JPH1079713A - Frequency division and multiplexing optical fiber sensor system - Google Patents

Frequency division and multiplexing optical fiber sensor system

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JPH1079713A
JPH1079713A JP23483296A JP23483296A JPH1079713A JP H1079713 A JPH1079713 A JP H1079713A JP 23483296 A JP23483296 A JP 23483296A JP 23483296 A JP23483296 A JP 23483296A JP H1079713 A JPH1079713 A JP H1079713A
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signal
band
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Koji Dobashi
孝治 土橋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide more optical fibers in one system, to multiplex them and to reduce the cost by measuring a wide band signal such as a current signal at multiple points through the use of 9 plural optical fibers. SOLUTION: A side band inn an unwanted beat frequency generated in a part converted k an O/E converter 3 is removed in a reception gate 60. Since return components generated in the gate 60 are removed in band pass filters 4-1 and 4-2, noise components are not mixed in respective demodulation processors 5-1 and 5-2. The filters 4-1 and 4-2 operate as interpolation filters, and the pulse output signals of the gate 60 are interpulse-interpolated. Then, they are outputted as continuous signals. Thus, the respective side bands owing to the unnecessary beat components are prevented from leaking and they are prevented from affecting other optical fiber sensor signals as noise. Thus, the number of the optical fiber sensors of one system is increased axed much more multiplexing can be executed. Then, the number of systems required for measurement can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は複数の光ファイバを
利用して電流信号等の広帯域信号を多点計測し、検出す
る周波数分割多重方式光ファイバセンサに関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a frequency division multiplexing type optical fiber sensor for measuring and detecting a wideband signal such as a current signal at multiple points using a plurality of optical fibers.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、このような周波数分割多重方式光
ファイバセンサシステムの技術としては「Frequency-di
vision multiplexing of optical-fiber sensors using
a frequency-modulated source 」、Optical and Qant
um Electronics Vol.18,No.4(1986)、I.Sakai に記載さ
れているようなものがある。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a technology of such a frequency division multiplexing type optical fiber sensor system, "Frequency-division
vision multiplexing of optical-fiber sensors using
a frequency-modulated source '', Optical and Qant
um Electronics Vol. 18, No. 4 (1986), I. Sakai.

【0003】図7は上記文献に基づいた周波数分割多重
(FDM)方式光ファイバセンサの構成図である。図に
おいて、1は光源であり、LFM(Linear Fr
equency Modulation)変調され、鋸
歯状波に周波数が変調するレーザ光信号を出力する。2
はセンサアレイであり、複数の光ファイバセンサで構成
されている。図7では第1及び第2の光ファイバセンサ
2−0−1及び2−0−2を図示してある。光源1から
出力されたレーザ光信号は入力用カプラ2−1−1で分
岐され、一方は第1の光ファイバセンサ2−0−1への
光路を進み、もう一方は第2の光ファイバセンサ2−0
−2への光路を進む。第1の光ファイバセンサ2−0−
1では、センサ用カプラ2−2−1で均等にパワー分割
され、一方はセンシング光としてセンシングファイバ2
−3−1を通過する。もう一方はリファレンス光として
リファレンスファイバ2−4−1を通過する。センシン
グファイバ2−3−1とリファレンスファイバ2−4−
1とは、磁歪効果等により測定する物理量に対応して光
路長が変化し、これが位相変化を生じさせる。センシン
グファイバ2−3−1とリファレンスファイバ2−4−
1とを通過したレーザ光信号はセンサ用カプラ2−5−
1で結合されて干渉し、出力用カプラ2−6−1で他の
光ファイバセンサを通過した信号と結合されて出力され
る。この動作は並列に接続された他の光ファイバセンサ
でも同様に行われる。
FIG. 7 is a configuration diagram of a frequency division multiplexing (FDM) type optical fiber sensor based on the above-mentioned document. In the figure, reference numeral 1 denotes a light source, and LFM (Linear Fr)
It outputs a laser light signal that is modulated by a frequency modulation and the frequency of which is modulated to a sawtooth wave. 2
Denotes a sensor array, which includes a plurality of optical fiber sensors. FIG. 7 illustrates the first and second optical fiber sensors 2-0-1 and 2-0-2. A laser light signal output from the light source 1 is branched by an input coupler 2-1-1, one of which travels along an optical path to a first optical fiber sensor 2-0-1 and the other is a second optical fiber sensor. 2-0
Follow the light path to -2. First optical fiber sensor 2-0-
1, the power is equally divided by the sensor coupler 2-2-1, and one is divided into the sensing fiber 2 as the sensing light.
Pass through -3-1. The other passes through the reference fiber 2-4-1 as reference light. Sensing fiber 2-3-1 and reference fiber 2-4-
1 means that the optical path length changes according to the physical quantity measured by the magnetostriction effect or the like, which causes a phase change. Sensing fiber 2-3-1 and reference fiber 2-4-
The laser light signal that has passed through 1 is coupled to the sensor coupler 2-5.
1 and interfere with each other, and are combined with the signal passed through another optical fiber sensor by the output coupler 2-6-1 and output. This operation is similarly performed for other optical fiber sensors connected in parallel.

【0004】3はO/E変換器であり、光センサアレイ
2で干渉されたレーザ光信号が自乗検波され、電圧に変
換される。4−1及び4−2は帯域通過フィルタ(BP
F)であり、それぞれ決まった周波数帯域の信号を通過
させる。5−1及び5−2は復調処理器であり、それぞ
れ帯域通過フィルタ4−1及び4−2を通過した信号を
復調して出力する。
[0004] Reference numeral 3 denotes an O / E converter, which square-detects the laser light signal interfered by the optical sensor array 2 and converts it into a voltage. 4-1 and 4-2 are band pass filters (BP
F), and passes signals in the respective determined frequency bands. 5-1 and 5-2 are demodulation processors that demodulate and output signals that have passed through the band-pass filters 4-1 and 4-2, respectively.

【0005】光源1が、繰り返し周期T[sec]、周
波数掃引レートa[Hz/sec]のLFM変調された
レーザ光信号を出力し、また第1の光ファイバセンサを
構成するセンシングファイバ2−3−1とリファレンス
ファイバ2−4−1とには光路差がΔL1 あると設定す
る。この時、センサ用カプラ2−5−1では、センシン
グ光とリファレンス光とが伝搬時間差τ1 (=光路差Δ
1 /光速)を伴って干渉するため(LFM光が時間差
τ1 で干渉するため)、O/E変換器3から出力される
信号には、a×τ1 [Hz]の周波数を持つビート信号
が含まれる。
A light source 1 outputs an LFM-modulated laser light signal having a repetition period T [sec] and a frequency sweep rate a [Hz / sec], and a sensing fiber 2-3 constituting a first optical fiber sensor. −1 and the reference fiber 2-4-1 are set to have an optical path difference ΔL 1 . At this time, in the sensor coupler 2-5-1, the sensing light and the reference light have a propagation time difference τ 1 (= optical path difference Δ).
L 1 / velocity of light) to interfere with the (for LFM light interfere with the time difference tau 1), the signal output from the O / E converter 3, beats having a frequency of a × τ 1 [Hz] Signal is included.

【0006】磁歪効果等を利用して、センシング光とリ
ファレンス光との間に、測定する物理量に対応した位相
変化Φ1 (t)が発生するようにしておくと、O/E変
換器3から出力される信号は、振幅値をAとすると、上
述のビート信号も含めて、Acos(2πaτ1 t+Φ
1 (t))で表される。これを中心周波数aτ1 の帯域
通過フィルタ4−1に通過させ、復調処理器5−1でF
M検波等の処理をして電流信号Φ1 として復調を行い、
出力する。
If the phase change Φ 1 (t) corresponding to the physical quantity to be measured is generated between the sensing light and the reference light by utilizing the magnetostriction effect or the like, the O / E converter 3 Assuming that the amplitude value is A, the output signal includes Acos (2πaτ 1 t + Φ) including the above-mentioned beat signal.
1 (t)). This was passed through a band pass filter 4-1 center frequency Eitau 1 a, F the demodulation processor 5-1
It performs demodulation as a current signal Φ 1 by performing processing such as M detection,
Output.

【0007】また第2の光ファイバセンサでは、センシ
ングファイバ2−3−2とリファレンスファイバ2−4
−2との光路差をΔL2 ≠ΔL1 とし、その時のビート
周波数がa×τ2 [Hz]となるようにする。O/E変
換器3を通過した信号は、中心周波数aτ2 の帯域通過
フィルタ4−2に通過させ、復調処理器5−2でFM検
波等の処理をして電流信号Φ2 として復調を行い、出力
する。
In the second optical fiber sensor, a sensing fiber 2-3-2 and a reference fiber 2-4 are used.
The optical path difference from −2 is set to ΔL 2 LΔL 1 and the beat frequency at that time is set to a × τ 2 [Hz]. O / E signal which has passed through the transducer 3, passed through the band-pass filter 4-2 center frequency Eitau 2, demodulates the current signal [Phi 2 by the processing of FM detection such as the demodulation processor 5-2 ,Output.

【0008】このように各光ファイバセンサにより干渉
された信号は、周波数の異なった搬送波によって伝送さ
れる。すなわち周波数多重伝送される。通常は、ΔLn
=ΔL1 ×nと設定してそれぞれの光ファイバセンサの
光路差を変更し、n番目の光ファイバセンサのビート周
波数a×τn を(a×τ1 )×nとなるようにしてお
く。
The signals interfered by the respective optical fiber sensors are transmitted by carrier waves having different frequencies. That is, frequency multiplex transmission is performed. Usually, ΔL n
= ΔL 1 × n to change the optical path difference of each optical fiber sensor so that the beat frequency a × τ n of the n-th optical fiber sensor becomes (a × τ 1 ) × n.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかし上記ような周波
数のビート信号を発生させる方法では、光源1の周波数
を繰り返し周期T[sec]で掃引するため、図6のタ
イムチャートに示すように掃引切り替え時にa×τ[H
z]以外の不要なビート周波数が発生する。そのため、
a×τ[Hz]のビート信号の他に、a×τ[Hz]か
ら掃引周波数(1/T)[Hz]離れた部分に側波帯が
生じ、この側波帯の広域成分の漏れ込みにより、他の光
ファイバセンサの信号には雑音がのってしまう。この側
波帯の強度を抑え、他の光ファイバセンサの信号に影響
を与えないようにするためには、光路差ΔLと周波数掃
引率aとを小さくする必要がある。多重化の際に光路差
ΔLに差を設け、異なったビート周波数(光路差と周波
数掃引率との積)を発生させるため、光路差ΔLの増加
に制約があると、必然的に多重化される数は低く制限さ
れることになる。したがって計測点数も限定され、この
計測点数を増やすためには、このような光ファイバセン
サシステムを複数備える必要があり、装備性、価格性の
面で不便であるという問題が生じていた。
However, in the method of generating a beat signal having the above frequency, the frequency of the light source 1 is swept at a repetition period T [sec], so that the sweep switching is performed as shown in the time chart of FIG. Sometimes a × τ [H
Unnecessary beat frequencies other than z] occur. for that reason,
In addition to the beat signal of a × τ [Hz], a sideband is generated at a portion separated from a × τ [Hz] by a sweep frequency (1 / T) [Hz], and leakage of a wide-range component of the sideband is generated. As a result, noise is added to the signal of another optical fiber sensor. In order to suppress the intensity of the sideband and not affect the signals of other optical fiber sensors, it is necessary to reduce the optical path difference ΔL and the frequency sweep rate a. At the time of multiplexing, a difference is provided in the optical path difference ΔL to generate a different beat frequency (the product of the optical path difference and the frequency sweep rate). Therefore, if there is a restriction on the increase in the optical path difference ΔL, multiplexing is inevitable. Numbers will be limited lower. Therefore, the number of measurement points is also limited, and in order to increase the number of measurement points, it is necessary to provide a plurality of such optical fiber sensor systems, and there has been a problem in that it is inconvenient in terms of equipment and cost.

【0010】そこで、1システムでより多くの光ファイ
バセンサが装備でき、価格を抑えられるような周波数分
割多重方式光ファイバセンサの実現が望まれていた。
Therefore, it has been desired to realize a frequency division multiplexing type optical fiber sensor which can be equipped with a larger number of optical fiber sensors in one system and can reduce the price.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】第1の発明に係る周波数
分割多重方式光ファイバセンサシステムは、レーザ光電
界の周波数を鋸歯波形状に線形周波数変調したレーザ光
を出力する光源と、測定対象の物理量に対応して光路長
が変化する2つの光ファイバを複数組有し、それぞれの
組が基準の遅延時間差の整数倍で、かつそれぞれの組に
異なる遅延時間差を持たせて、それぞれの組の光ファイ
バにレーザ光を透過させて干渉させる光ファイバセンサ
手段と、干渉したレーザ光を自乗検波して検波信号(電
圧)に変換する光−電圧変換手段と、干渉したレーザ光
の検波信号の内、検波信号の周波数が変移する部分を除
いて通過させる受信ゲートと、受信ゲートを通過した検
波信号の内、それぞれの組の遅延時間差に基づいた周波
数を中心周波数とする周波数帯域の検波信号を通過させ
る複数の帯域通過フィルタと、複数の帯域通過フィルタ
を通過したそれぞれの検波信号を復調し、物理量に対応
した位相信号を有する復調信号をそれぞれ出力する複数
の位相復調手段とを備えている。本発明においては、光
源が、レーザ光電界の周波数が鋸歯波形状に線形周波数
変調されたレーザ光を出力する。光ファイバセンサ手段
において、各組の光ファイバでは測定対象の物理量に対
応した光路長変化が生じるため、各組の光ファイバを通
過したレーザ光の干渉光には位相の変化が生じる。それ
ぞれの組が、基準となる遅延時間差の整数倍で、かつ他
の組とは異なる遅延時間差が生じるようにしてそれぞれ
の光ファイバにレーザ光を通過させる。干渉したレーザ
光は、光−電圧変換手段で自乗検波されて電圧に変換さ
れる。受信ゲートは、干渉光の周波数が変移する部分に
発生する側波帯を除去するために、干渉したレーザ光を
変換した検波信号の内、検波信号の周波数が変移する部
分を除いて通過させる。複数の帯域通過フィルタはそれ
ぞれ通過させる帯域の中心周波数をそれぞれの組の遅延
時間差に基づいた周波数に設定する。受信ゲートを通過
したパルス状の検波信号を所定帯域通過させ、かつ補間
を行って連続信号として通過させる。複数の位相復調手
段は、帯域通過フィルタを通過した検波信号を復調し、
測定対象の物理量に対応した位相信号を有する復調信号
を出力する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a frequency division multiplexing type optical fiber sensor system comprising: a light source for outputting a laser beam in which the frequency of a laser light electric field is linearly frequency-modulated into a sawtooth waveform; A plurality of sets of two optical fibers whose optical path lengths change in accordance with physical quantities are provided. Each set is an integral multiple of a reference delay time difference, and each set has a different delay time difference. Optical fiber sensor means for transmitting laser light through an optical fiber to cause interference, optical-voltage conversion means for square-detecting the interfering laser light to convert it into a detection signal (voltage), and a detection signal of the interference laser light. , The reception gate that passes except for the part where the frequency of the detection signal changes, and the frequency based on the delay time difference of each pair of the detection signals that have passed through the reception gate is defined as the center frequency. Filters that pass detection signals of different frequency bands, and a plurality of phase demodulators that demodulate the detection signals that have passed through the plurality of bandpass filters and output demodulated signals having phase signals corresponding to physical quantities, respectively. Means. In the present invention, the light source outputs the laser light in which the frequency of the laser light electric field is linearly frequency-modulated in a sawtooth waveform. In the optical fiber sensor means, a change in the optical path length corresponding to the physical quantity of the object to be measured occurs in each set of optical fibers, so that the phase of the interference light of the laser light passing through each set of optical fibers changes. The laser light passes through each optical fiber such that each set has an integer multiple of the reference delay time difference and a different delay time difference from the other sets. The interfering laser light is square-detected by the light-to-voltage converter and converted into a voltage. In order to remove a sideband generated at a portion where the frequency of the interference light changes, the reception gate passes the detected detection signal obtained by converting the interfered laser light except for a portion where the frequency of the detection signal changes. The plurality of band-pass filters set the center frequency of the band to be passed to a frequency based on the delay time difference of each set. The pulse-like detection signal that has passed through the reception gate is passed through a predetermined band, and is interpolated to be passed as a continuous signal. The plurality of phase demodulation means demodulate the detection signal passed through the band-pass filter,
A demodulated signal having a phase signal corresponding to the physical quantity to be measured is output.

【0012】また第2の発明に係る周波数分割多重方式
光ファイバセンサシステムは、レーザ光電界の周波数を
鋸歯波形状に線形周波数変調したレーザ光を出力する光
源と、光源が出力した前記レーザ光の内、レーザ光電界
の周波数が線形に変化する部分のレーザ光を透過させる
送信ゲートと、測定対象の物理量に対応して光路長が変
化する2つの光ファイバを複数組有し、それぞれの組が
基準の遅延時間差の整数倍で、かつそれぞれの組が異な
る遅延時間差を持たせて、それぞれの組の光ファイバに
前記レーザ光を透過させて干渉させる光ファイバセンサ
手段と、干渉したレーザ光を自乗検波して電圧に変換す
る光−電圧変換手段と、光−電圧変換手段を通過した検
波信号の内、それぞれの組の遅延時間差に基づいた周波
数を中心周波数とする周波数帯域の検波信号を通過させ
る複数の帯域通過フィルタと、複数の帯域通過フィルタ
を通過したそれぞれの検波信号を復調し、物理量に対応
した位相信号を有する復調信号をそれぞれ出力する複数
の移動復調手段とを備えている。本発明においては、光
源が、レーザ光電界の周波数が鋸歯波形状に線形周波数
変調されたレーザ光を出力する。不要なビート成分を発
生させる原因となる周波数掃引時のレーザ光を除いて通
過させるために、送信ゲートがレーザ光電界の周波数が
線形に変化する部分のレーザ光を通過させ、パルス状の
線形周波数変調のレーザ光として出力する。光ファイバ
センサ手段において、各組の光ファイバでは測定対象の
物理量に対応した光路長変化が生じるため、各組の光フ
ァイバを通過したレーザ光の干渉光には位相の変化が生
じる。それぞれの組が、基準となる遅延時間差の整数倍
で、かつ他の組とは異なる遅延時間差が生じるようにし
てそれぞれの光ファイバにレーザ光を通過させる。干渉
したレーザ光は、光−電圧変換手段で自乗検波されて電
圧に変換される。複数の帯域通過フィルタはそれぞれ通
過させる帯域の中心周波数をそれぞれの組のに基づいた
周波数に設定する。受信ゲートを通過したパルス状の信
号を所定帯域通過させ、かつ補間を行って連続信号とし
て通過させる。複数の位相復調手段は、帯域通過フィル
タを通過した検波信号を復調し、測定対象の物理量に対
応した位相信号を有する復調信号を出力する。
Further, a frequency division multiplexing type optical fiber sensor system according to a second aspect of the present invention provides a light source for outputting a laser beam in which the frequency of a laser light electric field is linearly frequency-modulated in a sawtooth waveform, Among them, there are a plurality of sets of a transmission gate that transmits laser light in a portion where the frequency of the laser light electric field changes linearly, and two sets of two optical fibers whose optical path length changes in accordance with the physical quantity to be measured. An optical fiber sensor means for causing the laser light to pass through and interfere with each set of optical fibers with an integer multiple of the reference delay time difference, and each set having a different delay time difference; Light-to-voltage conversion means for detecting and converting to voltage, and among the detection signals passing through the light-to-voltage conversion means, the frequency based on the delay time difference of each pair is defined as the center frequency. And a plurality of mobile demodulators that demodulate the respective detection signals that have passed through the plurality of band-pass filters and output demodulated signals having phase signals corresponding to physical quantities, respectively. Means. In the present invention, the light source outputs the laser light in which the frequency of the laser light electric field is linearly frequency-modulated in a sawtooth waveform. The transmission gate passes the laser light in a portion where the frequency of the laser light electric field changes linearly, so that the laser light passes through, except for the laser light at the time of frequency sweep, which causes unnecessary beat components. Output as modulated laser light. In the optical fiber sensor means, a change in the optical path length corresponding to the physical quantity of the object to be measured occurs in each set of optical fibers, so that the phase of the interference light of the laser light passing through each set of optical fibers changes. The laser light passes through each optical fiber such that each set has an integer multiple of the reference delay time difference and a different delay time difference from the other sets. The interfering laser light is square-detected by the light-to-voltage converter and converted into a voltage. The plurality of bandpass filters set the center frequency of the band to be passed to a frequency based on each set. The pulse-like signal that has passed through the reception gate is passed through a predetermined band, and is interpolated to be passed as a continuous signal. The plurality of phase demodulation units demodulate the detection signal that has passed through the band-pass filter, and output a demodulated signal having a phase signal corresponding to a physical quantity to be measured.

