JPS59151296A - 光学的計測システム - Google Patents
光学的計測システムInfo
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- JPS59151296A JPS59151296A JP58024732A JP2473283A JPS59151296A JP S59151296 A JPS59151296 A JP S59151296A JP 58024732 A JP58024732 A JP 58024732A JP 2473283 A JP2473283 A JP 2473283A JP S59151296 A JPS59151296 A JP S59151296A
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- Japan
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- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
- G08C23/00—Non-electrical signal transmission systems, e.g. optical systems
- G08C23/06—Non-electrical signal transmission systems, e.g. optical systems through light guides, e.g. optical fibres
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、被計測悄＠全光学的手段のみによって検知
、伝送する光学的計」１１システムに関する。
、伝送する光学的計」１１システムに関する。
工業計６川シヌテムでは数多くのセンサがプロセヌ制御
装置に接続され、ケーブル輻幀問題は深刻な技術的課題
の一つになっている。このためセンサネットワークとい
う概念において、複数のセンサ′ｆｆ：″いもづる”式
に接続してその各各のＨ１測情報全集線する方式が望捷
れる。壕だ巨大システムの安全性から、センサの本質的
安全性やｌｊｂ爆性など全体としての信頼性向上が望ま
れる。
装置に接続され、ケーブル輻幀問題は深刻な技術的課題
の一つになっている。このためセンサネットワークとい
う概念において、複数のセンサ′ｆｆ：″いもづる”式
に接続してその各各のＨ１測情報全集線する方式が望捷
れる。壕だ巨大システムの安全性から、センサの本質的
安全性やｌｊｂ爆性など全体としての信頼性向上が望ま
れる。
光学的手段のみにょるセンサシステムは以上の釘）意力
・ら注目されている。このような光学的セン田システム
として、複数の七ンサ全運列接続し、かつ各センサの情
報を時分割多重化するものが知られている。その基本構
成を第１図に示す。図のＳ＋ 、Ｓｔ 、Ｓａｕセ
ンサとしての光ヌイッテであり、例えばバルブのオン、
オフに従って薯路のオン、オフを行うものであって、τ
２ 、τ３は遅延光ファイバである。い１プロセス制御
装置から光・やルス全送ると、光ヌイ。
・ら注目されている。このような光学的セン田システム
として、複数の七ンサ全運列接続し、かつ各センサの情
報を時分割多重化するものが知られている。その基本構
成を第１図に示す。図のＳ＋ 、Ｓｔ 、Ｓａｕセ
ンサとしての光ヌイッテであり、例えばバルブのオン、
オフに従って薯路のオン、オフを行うものであって、τ
２ 、τ３は遅延光ファイバである。い１プロセス制御
装置から光・やルス全送ると、光ヌイ。
チＳ＋−８３の計測情報は遅延光ファイバτ２゜τ３に
よって時分割多重化されて収集されることになる。
よって時分割多重化されて収集されることになる。
しかしこの方式では、遅延光ファイバの遅延時間が約１
μｓｅｃ／２００ｙ７１であってコスト的制限から遅延
線長を余り長くすることができず、従ってタイムスロッ
トが短かくなるため高精度のアナログセンサには適合し
ない。
μｓｅｃ／２００ｙ７１であってコスト的制限から遅延
線長を余り長くすることができず、従ってタイムスロッ
トが短かくなるため高精度のアナログセンサには適合し
ない。
一方、高程゛度センサとしてのディジタル化センサでは
、各ディジット毎の情報を多重化してプロセス制徒［装
置まで伝送する手段がなく、空間分割の並列伝送に頼ら
ざるを得ないため実用性に問題があった。
、各ディジット毎の情報を多重化してプロセス制徒［装
置まで伝送する手段がなく、空間分割の並列伝送に頼ら
ざるを得ないため実用性に問題があった。
この発明は手記の点に鉦みてなされたもので、計測情報
の光伝送に新しい概念を導入して、周波数分割多重化に
よる高程”度センシングを可能とした光学約言（測シス
テム全提供すること全目的とする。
の光伝送に新しい概念を導入して、周波数分割多重化に
よる高程”度センシングを可能とした光学約言（測シス
テム全提供すること全目的とする。
この発明においては、光学的手段のみによるセンサの情
報を多重化して１本のファイバにてプロセス制御装置ま
で伝送するために、周波数分割多重化の手法を用いる。
報を多重化して１本のファイバにてプロセス制御装置ま
で伝送するために、周波数分割多重化の手法を用いる。
戻１］ちこの発明は、センサユニット内に、伝送される
光波に光強度の周其月的変化全生ぜしめてこれをサブキ
ャリア、１！： ｔ ル”Ｔ ’７”キャリア発生部を
設け、このサブキャリアに被計測情報を担わせることを
骨子とする。この場合、光学的手段のみにょるセンサに
は電源等を含まないため、周波数分割多重化に必要なザ
ブキャリアの発生は光源の波長掃引により行う。このよ
うなサブキャリア発生部としては、波長（ないしけ光周
波数）に対して周期的な伝達特性を肩する光学素子、例
えば示偏波ファイバや干渉計を用いることができる。
光波に光強度の周其月的変化全生ぜしめてこれをサブキ
ャリア、１！： ｔ ル”Ｔ ’７”キャリア発生部を
設け、このサブキャリアに被計測情報を担わせることを
骨子とする。この場合、光学的手段のみにょるセンサに
は電源等を含まないため、周波数分割多重化に必要なザ
ブキャリアの発生は光源の波長掃引により行う。このよ
うなサブキャリア発生部としては、波長（ないしけ光周
波数）に対して周期的な伝達特性を肩する光学素子、例
えば示偏波ファイバや干渉計を用いることができる。
それぞれ異なる周波数のサブキャリアに各センサ情報を
和わせて周波数分割多重化して伝送した場合、プロセス
制御装置の受信端では、可変トランヌパーサルフィルタ
や冒速フーリエ変換回路を用いて周波数分離を行って、
各々のセンサ情報を検知する。
和わせて周波数分割多重化して伝送した場合、プロセス
制御装置の受信端では、可変トランヌパーサルフィルタ
や冒速フーリエ変換回路を用いて周波数分離を行って、
各々のセンサ情報を検知する。
この発明によれば、従来の時分割多重化方式のような技
術的困難を伴うことがない。そして、面列配置した複数
のセンサユニットでそれぞれ異なる被計測情報をそれぞ
れ異なる周波数のサブキャリアに担わせて周波数分割多
重化して伝送、再生するように構成すれば、高木り度の
光学的アナログセンサシヌテムが実現できる。
術的困難を伴うことがない。そして、面列配置した複数
のセンサユニットでそれぞれ異なる被計測情報をそれぞ
れ異なる周波数のサブキャリアに担わせて周波数分割多
重化して伝送、再生するように構成すれば、高木り度の
光学的アナログセンサシヌテムが実現できる。
また、複数個のセンサユニットのセンヌ感度全２ｋ（ｋ
＝ ｏ ｌ ］、 ＋ ２１・・・）の配列で設定して
、これらに一つの被計測情報の各ディノット情報を和わ
せて同様に周波数分割長１化して伝送、再生するように
構成すれば、光学的ディノタルセンサシステムが実現で
きる。
＝ ｏ ｌ ］、 ＋ ２１・・・）の配列で設定して
、これらに一つの被計測情報の各ディノット情報を和わ
せて同様に周波数分割長１化して伝送、再生するように
構成すれば、光学的ディノタルセンサシステムが実現で
きる。
具体的実施例全説明する前に、ザブキャリア発生部の原
理的構成を説明する。
理的構成を説明する。
光諒の波長掃引によって光波に光温度の周期的変化を生
ぜしめるサブキャリア発生部として、フトＷ１士 Ｐ−〃（βχ −βｙ）Ｌ と■−けるので、波長λの微小変化Δλに対してＰの変
化計ΔＴは、 と表示できる。通常の定偏波ファイバでは上式の右辺第
２項は士分小さいので無視できる。この位相変化は、２
πを周期として、即ち偏波状態の回転として周波数 Δλ ｆ＝−−７（Ｎえ−Ｎア）Ｌ と捉λることかできるから、これをサブキャリアとして
利用できることになる。
ぜしめるサブキャリア発生部として、フトＷ１士 Ｐ−〃（βχ −βｙ）Ｌ と■−けるので、波長λの微小変化Δλに対してＰの変
化計ΔＴは、 と表示できる。通常の定偏波ファイバでは上式の右辺第
２項は士分小さいので無視できる。この位相変化は、２
πを周期として、即ち偏波状態の回転として周波数 Δλ ｆ＝−−７（Ｎえ−Ｎア）Ｌ と捉λることかできるから、これをサブキャリアとして
利用できることになる。
捷た、マイケルソン干渉泪やマツノ・ツエンダ干渉計も
波長掃引したとき２波の干渉として光強度の周期的変化
を生じるから、これ全サブキャリア発生部として利用で
きる。即ち第３図に示すように、万いに直交するミラー
Ｍ１．Ｍｌと７・−７ミラ−ＨＭで構成される干渉計に
おいては、即ち として干渉効果が表示される。ここにΔＬは光路差り、
−Ｌ、である。
波長掃引したとき２波の干渉として光強度の周期的変化
を生じるから、これ全サブキャリア発生部として利用で
きる。即ち第３図に示すように、万いに直交するミラー
Ｍ１．Ｍｌと７・−７ミラ−ＨＭで構成される干渉計に
おいては、即ち として干渉効果が表示される。ここにΔＬは光路差り、
−Ｌ、である。
このような具体的手段により、センサユニット生ずる特
性変化率）はファイ・ぐ長や光路差によって任意に設定
することができる。
性変化率）はファイ・ぐ長や光路差によって任意に設定
することができる。
す４キャリア発生部に定偏波ファイバを用いた具体的実
施例のシステム構成を第４図に示す。
施例のシステム構成を第４図に示す。
図において、ｌは光源としての波長掃引半導体レーザで
ある。このレーザ１は例えば回折格子による分布帰還型
レーザで、熱時定数より十分小さい繰返しの・ぐルヌ電
流で駆動し電流注入による温度上昇によって発振波長を
掃引する。即ち半導体レーザｌは、通常の熱抵抗１００
℃／Ｗであるとすると消費電力が２００ ｍＷ程度であ
れば２０℃の温度上昇があり、これにより２Ｏ２程度の
波長掃引が可能である。
ある。このレーザ１は例えば回折格子による分布帰還型
レーザで、熱時定数より十分小さい繰返しの・ぐルヌ電
流で駆動し電流注入による温度上昇によって発振波長を
掃引する。即ち半導体レーザｌは、通常の熱抵抗１００
℃／Ｗであるとすると消費電力が２００ ｍＷ程度であ
れば２０℃の温度上昇があり、これにより２Ｏ２程度の
波長掃引が可能である。
波長掃引半渦体レーデｌの出力は伝送用ファイバ３１を
介して（または直接）・母イロット信号発生器２に入る
