JPH09318462A - 多点型光ファイバセンサ - Google Patents
多点型光ファイバセンサInfo
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- JPH09318462A JPH09318462A JP8138168A JP13816896A JPH09318462A JP H09318462 A JPH09318462 A JP H09318462A JP 8138168 A JP8138168 A JP 8138168A JP 13816896 A JP13816896 A JP 13816896A JP H09318462 A JPH09318462 A JP H09318462A
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- optical fiber
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 安価で操作性のよい多点温度計測が可能な光
ファイバセンサを得る。 【解決手段】 正弦波状のＦＭ変調光を出射する光源１
ａと、このＦＭ変調光を所定の周期及び時間幅でパルス
化してＦＭ変調パルス光２２を出力する送信ゲート２１
と、ＦＭ変調パルス光を遅延ファイバ９２を介して配設
された複数の単位センサ１０１等を直列的に接続して形
成したセンサアレイに導入する光カプラ３１と、各単位
センサを構成する光ファイバによって形成された干渉計
と、戻ってくる干渉光を受光パルス列から時間ゲートで
チャネル選択する受信ゲート１１ａと、この受信ゲート
からの干渉出力の周波数より求めた多点の光路変化を直
流的な物理変化値に換算する処理器１２ａとを有する。
ファイバセンサを得る。 【解決手段】 正弦波状のＦＭ変調光を出射する光源１
ａと、このＦＭ変調光を所定の周期及び時間幅でパルス
化してＦＭ変調パルス光２２を出力する送信ゲート２１
と、ＦＭ変調パルス光を遅延ファイバ９２を介して配設
された複数の単位センサ１０１等を直列的に接続して形
成したセンサアレイに導入する光カプラ３１と、各単位
センサを構成する光ファイバによって形成された干渉計
と、戻ってくる干渉光を受光パルス列から時間ゲートで
チャネル選択する受信ゲート１１ａと、この受信ゲート
からの干渉出力の周波数より求めた多点の光路変化を直
流的な物理変化値に換算する処理器１２ａとを有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバを利用
した多点型光ファイバセンサで、測定対象としては特に
温度、圧力及び歪み等の物理変数的な直流信号が検出可
能な多点型光ファイバセンサに関するものである。
した多点型光ファイバセンサで、測定対象としては特に
温度、圧力及び歪み等の物理変数的な直流信号が検出可
能な多点型光ファイバセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバを利用した従来の光ファイバ
温度センサとして、下記の文献に開示されたものがあ
る。 文献名：ELECTRONICS LETTERS:“ALL-FIBRE ‘MICHELSO
N ’THERMOMETER"; １９，［１３］，23,6,1983 ，
［米］，471p-472p ． 図５は、この文献に記載された構成図を、後述の本発明
の構成図と対比し易いように書き直して示す従来の光フ
ァイバセンサの基本構成説明図である。
温度センサとして、下記の文献に開示されたものがあ
る。 文献名：ELECTRONICS LETTERS:“ALL-FIBRE ‘MICHELSO
N ’THERMOMETER"; １９，［１３］，23,6,1983 ，
［米］，471p-472p ． 図５は、この文献に記載された構成図を、後述の本発明
の構成図と対比し易いように書き直して示す従来の光フ
ァイバセンサの基本構成説明図である。
【０００３】図５において、光源１は鋸歯状波信号でＦ
Ｍ変調されたＬＦＭ（Ｌｉｎｅａｒ・Ｆｒｅｑｕｅｎｃ
ｙ・Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調光を送出する。入出力
用カプラ２のＬＦＭ出力光はセンサ用カプラ３で均等に
パワー分割され、一方の分岐光はセンシング光として、
センシングファイバ４を通過し反射器５で反射し、セン
サ用カプラ３、入出力用カプラ２を介してＯ／Ｅ変換器
８に戻される。もう一方の分岐光は、リファレンス光と
して、同様にリファレンスファイバ６を通過し反射器７
で反射し、センサ用カプラ３、入出力用カプラ２を介し
てＯ／Ｅ変換器８に戻される。Ｏ／Ｅ変換器８により、
センシング光とリファレンス光との干渉波は自乗検波さ
れ、処理器（図示せず）へ送出される。
Ｍ変調されたＬＦＭ（Ｌｉｎｅａｒ・Ｆｒｅｑｕｅｎｃ
ｙ・Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調光を送出する。入出力
用カプラ２のＬＦＭ出力光はセンサ用カプラ３で均等に
パワー分割され、一方の分岐光はセンシング光として、
センシングファイバ４を通過し反射器５で反射し、セン
サ用カプラ３、入出力用カプラ２を介してＯ／Ｅ変換器
８に戻される。もう一方の分岐光は、リファレンス光と
して、同様にリファレンスファイバ６を通過し反射器７
で反射し、センサ用カプラ３、入出力用カプラ２を介し
てＯ／Ｅ変換器８に戻される。Ｏ／Ｅ変換器８により、
センシング光とリファレンス光との干渉波は自乗検波さ
れ、処理器（図示せず）へ送出される。
【０００４】次に、動作について説明する。光源１は繰
り返し周期で周波数掃引レートａ［Ｈｚ／ｓｅｃ］の前
記ＬＦＭ変調光を送出する。干渉計の１要素を構成する
センシングファイバ４が、温度変化に応じて熱膨張及び