【0013】また第3の発明に係る周波数分割多重方式
光ファイバセンサシステムは、レーザ光電界の周波数を
正弦波形状に周波数変調されたレーザ光を出力する光源
と、測定対象の物理量に対応して光路長が変化する2つ
の光ファイバを複数組有し、それぞれの組が基準の遅延
時間差の整数倍で、かつそれぞれの組が異なる遅延時間
差を持たせて、それぞれの組の光ファイバにレーザ光を
透過させて干渉させる光ファイバセンサ手段と、干渉し
たレーザ光を自乗検波して電圧に変換する光−電圧変換
手段と、光−電圧変換手段が出力した検波信号の内、瞬
時周波数がほぼ一定となる検波信号部分を中心とした所
定幅の出力信号を通過させる受信ゲートと、受信ゲート
を通過した信号の内、それぞれの組の遅延時間差に基づ
いた周波数を中心周波数とする周波数帯域の信号を通過
させる複数の帯域通過フィルタと、複数の帯域通過フィ
ルタを通過したそれぞれの信号を復調し、物理量に対応
した位相信号を有する復調信号をそれぞれ出力する複数
の位相復調手段とを備えている。本発明においては、光
源が、レーザ光電界の周波数を正弦波形状に周波数変調
したレーザ光を出力する。光ファイバセンサ手段におい
て、各組の光ファイバは測定対象の物理量に対応した光
路長変化が生じるため、各組の光ファイバを通過したレ
ーザ光の干渉光には位相の変化が生じる。それぞれの組
が、基準となる遅延時間差の整数倍で、かつ他の組とは
異なる遅延時間差が生じるようにしてそれぞれの光ファ
イバにレーザ光を通過させる。干渉したレーザ光は、光
−電圧変換手段で自乗検波されて電圧に変換される。受
信ゲートは、検波信号の瞬時周波数がほぼ一定となる部
分を中心として所定幅だけ信号を通過させる。したがっ
て通過する信号のビート周波数が一定であると見なせ
る。複数の帯域通過フィルタはそれぞれ通過させる帯域
の中心周波数をそれぞれの組の遅延時間差に基づいた周
波数として設定する。受信ゲートを通過したパルス状の
信号を所定帯域通過させ、かつ補間を行って連続信号と
して通過させる。複数の位相復調手段は、帯域通過フィ
ルタを通過した検波信号を復調し、測定対象の物理量に
対応した位相信号を有する復調信号を出力する。
A frequency division multiplexing optical fiber sensor system according to a third aspect of the present invention provides a light source for outputting laser light whose frequency of a laser light electric field is modulated into a sine wave shape and a physical quantity to be measured. A plurality of sets of two optical fibers having different optical path lengths are provided, each set having an integral multiple of a reference delay time difference, and each set having a different delay time difference. Fiber-optic sensor means for transmitting and causing interference, light-to-voltage conversion means for square-detecting the interfering laser light and converting it to voltage, and the instantaneous frequency of the detection signal output from the light-to-voltage conversion means is substantially constant A reception gate that passes an output signal of a predetermined width centered on a detection signal portion to be detected, and a frequency centered on a delay time difference of each pair among signals that have passed through the reception gate. A plurality of band-pass filters for passing signals in a frequency band having a wave number; and a plurality of phase demodulators for demodulating respective signals passing through the plurality of band-pass filters and outputting demodulated signals having phase signals corresponding to physical quantities, respectively. Means. In the present invention, the light source outputs a laser beam obtained by frequency-modulating the frequency of the laser beam electric field into a sine wave shape. In the optical fiber sensor means, since the optical path length of each set of optical fibers changes according to the physical quantity to be measured, the phase of the interference light of the laser light passing through each set of optical fibers changes. The laser light passes through each optical fiber such that each set has an integer multiple of the reference delay time difference and a different delay time difference from the other sets. The interfering laser light is square-detected by the light-to-voltage converter and converted into a voltage. The reception gate allows the signal to pass through a predetermined width around a portion where the instantaneous frequency of the detected signal is substantially constant. Therefore, it can be considered that the beat frequency of the passing signal is constant. The plurality of bandpass filters set the center frequency of the band to be passed as a frequency based on the delay time difference of each set. The pulse-like signal that has passed through the reception gate is passed through a predetermined band, and is interpolated to be passed as a continuous signal. The plurality of phase demodulation units demodulate the detection signal that has passed through the band-pass filter, and output a demodulated signal having a phase signal corresponding to a physical quantity to be measured.

【0014】また第4の発明に係る周波数分割多重方式
光ファイバセンサシステムは、レーザ光電界の周波数を
正弦波形状に周波数変調されたレーザ光を出力する光源
と、光源が出力したレーザ光の内、瞬時周波数変化が線
形となる部分を中心とした所定幅のレーザ光を通過させ
る送信ゲートと、測定対象の物理量に対応して光路長が
変化する2つの光ファイバを複数組有し、それぞれの組
が基準の遅延時間差の整数倍で、かつそれぞれの組が異
なる遅延時間差を持たせて、それぞれの組の光ファイバ
に前記レーザ光を透過させて干渉させる光ファイバセン
サ手段と、干渉したレーザ光を自乗検波して電圧に変換
する光−電圧変換手段と、それぞれの組の遅延時間差に
基づいた周波数を中心周波数とする周波数帯域を透過さ
せる複数の帯域通過フィルタと、複数の帯域通過フィル
タを通過したそれぞれの検波信号を復調し、物理量に対
応した位相信号を有する復調信号をそれぞれ出力する複
数の位相復調手段とを備えている。本発明においては、
光源が、レーザ光電界の周波数を正弦波形状に周波数変
調されたレーザ光を出力する。送信ゲートは、レーザ光
の瞬時周波数変化が線形となる部分を中心として所定幅
だけレーザ光を通過させる。したがって通過したレーザ
光は線形なパルス状のレーザ光であると見なせるため、
線形周波数変調されたレーザ光と同じように扱える。光
ファイバセンサ手段において、各組の光ファイバは測定
対象の物理量に対応した光路長変化が生じるため、各組
の光ファイバを通過したレーザ光の干渉光には位相の変
化が生じる。それぞれの組が、基準となる遅延時間差の
整数倍で、かつ他の組とは異なる遅延時間差が生じるよ
うにしてそれぞれの光ファイバにレーザ光を通過させ
る。干渉したレーザ光信号は、光−電圧変換手段で自乗
検波されて電圧に変換される。複数の帯域通過フィルタ
はそれぞれ通過させる帯域の中心周波数をそれぞれの組
の遅延時間差に基づいた周波数として設定する。受信ゲ
ートを通過したパルス状の信号を所定帯域通過させ、か
つ補間を行って連続信号として通過させる。複数の位相
復調手段は、帯域通過フィルタを通過した検波信号を復
調し、測定対象の物理量に対応した位相信号を有する復
調信号を出力する。
Further, a frequency division multiplexing type optical fiber sensor system according to a fourth aspect of the present invention provides a light source for outputting laser light whose frequency of a laser light electric field is modulated into a sine wave shape, and A transmission gate for passing a laser beam of a predetermined width centered on a portion where the instantaneous frequency change is linear, and a plurality of sets of two optical fibers whose optical path length changes in accordance with a physical quantity to be measured. An optical fiber sensor means for causing each set to have an integer multiple of the reference delay time difference, and each set having a different delay time difference, transmitting the laser light through each set of optical fibers and causing interference; and And a plurality of band-pass filters that transmit a frequency band centered on a frequency based on the delay time difference between each pair. A filter, and a plurality of phase demodulating means for demodulating each of the detection signal passing through the plurality of the band-pass filter, and outputs the demodulated signal with a phase signal corresponding to the physical quantity. In the present invention,
A light source outputs a laser light whose frequency of a laser light electric field is frequency-modulated into a sine wave shape. The transmission gate allows the laser light to pass through a predetermined width around a portion where the instantaneous frequency change of the laser light is linear. Therefore, the transmitted laser light can be regarded as a linear pulsed laser light,
It can be handled in the same way as linear frequency modulated laser light. In the optical fiber sensor means, since the optical path length of each set of optical fibers changes according to the physical quantity to be measured, the phase of the interference light of the laser light passing through each set of optical fibers changes. The laser light passes through each optical fiber such that each set has an integer multiple of the reference delay time difference and a different delay time difference from the other sets. The interfering laser light signal is square-detected by the light-to-voltage converter and converted into a voltage. The plurality of bandpass filters set the center frequency of the band to be passed as a frequency based on the delay time difference of each set. The pulse-like signal that has passed through the reception gate is passed through a predetermined band, and is interpolated to be passed as a continuous signal. The plurality of phase demodulation units demodulate the detection signal that has passed through the band-pass filter, and output a demodulated signal having a phase signal corresponding to a physical quantity to be measured.

【0015】また第5の発明に係る周波数分割多重方式
光ファイバセンサシステムの光ファイバセンサ手段は、
各組の光源から前記光−電圧変換手段までの光路距離が
等しくなるようにその光路長が設定される。したがっ
て、各組の光ファイバで干渉されたレーザ光の周波数が
変移する部分が、ほぼ同じタイミングで光−電圧変換器
に入力される。したがってレーザ光の周波数が変移する
部分の検波信号を除く際の受信ゲートのゲート幅の設定
を簡単にする。
Further, the optical fiber sensor means of the frequency division multiplexing type optical fiber sensor system according to the fifth invention comprises:
The optical path length is set so that the optical path distance from each set of light sources to the light-to-voltage conversion means is equal. Therefore, portions where the frequency of the laser light interfering with each set of optical fibers changes are input to the optical-to-voltage converter at substantially the same timing. Therefore, the setting of the gate width of the reception gate when removing the detection signal in the portion where the frequency of the laser beam changes is simplified.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

実施形態1.図1は本発明の第1の実施の形態に係るF
DM方式光ファイバセンサシステムの構成図と、レーザ
光信号の周波数及び受信ゲート60のタイムチャートで
ある。図1(a)において1は光源であり、LFM(L
inear Frequency Modulatio
n)変調され、鋸歯状波形に周波数が変調するレーザ光
信号を出力する。2はセンサアレイであり、複数のマッ
ハツェンダ干渉方式の干渉計による光ファイバセンサで
構成されている。各光ファイバセンサは入力用カプラ、
出力用カプラ、センシングファイバ、リファレンスファ
イバ及び2つのセンサ用カプラで構成されている。図1
では第1及び第2の光ファイバセンサ2−0−1及び2
−0−2を図示してある。光源1から出力されたレーザ
光信号は入力用カプラ2−1−1で分岐され、一方は第
1の光ファイバセンサ2−0−1への光路を進み、もう
一方は後段である第2の光ファイバセンサ2−0−2へ
の光路を進む。第1の光ファイバセンサ2−0−1で
は、レーザ光信号はセンサ用カプラ2−2−1で均等に
パワー分割され、一方はセンシング光としてセンシング
ファイバ2−3−1を通過する。もう一方はリファレン
ス光としてリファレンスファイバ2−4−1を通過す
る。センシングファイバ2−3−1は、磁歪効果等によ
り測定される物理量に対応して光路長が変化するので、
物理量に対応した位相変化が生ずる。センシングファイ
バ2−3−1とリファレンスファイバ2−4−1とを通
過したレーザ光信号はセンサ用カプラ2−5−1で結合
されて干渉し、出力用カプラ2−6−1で他の光ファイ
バセンサを通過した信号と結合されて出力される。この
ような動作が並列に接続された他の光ファイバセンサで
も同様に行われる。3はO/E変換器であり、光センサ
アレイ2で干渉されたレーザ光信号を自乗検波し、電圧
に変換する。4−1及び4−2は帯域通過フィルタ(B
PF)であり、それぞれ決まった周波数帯域の信号を通
過させる。5−1及び5−2は復調処理器であり、それ
ぞれ帯域通過フィルタ4−1又は帯域通過フィルタ4−
2を通過した信号を復調して出力する。
Embodiment 1 FIG. FIG. 1 is a diagram showing an F-mode according to a first embodiment of the present invention.
3A and 3B are a configuration diagram of a DM optical fiber sensor system, a frequency of a laser light signal, and a time chart of a reception gate 60. In FIG. 1A, reference numeral 1 denotes a light source, and LFM (L
inner Frequency Modulatio
n) outputting a modulated laser light signal whose frequency is modulated into a sawtooth waveform; Reference numeral 2 denotes a sensor array, which is configured by an optical fiber sensor using a plurality of Mach-Zehnder interferometer interferometers. Each optical fiber sensor has an input coupler,
It is composed of an output coupler, a sensing fiber, a reference fiber, and two sensor couplers. FIG.
Then, the first and second optical fiber sensors 2-0-1 and 2-0
-0-2 is shown. The laser light signal output from the light source 1 is split by the input coupler 2-1-1, one of which travels along the optical path to the first optical fiber sensor 2-0-1 and the other of which is the second optical fiber sensor 2-0-1. It travels along the optical path to the optical fiber sensor 2-0-2. In the first optical fiber sensor 2-0-1, the laser light signal is equally divided in power by the sensor coupler 2-2-1, and one of them passes through the sensing fiber 2-3-1 as sensing light. The other passes through the reference fiber 2-4-1 as reference light. Since the optical path length of the sensing fiber 2-3-1 changes according to the physical quantity measured by the magnetostriction effect or the like,
A phase change corresponding to the physical quantity occurs. The laser light signals that have passed through the sensing fiber 2-3-1 and the reference fiber 2-4-1 are coupled by the sensor coupler 2-5-1 and interfere with each other, and output by the output coupler 2-6-1. It is combined with the signal that has passed through the fiber sensor and output. Such an operation is similarly performed in another optical fiber sensor connected in parallel. Reference numeral 3 denotes an O / E converter, which square-detects the laser light signal interfered by the optical sensor array 2 and converts it into a voltage. 4-1 and 4-2 are band-pass filters (B
PF), and passes signals of respective fixed frequency bands. Reference numerals 5-1 and 5-2 denote demodulation processors, each of which is a bandpass filter 4-1 or a bandpass filter 4-1.
2, and demodulates and outputs the signal.

【0017】60はゲート幅がTg [sec]、周期が
s [sec]の受信ゲートである。受信ゲート60
は、掃引切り替え時のレーザ光信号が干渉し、O/E変
換器3で変換された部分の信号を通さないようなゲート
タイミングをとるように設定されている。
Reference numeral 60 denotes a receiving gate having a gate width of T g [sec] and a cycle of T s [sec]. Reception gate 60
Are set so as to take a gate timing such that the laser light signal at the time of the sweep switching interferes and the signal of the portion converted by the O / E converter 3 does not pass.

【0018】次に光ファイバセンサシステムの具体的な
動作について説明する。光源1は繰り返し周期Ts [s
ec]で周波数掃引レートa[Hz/sec]のLFM
レーザ光信号を発信する。センシングファイバ2−3−
1とリファレンスファイバ2−4−1との光路差をΔL
1 とすると、O/E変換器3の出力でのビート周波数は
a×τ1 [Hz]となる。ここでτ1 は遅延差を表し、
τ1 =(ΔL1 /光速)である。受信ゲート60の周期
はTs [sec]であるから、1/Ts [Hz]の周波
数間隔で折り返し成分による雑音が発生する。この雑音
が復調の際に影響を与えないようにする必要がある。
Next, a specific operation of the optical fiber sensor system will be described. The light source 1 has a repetition period T s [s
ec] and LFM of frequency sweep rate a [Hz / sec]
Transmits a laser light signal. Sensing fiber 2-3
1 and the optical path difference between the reference fiber 2-4-1 are ΔL
If it is set to 1 , the beat frequency at the output of the O / E converter 3 is a × τ 1 [Hz]. Where τ 1 represents the delay difference,
τ 1 = (ΔL 1 / speed of light). Since the cycle of the reception gate 60 is T s [sec], noise due to the aliasing component is generated at a frequency interval of 1 / T s [Hz]. It is necessary to prevent this noise from affecting the demodulation.

【0019】受信ゲート60は、(1/Tg )[Hz]
の周波数間隔で応答がなくなる周波数特性を持つ。そこ
で、各光ファイバセンサによって出力されるビート周波
数を例えば第1の光ファイバ2−0−1では、a×τ1
=1/Tg のように1/Tgの整数倍としておくと、折
り返し雑音は、周波数特性によりビート周波数の整数倍
の周波数のところでは応答が0になるので、例えば第2
の光ファイバセンサ2−0−2で干渉されて発生するビ
ート周波数a×τ2 =2/Tg の信号には影響を与えな
い。
The receiving gate 60 has a function of (1 / T g ) [Hz].
Has a frequency characteristic where the response is lost at the frequency interval of. Therefore, the beat frequency output from each optical fiber sensor is set to, for example, a × τ 1 in the first optical fiber 2-0-1.
= 1 / T when g keep an integral multiple of 1 / T g as aliasing noise, the response is zero at an integer multiple of the frequency of the beat frequency by the frequency characteristic, for example, the second
Does not affect the signal of the beat frequency a × τ 2 = 2 / T g generated by interference by the optical fiber sensor 2-0-2.

【0020】このとき各帯域通過フィルタは、中心周波
数をa×τ1 =1/Tg [Hz]の整数倍(各光ファイ
バセンサから出力された干渉光のビート周波数)とし、
通過帯域を1/Ts [Hz]とする。各帯域通過フィル
タは不要なビート周波数による側波帯は除去できないの
で、それを受信ゲート60で除去しておき、受信ゲート
60を備えたことにより発生する折り返し成分に関して
は除去できるので、これを帯域通過フィルタで除去する
ことで、結果的に各復調処理器の際には雑音成分が混入
されない。
At this time, each band-pass filter sets the center frequency to an integral multiple of a × τ 1 = 1 / T g [Hz] (the beat frequency of the interference light output from each optical fiber sensor).
The pass band is 1 / T s [Hz]. Since each bandpass filter cannot remove a sideband due to an unnecessary beat frequency, it can be removed by the reception gate 60, and the aliasing component generated by providing the reception gate 60 can be removed. As a result, noise components are not mixed in each demodulation processor by removing with a pass filter.

【0021】また各帯域通過フィルタは補間フィルタと
しての役割も果たすので、受信ゲート60からパルスで
出力された信号が、各帯域通過フィルタを通過するとパ
ルス間が補間され、連続信号として出力される。このと
きの信号の振幅値をBとすると、例えば帯域通過フィル
タ4−1を通過する信号はBcos(2πaτ1 t+Φ
1 (t))で表される。この信号をFM検波等による復
調処理を行い、電流信号Φ1 を出力する。この電流信号
Φ1 が第1の光ファイバセンサ2−0−1でセンシング
された物理量を表したものである。
Each band-pass filter also serves as an interpolation filter. Therefore, when a signal output as a pulse from the reception gate 60 passes through each band-pass filter, the interval between pulses is interpolated and a continuous signal is output. If the amplitude value of the signal at this time is B, for example, the signal passing through the band-pass filter 4-1 is Bcos (2πaτ 1 t + Φ).
1 (t)). The signal subjected to demodulation processing by the FM detector, and outputs a current signal [Phi 1. This current signal [Phi 1 is a representation of the physical quantity sensed by the first optical fiber sensor 2-0-1.

【0022】同様にして第2の光ファイバセンサ2−0
−2では、受信ゲート60を通過した信号をビート周波
数がa×τ2 =(a×τ1 )×2[Hz]となるように
設定し、中心周波数a×τ2 [Hz]で通過帯域が1/
s [Hz]の帯域通過フィルタ4−2に通過させ、復
調処理器5−1でFM検波等による処理を行って電流信
号Φ2 の復調を行う。これを他の復調処理器でも行い、
物理量の測定を行う。
Similarly, the second optical fiber sensor 2-0
In -2, the signal passed through the reception gate 60 is set so that the beat frequency becomes a × τ 2 = (a × τ 1 ) × 2 [Hz], and the pass band is set at the center frequency a × τ 2 [Hz]. Is 1 /
T s is passed through a band pass filter 4-2 [Hz], and demodulates the current signal [Phi 2 performs processing by FM detection, etc. in the demodulation processor 5-1. Do this with other demodulators,
Measure the physical quantity.

【0023】第1の実施の形態においては、受信ゲート
60が、掃引切り替え時のレーザ光信号を干渉させた部
分のレーザ光信号がO/E変換器3で変換された部分に
発生する不要なビート成分から生じる側波帯を通過させ
ないようにしたので、不要ビート成分による各側波帯が
漏れ込んで、他の光ファイバセンサの信号に雑音として
影響を与えることはなく、これにより1システムの光フ
ァイバセンサの数を増やして、より多くの多重化を行う
ことができるので、測定に必要なシステムの数を減らす
ことができ、装備面で便利になり、またコストを抑える
ことが可能となる。第1の実施の形態においては、多点
計測で各センサ間の間隔を狭くし(例えば信号が10K
Hzで帯域制限されている場合、数km等)、各光ファ
イバセンサ間の光路距離の差による遅延差を小さくし、
各光ファイバセンサにより掃引切り替え時のレーザ光信
号が干渉した部分の差を小さくして受信ゲート60を共
通にしたので、部品点数を少なくすることができる。
In the first embodiment, the receiving gate 60 does not need to generate unnecessary laser light signals at the portion where the laser light signal interfered with the laser light signal at the time of the sweep switching is converted by the O / E converter 3. Since the sideband generated from the beat component is prevented from passing, each sideband due to the unnecessary beat component does not leak and does not affect the signal of the other optical fiber sensor as noise. Since the number of optical fiber sensors can be increased and more multiplexing can be performed, the number of systems required for measurement can be reduced, equipment can be more convenient, and costs can be reduced. . In the first embodiment, the interval between the sensors is reduced in multi-point measurement (for example, when the signal is 10K).
When the band is limited by Hz, several km or the like), the delay difference due to the difference in the optical path distance between the optical fiber sensors is reduced,
Since the difference between the portions where the laser light signals interfere with each other at the time of the sweep switching by each optical fiber sensor is reduced and the reception gate 60 is used in common, the number of components can be reduced.

【0024】実施形態2.図2は本発明の第2の実施の
形態に係るFDM方式光ファイバセンサシステムの構成
図とレーザ光信号の周波数及び受信ゲート60のタイム
チャートである。図2(a)において、光源1、O/E
変換器3、帯域通過フィルタ(BPF)4−1並びに4
−2、復調処理器5−1並びに5−2及び受信ゲート6
0は実施の形態1の図1の同じ図番を付したものと同様
の動作を行う。
Embodiment 2 FIG. FIG. 2 is a configuration diagram of an FDM optical fiber sensor system according to a second embodiment of the present invention, a frequency of a laser light signal, and a time chart of a reception gate 60. In FIG. 2A, light source 1, O / E
Converter 3, band-pass filter (BPF) 4-1 and 4
-2, demodulation processors 5-1 and 5-2 and reception gate 6
0 performs the same operation as that of FIG.

【0025】2aはセンサアレイであり、第1の実施の
形態のセンサアレイ2とは若干構成が異なっている。セ
ンサアレイ2aも、複数のマッハツェンダ干渉方式の干
渉計による光ファイバセンサで構成されている。各光フ
ァイバセンサは第1の実施の形態と同様に入力用カプ
ラ、出力用カプラ、センシングファイバ、リファレンス
ファイバ及び2つのセンサ用カプラで構成されている。
図2では第1及び第2の光ファイバセンサ2−0−1a
及び2−0−2aを図示してある。光源1から出力され
たレーザ光信号は入力用カプラ2−1−1で分岐され、
一方は第1の光ファイバセンサ2−0−1aへの光路を
進み、もう一方は後段である第2の光ファイバセンサへ
の光路2−0−2aを進む。第1の光ファイバセンサ2
−0−1aでは、レーザ光信号はセンサ用カプラ2−2
−1で均等にパワー分割され、一方はセンシング光とし
てセンシングファイバ2−3−1を通過する。もう一方
はリファレンス光としてリファレンスファイバ2−4−
1を通過する。センシングファイバ2−3−1は、磁歪
効果等により測定される物理量に対応して光路長が変化
し、物理量に対応した位相変化が生ずる。センシングフ
ァイバ2−3−1とリファレンスファイバ2−4−1と
を通過したレーザ光信号はセンサ用カプラ2−5−1で
結合されて干渉する。これが並列に接続された他の光フ
ァイバセンサでも同様に行われる。また、各光ファイバ
センサのは、第1の実施の形態と同様に、例えば第1の
光ファイバではa×τ1 =1/Tg となるように1/T
g の整数倍として設定しておく。
Reference numeral 2a denotes a sensor array, which is slightly different from the sensor array 2 of the first embodiment. The sensor array 2a is also configured by an optical fiber sensor using a plurality of Mach-Zehnder interferometer interferometers. Each optical fiber sensor is composed of an input coupler, an output coupler, a sensing fiber, a reference fiber, and two sensor couplers as in the first embodiment.
FIG. 2 shows the first and second optical fiber sensors 2-0-1a.
And 2-0-2a are illustrated. The laser light signal output from the light source 1 is branched by the input coupler 2-1-1.
One travels along the optical path to the first optical fiber sensor 2-0-1a, and the other travels along the optical path 2-0-2a to the subsequent second optical fiber sensor. First optical fiber sensor 2
In −0-1a, the laser light signal is output from the sensor coupler 2-2.
The power is equally divided by −1, and one passes through the sensing fiber 2-3-1 as sensing light. The other is a reference fiber 2-4-
Pass 1 The optical fiber length of the sensing fiber 2-3-1 changes according to the physical quantity measured by the magnetostriction effect or the like, and a phase change corresponding to the physical quantity occurs. The laser light signals passing through the sensing fiber 2-3-1 and the reference fiber 2-4-1 are coupled by the sensor coupler 2-5-1 and interfere with each other. This is similarly performed for other optical fiber sensors connected in parallel. Further, as in the first embodiment, each optical fiber sensor has a 1 / T so that a × τ 1 = 1 / T g in the first optical fiber, for example.
Set as an integer multiple of g .

【0026】出力用カプラ2−6−1aを通過した干渉
されたレーザ光信号は、第2の光ファイバセンサ2−0
−2aの出力用カプラ2−6−2aに向かって進む。ま
た、他の光ファイバセンサで干渉されたレーザ光信号も
後段の光ファイバセンサの出力カプラの方に送られ、最
終段の光ファイバセンサで干渉されたレーザ光信号と結
合された後、O/E変換器3に出力される。したがっ
て、光源1から出力され、干渉されてO/E変換器3に
入力されるまでのレーザ光信号の伝搬時間(光路距離)
が光ファイバセンサ間の測定距離間隔に関わらずほぼ同
じになる。
The interfered laser light signal passing through the output coupler 2-6-1a is transmitted to the second optical fiber sensor 2-0.
-2a toward the output coupler 2-6-2a. The laser light signal interfered by another optical fiber sensor is also sent to the output coupler of the subsequent optical fiber sensor, and is combined with the laser light signal interfered by the final optical fiber sensor. Output to the E converter 3. Therefore, the propagation time (optical path distance) of the laser light signal from the light source 1 to the interference and input to the O / E converter 3
Are substantially the same regardless of the measurement distance interval between the optical fiber sensors.

【0027】第2の実施の形態においては、センサアレ
イ2aのそれぞれの光ファイバセンサの光路距離はほぼ
同じになり、各光ファイバセンサから出力される掃引切
り替え時のレーザ光信号の干渉光がO/E変換器3に入
力される時間がほぼ同じになるので、受信ゲート60が
信号を通さない時間をその時間帯に設定すればよく、光
路距離差を考慮して光ファイバセンサの測定距離間隔及
び受信ゲート60のゲート幅Tg を設定する必要がな
い。
In the second embodiment, the optical path distances of the optical fiber sensors of the sensor array 2a are substantially the same, and the interference light of the laser light signal output from each optical fiber sensor at the time of the sweep switching is O. Since the time input to the / E converter 3 is almost the same, the time during which the reception gate 60 does not pass a signal may be set in that time zone. and it is not necessary to set the gate width T g of the reception gate 60.

【0028】実施形態3.図3は本発明の第3の実施の
形態に係るFDM方式光ファイバセンサシステムの構成
図とレーザ光信号の周波数及び送信ゲート70のタイム
チャートである。図3(a)において、光源1、センサ
アレイ2、O/E変換器3、帯域通過フィルタ4−1並
びに4−2及び復調処理器5−1並びに5−2は第1の
実施の形態の図1の同じ図番を付しているものと同様の
動作を行う。
Embodiment 3 FIG. 3 is a configuration diagram of an FDM optical fiber sensor system according to a third embodiment of the present invention, a frequency chart of a laser light signal, and a time chart of a transmission gate 70. In FIG. 3A, a light source 1, a sensor array 2, an O / E converter 3, band-pass filters 4-1 and 4-2, and demodulation processors 5-1 and 5-2 correspond to those of the first embodiment. The same operation as that of FIG.

【0029】図3において、70は送信ゲートであり、
光源1から出力されたレーザ光信号をゲート幅Tg 、周
期Ts でゲートする。したがって信号幅Tg 、周期Ts
のパルス状のレーザ光信号がセンサアレイ2に入力され
ることになる。また、送信ゲート70の出力信号も受信
ゲート60のと同様にゲート幅(1/Tg )の周波数間
隔で応答がなくなる周波数特性を持つ。そこで、各光フ
ァイバセンサによって出力されるビート周波数を例えば
第1の光ファイバでは、a×τ1 =1/Tg のように1
/Tg の整数倍としておくと、ビート周波数a×τ1
同時に発生する折り返し雑音は、周波数特性によりビー
ト周波数の整数倍の周波数のところでは応答が0になる
ので、例えば第2の光ファイバセンサのビート周波数a
×τ2 =2/Tg の信号等に影響を与えない。センサア
レイ2ではセンシングファイバ2−3−1とリファレン
スファイバ2−4−1とを通過したパルス状のレーザ光
信号が干渉する。干渉されたレーザ光信号もパルス状の
信号となる。
In FIG. 3, reference numeral 70 denotes a transmission gate,
The laser light signal output from the light source 1 is gated with a gate width T g and a period T s . Therefore, the signal width T g and the period T s
Is input to the sensor array 2. The output signal of the transmission gate 70 also has a frequency characteristic in which no response occurs at a frequency interval of the gate width (1 / T g ), similarly to the reception gate 60. Therefore, the beat frequency output from each optical fiber sensor is set to 1 such as a × τ 1 = 1 / T g in the first optical fiber.
/ T g , the return of the aliasing noise that occurs simultaneously with the beat frequency a × τ 1 becomes zero at a frequency that is an integral multiple of the beat frequency due to the frequency characteristics. Sensor beat frequency a
It does not affect the signal of × τ 2 = 2 / T g . In the sensor array 2, a pulsed laser light signal passing through the sensing fiber 2-3-1 and the reference fiber 2-4-1 interferes. The interfering laser light signal also becomes a pulse signal.

【0030】干渉されたレーザ光信号はO/E変換器3
で自乗検波され、電圧に変換される。変換された信号は
各帯域通過フィルタに入力される。各帯域通過フィルタ
は補間フィルタとしての役割も果たすので、O/E変換
器3からパルス状に出力された信号が、各帯域通過フィ
ルタを通過すると連続信号として表される。このとき振
幅値をBとすると、例えば帯域通過フィルタ4−1を通
過する信号はBcos(2πaτ1 t+Φ1 (t))で
表される。この信号をFM検波等による復調処理を行っ
て電流信号Φ1 を出力する。この電流信号Φ1 が第1の
光ファイバセンサ2−0−1でセンシングされた物理量
を表したものである。
The interfered laser light signal is supplied to an O / E converter 3
, And is converted into a voltage. The converted signal is input to each band pass filter. Since each band-pass filter also serves as an interpolation filter, a signal output in a pulse form from the O / E converter 3 is represented as a continuous signal when passing through each band-pass filter. If the amplitude value is B at this time, for example, a signal passing through the band-pass filter 4-1 is represented by Bcos (2πaτ 1 t + Φ 1 (t)). Output current signals [Phi 1 this signal by performing demodulation processing by the FM detector and the like. This current signal [Phi 1 is a representation of the physical quantity sensed by the first optical fiber sensor 2-0-1.

【0031】同様にして第2の光ファイバセンサ2−0
−2では、受信ゲート60を通過した信号をビート周波
数がa×τ2 =(a×τ1 )×2[Hz]となるように
設定し、中心周波数a×τ2 [Hz]で通過帯域が1/
s [Hz]の帯域通過フィルタ4−2に通過させ、復
調処理器5−1でFM検波等による処理を行って電流信
号Φ2 の復調を行う。これを他の復調処理器でも行い、
物理量の測定を行う。
Similarly, the second optical fiber sensor 2-0
In -2, the signal passed through the reception gate 60 is set so that the beat frequency becomes a × τ 2 = (a × τ 1 ) × 2 [Hz], and the pass band is set at the center frequency a × τ 2 [Hz]. Is 1 /
T s is passed through a band pass filter 4-2 [Hz], and demodulates the current signal [Phi 2 performs processing by FM detection, etc. in the demodulation processor 5-1. Do this with other demodulators,
Measure the physical quantity.

【0032】第3の実施の形態においては、送信ゲート
70によりあらかじめ掃引切り替え時のレーザ光信号を
カットしたパルス状のレーザ光信号をセンサアレイ2に
出力するため、不要ビート成分による各側波帯の漏れ込
みにより、他の光ファイバセンサの信号に雑音信号を与
えることはなく、1システムの光ファイバセンサの数を
増やして、より多くの多重化を行うことができるので、
測定に必要なシステムの数を減らすことができ、装備面
で都合がよく、またコストを抑えることが可能となる。
また第3の実施の形態においては、送信ゲート70は、
受信ゲート60のように光路距離を考慮して光ファイバ
センサの距離間隔及びゲート間隔Tg を設定しなくても
よい。
In the third embodiment, since the transmission gate 70 outputs to the sensor array 2 a pulse-like laser light signal in which the laser light signal at the time of the sweep switching is cut off in advance, each sideband due to unnecessary beat components is output. Does not give a noise signal to the signal of the other optical fiber sensor due to the leakage of the optical fiber sensor, the number of optical fiber sensors in one system can be increased, and more multiplexing can be performed.
The number of systems required for measurement can be reduced, which is convenient in terms of equipment and can reduce costs.
Further, in the third embodiment, the transmission gate 70
It is not necessary to set a distance interval and the gate interval T g of the optical fiber sensor in consideration of the optical path length as the receiving gate 60.

【0033】実施形態4.図4は本発明の第4の実施の
形態におけるFDM方式光ファイバセンサシステムの構
成図とレーザ光信号の周波数及び受信ゲート61のタイ
ムチャートである。図4(a)においてセンサアレイ2
a、O/E変換器3、帯域通過フィルタ4−1並びに4
−2及び復調処理器5−1並びに5−2は図2で同じ図
番を付しているものと同様の動作を行う。図4において
1aは光源であり、周期Ts の正弦波状にFM変調され
たレーザ光信号を出力する。
Embodiment 4 FIG. FIG. 4 is a configuration diagram of an FDM optical fiber sensor system according to a fourth embodiment of the present invention, a frequency of a laser light signal, and a time chart of a reception gate 61. In FIG. 4A, the sensor array 2
a, O / E converter 3, band-pass filters 4-1 and 4
-2 and the demodulation processors 5-1 and 5-2 perform the same operations as those denoted by the same reference numerals in FIG. 1a in Fig. 4 denotes a light source, and outputs a laser light signal that is FM modulated sinusoidal period T s.

【0034】センシングファイバ2−3−1とリファレ
ンスファイバ2−4−1との光路差をΔL1 とすると、
O/E変換器3から出力される干渉出力I(t)は、直
流成分を省略すると概略として次式(1)のように表さ
れる。 I(t)=Acos(2πfd τ1 cos2πf0 t+Φ) …(1) ここでf0 及びfd はFM変調の変調周波数及び最大周
波数偏移を表す。またAは定数で振幅値を示す。τ1
実施の形態1と同様に伝搬遅延差を表し、τ1 =(ΔL
1 /光速)である。
[0034] When the optical path difference between the sensing fiber 2-3-1 and the reference fiber 2-4-1 and [Delta] L 1,
The interference output I (t) output from the O / E converter 3 is roughly expressed by the following equation (1) when the DC component is omitted. I (t) = Acos (2πf d τ 1 cos2πf 0 t + Φ) ... (1) where f 0 and f d denotes the modulation frequency and the maximum frequency deviation of FM modulation. A is a constant and indicates an amplitude value. τ 1 represents the propagation delay difference as in the first embodiment, and τ 1 = (ΔL
1 / speed of light).

【0035】受信ゲート61はゲート幅Tgを正弦波の
周期1/f0 (=Ts )よりも十分小さく設定し、ゲー
トの周期を1/f0 (又はその整数倍)とする。受信ゲ
ート61のゲートの中心タイミングを、干渉光の正弦波
のゼロクロス点に合わすと、受信ゲート61を通過する
I(t)は、正弦波を線形であると見なせる領域に限定
されるため、次式(2)のように近似できる。 I(t)=Acos((2πfd τ1 )2πf0 t+Φi ) …(2) ここで(1)、(2)式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 は初期位相を示す
定数である。
The receiving gate 61 sets the gate width Tg sufficiently smaller than the sine wave cycle 1 / f 0 (= T s ), and sets the gate cycle to 1 / f 0 (or an integral multiple thereof). When the center timing of the gate of the reception gate 61 is adjusted to the zero cross point of the sine wave of the interference light, I (t) passing through the reception gate 61 is limited to a region where the sine wave can be regarded as linear. Equation (2) can be approximated. I (t) = Acos (( 2πf d τ 1) 2πf 0 t + Φ i) ... (2) where (1), it is assumed that represents the time waveform of only the pulse width with (2). Note that Φ i is a constant indicating the initial phase.

【0036】したがって受信ゲート61を通過した信号
は、繰り返し周期Ts (=1/f0)、パルス幅Tg
ビート周波数2πfd 0 τ1 のビート信号となる。受
信ゲート61を通過した信号は、各帯域通過フィルタで
所定の周波数帯域を通過させるようにし、かつ補間処理
されて連続信号に変換され、それぞれの帯域通過フィル
タに接続された復調処理器で電流信号が復調される。こ
のとき各帯域通過フィルタは中心周波数をビート周波数
2πfd 0 τ1 [Hz]の整数倍、通過帯域を(1/
s )[Hz]としておく。
Therefore, the signal passing through the reception gate 61 has a repetition period T s (= 1 / f 0 ), a pulse width T g ,
The beat frequency 2πf d f 0 τ 1 of the beat signal. The signal that has passed through the reception gate 61 is passed through a predetermined frequency band by each band-pass filter, is subjected to interpolation processing, is converted into a continuous signal, and is converted into a current signal by a demodulation processor connected to each band-pass filter. Is demodulated. In this case an integral multiple of the band-pass filter beat frequency 2πf d f 0 τ 1 [Hz ] and the center frequency, the passband (1 /
T s ) [Hz].

【0037】第4の実施の形態においては、正弦波状に
FM変調されたレーザ光信号を光源1aから出力し、そ
の正弦波の線形と見なせる部分だけを通過させて復調し
て位相変化を取り出すため、不要ビート信号成分による
側波帯が発生せず、他の光ファイバセンサの信号に雑音
として影響を与えることがないので、1システムの光フ
ァイバセンサの数を増やして、より多くの多重化を行う
ことができ、測定に必要なシステムの数を減らして、装
備面で便利にし、またコストを抑えることが可能とな
る。
In the fourth embodiment, a laser light signal FM-modulated into a sine wave is output from the light source 1a, and only a portion of the sine wave that can be regarded as linear is demodulated to extract a phase change. Since unnecessary sidebands due to unnecessary beat signal components do not occur and do not affect the signals of other optical fiber sensors as noise, the number of optical fiber sensors in one system can be increased to achieve more multiplexing. This makes it possible to reduce the number of systems required for measurement, to make equipment more convenient, and to reduce costs.

【0038】また、センサアレイ2aのそれぞれの光フ
ァイバセンサの光路距離はほぼ同じになり、各光ファイ
バセンサから出力されるレーザ光信号の掃引切り替え時
の干渉光がO/E変換器3に入力される時間がほぼ同じ
になるので、受信ゲート61が信号を通さない時間をそ
の時間帯に設定すればよく、光路距離差を考慮して光フ
ァイバセンサの間隔を設定する必要がない。
The optical path distances of the respective optical fiber sensors of the sensor array 2a are substantially the same, and the interference light at the time of the sweep switching of the laser light signal output from each optical fiber sensor is input to the O / E converter 3. Since the time taken is almost the same, the time during which the reception gate 61 does not pass a signal may be set in that time zone, and there is no need to set the interval between the optical fiber sensors in consideration of the optical path distance difference.

【0039】実施形態5.図5は本発明の第5の実施の
形態に係るFDM方式光ファイバセンサシステムの構成
図とレーザ光信号の周波数及び送信ゲート71のタイム
チャートである。図5(a)において、センサアレイ
2、O/E変換器3、帯域通過フィルタ4−1並びに4
−2及び復調処理器5−1並びに5−2は第3の実施の
形態の図3の同じ図番を付しているものと同様の動作を
行う。図5において、1aは光源であり、第4の実施の
形態の図4と同様にFM変調されたレーザ光信号を出力
する。
Embodiment 5 FIG. FIG. 5 is a configuration diagram of an FDM optical fiber sensor system according to a fifth embodiment of the present invention, a frequency chart of a laser light signal, and a time chart of a transmission gate 71. In FIG. 5A, the sensor array 2, the O / E converter 3, the band-pass filters 4-1 and 4
-2 and the demodulators 5-1 and 5-2 perform the same operation as that of the third embodiment having the same reference number in FIG. In FIG. 5, reference numeral 1a denotes a light source, which outputs an FM-modulated laser light signal as in FIG. 4 of the fourth embodiment.

【0040】送信ゲート71はゲート幅Tg を正弦波の
周期1/f0 (=Ts )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)としてゲートの中
心タイミングをFM変調されたレーザ光信号の瞬時周波
数が中心周波数とクロスする点に合わせておき、正弦波
を線形であると見なせる領域を通過させるようにしてお
く。
The transmission gate 71 sets the gate width T g to be sufficiently smaller than the period 1 / f 0 (= T s ) of the sine wave, and sets the gate interval to 1 / f 0 (or an integral multiple thereof) to set the center timing of the gate. Is set at the point where the instantaneous frequency of the FM-modulated laser light signal crosses the center frequency, and the sine wave is allowed to pass through a region that can be regarded as linear.

【0041】光ファイバセンサ2−0−1のセンシング
ファイバ2−3−1とリファレンスファイバ2−4−1
との光路差をΔL1 とすると、O/E変換器の干渉出力
I(t)は直流成分を省略すると、上述の(1)式のよ
うに表される。
Sensing fiber 2-3-1 of optical fiber sensor 2-0-1 and reference fiber 2-4-1
Assuming that the optical path difference is ΔL 1 , the interference output I (t) of the O / E converter can be expressed as in the above equation (1) if the DC component is omitted.

【0042】また、正弦波を線形であると見なせる部分
を干渉させたので、O/E変換器3の干渉出力I(t)
は上述の(2)式で近似される。ただし、(1)、
(2)式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。O/E変換器3から出力される信号は、繰り
返し周期Ts (=1/f0 )、パルス幅がほぼTg 、ビ
ート周波数2πfd 0 τ1 をもつ信号が出力される。
この信号は各帯域通過フィルタで所定の周波数帯域を通
過させるようにし、かつ補間処理されて連続信号に変換
され、それぞれの帯域通過フィルタに接続された復調処
理器で電流信号が復調される。このとき各帯域通過フィ
ルタは中心周波数をビート周波数2πfd 0 τ1 [H
z]の整数倍、通過帯域を(1/Ts )[Hz]として
おく。
Since the sine wave interferes with a portion that can be regarded as linear, the interference output I (t) of the O / E converter 3
Is approximated by the above equation (2). However, (1),
Equation (2) is assumed to represent a time waveform only within the pulse width. The signal output from the O / E converter 3 is a signal having a repetition period T s (= 1 / f 0 ), a pulse width of approximately T g , and a beat frequency of 2πf d f 0 τ 1 .
This signal is passed through a predetermined frequency band by each band-pass filter, is subjected to interpolation processing, is converted into a continuous signal, and a current signal is demodulated by a demodulation processor connected to each band-pass filter. At this time, each band pass filter sets the center frequency to the beat frequency 2πf d f 0 τ 1 [H
z], and the pass band is set to (1 / T s ) [Hz].

【0043】このときの信号の振幅値をBとすると、例
えば第1の帯域通過フィルタ4−1を通過する信号はB
cos(2πfd 0 τ1 t+Φ1 (t))で表され
る。この信号をFM検波等による復調処理を行い、電流
信号Φ1 を出力する。この電流信号Φ1 が第1の光ファ
イバセンサ2−0−1でセンシングされた物理量を表し
たものである。
If the amplitude value of the signal at this time is B, for example, the signal passing through the first band-pass filter 4-1 is B
represented by cos (2πf d f 0 τ 1 t + Φ 1 (t)). The signal subjected to demodulation processing by the FM detector, and outputs a current signal [Phi 1. This current signal [Phi 1 is a representation of the physical quantity sensed by the first optical fiber sensor 2-0-1.

【0044】同様にして第2の光ファイバセンサ2−0
−2では、O/E変換器3を通過した信号のビート周波
数が2πfd 0 τ2 =(2πfd 0 τ1 )×2[H
z]となるように設定し、中心周波数2πfd 0 τ2
[Hz]で通過帯域が1/Ts [Hz]の帯域通過フィ
ルタ4−2に通過させ、復調処理器5−1でFM検波等
による処理を行って電流信号Φ2 の復調を行う。これを
他の復調処理器でも行い、物理量の測定を行う。
Similarly, the second optical fiber sensor 2-0
In -2, the beat frequency of the signal passed through the O / E converter 3 is 2πf d f 0 τ 2 = ( 2πf d f 0 τ 1) × 2 [H
z], and the center frequency is 2πf d f 0 τ 2
[Hz] is passed through a band pass filter 4-2 passbands 1 / T s [Hz] at demodulates the current signal [Phi 2 performs processing by FM detection, etc. in the demodulation processor 5-1. This is also performed by another demodulator to measure the physical quantity.

【0045】第5の実施の形態においては、正弦波状に
FM変調されたレーザ光信号を光源1aから出力し、送
信ゲート71により、FM変調光の瞬時周波数が線形と
見なせる部分だけを通過させ、干渉させて、各復調処理
器で復調し、位相変化を取り出すので、不要ビート信号
成分による側波帯が発生することがなく、他の光ファイ
バセンサの信号に雑音として影響を与えることがなく、
1システムの光ファイバセンサの数を増やして、より多
くの多重化を行うことができるので、測定に必要なシス
テムの数を減らすことができ、またコストを抑えること
が可能となる。
In the fifth embodiment, a laser light signal FM-modulated sinusoidally is output from the light source 1a, and the transmission gate 71 passes only a portion where the instantaneous frequency of the FM-modulated light can be regarded as linear. Interference, demodulation in each demodulation processor, and phase change are taken out, so that sidebands due to unnecessary beat signal components do not occur, and do not affect other optical fiber sensor signals as noise,
Since the number of optical fiber sensors in one system can be increased to perform more multiplexing, the number of systems required for measurement can be reduced and the cost can be reduced.

【0046】第1、2及び5の実施の形態においては、
受信ゲート60及び61は各ビート周波数毎に設定しな
いで共通なものとしたが、本発明ではそれに限定される
ことなく、各光ファイバセンサの光路距離による時間遅
延に合わせて個別に設定してもよい。
In the first, second and fifth embodiments,
The reception gates 60 and 61 are common without being set for each beat frequency. However, the present invention is not limited to this, and may be set individually according to the time delay due to the optical path distance of each optical fiber sensor. Good.

【0047】また、第1〜5の実施の形態では、受信ゲ
ート60または61と送信ゲート70または71とを同
時に備えた光ファイバセンサシステムを用いてもよい。
In the first to fifth embodiments, an optical fiber sensor system provided with the reception gate 60 or 61 and the transmission gate 70 or 71 at the same time may be used.

【0048】また、第1〜5の実施の形態では、センサ
アレイ2及び2aの光ファイバセンサはマッハツェンダ
方式で説明しているが、センサアレイ2の代わりとして
図6(a)のような態様のマイケルソン方式のセンサア
レイ2bを用い、またセンサアレイ2aの代わりとして
図6(b)のような光路距離がほぼ同じになるような態
様のマイケルソン方式のセンサアレイ2cを用いること
も可能である。またセンサアレイ2b及び2cは、セン
シングファイバ2−3−1及び2−3−2並びにレファ
レンスファイバ2−4−1及び2−4−2は反射器2−
7−11、2−7−21、2−7−12又は2−7−2
2で終端するようにしているが、磁気素子を付属した反
射器(Faraday Rotator Mirro
r)を用いてもよい。さらにマッハツェンダ方式やマイ
ケルソン方式ではなく、ファブリペロ方式のセンサアレ
イを用いてもよい。また、本発明では受信ゲート60及
び61並びに送信ゲート70及び71とセンサアレイ2
及び2aの組み合わせは問題にしなくてもよい。
In the first to fifth embodiments, the optical fiber sensors of the sensor arrays 2 and 2a are described in the Mach-Zehnder system. It is also possible to use a Michelson sensor array 2b, and instead of the sensor array 2a, use a Michelson sensor array 2c in which the optical path distances are almost the same as shown in FIG. 6B. . The sensor arrays 2b and 2c are provided with sensing fibers 2-3-1 and 2-3-2, and the reference fibers 2-4-1 and 2-4-2 are provided with a reflector 2-.
7-11, 2-7-21, 2-7-12 or 2-7-2
2, but with a reflector (Faraday Rotator Mirro) attached with a magnetic element.
r) may be used. Further, instead of the Mach-Zehnder method or the Michelson method, a Fabry-Perot sensor array may be used. In the present invention, the reception gates 60 and 61, the transmission gates 70 and 71, and the sensor array 2
And 2a may not be a problem.

【0049】また、第1〜5の実施の形態では、リファ
レンスファイバは計測対象から隔離し、伝搬時間が変化
しない構造をとっているが、本発明はそれに限定される
ことなく、センシングファイバとリファレンスファイバ
とが差動動作することにより、位相変化を生じさせるよ
うにしてもよい。
In the first to fifth embodiments, the reference fiber is separated from the object to be measured and has a structure in which the propagation time does not change. However, the present invention is not limited to this, and the sensing fiber and the reference The phase change may be caused by the differential operation with the fiber.

【0050】また第1の実施の形態においては、各光フ
ァイバセンサは光路距離が異なっているが、入力用カプ
ラと出力用カプラとの間に余長ファイバを用いて各光フ
ァイバの光路距離をほぼ同じにするように光路距離の調
整を行ってもよい。
In the first embodiment, each optical fiber sensor has a different optical path distance. However, an extra length fiber is used between the input coupler and the output coupler to reduce the optical path distance of each optical fiber. The adjustment of the optical path distance may be performed so as to be almost the same.

【0051】また本発明では、光ファイバによるレーザ
光信号の伝送経路上に増幅用の光アンプが接続されてい
てもよい。
In the present invention, an amplification optical amplifier may be connected on the transmission path of the laser light signal through the optical fiber.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、受信ゲー
トが、干渉したレーザ光が光−電圧変換器で変換された
検波信号のうち、周波数が変移する部分をカットして透
過させるようにしたので、周波数が変移する部分に発生
する不要なビート成分から生じる側波帯が通過せず、こ
の側波帯が高域成分に漏れ込んで他の光ファイバセンサ
の信号に雑音信号を与えることはなく、1システムの光
ファイバセンサの数を増やして、より多くの多重化を行
うことができるので、測定に必要なシステムの数を減ら
すことができ、装備面で便利にな利、またコストを抑え
ることが可能となる。
As described above, according to the present invention, the reception gate cuts and transmits a portion where the frequency of the detection signal is changed in the detection signal obtained by converting the interfering laser light by the light-to-voltage converter. Therefore, a sideband generated from an unnecessary beat component generated in a portion where the frequency changes does not pass, and this sideband leaks into a high frequency component and gives a noise signal to a signal of another optical fiber sensor. However, since the number of optical fiber sensors in one system can be increased and more multiplexing can be performed, the number of systems required for measurement can be reduced, which is convenient in terms of equipment. Costs can be reduced.

【0053】また本発明によれば、送信ゲートにより、
不要ビート成分を発生させる原因となるレーザ光をあら
かじめ除去したパルス状のレーザ光を光ファイバセンサ
に出力するため、不要ビート成分による各側波帯の高域
成分の漏れ込みにより、他の光ファイバセンサの信号に
雑音信号を与えることはなく、1システムの光ファイバ
センサの数を増やして、より多くの多重化を行うことが
できるので、測定に必要なシステムの数を減らすことが
でき、またコストを抑えることが可能となる。また、受
信ゲートを用いる必要がないので、光路距離を考慮して
光ファイバセンサの距離間隔及びゲート間隔を設定しな
くてもよい。
Further, according to the present invention, by the transmission gate,
In order to output a pulsed laser beam to the optical fiber sensor from which the laser beam causing unnecessary beat components has been removed in advance, leakage of high-frequency components in each sideband due to unnecessary beat components causes other optical fiber No noise signal is added to the sensor signal, and the number of optical fiber sensors in one system can be increased to perform more multiplexing, so that the number of systems required for measurement can be reduced, and Costs can be reduced. Further, since it is not necessary to use a receiving gate, it is not necessary to set the distance interval and the gate interval of the optical fiber sensor in consideration of the optical path distance.

【0054】また本発明によれば、正弦波状にFM変調
されたレーザ光を光源から出力し、その正弦波の特定の
部分だけを受信ゲートで通過させて位相を復調するた
め、不要ビート信号成分による側波帯が発生することが
なく、他の組の光ファイバから出力される信号に雑音と
して影響を与えることがなく、1システムの光ファイバ
センサの数を増やして、より多くの多重化を行うことが
できるので、測定に必要なシステムの数を減らすことが
でき、またコストを抑えることが可能となる。
According to the present invention, a laser beam which is sinusoidally FM-modulated is output from a light source, and only a specific portion of the sinusoidal wave is passed through a reception gate to demodulate the phase. Multiplexing by increasing the number of optical fiber sensors in one system without generating sidebands due to As a result, the number of systems required for the measurement can be reduced, and the cost can be reduced.

【0055】さらに本発明によれば、正弦波状にFM変
調されたレーザ光を光源から出力し、その正弦波の特定
の部分だけを送信ゲートで通過させて干渉させ、位相を
復調するため、不要ビート信号成分による側波帯が発生
することがなく、他の組の光ファイバの信号に雑音とし
て影響を与えることがなく、1システムの光ファイバセ
ンサの数を増やして、より多くの多重化を行うことがで
きるので、測定に必要なシステムの数を減らすことがで
き、またコストを抑えることが可能となる。
Further, according to the present invention, a sinusoidally FM-modulated laser beam is output from the light source, and only a specific portion of the sinusoidal wave passes through the transmission gate to cause interference and demodulate the phase. No sideband is generated due to the beat signal component, and the signal of the other set of optical fibers is not affected as noise, and the number of optical fiber sensors in one system is increased to allow more multiplexing. As a result, the number of systems required for the measurement can be reduced, and the cost can be reduced.

【0056】また本発明によれば、センサアレイのそれ
ぞれの光ファイバを通過するレーザ光の光路距離はほぼ
同じになるので、各光ファイバから出力されるレーザ光
の掃引切り替え時の干渉光が光−電圧変換器に入力され
る時間がほぼ同じになり、受信ゲートが信号を通さない
時間をその時間帯に設定すればよく、光路距離差を考慮
して各光ファイバの測定距離間隔及び受信ゲートのゲー
ト幅を設定する必要がない。
Further, according to the present invention, since the optical path distances of the laser beams passing through the respective optical fibers of the sensor array are substantially the same, the interference light at the time of the sweep switching of the laser beams output from the respective optical fibers is reduced. -The time input to the voltage converter becomes almost the same, and the time during which the reception gate does not pass a signal may be set in that time zone, and the measurement distance interval and reception gate of each optical fiber are considered in consideration of the optical path distance difference. There is no need to set the gate width.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態に係るFDM方式光
ファイバセンサシステムの構成図とレーザ光信号の周波
数及び受信ゲート60のタイムチャートである。
FIG. 1 is a configuration diagram of an FDM optical fiber sensor system according to a first embodiment of the present invention, a frequency of a laser light signal, and a time chart of a reception gate 60.

【図2】本発明の第2の実施の形態に係るFDM方式光
ファイバセンサシステムの構成図とレーザ光信号の周波
数及び受信ゲート60のタイムチャートである。
FIG. 2 is a configuration diagram of an FDM optical fiber sensor system according to a second embodiment of the present invention, a frequency of a laser light signal, and a time chart of a reception gate 60;

【図3】本発明の第3の実施の形態に係るFDM方式光
ファイバセンサシステムの構成図とレーザ光信号の周波
数及び送信ゲート70のタイムチャートである。
FIG. 3 is a configuration diagram of an FDM optical fiber sensor system according to a third embodiment of the present invention, a frequency of a laser light signal, and a time chart of a transmission gate 70;

【図4】本発明の第4の実施の形態に係るFDM方式光
ファイバセンサシステムの構成図とレーザ光信号の周波
数及び受信ゲート61のタイムチャートである。
FIG. 4 is a configuration diagram of an FDM optical fiber sensor system according to a fourth embodiment of the present invention, a frequency of a laser light signal, and a time chart of a reception gate 61;

【図5】本発明の第5の実施の形態に係るFDM方式光
ファイバセンサシステムの構成図とレーザ光信号の周波
数及び送信ゲート71のタイムチャートである。
FIG. 5 is a configuration diagram of an FDM optical fiber sensor system according to a fifth embodiment of the present invention, a frequency of a laser light signal, and a time chart of a transmission gate 71.

【図6】マイケルソン方式のセンサアレイ2b、2cの
構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram of a Michelson type sensor array 2b, 2c.

【図7】従来のFDM方式光ファイバセンサシステムの
構成図とレーザ光信号の周波数のタイムチャートであ
る。
FIG. 7 is a configuration diagram of a conventional FDM optical fiber sensor system and a time chart of the frequency of a laser light signal.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、1a 光源 2、2a センサアレイ 3 O/E変換器 4−1、4−2 帯域通過フィルタ 5−1、5−2 復調処理器 60、61 受信ゲート 70、71 送信ゲート DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a Light source 2, 2a Sensor array 3 O / E converter 4-1 and 4-2 Bandpass filter 5-1 and 5-2 Demodulator 60 and 61 Reception gate 70 and 71 Transmission gate

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ光電界の周波数を鋸歯波形状に線
形周波数変調したレーザ光を出力する光源と、 測定対象の物理量に対応して光路長が変化する2つの光
ファイバを複数組有し、それぞれの組が基準の遅延時間
差の整数倍で、かつそれぞれの組に異なる遅延時間差を
持たせて、前記それぞれの組の光ファイバに前記レーザ
光を透過させて干渉させる光ファイバセンサ手段と、 前記干渉したレーザ光を自乗検波して電圧に変換する光
−電圧変換手段と、 前記干渉したレーザ光を変換した検波信号の内、前記検
波信号の周波数が変移する部分を除いて通過させる受信
ゲートと、 該受信ゲートを通過した検波信号の内、前記それぞれの
組の遅延時間差に基づいた周波数を中心周波数とする周
波数帯域の検波信号を通過させる複数の帯域通過フィル
タと、 該複数の帯域通過フィルタを通過したそれぞれの検波信
号を復調し、前記物理量に対応した位相信号を有する復
調信号をそれぞれ出力する複数の位相復調手段とを備え
たことを特徴とする周波数分割多重方式光ファイバセン
サシステム。
1. A plurality of sets of a light source for outputting a laser beam in which the frequency of a laser light electric field is linearly frequency-modulated in a sawtooth waveform, and two optical fibers whose optical path lengths change according to a physical quantity to be measured. An optical fiber sensor means in which each set is an integral multiple of the reference delay time difference, and each set has a different delay time difference, and transmits and interferes with the laser light in the optical fiber of each set, A light-voltage conversion unit that square-detects the interfering laser light and converts it into a voltage, and a reception gate that passes through the detection signal obtained by converting the interfering laser light except for a portion where the frequency of the detection signal changes. A plurality of band-pass filters for passing a detection signal in a frequency band whose center frequency is a frequency based on the respective delay time differences among the detection signals passing through the reception gate. And a plurality of phase demodulating means for demodulating each of the detection signals passed through the plurality of band-pass filters and outputting a demodulated signal having a phase signal corresponding to the physical quantity. Division multiplex optical fiber sensor system.
【請求項2】 レーザ光電界の周波数を鋸歯波形状に線
形周波数変調したレーザ光を出力する光源と、 該光源が出力した前記レーザ光の内、前記レーザ光電界
の周波数が線形に変化する部分のレーザ光を透過させる
送信ゲートと、 測定対象の物理量に対応して光路長が変化する2つの光
ファイバを複数組有し、それぞれの組が基準の遅延時間
差の整数倍で、かつそれぞれの組が異なる遅延時間差を
持たせて、前記それぞれの組の光ファイバに前記レーザ
光を透過させて干渉させる光ファイバセンサ手段と、 前記干渉したレーザ光を自乗検波して電圧に変換する光
−電圧変換手段と、 該光−電圧変換手段を通過した検波信号の内、前記それ
ぞれの組の遅延時間差に基づいた周波数を中心周波数と
する周波数帯域の検波信号を通過させる複数の帯域通過
フィルタと、 該複数の帯域通過フィルタを通過したそれぞれの検波信
号を復調し、前記物理量に対応した位相信号を有する復
調信号をそれぞれ出力する複数の移動復調手段とを備え
たことを特徴とする周波数分割多重方式光ファイバセン
サシステム。
2. A light source for outputting a laser beam in which the frequency of a laser beam electric field is linearly frequency-modulated in a sawtooth waveform, and a portion of the laser beam outputted by the light source, in which the frequency of the laser beam electric field changes linearly. And a plurality of sets of two optical fibers whose optical path lengths change according to the physical quantity to be measured, each set being an integral multiple of a reference delay time difference, and An optical fiber sensor means for causing the laser light to pass through the respective sets of optical fibers and causing interference with the respective sets of optical fibers, and a light-to-voltage conversion for square-detecting the interfered laser light and converting it into a voltage. A plurality of means for passing a detection signal in a frequency band having a center frequency of a frequency based on the delay time difference between the respective sets of the detection signals having passed through the light-to-voltage conversion means. A band-pass filter, and a plurality of mobile demodulation means for demodulating each detection signal passed through the plurality of band-pass filters and outputting a demodulated signal having a phase signal corresponding to the physical quantity. Frequency division multiplexing optical fiber sensor system.
【請求項3】 レーザ光電界の周波数を正弦波形状に周
波数変調したレーザ光を出力する光源と、 測定対象の物理量に対応して光路長が変化する2つの光
ファイバを複数組有し、それぞれの組が基準の遅延時間
差の整数倍で、かつそれぞれの組が異なる遅延時間差を
持たせて、前記それぞれの組の光ファイバに前記レーザ
光を透過させて干渉させる光ファイバセンサ手段と、 前記干渉したレーザ光を自乗検波して電圧に変換する光
−電圧変換手段と、 該光−電圧変換手段が出力した検波信号の内、瞬時周波
数がほぼ一定となる部分を中心とした所定幅の前記検波
信号を通過させる受信ゲートと、 該受信ゲートを通過した検波信号の内、前記それぞれの
組の遅延時間差に基づいた周波数を中心周波数とする周
波数帯域の検波信号を通過させる複数の帯域通過フィル
タと、 該複数の帯域通過フィルタを通過したそれぞれの検波信
号を復調し、前記物理量に対応した位相信号を有する復
調信号をそれぞれ出力する複数の位相復調手段とを備え
たことを特徴とする周波数分割多重方式光ファイバセン
サシステム。
3. A plurality of sets of a light source for outputting a laser beam in which the frequency of a laser light electric field is frequency-modulated in a sine wave shape, and two optical fibers whose optical path lengths change according to a physical quantity to be measured. Optical fiber sensor means for causing the laser light to pass through and interfere with the optical fibers of the respective sets so that each set has an integer multiple of the reference delay time difference, and each set has a different delay time difference; and Light-to-voltage conversion means for square-detecting the converted laser light and converting it to a voltage, and the detection signal having a predetermined width centered on a portion where the instantaneous frequency is substantially constant among the detection signals output from the light-to-voltage conversion means. A reception gate through which the signal passes; and a detection signal in a frequency band having a frequency centered on a frequency based on the delay time difference between the respective sets among the detection signals passing through the reception gate. A plurality of band-pass filters, and a plurality of phase demodulation means for demodulating each detection signal passed through the plurality of band-pass filters and outputting a demodulated signal having a phase signal corresponding to the physical quantity. Characteristic frequency division multiplexing optical fiber sensor system.
【請求項4】 レーザ光電界の周波数を正弦波形状に周
波数変調したレーザ光を出力する光源と、 該光源が出力したレーザ光の内、瞬時周波数が線形とな
る部分を中心とした所定幅の前記レーザ光を通過させる
送信ゲートと、 測定対象の物理量に対応して光路長が変化する2つの光
ファイバを複数組有し、それぞれの組が基準の遅延時間
差の整数倍で、かつそれぞれの組が異なる遅延時間差を
持たせて、前記それぞれの組の光ファイバに前記レーザ
光を透過させて干渉させる光ファイバセンサ手段と、 前記干渉したレーザ光を自乗検波して電圧に変換する光
−電圧変換手段と、 前記それぞれの組の遅延時間差に基づいた周波数を中心
周波数とする周波数帯域の検波信号を透過させる複数の
帯域通過フィルタと、 該複数の帯域通過フィルタを通過したそれぞれの検波信
号を復調し、前記物理量に対応した位相信号を有する復
調信号をそれぞれ出力する複数の位相復調手段とを備え
たことを特徴とする周波数分割多重方式光ファイバセン
サシステム。
4. A light source for outputting a laser beam in which the frequency of a laser light electric field is frequency-modulated into a sine wave shape, and a laser beam output from the light source having a predetermined width centered on a portion where the instantaneous frequency is linear. A transmission gate for passing the laser light, and a plurality of sets of two optical fibers whose optical path lengths change in accordance with the physical quantity to be measured, each set being an integral multiple of a reference delay time difference, and each set being An optical fiber sensor means for causing the laser light to pass through the respective sets of optical fibers and causing interference with the respective sets of optical fibers, and a light-to-voltage conversion for square-detecting the interfered laser light and converting it into a voltage. Means, a plurality of band-pass filters transmitting a detection signal in a frequency band having a frequency based on the delay time difference between the respective sets as a center frequency, and the plurality of band-pass filters. Spent and the respective detection signal demodulated frequency division multiplexing optical fiber sensor system is characterized in that a plurality of phase demodulating means and outputs the demodulated signal with a phase signal corresponding to the physical quantity.
【請求項5】 前記光ファイバセンサ手段は、各組の前
記光源から前記光−電圧変換手段までの光路距離が等し
くなるようにその光路長が設定されることを特徴とする
請求項1、2、3又は4記載の周波数分割多重方式光フ
ァイバセンサシステム。
5. The optical fiber sensor device according to claim 1, wherein an optical path length is set such that an optical path distance from each set of said light sources to said light-to-voltage converter is equal. 5. The frequency division multiplexing type optical fiber sensor system according to item 3 or 4.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001228182A (en) * 2000-02-21 2001-08-24 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Optically integrated multiple point measurement device
CN100350219C (en) * 2005-11-02 2007-11-21 浙江大学 Method and device for multiplexing and demodulating sensor based on optical fiber grating in long cycle
CN110307862A (en) * 2019-06-20 2019-10-08 江南大学 A kind of fiber grating beat frequency demodulating system based on the detection of radiofrequency signal bandwidth

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