JPS58105397A - 光センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光送受信装置から隔離された場所に無電源さ
れた光センサ部を設け、この光センサ部によって計測さ
れた光信号の強弱信号の情報を、光送受信装置の設置さ
れた場所で正確で安定に測３１、−７ 定することができ、しかもこの光送受信装置と、光セン
サ部とは、１本の光フアイバ伝送路で結合できるように
したものに使用される光センサ装置を提供しようとする
ものである。

光センサを用いた物理量の計測方法としては、アナログ
量と、ディジタル量とで計測する方法がある。本発明は
、アナログ量を計測するものであり、また測定対象とし
ては、温度、湿度、振動。

圧力、放射線等いろいろなものが考えられる。

このアナログ量どは、ここでは、光センサ素子を通過、
または反射して得られる光信号の振幅量を示すもので、
前記測定対象の中から一つ具体的−例として温度を測定
する温度測定装置について以下説明することとする。

第１図は従来の遠隔地点における温度測定装置である。

温度センサ部１０１には、サーミスタを用い、温度に比
例してサーミスタの抵抗値が変化し、この抵抗値変化を
光送信ｐ１０２に伝え、電気信号の変化を周波数変調等
性なって光信号に変換し、光フフイパ伝送路１０３へ送
シ出す。一方光受信器１０４では遮送られてきた光信号
を、電気信号に変換し、ＦＭ復調等によって復−し、表
示部１０５で温度の数値表示を行なっている。

以上が従来の光フアイバ伝送路を用いた温度測定装置で
あり、光ファイバの特徴である電磁誘導を受けず、長距
離伝送しても損失が少ない等の特徴がある。しかし、こ
の方式の１点として、遠隔地点にあるセンサ部１０１と
光送信器１０２とが電気的に結合され、この光送信器を
駆動するため電源装置、または電池が必要である。この
ことは測定地点によっては商用の電源が使用できない場
合もあり、また電池であれば、適当な時期になれば電池
交換しなければならない。さらには測定地点によっては
、電池の交換が不便であったり、危険があったりもする
。また光フアイバ伝送路では電磁誘導、落雷の影響は受
けないものの、センサ部、光送信部では、この対策はで
きない。

本発明は、以上の欠点を除いたもので、１本の光フアイ
バ伝送路で光計測を行うことができる光センサ素子を提
供しようとするものである。

６・′＼　− 第３図は、−例として隔離された場所の数ケ所の温度観
測を行う方法をブロック図で示したものであり、たとえ
ば原子炉のようなプラント等に適している。また第３図
は、その説明を行うための光信号のタイミングチャート
波形図である。　−２０１は光送受信装置であり、遠隔
地にある光セフ４ｊ部、’２０２と、光コネクタ端子２
０１：光コネクタ端子２ｏ４とを介し、一本の光フアイ
バ伝送路２０５で接続されている。２０６は表示装置で
、光センサ装置からのセンサ情報を表示している。

一定の周期でパルス信号を発生するパルス発生回路２０
７からのパルス信号は、電気−光信号変換器２０８（以
下ＩＣ１０と呼ぶ）によって光信号に変換される。この
変換された光信号は、３端子で構成された光方向性結合
器２０９の第１の人出端子に入力すると、第２の入出力
端子へ出力される。このことを図中！Ｌｌ、ｆＬ２に示
し、第３図の波形！Ｌｉ、ＩＬ２で表わす。実際には、
この光方向性結合器２０９に光信号を通せば、当然ＩＬ
１とａ２と振幅６・　− は異なっているが、波形図での振幅表示は、動作の基本
的説明以外は表わさないこととする。

この第２の入出力端子からの光信号は、光コネクタ２０
３を通って光フアイバ伝送路２０５へ送られ、光センサ
部２０２にある光コネクタ２０４を介して、光多分岐結
合器２１０の第１の入出力端子へ入力される。この波形
をｂに示し、光フアイバ伝送路２０５によって光信号は
遅延されていることを表わす。この伝送路に石英ガラヌ
を用いた光ファイバであれば、屈折率から、１メートル
あたりｓ　ｎ５ａｃの遅れが生じ、たとえば光フアイバ
伝送路２０６が１ａｃｍあれば６００　ｎ５ｅｃの遅れ
が生じることになる。

光多分岐結合器２１０の第１の入出力端子へ入力された
光信号は、ｋ個の入出力端子よりそれぞれ光信号が分岐
され、各々、遅延時間特性が異なったに個の光ファイバ
等で構成されたそれぞれの光遅延器２１１−２，２１１
−２，２１１−３・・パ・−，２１１−ｎ　）に入力さ
れる。波形０１．０２　、０３ｃｎ　は、この光遅延器
２１１のそれぞれに入力される光信号が同じタイミング
であることを表し、ｄｌ、　ｄｚ、　ｅｉｓ　、　ｄｎ
は、それぞれの光遅延器２１１−１．２１１−２，２１
１−３’、２１１−ｎの光信号出力を表わしている。こ
のうち、　ｄ＋の光信号は、反射ミラー２１２で反射さ
れ、再び光遅延器２１１−１へもどされる。つまり光フ
ァイバで構成された光遅延器２１１−１であれば、両端
の一方に反射ミラー２１２を取り付けることによって、
簡単に光をもどすことができる。波形を０１で示し、こ
のｅｌは、前記ｄ１と同じ波形となる。

このｅｌの波形を以下基準光信号と呼ぶ。

この基準光信号ｅ１を作るｄｌを除くそれぞれの光信号
、ｄｚ、＜ｉｓ、ａｎ　は、それぞれ温度を検知する光
センサ素子２１３−２　、２１３−３　、２１３−ｎに
入力する。この温度を検知するそれぞれの光センサ素子
２１３は、温度によって、光の透過率が変わるもの、光
の反訴率の変わるもの、または光の反射率が変わるもの
１等で構成することができ、構造的には一方側のみに光
入出力端子を備えたものである。

したがって、それぞれ検知された光信号は、再びそれぞ
れの光遅延器２１１側へもどされる。このもどされた、
それぞれの光信号を６２．１！１３．ｅｌＨに示し、こ
れらを、センサ光信号と呼ぶ。

以上の基準光信号ｅ１と、それぞれのセンサ光信号ｅ２
．ｅｊｓ、ａ　　とは、それぞれの光遅延器２１１で遅
延され、光多分岐結合器２１０のＮ個の入出力端子に入
力される。これらの光信号を基準光信号ｆ１、センサ光
信号ｆ２．ｆ’ｘ、ｆ’ｎ　で表わす。

これらｆ＋、　ｆｚ、　ｔｓ、　ｆｎ　　の光信号は光
多分岐結　　　〜合冊２１０で結合され、光多分岐結合
器２１０の第１の入出力端子側より取り出され、光コネ
クタ２０４に導びかれる。この結合された波形をｇに示
し、基準光信号ｆ１から順次ｆｚ、　ｆ３．　ｆｎ　　
と連続された直列の光信号が得られる。

このｇの光信号は、光コネクタ２０４を介し、光フアイ
バ伝送路２０５で伝送され、光送受信装置２０１の光コ
ネクタ２０３を介して、光方向性結合器２０９の第２の
入出力端子へ入力される。

この光方向性結合器２０９は、第２の入出力端子より光
入力すれば、第３の出力端子に出力されるか、または第
１の入出力端子と゛、第３の出力端子とに、出力される
ような構造であり、第１の入出力端子側に光信号が出力
されても、前記のべたＥ１０２０５に結合されているの
で何ら支障を起すことはない。この第２の入出力端子と
、第３の出力端子との波形をｈｌ、ｈ２に示し、前記の
べたと同じように光フアイバ伝送路２０５によってｇの
光信号が遅延されたことを表わしている。このｈ２の光
信号は、光信号を電気信号に変換する光−電気変換器２
１４（以下０７Ｅと呼ぶ）によって電気信号にもどされ
、信号処理回路２１５に入る。

この信号処理回路２１６は、送られてきた光信号の゛基
準光信号の電気信号（以下、基準信号と呼ぶ）と、それ
ぞれのセンサ光信号の電気信号（以下センサ信号と呼ぶ
）とを、分離し、基準信号と、それぞれのセンサ信号と
を相対比較して信号処理を行って、その結果を表示装置
２０６に、それぞれのセンサ情報、つｔｂ湿温度表示す
る。

以上が本発明の基本となるもので、このように基準光信
号を発生し、この基準光信号を、それぞれのセンサ光信
号との相対比較する寸法を用いている。この理由は、ｘ
ｌｏに用いる発光素子、Ｅ７’Ｏに用いる受光素子とが
温度による変化、または回路の安定性、・さらには経年
変化等により変動したり、さらには、光フアイバ伝送路
によるねじれ、ゆれ、または経年変化で変動する。その
ほか、このようなシステムを実際に構成するためには、
ｘｌｏ側、０／Ｅ側、光送受信装置の入出力端子、また
は、光センサ部２０２の入出力端子には光コネクタを使
用することになる。この場合光コネクタの結合状態、ゆ
るみ等で光信号のレベルを常に安定に保つことができな
い。

これらのことから、本来のセンサ光信号のレベル以外に
よる変動分が大きく、単独でセンサ光信号の温度変化の
みを検出することは困難であり、検出しても正確な情報
は得られず、また不安定なものである。したがって基準
光信号を用いて、前記のべた、すべての不安定な部分は
この基準光信号で検知できることから、センサ光信号を
、この１１、− 基準光信号で比較すれば、センサ光信号の変化分、つま
り、センサ情報のみを検出することができる。

本発明の基準光信号は光遅延器２１１−１を用いて作り
出したが、この光遅延器２１１−１を用いなくてもよい
。しかし実際には、光条分器結合器２１０にて光信号を
分岐するときに、すべてＮ個の入出力端子の方向に光信
号が出力されず、一部の光が、この光条分器結合器２１
０で反射光が発生する。またさらには、光コネクタ２０
４でも反射光が発生する。第３図の波形ｇ′またはｈｌ
、ｈｚのｍｌまたは１１２に表われていることを示し、
ＩＩＨの位置は、当然、波形すと同じ時間軸上である。

この反射光の振幅は不安定であることから、このタイミ
ングを逃がれるために基準光信号は、光遅延器２１１−
１にて遅延させている。

第４図は、前記のべた光センサ情報のみを得るだめの第
２図で示した信号処理回路２１６の一部を具体的な一例
としてプロッタ図で示したものである。

０／Ｋからの電気信号は可変増幅器４０１を通特開昭５
８−１０５３９７（４） しそれぞれのゲート回路４０２に入力される。その内、
ゲート回路１（４０２−１）は、基準信号のみを取り出
すため、ゲートパルス１によってゲートする。なお、ゲ
ートパルス１のタイミングパルヌは、第３図のｈ＋　、
　ｈ２に示したＶの基準光信号に位置し、この基準とな
る基準信号のみを取り出している。またこのゲートパル
ス１からｎまでのタイミングパルヌは、前記第２図で示
したパルス発生器２０１で容易に発生することができる
。また、Ｋ１０からの電気信号から、先頭の大きな振幅
を検出し、パルス発生器を用いて、それぞれのゲートパ
ルスを発生することもできる。ゲート回路４０１−１よ
り取り出された基準信号は、積分回路、または、ピーク
ホールド回路等で構成された、信号保持回路１（４０３
−１）によシ、パルス状の信号の振幅レベルを直流レベ
ルに変換し、直流Ａ１１ｌｐ　４０４で増幅され、可変
増幅器４０１の増幅度を制御する。これは一般の自動制
御回路（五ＧＣ回路）の動作原理と同じである。このよ
うにムＧＯ動作で可変増幅器４０１の出力信号の１３、
− うち、基準信号が常に一定の振幅となるように動作する
。したがって前記のべた不安定な部分で光信号が変動す
るのを、このムＣ，Ｃ動作によシ吸収し、常に基準信号
を一定に保っている。このように基準信号が一定の振幅
を保っていれば、後のセンサ信号を読むことによって光
センサ素子の情報を得ることができる。それぞれのゲー
ト回路２゜３、ｎ　（４０２−２，４０２−３，４０２
−ｎ　）はそれぞれのタイミングのゲートパルス１，２
゜ｎによって、それぞれのセンサ信号のみをゲートし、
信号保持回路２（４０３−２）、３（４０３−３）、ｎ
（４０３−ｎ）でパルス状の光センサ信号の振幅を保持
し、直流信号に変換して取り出す。このそれぞれの直流
信号のレベルを読むことによりそれぞれの光センサの温
度情報のみを正確に読むことができる。

以上のように、本発明によれば被測定点は無電源化をし
ているため、電気的な誘導を受けず、被測定的に対して
ρ電気的または熱的な影響を与えることがないので、測
定が正確に、しかも半永久１４　・− 的な使用に耐え、信頼性の高い計測を行うことができる
。また、測定点および伝送路には落雷の影響がなく、さ
らに他の通信回線等に影響を及ぼすことがない。また、
光センサ部において、測定点を増設することが容易であ
る。さらに遠隔地点まで１本の光フアイバ伝送路で多数
のセンサ情報を得ることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来の光フアイバ伝送路を用いた温度測定装置
のブロック線図、第２図は本発明の一実施例における光
センサ装置のブロック図、第３図は同装置の説明のため
の波形図、第４図は同装置の一部分の具体的なブロック
線図である。 ２０１・・・・・・光送受信装置、２０６・・・・・・
表示装置、２０２・・・・・・光センサ部、２ｏ７・・
・・・・パルス発生器路、２１６・・・・・・信号処理
回路、２１４・・・・・・Ｏ／Ｘ１２０Ｂ・・・・・・
ｘ７ｏ、２０９・・・・・・光方向性結合器、２０５・
・・・・・光フアイバ伝送路、２１ｏ・・・・・・光多
分岐結合器、２１１・・・・・・光遅延器、２１２・・
・・・・反射ミラー、２１３・・・・・・光センサ素子
。 第３図 第４図 ゲート八〇ルス

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一定の周期でパルス信号を発生し、このパルス信号を光
   信号に変換する回路からなる光送信器と、少なくとも３
   端子の第１の入力端子に前記光信号を入力すると第２の
   入出力端子に出力され、第２の入出力端子に光信号を入
   力すると、第３の出力端子から出力されるか、または第
   １の出力端子と第３の入力端子から出力される光方向性
   結合器と。 この第３の出力端子からの光信号は、電気信号に変換し
   て信号処理を行う光受信器とからなる光送受信装置を備
   え、この光送受信装置から隔離された場所に、第１の入
   出力端子に光信号を入力すればＮ個の入出力端子より分
   岐された光信号が出力され、またに個の入出力端子側よ
   り光信号を入力すれば第１の入出力端子より光信号が得
   られる光多分岐結合器と、このＮ個の入出力端子からの
   それぞれの光信号は、各々遅延時間特性の異なった２・
   　− 複数個からなるそれぞれの光遅延器で遅延し、この遅延
   されたそれぞれの光信号のうち、少なくとも１つ以上の
   光信号は、基準光信号として反射ミラーで反射する手段
   と、この基準光信号を除くそれぞれの光信号は、光セン
   サ素子で反射させるか、または光センサ素子を通過した
   後、反射ミラーで反射して、それぞれの光センサ信号を
   得る手段からなる光センサ装置を備え、前記光送信装置
   の光方向性結合器の第２の入出力端子と、前記光センサ
   装置の光多分岐結合器の第１の入出力端子とを、光フア
   イバ伝送路で結合し、前記光受信器で、前記光センサ装
   置から送られてきた前記基準光信号の振幅と、前記光セ
   ンサ信号との振幅とを相対比較することにより、前記光
   センサ素子からの情報を得ることを特徴と゛した光セン
   サ装置。