屈折率変化を起こし、センシング光の伝搬時間にτ1 の
変化を発生したとすると、リファレンス光との干渉にお
いて、ＬＦＭ変調光が時間差τ1 で干渉するようにな
る。そうすると、Ｏ／Ｅ変換器８の出力は、ａ×τ
1 ［Ｈｚ］のビート周波数（うなり周波数）を発生する
ようになる。このビート周波数を前記の繰返周期内で計
測すれば、温度に換算されたデータを得ることができ
る。
り返し周期で周波数掃引レートａ［Ｈｚ／ｓｅｃ］の前
記ＬＦＭ変調光を送出する。干渉計の１要素を構成する
センシングファイバ４が、温度変化に応じて熱膨張及び
屈折率変化を起こし、センシング光の伝搬時間にτ1 の
変化を発生したとすると、リファレンス光との干渉にお
いて、ＬＦＭ変調光が時間差τ1 で干渉するようにな
る。そうすると、Ｏ／Ｅ変換器８の出力は、ａ×τ
1 ［Ｈｚ］のビート周波数（うなり周波数）を発生する
ようになる。このビート周波数を前記の繰返周期内で計
測すれば、温度に換算されたデータを得ることができ
る。
【０００５】なお、上記の先行文献に開示された従来技
術は“光ファイバ温度計”に関するものであるが、本発
明は、特に例えば温度の場合のように物理変化値的な信
号例えば静的な温度信号つまり直流温度信号を検出可能
な多点型光ファイバセンサに関するものである。因み
に、このような測定対象の温度変化（又は温度変化値）
を、先行技術文献では「DC temperature changes」（上
記文献の第471 頁、左欄中程：直訳すれば“直流温度変
化”）といっている。なお、本邦では、この「直流温度
変化」又は「直流温度信号」という技術用語は見当たら
ないが、ニュアンスとしては、交流のような脈動的な変
動のない温度変化値という意味合いから、「直流的温度
変化」という意味で使用できるのではないかと考えられ
る。以上、本発明と関係する先行技術との関連におい
て、温度センサ等の発明の属する技術分野では、「直流
温度変化」とか、あるいは温度に限らずに一般的な物理
的信号という意味では「直流信号」という用語を使用す
る場合があってもよいことを蛇足的に説明した。
術は“光ファイバ温度計”に関するものであるが、本発
明は、特に例えば温度の場合のように物理変化値的な信
号例えば静的な温度信号つまり直流温度信号を検出可能
な多点型光ファイバセンサに関するものである。因み
に、このような測定対象の温度変化（又は温度変化値）
を、先行技術文献では「DC temperature changes」（上
記文献の第471 頁、左欄中程：直訳すれば“直流温度変
化”）といっている。なお、本邦では、この「直流温度
変化」又は「直流温度信号」という技術用語は見当たら
ないが、ニュアンスとしては、交流のような脈動的な変
動のない温度変化値という意味合いから、「直流的温度
変化」という意味で使用できるのではないかと考えられ
る。以上、本発明と関係する先行技術との関連におい
て、温度センサ等の発明の属する技術分野では、「直流
温度変化」とか、あるいは温度に限らずに一般的な物理
的信号という意味では「直流信号」という用語を使用す
る場合があってもよいことを蛇足的に説明した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の光ファイバ温度センサの構成では、多点の
温度計測に適用するためには、光源及び伝送用の光ファ
イバ等を測定点の数だけ用意する必要があり、装備性、
保守面で煩雜であり、さらに価格面でも相当不利となる
問題がある。この他、上記のような多点化に対しては、
センシング部も大型のものとなり、装置小型化という要
請に対処が困難であるという問題がある。
ような従来の光ファイバ温度センサの構成では、多点の
温度計測に適用するためには、光源及び伝送用の光ファ
イバ等を測定点の数だけ用意する必要があり、装備性、
保守面で煩雜であり、さらに価格面でも相当不利となる
問題がある。この他、上記のような多点化に対しては、
センシング部も大型のものとなり、装置小型化という要
請に対処が困難であるという問題がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る多点型光フ
ァイバセンサは、正弦波状のＦＭ変調光を出射する光源
と、ＦＭ変調光を所定の周期及び時間幅でパルス化して
ＦＭ変調パルス光を出力する送信ゲートと、ＦＭ変調パ
ルス光を遅延ファイバを介して配設された複数の単位セ
ンサを直列的に接続して形成したセンサアレイに導入す
る光カプラと、各単位センサを構成する光ファイバによ
って形成された干渉計と、干渉計から戻ってく干渉光を
受光パルス列から時間ゲートでチャネル選択する受信ゲ
ートと、受信ゲートからの干渉出力の周波数より求めた
多点の光路変化を直流的な物理変化値に換算する処理器
とを有するものである。
ァイバセンサは、正弦波状のＦＭ変調光を出射する光源
と、ＦＭ変調光を所定の周期及び時間幅でパルス化して
ＦＭ変調パルス光を出力する送信ゲートと、ＦＭ変調パ
ルス光を遅延ファイバを介して配設された複数の単位セ
ンサを直列的に接続して形成したセンサアレイに導入す
る光カプラと、各単位センサを構成する光ファイバによ
って形成された干渉計と、干渉計から戻ってく干渉光を
受光パルス列から時間ゲートでチャネル選択する受信ゲ
ートと、受信ゲートからの干渉出力の周波数より求めた
多点の光路変化を直流的な物理変化値に換算する処理器
とを有するものである。
【０００８】また、本発明に係る第１の多点型光ファイ
バセンサは、多点型光ファイバセンサセンサアレイにお
ける各単位センサの干渉計構成は、一方の光ファイバ端
をセミ反射器で終端し、次段の単位センサに接続するマ
イケルソン方式としたものである。さらに、本発明に係
る第２の多点型光ファイバセンサは、センサアレイにお
ける各単位センサの干渉計構成が、光ファイバ端をセミ
反射器で終端し、次段の前記単位センサに接続するファ
ブリ・ペロ方式のものである。次に、本発明に係る第３
の多点型光ファイバセンサは、センサアレイにおける各
単位センサの干渉計構成が、単位センサを光カプラで分
岐接続するマッハ・ツェンダ方式のものである。そし
て、本発明に係る第４の多点型光ファイバセンサは、セ
ンサアレイにおける各単位センサの干渉計構成が、単位
センサを光カプラで分岐接続するマイケルソン方式のも
のである。
バセンサは、多点型光ファイバセンサセンサアレイにお
ける各単位センサの干渉計構成は、一方の光ファイバ端
をセミ反射器で終端し、次段の単位センサに接続するマ
イケルソン方式としたものである。さらに、本発明に係
る第２の多点型光ファイバセンサは、センサアレイにお
ける各単位センサの干渉計構成が、光ファイバ端をセミ
反射器で終端し、次段の前記単位センサに接続するファ
ブリ・ペロ方式のものである。次に、本発明に係る第３
の多点型光ファイバセンサは、センサアレイにおける各
単位センサの干渉計構成が、単位センサを光カプラで分
岐接続するマッハ・ツェンダ方式のものである。そし
て、本発明に係る第４の多点型光ファイバセンサは、セ
ンサアレイにおける各単位センサの干渉計構成が、単位
センサを光カプラで分岐接続するマイケルソン方式のも
のである。
【０００９】
［第１の実施の形態］図１は本発明による多点型光ファ
イバセンサの第１の実施の形態を示す構成説明図であ
る。以下、その構成を機能説明的な装置構成によって説
明する。まず、光源１ａは正弦波信号でＦＭ変調された
レーザ光を送出し、送信ゲート２１はこのＦＭ変調され
たレーザ光を周期的に一定の時間幅でパルス化してＦＭ
変調パルス光２２として送出する光ゲートである。
イバセンサの第１の実施の形態を示す構成説明図であ
る。以下、その構成を機能説明的な装置構成によって説
明する。まず、光源１ａは正弦波信号でＦＭ変調された
レーザ光を送出し、送信ゲート２１はこのＦＭ変調され
たレーザ光を周期的に一定の時間幅でパルス化してＦＭ
変調パルス光２２として送出する光ゲートである。
【００１０】入出力用カプラ３１を通ったＦＭ変調パル
ス光２２は、センサ用カプラ４１で均等にパワー分割さ
れ、一方の分岐光はセンシングファイバ５１を通過しセ
ミ反射器６１でその一部の光パワーを反射させセンシン
グ光として使用する。このセンシング光はセンサ用カプ
ラ４１、入出力用カプラ３１を介してＯ／Ｅ変換器１０
に戻される。もう一方の分岐光は、リファレンス光とし
て、同様にリファレンスファイバ７１を通過し反射器８
１で反射し、センサ用カプラ４１、入出力用カプラ３１
を介してＯ／Ｅ変換器１０に戻される。従って、本実施
の形態の光路により構成される初段センサ１０１の干渉
計は、基本的にはマイケルソン干渉計方式の形態をとっ
たものとなっている。
ス光２２は、センサ用カプラ４１で均等にパワー分割さ
れ、一方の分岐光はセンシングファイバ５１を通過しセ
ミ反射器６１でその一部の光パワーを反射させセンシン
グ光として使用する。このセンシング光はセンサ用カプ
ラ４１、入出力用カプラ３１を介してＯ／Ｅ変換器１０
に戻される。もう一方の分岐光は、リファレンス光とし
て、同様にリファレンスファイバ７１を通過し反射器８
１で反射し、センサ用カプラ４１、入出力用カプラ３１
を介してＯ／Ｅ変換器１０に戻される。従って、本実施
の形態の光路により構成される初段センサ１０１の干渉
計は、基本的にはマイケルソン干渉計方式の形態をとっ
たものとなっている。
【００１１】そして、センシング光とリファレンス光と
の干渉波パルスは、Ｏ／Ｅ変換器８により自乗検波さ
れ、さらに受信ゲート１１ａで時間切り出しされて処理
器１２ａへ送出される。また、セミ反射器６１を通過し
た透過パルスは遅延用ファイバ９２を経由して前述と同
様の動作で、初段センサ１０１と同様に構成された次段
センサ１０２のセンシング光及びリファレンス光とし
て、初段センサ１０１のパルスからは時間遅れしてＯ／
Ｅ変換器１０に戻される。そして受信ゲート１１ｂで時
間切り出し（すなわちチヤネル選択）されて、処理器１
２ｂへ送出される。
の干渉波パルスは、Ｏ／Ｅ変換器８により自乗検波さ
れ、さらに受信ゲート１１ａで時間切り出しされて処理
器１２ａへ送出される。また、セミ反射器６１を通過し
た透過パルスは遅延用ファイバ９２を経由して前述と同
様の動作で、初段センサ１０１と同様に構成された次段
センサ１０２のセンシング光及びリファレンス光とし
て、初段センサ１０１のパルスからは時間遅れしてＯ／
Ｅ変換器１０に戻される。そして受信ゲート１１ｂで時
間切り出し（すなわちチヤネル選択）されて、処理器１
２ｂへ送出される。
【００１２】ここで、光信号として正弦波状に変調され
たＦＭ変調パルス光２２を用いるため、干渉計を構成す
るセンシングファイバ５１が、例えば測定しようとする
温度変化に応じて熱膨張及び屈折率変化を起こし、セン
シング光の伝搬時間にτ1 の変化を発生すると、リファ
レンス光との干渉によって、Ｏ／Ｅ変換器１０の出力Ｉ
（ｔ）は、直流成分を省略すると、ほぼ Ｉ（ｔ）＝Ａｃｏｓ（２πｆd τ1 ｃｏｓ２πｆ0 ｔ＋φ）‥‥（１） とおくことができる。ここで、ｆ0 ，ｆd は、それぞれ
ＦＭ変調の変調周波数，最大周波数偏移を指す。なお、
Ａは定数で振幅値である。
たＦＭ変調パルス光２２を用いるため、干渉計を構成す
るセンシングファイバ５１が、例えば測定しようとする
温度変化に応じて熱膨張及び屈折率変化を起こし、セン
シング光の伝搬時間にτ1 の変化を発生すると、リファ
レンス光との干渉によって、Ｏ／Ｅ変換器１０の出力Ｉ
（ｔ）は、直流成分を省略すると、ほぼ Ｉ（ｔ）＝Ａｃｏｓ（２πｆd τ1 ｃｏｓ２πｆ0 ｔ＋φ）‥‥（１） とおくことができる。ここで、ｆ0 ，ｆd は、それぞれ
ＦＭ変調の変調周波数，最大周波数偏移を指す。なお、