。このパイロット信号発生器２は定偏波ファイバ２１
と検光子２宜とからなる。定偏波ファイバ２蓋は半導体
し〜ザｌの出力光がその屈折率主軸に対して４５°の直
線偏波で入射するように偏波面が設定され、検光子２窒
も定偏波ファイバ２Ｉの屈折率主軸に対して４５°に設
定される。従ってこの・！イロノト信号発生器２では、
半導体レーデｌの波長掃引により偏波状態が回転し、波
長掃引幅Δλの間のｆｐサイクルの光強度の周ル１的変
化を生ずる。
介して（または直接）・母イロット信号発生器２に入る
。このパイロット信号発生器２は定偏波ファイバ２１
と検光子２宜とからなる。定偏波ファイバ２蓋は半導体
し〜ザｌの出力光がその屈折率主軸に対して４５°の直
線偏波で入射するように偏波面が設定され、検光子２窒
も定偏波ファイバ２Ｉの屈折率主軸に対して４５°に設
定される。従ってこの・！イロノト信号発生器２では、
半導体レーデｌの波長掃引により偏波状態が回転し、波
長掃引幅Δλの間のｆｐサイクルの光強度の周ル１的変
化を生ずる。
パイロット信号発生器２の出力光波は伝送用ファ（バＪ
ｔ”ｅ介１．て第１のセンサユニット４ａに伝送される
。この伝送用ファイバ３宜は定偏波ファイバであって、
検光子２２により規定される直線偏波面にその屈折率主
軸を一致はせており、これにより不要な偏波面回転を抑
制している。
ｔ”ｅ介１．て第１のセンサユニット４ａに伝送される
。この伝送用ファイバ３宜は定偏波ファイバであって、
検光子２２により規定される直線偏波面にその屈折率主
軸を一致はせており、これにより不要な偏波面回転を抑
制している。
第１のセンザユニソト４ａけ、温度センサ部としての定
偏波ファイバ４ａ１ とサブキャリア発生部としての定
偏波ファイバ４ａｌ と検光子４ａＢ とから構成され
る。定偏波ファイバ４ａ＋の泊交した２つの屈折率主軸
Ｘｌ＋ｙ１方向の位相定数差は温度によって変化し、そ
の変化率は約２π／２ｍ／℃程度、つまり２ｍの場合に
１℃の温度変化で約２πの位相差変化をもたらす。
偏波ファイバ４ａ１ とサブキャリア発生部としての定
偏波ファイバ４ａｌ と検光子４ａＢ とから構成され
る。定偏波ファイバ４ａ＋の泊交した２つの屈折率主軸
Ｘｌ＋ｙ１方向の位相定数差は温度によって変化し、そ
の変化率は約２π／２ｍ／℃程度、つまり２ｍの場合に
１℃の温度変化で約２πの位相差変化をもたらす。
この温度センサとしての定偏波ファイバ４＆Ｉは伝送用
ファイバ３重の主軸に対して＋４５°回転して接続され
、かつサブキャリア発生部としての定偏波ファイバ４ａ
、に対して更に＋４５゜回転して接続される。検光子４
ａｌは例えば定偏１波ファイバ４１雪の端面をブリー−
ヌター角に切断研磨してここに訪電体多層膜全形成した
もので、やけり定偏波ファイａ４４ Ｂ 、に対して＋
４５°回転して接続される。これらの接続関係は第５図
に拡大して示した。
ファイバ３重の主軸に対して＋４５°回転して接続され
、かつサブキャリア発生部としての定偏波ファイバ４ａ
、に対して更に＋４５゜回転して接続される。検光子４
ａｌは例えば定偏１波ファイバ４１雪の端面をブリー−
ヌター角に切断研磨してここに訪電体多層膜全形成した
もので、やけり定偏波ファイａ４４ Ｂ 、に対して＋
４５°回転して接続される。これらの接続関係は第５図
に拡大して示した。
この第１のセンサユニット４の透光率特性は次のとおり
である。入射光波の電界Ｅに対し、出射光波の電界ベク
トルＥ８は、 ２ ＝ （１＋ｓｈ＋２ψ、比２ψ、）で与えられる。
である。入射光波の電界Ｅに対し、出射光波の電界ベク
トルＥ８は、 ２ ＝ （１＋ｓｈ＋２ψ、比２ψ、）で与えられる。
ここに、２ψ１は温度センサ部としての定偏波ファイバ
４ａ、にょる位相差で温度にほぼ比例する。２ψ２はザ
