bessel function; and an arctangent calculation circuit that performs arctangent calculation on the output of the coefficient correction multiplier to obtain the phase difference. A characteristic phase demodulator for optical fiber sensors.
【請求項2】 前記第1,第2の参照信号とは異なる周
波数の第3の参照信号に基づき、前記電気信号の前記第
1の奇数次高調波成分及び第1の偶数次高調波成分とは
異なる第2の奇数次高調波成分または第2の偶数次高調
波成分を抽出する第3の同期検波回路と、 前記第1の同期検波回路または第2の同期検波回路の出
力と前記第3の同期検波回路の出力の比を算出し、該比
に基づき前記ベッセル関数値の比を補正する補正係数を
前記係数補正乗算器に送出する補正係数発生手段とを、 設けたことを特徴とする請求項1記載の光ファイバセン
サ用位相復調器。
2. The first odd harmonic component and the first even harmonic component of the electric signal based on a third reference signal having a frequency different from those of the first and second reference signals. A third synchronous detection circuit for extracting a different second odd-order harmonic component or second even-order harmonic component, and the output of the first synchronous detection circuit or second synchronous detection circuit and the third Correction coefficient generating means for calculating a ratio of the outputs of the synchronous detection circuits and sending a correction coefficient for correcting the ratio of the Bessel function values to the coefficient correction multiplier based on the ratio. The phase demodulator for an optical fiber sensor according to claim 1.
【請求項3】 前記各第1、第2及び第3の同期検波回
路は、前記各第1、第2または第3の参照信号と前記電
気信号とを乗算する乗算器と、該乗算器の出力から前記
電気信号の奇数次高調波成分または偶数次高調波成分を
抽出するフィルタとを、備えたことを特徴とする請求項
1または2記載の光ファイバセンサ用位相復調器。
3. Each of the first, second, and third synchronous detection circuits includes a multiplier that multiplies the first, second, or third reference signal by the electric signal, and a multiplier of the multiplier. 3. A phase demodulator for an optical fiber sensor according to claim 1, further comprising a filter for extracting an odd-order harmonic component or an even-order harmonic component of the electric signal from an output.
JP5285082A 1993-11-15 1993-11-15 Phase demodulator for optical fiber sensor Expired - Fee Related JP2975514B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5285082A JP2975514B2 (en) 1993-11-15 1993-11-15 Phase demodulator for optical fiber sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5285082A JP2975514B2 (en) 1993-11-15 1993-11-15 Phase demodulator for optical fiber sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH07140044A true JPH07140044A (en) 1995-06-02
JP2975514B2 JP2975514B2 (en) 1999-11-10

Family

ID=17686912

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5285082A Expired - Fee Related JP2975514B2 (en) 1993-11-15 1993-11-15 Phase demodulator for optical fiber sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2975514B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP2975514B2 (en) 1999-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5883548A (en) Demodulation system and method for recovering a signal of interest from an undersampled, modulated carrier
CA1339426C (en) Hydrophone demodulator circuit and method
WO2006095620A1 (en) Photo-sensor and photo-current/voltage sensor
CN109450531B (en) Optical fiber interferometer sensor disturbance signal demodulation device based on single-side-band frequency modulation
CN106323478B (en) The fiber optic interferometric sensor phase generated carrier modulation demodulation system of anti-polarization decay
WO2006095619A1 (en) Intensity modulation type photo-sensor and photo-current/voltage sensor
EP0691758B1 (en) Synchronous detection of optical signals
JP2011214921A (en) Interference type optical fiber sensor system and calculator
CN108759809B (en) Gyroscope detection circuit and terminal
US4436425A (en) Signal waveform detector using synthetic FM demodulation
KR100491451B1 (en) Multichannel interferometer with phase generated carrier demodulation and quadrature error correction
JP2975514B2 (en) Phase demodulator for optical fiber sensor
JP3048809B2 (en) Optical fiber sensor device
JP3459399B2 (en) Gas concentration measurement processing equipment
JP3004853B2 (en) Phase demodulator
EP0919795B1 (en) Method for determining the phase difference of light waves propagated over two paths
JP3124177B2 (en) Phase demodulator
JP3247602B2 (en) Optical fiber sensor system
JP6233820B2 (en) Sensing data transfer capability of phase generated carrier
JP2005003680A (en) Phase-diverse coherent optical spectrum analyzer
JPH0738503A (en) Fm transmitter
JP3199515B2 (en) Circuit for measuring carrier modulation degree of passive homodyne detector
JP3060955B2 (en) Passive homodyne demodulation method
JP2963612B2 (en) Optical rotation angular velocity sensor
JP2894824B2 (en) Zero offset canceling method for optical fiber gyro

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19990817

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070903

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080903

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080903

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090903

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090903

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100903

Year of fee payment: 11

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees