JPH109978A

JPH109978A - 光ファイバセンサ

Info

Publication number: JPH109978A
Application number: JP15996096A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Komachiya; 昌宏小町谷; Hisao Sonobe; 久雄園部; Shigeru Obo; 茂於保; Takayuki Fumino; 高之文野; Tatsunori Sakaguchi; 龍範坂口; Kazuhiko Kawakami; 和彦河上; Shizuhisa Watanabe; 静久渡辺; Takao Sasayama; 隆生笹山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-06-20
Filing date: 1996-06-20
Publication date: 1998-01-16
Anticipated expiration: 2016-06-20
Also published as: JP3697320B2

Abstract

(57)【要約】【課題】発光部に負担の少ない微弱光での計測が可能な
光ファイバセンサを提供する。【解決手段】光ファイバセンサにおいて、測定対象とす
る現象の時間変化に特徴的な時間幅τより短い周期Ｔの
光強度変調を発光部１に施し、光ファイバ２の通過光を
検出し、変調を受けた光信号を受光部３で光電変換し、
これを雑音除去部３０と増幅部４０を組み合せて交流増
幅した後、復調部２０で復調し、復調後の信号を増幅部
５０で振幅調整することにより、増幅部４０の増幅素子
に起因する直流オフセット電圧の影響を受けずに、増幅
率の大きな信号処理と直流成分の検出とを両立すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ応用計
測技術に属するものであり、自動車エンジンにおける燃
焼圧力の計測制御をはじめ、一般に圧力を計測しそれを
制御に利用する産業分野全般で使用することができる光
ファイバセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車のエンジン制御を目的とした燃焼
圧センサの場合を例として、本発明に係わる従来技術を
説明する。

【０００３】ピエゾ起電力またはピエゾ抵抗効果を利用
した電気式圧力検出が燃焼圧力計測の基本技術であっ
た。これに対して電気的雑音に強い光学式センサ、特に
複雑に込み入ったエンジン周辺に実装容易な、光ファイ
バを用いた燃焼圧センサの提案がある。一例として特開
昭６０−１６６７３９号公報に開示されている制御装置
では、光ファイバをエンジンの周りに配置し、その一部
はボルトの座金位置に用意した圧力検出用のケース内を
通るようにしている。光ファイバは電気的絶縁体である
ため、ショートの危険なくエンジン周辺の隙間を通すこ
とができる。

【０００４】これに対し、光ファイバを圧力検出部と共
にエンジンの内部に実装する燃焼圧センサがある。特開
平６−３０７９５３号公報の物理量検出装置では、エン
ジンのヘッドガスケット内部に圧力検出部を実装した光
ファイバセンサを中心に、多気筒の燃焼圧力検出制御シ
ステムを構成した例を示している。各気筒に対応して設
けられた受圧部では、燃焼圧力に応じた曲げ変形を光フ
ァイバに与えるようにしている。曲げ変形に伴う光損失
の結果、光ファイバの伝播光量が変化するため、逆に光
量変化から燃焼圧力の変化を知ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術に見られ
る光ファイバセンサは、複数センサの実装スペース確保
が難しいエンジンルーム内での多気筒内圧計測に有効で
ある。一方、エンジンルーム内は熱的にも過酷な環境に
ある。従ってセンサの長期安定動作を考えると、発光手
段である光源には、熱的負担の少ない発光強度を抑えた
使い方が望ましい。実際には、一例として１μＷ程度の
光強度でも圧力計測には充分である。

【０００６】しかしながら、光強度設定に対する設計上
の自由度を高め、また万一何等かの理由で発光強度が設
定値を大きく下回る場合でも計測を継続できるようにす
ることが実用面で望ましい。こうした理由を背景に、光
ファイバセンサを光強度のより弱い条件下で使用しても
Ｓ／Ｎ比の良好な微弱光計測のできる検出方式をいかに
実現するかが課題として残されていた。

【０００７】本発明は、上記のような課題を鑑みてなさ
れたもので、発光強度が弱い条件下でもＳ／Ｎ比の良好
な計測ができる光ファイバセンサを提供することを目的
とする。

【０００８】また、光ファイバセンサで検出される信号
の直流成分あるいはそれに近い低周波の信号成分は、発
光器の発光強度、光ファイバの状態、受光器の検出感度
等、いわゆる光の伝送経路の状態に依存する。このた
め、この直流成分をモニターすることにより、経時的変
化によっておこる上記伝送経路の劣化の度合いを常に把
握することができる。

【０００９】本発明の他の目的は、発光強度が弱い条件
下でも検出信号の直流成分やその近傍の周波数、あるい
は、ある特定の周波数成分をより正確に計測できる光フ
ァイバセンサを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による光ファイバセンサは、検出対象である
信号の周波数帯域（特別な場合には直流成分を含む）と
該信号を検出した後に混入し得る雑音信号の特徴的な周
波数帯域（特別な場合には直流成分を含む）とを分離す
るための帯域分離手段と、分離後の信号周波数帯域を分
離前の帯域に戻すための帯域回復手段とを備える。

【００１１】また、上記本発明による光ファイバセンサ
において、上記雑音信号に特徴的な周波数帯域を除去す
るための雑音除去手段をさらに備えても良い。

【００１２】また、上記本発明による光ファイバセンサ
において、上記帯域分離手段により変換した後の信号を
増幅可能な増幅手段、または、上記帯域回復手段により
回復した後の信号を増幅可能な増幅手段をさらに備えて
も良い。

【００１３】以上の手段によれば、光ファイバセンサに
おける光電変換後の検出信号に対して、これに混入し得
る回路的雑音や電気的回り込み成分を分離し、必要な微
弱信号の選択性を高め、効果的に信号の増幅処理を施す
ことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した光ファイ
バセンサの実施形態について、図面を用いて詳細に説明
する。

【００１５】本発明の第１の実施形態を説明する。本実
施形態の光ファイバセンサは、図１に示すように、発光
部（光源）１、光ファイバ２、および受光部（Ｏ／Ｅ）
３によりその本体を構成している。本実施形態では、光
ファイバ２の一部に、計測対象である圧力変化に応じた
曲げ変形が与えられる構成を備えており、この曲げ変形
に応じた光量変化を検出することで、上記圧力変化を検
出するものである。なお、光ファイバセンサに備えられ
る光ファイバの本数は、本実施形態のように１本に限定
されるものではなく、複数本でも構わない。

【００１６】発光部１より発した光は光ファイバ２の中
を伝播し、上記曲げ変形（曲げ半径）の大きさに応じた
光損失を被った後、受光部３で伝播光量が電気的に検出
される。光ファイバ２の具体的構造や配置は、もちろん
図１の例に限るものではない。

【００１７】受光部３により検出された信号は、一般に
電気回路または電子回路で増幅等の必要な処理を受けた
後、センサ出力として出力される。

【００１８】一方、現実の信号処理回路では処理の過程
で、検出信号と区別のできない雑音信号の混入が避け難
い。雑音信号は回路外部から回り込むこともあるが、信
号処理回路自体に起因する場合もある。このような雑音
は、充分な信号強度が得られている場合には問題となら
ない。しかし、光ファイバセンサにおいて発光部１の発
する光量が小さくなると、受光部３で検出される信号自
体が小さくなるため問題の生じる場合がある。例えば、
信号を増幅するための回路素子は一定の電圧で飽和して
しまう一方、増幅素子自体が直流オフセット電圧を生じ
ることが知られている。特に安価に利用できる汎用の増
幅素子ではそうした傾向が大きい。

【００１９】さらに、直流オフセット電圧の大きさは例
えば温度等により変化するが、素子単位でこれを補償す
ることは繁雑で実用的でない場合が多い。また、前記増
幅素子を複数つなげて大きな増幅率を得るには、直流オ
フセット電圧を除去しながら信号増幅することが必要で
ある。したがって、このような場合、直流成分あるいは
それに近いゆっくりと変化する低周波の信号成分も計測
対象とするような微弱光計測は現実的ではない。

【００２０】そこで、本実施形態の光ファイバセンサ
は、上記構成に加え、発光部１の発光を変調することで
後述するような信号の帯域分離を行う帯域分離部１０
と、目的とする周波数帯域の信号だけを選択することで
雑音成分等を取り除く雑音除去部３０と、前記選択され
た信号を増幅する増幅部４０と、前記増幅された信号を
復調することで信号を本来の周波数帯域に回復する帯域
回復部２０と、当該センサの出力振幅を調整する振幅調
整部５０とを備えている。

【００２１】本実施形態では、帯域分離部１０により検
出信号の帯域を直流成分を含む周波数領域から一度分離
させ、雑音除去部３０でこの場合の雑音成分である直流
電圧成分を除去し、またこれを増幅部４０による変調信
号の増幅と組み合せるようにしている。図１には模式的
に示しているが、雑音除去部３０で直流オフセット電圧
を除去しながら増幅部４０を複数組み合せることで増幅
率を上げることができる。この場合、信号は帯域分離部
１０により予め変調を受けているため、検出信号に本来
含まれていた直流成分の情報は失われない。増幅後の変
調信号に対しては帯域回復部２０により検波や平滑等を
含む復調処理が行われ、最後に出力電圧の大きさが増幅
部５０により調整される。

【００２２】帯域分離部１０は発光部１での発光強度に
変調を加える。図１では変調信号が周期Ｔの矩形波の場
合を示している。一例として発光部１に半導体レーザダ
イオードあるいはそれに類する発光素子を用いる場合に
は、当該発光素子に供給する注入電流の大きさに対応す
る変調を加えるようにすればよい。また、最も単純な例
としては、光を周期Ｔでオン／オフするようにしても良
い。この構成により、発光部１は周期Ｔの連続したパル
ス状に光を発する。

【００２３】本実施形態では、計測対象とする圧力変化
に特徴的な時間幅τよりも変調の周期Ｔを短くするよう
にしている。これにより、光ファイバ２から出力される
光パルスの尖頭値を結ぶ包絡線として、対象とする圧力
変化を捉えることができる。

【００２４】本実施形態における検出信号の処理の様子
を図２に模試的に示す。各信号波形は各々その上に示す
処理過程で得られる信号に対応している。

【００２５】受光部３で光電変換された信号は周期Ｔの
連続パルスであるが、各パルスの尖頭値は圧力変化に応
じて変化する。測定圧力が増すと光ファイバ通過光量が
減少するため、パルス尖頭値は減少する。逆に測定圧力
が減少すると、パルス尖頭値は増加する。雑音除去部３
０は、この信号から直流成分を含む緩やかな電圧変化を
除去する。結果として信号波形は、基準電圧に対してほ
ぼ対称な振動波形となる。増幅部４０は当該信号を増幅
する。

【００２６】増幅処理において、増幅素子を複数つなげ
ると各増幅素子に起因するオフセット電圧が信号に加わ
り、また当該オフセット電圧自体も増幅されていくた
め、増幅素子は容易に飽和し、よって大きな増幅率を得
ることができない。一方、雑音除去部３０と増幅部４０
とを組み合せ、オフセット電圧を除去しながら信号の増
幅をする場合には、飽和を起こすこと無く大きな増幅率
を得ることができる。

【００２７】増幅後の信号は帯域回復部２０により、も
ともとの圧力変化波形に復調される。帯域回復部２０で
は、例えば半波整流回路で基準電圧に対して正側の信号
を取り出し、またローパスフィルタでその包絡線を取り
出すことで、変調キャリヤ信号を除去するように構成さ
れている。

【００２８】最後に、増幅部５０により出力信号の電圧
振幅を調整する。増幅部５０に入る信号は既に増幅され
ているため、増幅部５０で用いる増幅素子に起因する直
流オフセット電圧は無視することができる。増幅部５０
では、復調後の信号周波数帯域について電圧振幅を増減
できればよい。このような増幅部５０を備えることで、
例えば出力電圧を、後段のＡ／Ｄ変換器の入力レンジに
合うように調整できる。

【００２９】本実施形態の光ファイバセンサによれば、
当該センサの状態等を示す信号の直流成分の情報を残し
たまま、雑音として混入する回路的直流オフセット電圧
を除去することで、直流成分の検出と発光部に負担の少
ない微弱光の計測とを両立できる。

【００３０】光ファイバセンサ出力の直流成分あるいは
それに類する信号は、出力情報の一部として、またリフ
ァレンス信号として重要となる場合が多い。一例とし
て、本実施形態の光ファイバセンサでは、極めてゆっく
りとした物理量の時間変化を弱い光強度で捉えることが
できる。

【００３１】また、現象の比較的速い時間変化のみに注
目する場合でも、本来変化しない直流成分を検出するこ
とで、発光部１の発光強度変化を補正制御できる。発光
部１に予め組み込まれた光検出素子の出力を用いて発光
強度変化の補正をすることもできるが、光ファイバ２の
出力に基づく補正制御によれば、発光部１と光ファイバ
２との接続部分における光損失変化の影響も取り込ん
だ、より正確な補正ができる。

【００３２】本実施形態における雑音除去部３０と増幅
部４０とを組み合せた回路の一例を図３に示す。この回
路には、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１で決まる時定数でハ
イパスフィルタが組みこまれている。当該ハイパスフィ
ルタが雑音除去部３０であり、雑音成分である直流成分
近傍の電圧変化を除去し、変調周波数帯域を通過させる
ようにしている。また、抵抗Ｒ１、Ｒ２と演算増幅素子
４１を組み合せた回路により増幅部４０を構成する。増
幅部４０は抵抗Ｒ１とＲ２の比率に応じて入力信号を増
幅できることが知られている。図３の回路構成は複数直
列に接続しても直流成分が逐次除去される。このため、
増幅素子の直流オフセット電圧が増幅され、回路が飽和
することを避けることができる。

【００３３】自動車エンジンの燃焼圧力計測を例とし
て、上述した測定対象（圧力変化）に特徴的な時間幅τ
について図４を用いて説明する。図４の縦軸は燃焼圧力
の変化を、また横軸は経過時間を示す。

【００３４】本例では、経過時間の順に、燃料と空気の
吸入及び圧縮による気筒内圧力の上昇、爆発による燃焼
圧力の立上り、ピストンを押し下げる仕事と排気による
圧力の減少を示す。この一連の燃焼圧力サイクルを検出
する場合には、図４の時間幅（周期）τ１に対して、帯
域分離部１０による変調周期ＴをＴ＜τ１とすればよ
い。もちろんτ１はエンジンの回転数によって変わるの
で、変調周期Ｔの設定には最も短い周期となるτ１を基
準とすればよい。変調周期Ｔの大きさにより計測の分解
能が決まる。

【００３５】一方、燃焼圧力計測の際には、異常燃焼に
伴うノック信号を併せて検出できることが望ましい。ノ
ック信号の周期あるいは時定数は、５から１５ｋＨｚ程
度の高周波信号である。図４には圧力ピークの近傍にノ
ック信号による振動成分の重畳を大きめに示している。
ノック信号を検出するためには、その時間幅τ２に対し
て変調周期ＴをＴ＜τ２とすればよい。一例としてノッ
ク信号の周波数１５ｋＨｚまでを計測するのには、変調
周波数を１５０ｋＨｚとすればよい。

【００３６】以上説明したように、本実施形態では、光
ファイバセンサについて光源の変調と検出光の復調とを
組み合せた信号の増幅をした。本実施形態によれば、そ
こでは信号検出後に混入する直流成分あるいは直流に近
い緩やかな変化をする成分を雑音信号として、それを除
去しながら微弱光の増幅をすることができる。なお、本
実施形態では圧力変化の計測を例に挙げて説明したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、種々の微弱光
検出用光ファイバセンサに適用できる。

【００３７】次に、本発明を適用した光ファイバセンサ
の第２の実施形態を、図５を参照して説明する。図５に
本実施形態の光ファイバセンサの構成を示す。

【００３８】一般に、光ファイバセンサに入り込む雑音
信号は、必ずしも直流成分に限るものではない。このよ
うな一般の雑音成分を上記第１の実施形態と同様に除去
できれば、信号増幅の有無とは別に微弱光計測でのＳ／
Ｎ比を向上できる。また、本実施形態の技術は、光ファ
イバセンサでの微弱光計測のみならず、他の物理量測定
に際して行われる微弱信号の検出にも同様に適用するこ
とができる。

【００３９】本実施形態では、検出対象とする物理量変
化に応じた信号の周波数帯域（直流成分を含む）と、該
信号の検出後に混入し得る雑音信号の特徴的な周波数帯
域（直流成分を含む）とを分離する帯域分離部１０によ
り、物理量変化の検出信号と雑音信号とを周波数上で区
別できるようにし、その後、帯域回復部２０により本来
の検出信号を得るものである。

【００４０】具体的には、上記第１の実施形態のように
光ファイバセンサの発光部１に強度変調を加えた当該セ
ンサ本体の光出力そのものが、上記の意味で帯域分離さ
れている様に構成することができる。あるいはまた、光
出力を検出した直後に、リファレンス信号を電気的に掛
け合わせて変調をするようにしてもよい。

【００４１】前者は図５のＡの部分から得られる信号を
光ファイバセンサ本体からの光出力と見る場合を、また
後者は図５のＢの部分から得られる信号を光ファイバセ
ンサ本体からの光出力と見る場合にそれぞれ相当する。
なお、後者の場合には、上記帯域分離部１０は信号処理
系の内部に構成される。ここで光ファイバセンサ本体と
は、上記図１の発光部１、光ファイバ部２および受光部
３からなる部分に相当する。

【００４２】帯域分離部１０により周波数帯域を変更さ
れた検出信号には、本来除去すべき雑音成分が混入す
る。これら検出信号と雑音信号との混合信号は、信号周
波数帯域を分離前の帯域に戻すための帯域回復部２０に
より復調処理を受ける。もちろん注目すべき信号成分
は、既に変調等の処理を受けているため、周波数上で見
ると雑音成分とは異なる変換を受ける。

【００４３】処理１と処理２は、個々の光ファイバセン
サに必要な信号の分離や増幅等の過程を示すもので、本
実施形態ではその具体的構成は限定されない。本実施形
態では、混入し得る雑音成分の特徴や回路規模に合わせ
た種々の処理回路を、処理１、処理２の各過程に適用す
ることできるため、信号処理回路として汎用性高い使い
方できる。

【００４４】次に、本発明による光ファイバセンサの第
３の実施形態を、図６を用いて説明する。

【００４５】本実施形態の光ファイバセンサは、上記図
５の実施形態での処理１に雑音除去部３０と増幅部４０
とを取り入れたものである。雑音除去部３０は雑音信号
を除去し、増幅部４０により上記の意味で帯域分離され
た検出信号の増幅をしている。帯域分離部１０を使うこ
とで、検出対象とする物理量変化の周波帯域は、除去す
べき雑音信号の周波数帯域と区別されている。雑音除去
部３０には、例えば変調を受けた信号の周波数に通過帯
域を合わせたフィルタ回路を使うことができる。

【００４６】また、上述したように、本実施形態の光フ
ァイバセンサで除去すべき雑音信号は必ずしも直流成分
あるいはそれに類する信号に限らない。雑音信号を残し
たまま微弱検出信号の増幅が必要程度できるのであれ
ば、雑音の除去と信号の増幅はその順を入れ換えてもよ
い（図６（ｂ））。

【００４７】本実施形態によれば何れの場合でも、検出
信号と雑音信号とは周波数上で区別されているため、雑
音成分の除去は容易である。結果としてＳ／Ｎ比のよい
微弱光計測をすることができる。

【００４８】次に、本発明による光ファイバセンサの第
４の実施形態を、図７を用いて説明する。

【００４９】本実施形態の光ファイバセンサは、上記図
５の実施形態の処理２に雑音除去部３０を取り入れたも
のである。上記のように注目すべき信号成分は変調等の
処理を受けているため、周波数上で見ると当該信号成分
と雑音成分とは帯域回復部２０において異なる変換を受
ける。例えば、変調を受けた検出信号はもとの周波数帯
域に復調するが、雑音成分の周波数帯域はもとと異なる
帯域に変換される。

【００５０】つまり両者は周波数上で依然区別されてい
る。よって、例えば変換後の雑音成分の周波数帯域を、
雑音除去部３０による分離が容易な帯域となるように予
め設定しておくことができる。雑音除去部３０として
は、例えば、復調後の検出信号の周波数に通過帯域を合
わせたフィルタ回路を用いることができる。

【００５１】本実施形態によれば、雑音信号を含む変調
された検出信号を帯域回復部２０で帯域変換することに
より、雑音信号の周波数帯域を積極的に減衰させるよう
にできる。

【００５２】次に、本発明による光ファイバセンサの第
５の実施形態を、図８を用いて説明する。

【００５３】本実施形態の光ファイバセンサは、上記図
５の実施形態の構成に加えて、出力信号の振幅調整をす
る増幅部５０を具備している。これにより微弱信号の増
幅とは独立に出力電圧の調整をできるようにしている。
微弱信号の増幅には大きな増幅率が要求されるため、増
幅途中の抵抗等回路素子を少し変更するだけで出力レベ
ルが大きく変わる場合がある。本実施形態では増幅部５
０を併用することで、大きな信号増幅を要する微弱光計
測での出力レベル調整を容易にしている。

【００５４】また、本実施形態の光ファイバセンサを、
上記図７の実施形態と組み合せることもできる。この場
合には、図７の雑音除去部３０によって分離された後の
微弱信号を増幅部５０で増幅することもできる。この場
合には、上記の意味で出力レベルの微調整はできない
が、回路構成を簡単にできる。

【００５５】以上説明したように、本発明の光ファイバ
センサによれば、対象とする検出信号に対して、これに
混入し得る回路的雑音や電気的回り込み成分を一度分離
し、再びそれを回復することで、必要な微弱信号の選択
性を高め、効果的に信号の増幅処理を実行することがで
きる。

【００５６】特に、測定対象とする現象の時間変化に特
徴的な時間幅τより短い周期Ｔの光強度変調を発光部１
０に加え、変調を受けた検出信号を交流増幅した後に復
調することで、増幅素子に起因する直流オフセット電圧
の影響を受けずに、増幅率の大きな信号処理と直流成分
の検出とを両立できるようにしている。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、上記のような課題を鑑
みてなされたもので、発光強度が弱い条件下でもＳ／Ｎ
比の良好な計測ができる光ファイバセンサを提供するこ
とができる。

【００５８】さらに、本発明によれば、発光強度が弱い
条件下でも検出信号の直流成分あるいはある特定の周波
数成分を、より正確に計測できる光ファイバセンサを提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の光ファイバセンサの
構成を示す説明図である。

【図２】本発明の第１の実施形態の光ファイバセンサに
おける信号処理の様子を示す説明図である。

【図３】本発明の第１の実施形態の光ファイバセンサの
雑音除去部と増幅部の回路構成例を示す回路図である。

【図４】エンジン気筒内燃焼圧力の時間変化に特徴的な
時間幅を示すグラフである。

【図５】本発明の第２の実施形態の光ファイバセンサの
構成を示すブロック図である。

【図６】図６（ａ）：本発明の第３の実施形態の光ファ
イバセンサの構成の一例を示すブロック図である。図６
（ｂ）：本発明の第３の実施形態の光ファイバセンサの
構成の他の例を示すブロック図である。

【図７】本発明の第４の実施形態の光ファイバセンサの
構成を示すブロック図である。

【図８】本発明の第５の実施形態の光ファイバセンサの
構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１・・・発光部、２・・・光ファイバ、３・・・受光
部、１０・・・帯域分離（変調）部、２０・・・帯域回
復（復調）部、３０・・・雑音除去部（選択）、４０・
・・帯域分離（変調）した信号に対する増幅部、５０・
・・帯域回復（復調）した信号に対する増幅部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者文野高之茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者坂口龍範茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者河上和彦茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者渡辺静久茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者笹山隆生茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一本の光ファイバと、該光ファ
イバと光学的に接続された発光部と、該光ファイバの通
過光または反射戻り光を検出する受光部とを有し、被計
測物理量の変化を該光ファイバの通過光量変化として捉
えるよう構成された光ファイバセンサにおいて、前記受光部で検出対象とする信号の周波数帯域と該信号
の検出後に混入し得る雑音信号の特徴的な周波数帯域と
を分離するための帯域分離手段と、前記分離後の信号周波数帯域を分離前の帯域に戻すため
の帯域回復手段とを備えることを特徴とする光ファイバ
センサ。
【請求項２】請求項１に記載の光ファイバセンサにおい
て、上記周波数帯域とは、直流成分および予め定めた周波数
の交流成分のうち少なくとも一方が含まれている帯域で
あることを特徴とする光ファイバセンサ。
【請求項３】請求項２に記載の光ファイバセンサにおい
て、上記帯域分離手段は、上記発光部の発する光の強度を変
調するための変調手段であり、上記帯域回復手段は、検出された強度変調信号を復調す
るための復調手段であることを特徴とする光ファイバセ
ンサ。
【請求項４】請求項３に記載の光ファイバセンサにおい
て、上記変調手段の変調周期は、上記被計測物理量の時間変
化に特徴的な時間幅よりも短いことを特徴とする光ファ
イバセンサ。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の光ファイ
バセンサにおいて、上記雑音信号に特徴的な周波数帯域を除去するための雑
音除去手段をさらに備えることを特徴とする光ファイバ
センサ。
【請求項６】請求項５に記載の光ファイバセンサにおい
て、上記雑音除去手段は、信号の直流オフセット電圧を除去
する電気回路素子を含むものであることを特徴とする光
ファイバセンサ。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の光ファイ
バセンサにおいて、上記帯域分離手段により変換した後の信号を増幅する増
幅手段をさらに備えたことを特徴とする光ファイバセン
サ。
【請求項８】請求項１〜７のいずれかに記載の光ファイ
バセンサにおいて、上記帯域回復手段により回復した後の信号を増幅する増
幅手段をさらに備えたことを特徴とする光ファイバセン
サ。
【請求項９】少なくとも一本の光ファイバと、該光ファ
イバと光学的に接続された発光部と、該光ファイバの通
過光または反射戻り光を検出する受光部とを有し、被計
測物理量の変化を該光ファイバの通過光量変化として捉
えるよう構成された光ファイバセンサにおいて、前記発光部の発光する光の強度を変調する帯域分離手段
と、前記光ファイバを通り前記受光部で検出された、前記変
調光に対応する変調信号を交流増幅する交流増幅手段
と、前記交流増幅した変調信号を復調して、前記受光部での
検出信号に本来含まれている直流成分および交流成分の
両者を検出する帯域回復手段とを備えることを特徴とす
る光ファイバセンサ。