Ａは定数で振幅値である。
【００１３】送信ゲート２１では、ゲート幅ｄを正弦波
の周期１／ｆ0 よりも十分小さく設定し、ゲート間隔を
１／ｆ0 （又はその整数倍）とし、ゲートの中心タイミ
ングを正弦波のゼロクロス点に合わすと、式（１）は、
正弦波の線形な領域に限定されるので、 Ｉ（ｔ）＝Ａｃｏｓ（（２πｆd τ1 ）２πｆ0 ｔ＋φi ）‥‥（２） と近似できる。ここで、式（１），（２）ともパルス幅
内のみの時間波形を表しているものとする。なお、φi
の位相は、通常、ゲートの繰り返し毎可変する。
の周期１／ｆ0 よりも十分小さく設定し、ゲート間隔を
１／ｆ0 （又はその整数倍）とし、ゲートの中心タイミ
ングを正弦波のゼロクロス点に合わすと、式（１）は、
正弦波の線形な領域に限定されるので、 Ｉ（ｔ）＝Ａｃｏｓ（（２πｆd τ1 ）２πｆ0 ｔ＋φi ）‥‥（２） と近似できる。ここで、式（１），（２）ともパルス幅
内のみの時間波形を表しているものとする。なお、φi
の位相は、通常、ゲートの繰り返し毎可変する。
【００１４】上述の構成において、まず受信ゲート１１
ａは、式（２）で表された初段センサ１０１のパルスの
みを時間切り出して処理器１２ａに送出する。処理器１
２ａでは周波数分析、又はゲート幅内でサイクルカウン
トすれば温度等の値に換算されるようになっている。次
いで、次段センサ１０２のセンサ信号も同様の動作によ
って測定されていく。従って、このようにして以後の３
段，４段…のように直列式に接続して、後段センサを遅
延ファイバと組にして所定数設けてやれば、その数に応
じた多点計測ができるようになる。
ａは、式（２）で表された初段センサ１０１のパルスの
みを時間切り出して処理器１２ａに送出する。処理器１
２ａでは周波数分析、又はゲート幅内でサイクルカウン
トすれば温度等の値に換算されるようになっている。次
いで、次段センサ１０２のセンサ信号も同様の動作によ
って測定されていく。従って、このようにして以後の３
段，４段…のように直列式に接続して、後段センサを遅
延ファイバと組にして所定数設けてやれば、その数に応
じた多点計測ができるようになる。
【００１５】以上のように第１の実施の形態によれば、
センシングファイバ５１とリファレンスファイバ７１か
らなるマイケルソン式干渉計で構成される単位センサを
セミ反射器６１で終端し、同様の単位センサ構成で遅延
ファイバ９２を介して次段のセンサを次々と直列的に接
続してゆく構成をとっているため、多点計測が可能とな
り、さらにこの場合、光源及び伝送用ファイバ等は共通
使用できるので、全体の装備性、保守性が向上すると共
に、低価格となる効果がある。また、この特徴を利用す
ることにより、上述の温度だけでなく、深度、歪み等の
ような物理変数の長距離区間計測に適用しても好適であ
る。
センシングファイバ５１とリファレンスファイバ７１か
らなるマイケルソン式干渉計で構成される単位センサを
セミ反射器６１で終端し、同様の単位センサ構成で遅延
ファイバ９２を介して次段のセンサを次々と直列的に接
続してゆく構成をとっているため、多点計測が可能とな
り、さらにこの場合、光源及び伝送用ファイバ等は共通
使用できるので、全体の装備性、保守性が向上すると共
に、低価格となる効果がある。また、この特徴を利用す
ることにより、上述の温度だけでなく、深度、歪み等の
ような物理変数の長距離区間計測に適用しても好適であ
る。
【００１６】［第２の実施の形態］図２は本発明による
多点型光ファイバセンサの第２の実施の形態を示す構成
説明図である。以下、その構成を機能説明的な装置構成
によって説明する。まず、光源１ａは正弦波信号でＦＭ
変調されたレーザ光を送出し、送信ゲート２１はこのＦ
Ｍ変調されたレーザ光を周期的に一定の時間幅でパルス
化してＦＭ変調パルス光２２として送出する光ゲートで
ある。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる主な点
は、センサ用カプラ４１の代わりにセミ反射器４０ａを
配置し、従って、リファレンスファイバ７１を省略した
構成としたことである。
多点型光ファイバセンサの第２の実施の形態を示す構成
説明図である。以下、その構成を機能説明的な装置構成
によって説明する。まず、光源１ａは正弦波信号でＦＭ
変調されたレーザ光を送出し、送信ゲート２１はこのＦ
Ｍ変調されたレーザ光を周期的に一定の時間幅でパルス
化してＦＭ変調パルス光２２として送出する光ゲートで
ある。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる主な点
は、センサ用カプラ４１の代わりにセミ反射器４０ａを
配置し、従って、リファレンスファイバ７１を省略した
構成としたことである。
【００１７】入出力用カプラ３１を出射したＦＭ変調パ
ルス光２２は、セミ反射器４０ａでその一部の光パワー
が反射され、リファレンス光として入出力用カプラ３１
を介してＯ／Ｅ変換器１０に戻される。一方、セミ反射
器４０ａの透過光は、センシングファイバ５１を通りセ
ミ反射器５０ａで同様にその一部の光パワーが反射さ
れ、センシング光として、入出力用カプラ３１を介して
Ｏ／Ｅ変換器１０に戻される。このように、セミ反射器
４０ａ，５０ａ及びセンシングファイバ５１により各セ
ンサ部を構成する干渉計はファブリ・ペロ方式の形態を
とっている。
ルス光２２は、セミ反射器４０ａでその一部の光パワー
が反射され、リファレンス光として入出力用カプラ３１
を介してＯ／Ｅ変換器１０に戻される。一方、セミ反射
器４０ａの透過光は、センシングファイバ５１を通りセ
ミ反射器５０ａで同様にその一部の光パワーが反射さ
れ、センシング光として、入出力用カプラ３１を介して
Ｏ／Ｅ変換器１０に戻される。このように、セミ反射器
４０ａ，５０ａ及びセンシングファイバ５１により各セ
ンサ部を構成する干渉計はファブリ・ペロ方式の形態を
とっている。
【００１８】そして、まず、セミ反射器５０ａで反射さ
れたセンシング光とセミ反射器４０ａで反射されたリフ
ァレンス光との干渉波パルスは、Ｏ／Ｅ変換器１０によ
り自乗検波され、さらに受信ゲート１１ａで時間切り出
しされて処理器１２ａへ送出される。これらの構成から
なるセンサ部を初段センサ２０１とする。また、セミ反
射器５０ａを通過した透過パルスは遅延用ファイバ９２
を経由して前述と同様の動作で、初段センサ２０１と同
様に構成された次段センサ２０２のセンシング光及びリ
ファレンス光として、初段センサ２０１のパルスからは
時間遅れしてＯ／Ｅ変換器１０に戻される。そして受信
ゲート１１ｂで時間切り出しされて処理器１２ｂへ送出
される。このようにして、以後の３段センサ，４段セン
サ…のように直列式に接続して、後段センサを遅延ファ
イバと組にして所定数設けてやれば、その数に応じた多
点計測ができる。温度等の検出原理或いは検出過程につ
いては、第１の実施の形態で説明した通りである。
れたセンシング光とセミ反射器４０ａで反射されたリフ
ァレンス光との干渉波パルスは、Ｏ／Ｅ変換器１０によ
り自乗検波され、さらに受信ゲート１１ａで時間切り出
しされて処理器１２ａへ送出される。これらの構成から
なるセンサ部を初段センサ２０１とする。また、セミ反
射器５０ａを通過した透過パルスは遅延用ファイバ９２
を経由して前述と同様の動作で、初段センサ２０１と同
様に構成された次段センサ２０２のセンシング光及びリ
ファレンス光として、初段センサ２０１のパルスからは
時間遅れしてＯ／Ｅ変換器１０に戻される。そして受信
ゲート１１ｂで時間切り出しされて処理器１２ｂへ送出
される。このようにして、以後の３段センサ，４段セン
サ…のように直列式に接続して、後段センサを遅延ファ
イバと組にして所定数設けてやれば、その数に応じた多
点計測ができる。温度等の検出原理或いは検出過程につ
いては、第１の実施の形態で説明した通りである。
【００１９】以上のように第２の実施の形態によれば、
第１の実施の形態で説明した効果に加えて、センサ部が
より小型化される効果がある。また、セミ反射器４０ａ
等は、光ファイバの融着接続時の接続点で形成されるの
で、本実施の形態ではファイバを接続して構築された単
純構造となるため、取扱並びに製造方法が極めて容易と
なる利点がある。
第１の実施の形態で説明した効果に加えて、センサ部が
より小型化される効果がある。また、セミ反射器４０ａ
等は、光ファイバの融着接続時の接続点で形成されるの
で、本実施の形態ではファイバを接続して構築された単
純構造となるため、取扱並びに製造方法が極めて容易と
なる利点がある。
【００２０】［第３の実施の形態］図３は本発明による
多点型光ファイバセンサの第３の実施の形態を示す構成
説明図である。以下、その構成を機能説明的な装置構成
によって説明する。まず、光源１ａは正弦波信号でＦＭ
変調されたレーザ光を送出し、送信ゲート２１はこのＦ
Ｍ変調されたレーザ光を周期的に一定の時間幅でパルス
化してＦＭ変調パルス光２２として送出する光ゲートで
ある。本実施の形態が第１の実施の形態及び第３の実施
の形態と異なる主な点は、入出力用カプラ２１の代わり
に、これを入力用カプラ６０ａと出力用カプラ８０ａと
に分離したものとし、これらの間に２個のセンサ用カプ
ラ４１，７０ａを配置し、センサ用カプラ４１とセンサ
用カプラ７０ａとの間にセンシングファイバ５１及びリ
ファレンスファイバ７１を並列配設した光回路構成とし
たものである。
多点型光ファイバセンサの第３の実施の形態を示す構成
説明図である。以下、その構成を機能説明的な装置構成
によって説明する。まず、光源１ａは正弦波信号でＦＭ
変調されたレーザ光を送出し、送信ゲート２１はこのＦ
Ｍ変調されたレーザ光を周期的に一定の時間幅でパルス
化してＦＭ変調パルス光２２として送出する光ゲートで
ある。本実施の形態が第１の実施の形態及び第３の実施
の形態と異なる主な点は、入出力用カプラ２１の代わり
に、これを入力用カプラ６０ａと出力用カプラ８０ａと
に分離したものとし、これらの間に２個のセンサ用カプ
ラ４１，７０ａを配置し、センサ用カプラ４１とセンサ
用カプラ７０ａとの間にセンシングファイバ５１及びリ
ファレンスファイバ７１を並列配設した光回路構成とし
たものである。
【００２１】送信ゲート２１を出射したＦＭ変調パルス
光２２は、入力用カプラ６０ａで分岐され、一方はセン
サ用カプラ４１に送られ、ここで均等にパワー分割さ
れ、センシングファイバ５１とリファレンスファイバ７
１に入射する。そして、センシングファイバ５１を通過
したセンシング光と、リファレンスファイバ７１を通過
したリファレンス光とは共に、センサ用カプラ７０ａ、
出力用カプラ８０ａを介してＯ／Ｅ変換器１０に戻され
る。一方、入力用カプラ６０ａで分岐された他方のＦＭ
変調パルス光２２は、遅延ファイバ９２を介する次段セ
ンサ３０２に並列的に接続され、センシング光として、
初段センサ３０１と同様に遅延ファイバ９２ａ、出力用
カプラ８０ａを介してＯ／Ｅ変換器１０に戻される。３
段センサ以降も同様に配置される。このように、本実施
の形態では、各センサ部を構成する干渉計はマッハ・ツ
ェンダ方式の形態をとっている。
光２２は、入力用カプラ６０ａで分岐され、一方はセン
サ用カプラ４１に送られ、ここで均等にパワー分割さ
れ、センシングファイバ５１とリファレンスファイバ７
１に入射する。そして、センシングファイバ５１を通過
したセンシング光と、リファレンスファイバ７１を通過
したリファレンス光とは共に、センサ用カプラ７０ａ、
出力用カプラ８０ａを介してＯ／Ｅ変換器１０に戻され
る。一方、入力用カプラ６０ａで分岐された他方のＦＭ
変調パルス光２２は、遅延ファイバ９２を介する次段セ
ンサ３０２に並列的に接続され、センシング光として、
初段センサ３０１と同様に遅延ファイバ９２ａ、出力用
カプラ８０ａを介してＯ／Ｅ変換器１０に戻される。３
段センサ以降も同様に配置される。このように、本実施
の形態では、各センサ部を構成する干渉計はマッハ・ツ
ェンダ方式の形態をとっている。
【００２２】そして、センシング光とリファレンス光と
の干渉波パルスは、出力用カプラ８０ａを経由してＯ／
Ｅ変換器１０により自乗検波され、さらに受信ゲート１
１ａで時間切り出しされて処理器１２ａへ送出される。
これらの構成からなるセンサ部は前述のように初段セン
サ３０１となる。また、次段センサ３０２を介して進行
したセンシング光とリファレンス光は遅延用ファイバ９
２を経由して干渉し、前述と同様の動作で、遅延ファイ
バ９２ａを経由して初段センサ２０１の干渉パルスから
は時間遅れしてＯ／Ｅ変換器１０に戻される。そして受
信ゲート１１ｂで時間切り出しされて処理器１２ｂへ送
出される。温度等の検出原理あるいは検出過程について
は、第１の実施の形態で説明した通りである。
の干渉波パルスは、出力用カプラ８０ａを経由してＯ／
Ｅ変換器１０により自乗検波され、さらに受信ゲート１
１ａで時間切り出しされて処理器１２ａへ送出される。
これらの構成からなるセンサ部は前述のように初段セン
サ３０１となる。また、次段センサ３０２を介して進行
したセンシング光とリファレンス光は遅延用ファイバ９
２を経由して干渉し、前述と同様の動作で、遅延ファイ
バ９２ａを経由して初段センサ２０１の干渉パルスから
は時間遅れしてＯ／Ｅ変換器１０に戻される。そして受
信ゲート１１ｂで時間切り出しされて処理器１２ｂへ送
出される。温度等の検出原理あるいは検出過程について
は、第１の実施の形態で説明した通りである。
【００２３】以上のように第３の実施の形態によれば、
センシングファイバ５１とリファレンスファイバ７１の
初期的な長さを同一にでき、さらにセンシングファイバ
とリファレンスファイバの振動変位が同一となるような
構造に設定できるので、振動などの外乱雑音はコモンモ
ードとなり、結果的に振動等の外乱の影響が軽減される
効果が高められる。また、第１，第２の実施の形態の構
成で必要とされていた入出力用カプラ３１が不要となる
ので、このカプラを通過する時の光の分割損（通常、パ
ワーが半分、往復で１／４となる）がなくなる効果があ
る。従って、多点計測の計測点を増やしたり、長距離の
遠隔計測に有利となる。
センシングファイバ５１とリファレンスファイバ７１の
初期的な長さを同一にでき、さらにセンシングファイバ
とリファレンスファイバの振動変位が同一となるような
構造に設定できるので、振動などの外乱雑音はコモンモ
ードとなり、結果的に振動等の外乱の影響が軽減される
効果が高められる。また、第１，第２の実施の形態の構
成で必要とされていた入出力用カプラ３１が不要となる
ので、このカプラを通過する時の光の分割損（通常、パ
ワーが半分、往復で１／４となる）がなくなる効果があ
る。従って、多点計測の計測点を増やしたり、長距離の
遠隔計測に有利となる。
【００２４】［第４の実施の形態］図４は本発明による
多点型光ファイバセンサの第４の実施の形態を示す構成
説明図である。以下、その構成を機能説明的な装置構成
によって説明する。まず、光源１ａは正弦波信号でＦＭ
変調されたレーザ光を送出し、送信ゲート２１はこのＦ
Ｍ変調されたレーザ光を周期的に一定の時間幅ｄでパル
ス化してＦＭ変調パルス光２２として送出する光ゲート
である。本実施の形態の特徴とする主な点は、第３の実
施の形態で分離させていた入力用カプラ６０ａと出力用
カプラ８０ａとを再び合体して、第１，第２の実施の形
態の構成に戻し、入出力用カプラ３１を復活させた上
で、センシングファイバ５１とリファレンスファイバ７
１を第３の実施の形態のように並列的に配設した光回路
構成としていることである。
多点型光ファイバセンサの第４の実施の形態を示す構成
説明図である。以下、その構成を機能説明的な装置構成
によって説明する。まず、光源１ａは正弦波信号でＦＭ
変調されたレーザ光を送出し、送信ゲート２１はこのＦ
Ｍ変調されたレーザ光を周期的に一定の時間幅ｄでパル
ス化してＦＭ変調パルス光２２として送出する光ゲート
である。本実施の形態の特徴とする主な点は、第３の実
施の形態で分離させていた入力用カプラ６０ａと出力用
カプラ８０ａとを再び合体して、第１，第２の実施の形
態の構成に戻し、入出力用カプラ３１を復活させた上
で、センシングファイバ５１とリファレンスファイバ７
１を第３の実施の形態のように並列的に配設した光回路
構成としていることである。
【００２５】送信ゲート２１を出射したＦＭ変調パルス
光２２は、入出力用カプラ３１を経由して分岐結合用カ
プラ６０ｂで分岐され、一方はセンサ用カプラ４１に送
られ、ここで均等にパワー分割され、センシングファイ
バ５１とリファレンスファイバ７１に入射する。そし
て、センシングファイバ５１を通過し反射器６１で反射
されたセンシング光と、リファレンスファイバ７１を通
過し反射器８１で反射たリファレンス光とは共に、セン
サ用カプラ４１、分岐結合用カプラ６０ｂ及び入出力用
カプラ３１を介して、Ｏ／Ｅ変換器１０に戻される。一
方、分岐結合用カプラ６０ｂで分岐された他方のＦＭ変
調パルス光２２は、遅延ファイバ９２を介する次段セン
サ４０２に直列的に接続され、センシング光として、初
段センサ４０１と同様に遅延用ファイバ９２、入出力用
カプラ３１を介してＯ／Ｅ変換器１０に戻される。３段
センサ以降も同様に配置される。このように、本実施の
形態では、各センサ部を構成する干渉計はマイケルソン
方式の形態をとっている。
光２２は、入出力用カプラ３１を経由して分岐結合用カ
プラ６０ｂで分岐され、一方はセンサ用カプラ４１に送
られ、ここで均等にパワー分割され、センシングファイ
バ５１とリファレンスファイバ７１に入射する。そし
て、センシングファイバ５１を通過し反射器６１で反射
されたセンシング光と、リファレンスファイバ７１を通
過し反射器８１で反射たリファレンス光とは共に、セン
サ用カプラ４１、分岐結合用カプラ６０ｂ及び入出力用
カプラ３１を介して、Ｏ／Ｅ変換器１０に戻される。一
方、分岐結合用カプラ６０ｂで分岐された他方のＦＭ変
調パルス光２２は、遅延ファイバ９２を介する次段セン
サ４０２に直列的に接続され、センシング光として、初
段センサ４０１と同様に遅延用ファイバ９２、入出力用
カプラ３１を介してＯ／Ｅ変換器１０に戻される。３段
センサ以降も同様に配置される。このように、本実施の
形態では、各センサ部を構成する干渉計はマイケルソン
方式の形態をとっている。
【００２６】センシング光とリファレンス光との干渉波
パルスは、前述のように入出力用カプラ３１を経由して
Ｏ／Ｅ変換器１０により自乗検波され、さらに受信ゲー
ト１１ａで時間切り出しされて処理器１２ａへ送出され
る。これらの構成からなるセンサ部は前述のように初段
センサ３０１となる。また、分岐結合用カプラ６０ｂで
分岐されたもう１つの光パルスは、遅延用ファイバ９２
を経由して次段センサ４０２に入り、同様の動作で次段
センサ４０２のセンシング光とリファレンス光として干
渉し、遅延用ファイバ９２を経由して前述と同様の動作
で、初段センサ４０１の干渉パルスからは時間遅れして
Ｏ／Ｅ変換器１０に戻される。そして受信ゲート１１ｂ
で時間切り出しされて処理器１２ｂへ送出される。温度
等の検出原理あるいは検出過程については、第１の実施
の形態で説明した通りである。
パルスは、前述のように入出力用カプラ３１を経由して
Ｏ／Ｅ変換器１０により自乗検波され、さらに受信ゲー
ト１１ａで時間切り出しされて処理器１２ａへ送出され
る。これらの構成からなるセンサ部は前述のように初段
センサ３０１となる。また、分岐結合用カプラ６０ｂで
分岐されたもう１つの光パルスは、遅延用ファイバ９２
を経由して次段センサ４０２に入り、同様の動作で次段
センサ４０２のセンシング光とリファレンス光として干
渉し、遅延用ファイバ９２を経由して前述と同様の動作
で、初段センサ４０１の干渉パルスからは時間遅れして
Ｏ／Ｅ変換器１０に戻される。そして受信ゲート１１ｂ
で時間切り出しされて処理器１２ｂへ送出される。温度
等の検出原理あるいは検出過程については、第１の実施
の形態で説明した通りである。
【００２７】以上のように第４の実施の形態によれば、
第１の実施の形態で述べた効果に加えて、さらに第３の
実施の形態の場合と同様に、センシングファイバ５１と
リファレンスファイバ７１の初期的な長さを同一にで
き、さらにセンシングファイバとリファレンスファイバ
の振動変位が同一となるような構造に設定できるので、
振動などの外乱雑音はコモンモードとなり、結果的に振
動等の外乱の影響が軽減される効果が高められる。ま
た、反射器６１，８１に磁気素子を付加した反射器（例
えば、Faraday Rotator Mirror）を用いることができる
ので、干渉時の偏光劣化が軽減できる利点が得られる。
第１の実施の形態で述べた効果に加えて、さらに第３の
実施の形態の場合と同様に、センシングファイバ５１と
リファレンスファイバ７１の初期的な長さを同一にで
き、さらにセンシングファイバとリファレンスファイバ
の振動変位が同一となるような構造に設定できるので、
振動などの外乱雑音はコモンモードとなり、結果的に振
動等の外乱の影響が軽減される効果が高められる。ま
た、反射器６１，８１に磁気素子を付加した反射器（例
えば、Faraday Rotator Mirror）を用いることができる
ので、干渉時の偏光劣化が軽減できる利点が得られる。
【００２８】次に、本発明の上記以外の利用形態につい
て、箇条書で説明する。 （１）第１，３，４の実施の形態において、センシング
ファイバとリファレンスファイバの配置位置は交換され
てもよい。 （２）第１，３，４の実施の形態において、センシング
ファイバとリファレンスファイバの初期的な長さは同一
でなくても、各ファイバ長が既知であればよい。 （３）第１，３，４の実施の形態において、センシング
ファイバとリファレンスファイバが差動動作をする機構
であっても、リファレンスファイバは計測対象から隔離
する構造であってもよい。 （４）第４の実施の形態において、センシングファイバ
とリファレンスファイバはそれぞれ反射器のみで終端す
る構成について説明したが、前記のように、磁気素子を
付加した反射器を用いてもよい。 （５）上述の各実施の形態において、光ファイバ伝送経
路上に増幅用の例えば光増幅器を付加・接続されても差
支えない。 （６）測定対象は上述の発明の実施の形態で例として説
明した温度以外に、圧力、歪み等の広範囲対象の物理的
変化や物性値変化等の直流信号に対しても対応可能であ
る。
て、箇条書で説明する。 （１）第１，３，４の実施の形態において、センシング
ファイバとリファレンスファイバの配置位置は交換され
てもよい。 （２）第１，３，４の実施の形態において、センシング
ファイバとリファレンスファイバの初期的な長さは同一
でなくても、各ファイバ長が既知であればよい。 （３）第１，３，４の実施の形態において、センシング
ファイバとリファレンスファイバが差動動作をする機構
であっても、リファレンスファイバは計測対象から隔離
する構造であってもよい。 （４）第４の実施の形態において、センシングファイバ
とリファレンスファイバはそれぞれ反射器のみで終端す
る構成について説明したが、前記のように、磁気素子を
付加した反射器を用いてもよい。 （５）上述の各実施の形態において、光ファイバ伝送経
路上に増幅用の例えば光増幅器を付加・接続されても差
支えない。 （６）測定対象は上述の発明の実施の形態で例として説
明した温度以外に、圧力、歪み等の広範囲対象の物理的
変化や物性値変化等の直流信号に対しても対応可能であ
る。
【００２９】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、正弦波状
のＥＭ変調光を出射する光源と、これをパルス化する送
信ゲートと、遅延せんを介して直列接続した複数個のセ
ンサアレイと、受光パルス列から時間ゲートでチヤネル
選択し干渉出力より複数個所の光路変化を時分割的に計
測する処理器を有するから、従来にない多点の直流信号
の計測が可能となった。そして、この構成では、光源及
び伝送用ファイバ等を測定点の数だけ準備する必要がな
くなるので、装備性、保守面及び価格面で、さらにセン
シング部の小型化も含めて大幅な装置性能改良に寄与す
る効果がある。
のＥＭ変調光を出射する光源と、これをパルス化する送
信ゲートと、遅延せんを介して直列接続した複数個のセ
ンサアレイと、受光パルス列から時間ゲートでチヤネル
選択し干渉出力より複数個所の光路変化を時分割的に計
測する処理器を有するから、従来にない多点の直流信号
の計測が可能となった。そして、この構成では、光源及
び伝送用ファイバ等を測定点の数だけ準備する必要がな
くなるので、装備性、保守面及び価格面で、さらにセン
シング部の小型化も含めて大幅な装置性能改良に寄与す
る効果がある。
【図１】本発明による多点型光ファイバセンサの第１の
実施の形態を示す構成説明図である。
実施の形態を示す構成説明図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す構成説明図で
ある。
ある。
【図３】本発明の第３の実施の形態を示す構成説明図で
ある。
ある。
【図４】本発明の第４の実施の形態を示す構成説明図で
ある。
ある。
【図５】従来の光ファイバ温度センサを示す構成説明図
である。
である。
１，１ａ 光源 ２，３１ 入出力用カプラ ３，４１，７０ａ センサ用カプラ ４，５１ センシングファイバ ５，７，８１ 反射器 ６，７１ リファレンスファイバ ８，１０ Ｏ／Ｅ変換器 １１ａ，１１ｂ 受信ゲート １２ａ，１２ｂ 処理器 ２１ 送信ゲート ２２ ＦＭ変調パルス光 ６０ａ 入力用カプラ ６０ｂ 分岐結合用カプラ− ６１，４０ａ，５０ａ セミ反射器 ８０ａ 出力用カプラ ９２，９２ａ 遅延用ファイバ １０１，２０１，３０１，４０１ 初段センサ １０２，２０２，３０２，４０２ 次段センサ
Claims (5)
- 【請求項１】 正弦波状のＦＭ変調光を出射する光源
と、前記ＦＭ変調光を所定の周期及び時間幅でパルス化
してＦＭ変調パルス光を出力する送信ゲートと、前記Ｆ
Ｍ変調パルス光を遅延ファイバを介して配設された複数
の単位センサを直列的に接続して形成したセンサアレイ
に導入する光カプラと、前記各単位センサを構成する光
ファイバによって形成された干渉計と、この干渉計から
戻ってくる干渉光を受光パルス列から時間ゲートでチャ
ネル選択する受信ゲートと、この受信ゲートからの干渉
出力の周波数より求めた多点の光路変化を直流的な物理
変化値に換算する処理器とを有することを特徴とする多
点型光ファイバセンサ。 - 【請求項２】 センサアレイにおける各単位センサの干
渉計構成は、一方の光ファイバ端をセミ反射器で終端
し、次段の前記単位センサに接続するマイケルソン方式
であることを特徴とする請求項１記載の多点型光ファイ
バセンサ。 - 【請求項３】 センサアレイにおける各単位センサの干
渉計構成は、光ファイバ端をセミ反射器で終端し、次段
の前記単位センサに接続するファブリ・ペロ方式である
ことを特徴とする請求項１記載の多点型光ファイバセン
サ。 - 【請求項４】 センサアレイにおける各単位センサの干
渉計構成は、単位センサを光カプラで分岐接続するマッ
ハ・ツェンダ方式であることを特徴とする請求項１記載
の多点型光ファイバセンサ。 - 【請求項５】 センサアレイにおける各単位センサの干
渉計構成は、単位センサを光カプラで分岐接続するマイ
ケルソン方式であることを特徴とする請求項１記載の多
点型光ファイバセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13816896A JP3259213B2 (ja) | 1996-05-31 | 1996-05-31 | 多点型光ファイバセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13816896A JP3259213B2 (ja) | 1996-05-31 | 1996-05-31 | 多点型光ファイバセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09318462A true JPH09318462A (ja) | 1997-12-12 |
| JP3259213B2 JP3259213B2 (ja) | 2002-02-25 |
Family
ID=15215626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13816896A Expired - Fee Related JP3259213B2 (ja) | 1996-05-31 | 1996-05-31 | 多点型光ファイバセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3259213B2 (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1996
- 1996-05-31 JP JP13816896A patent/JP3259213B2/ja not_active Expired - Fee Related
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