ブキャリア発生部としての定偏波ファイバ４ｈＢでの位
相差である。
４ａ、にょる位相差で温度にほぼ比例する。２ψ２はザ
ブキャリア発生部としての定偏波ファイバ４ｈＢでの位
相差である。
なお、サブキャリア発生部の定偏波ファイバＪａｇ も
温度の影響を受けるが、その影響は十分に小さい。何故
なら、サブキャリア周波数の幅度変化は波長揺引に伴う
位相変化量の温度特性として、 管用いて、 で表わすことができる。
温度の影響を受けるが、その影響は十分に小さい。何故
なら、サブキャリア周波数の幅度変化は波長揺引に伴う
位相変化量の温度特性として、 管用いて、 で表わすことができる。
即ち
Ｌ
となるが、石英ファイバ系では−およびＴ
さい。
従って第１のセンサユニッ）４ａの透光率Ｆ、（、）は
次のように省くことができる。
次のように省くことができる。
Ｆｌ（Ｘ＞ミＥ＋／’２ （］ ＋ｓｌｒ＋２
ψＩ （Ｔ）・５１ｎ（２πｆ＋ ｘ ＋ φ鳳）
）ただし、ＯくＸく１け波長掃引変数である。
ψＩ （Ｔ）・５１ｎ（２πｆ＋ ｘ ＋ φ鳳）
）ただし、ＯくＸく１け波長掃引変数である。
ｕｌｌちこの第１のセンサユニッ）４ａにおいては、周
波数１１のサブキャリアが温度Ｔによってｓｉｎ ２ψ
ｔ（Ｔ）′ｆｉ：る振幅変調を受け、これによりセンサ
情報がサブキャリアによって担われることになる。
波数１１のサブキャリアが温度Ｔによってｓｉｎ ２ψ
ｔ（Ｔ）′ｆｉ：る振幅変調を受け、これによりセンサ
情報がサブキャリアによって担われることになる。
第１のセンサユニット４ ａの出方光波は伝送用７アイ
パ３ｓ’に介して第２のセンサユニット４ｂに伝送され
る。この伝送用ファイバ３きも先の伝送用ファイバ３．
と同様定偏波ファイバであって、検光子４ａ３により規
定される面線偏波面にその屈折率主軸を一致させて不要
な偏波面回転全抑制している。
パ３ｓ’に介して第２のセンサユニット４ｂに伝送され
る。この伝送用ファイバ３きも先の伝送用ファイバ３．
と同様定偏波ファイバであって、検光子４ａ３により規
定される面線偏波面にその屈折率主軸を一致させて不要
な偏波面回転全抑制している。
第２のセンサユニット４ｂは別の測定点の淵′、度肝測
用であって、やはり温度センサ部としての定偏波ファイ
バ４ｂ、、サブキャリア発生部としての定偏波ファイ・
ｓ４４ ｂ、および検光子４ｂ、から桔、成されている
。各部の偏波面の関係は第１のセンサユニット４ａにお
けると同様である。ここでのサブキャリア周波数ｋｆ、
とすれば、この第２のセンサユニット４ｂの透光率Ｆｉ
（ｘ）は Ｆ２（Ｘ）ミ’７２ （］ ＋ｓ石２ψ黛（Ｔ）・５ｉ
ｎ（２πｆｉｘ＋φ２ ））と有ぐことができる。
用であって、やはり温度センサ部としての定偏波ファイ
バ４ｂ、、サブキャリア発生部としての定偏波ファイ・
ｓ４４ ｂ、および検光子４ｂ、から桔、成されている
。各部の偏波面の関係は第１のセンサユニット４ａにお
けると同様である。ここでのサブキャリア周波数ｋｆ、
とすれば、この第２のセンサユニット４ｂの透光率Ｆｉ
（ｘ）は Ｆ２（Ｘ）ミ’７２ （］ ＋ｓ石２ψ黛（Ｔ）・５ｉ
ｎ（２πｆｉｘ＋φ２ ））と有ぐことができる。
以下同様に、この第２のセンサユニット４ｂの出力光波
を伝送用ファイ・ぐり番を介して次々にセンサユニット
に接続すると、全体としてセンサユニットがＮ個の場合
、・母イロット信号発ヰ部２を含めて、 が波長掃引変数０くｘく１での出力光波の波形となる。
を伝送用ファイ・ぐり番を介して次々にセンサユニット
に接続すると、全体としてセンサユニットがＮ個の場合
、・母イロット信号発ヰ部２を含めて、 が波長掃引変数０くｘく１での出力光波の波形となる。
十式は、次の公式によってフーリエ展開係数と各々のセ
ンサ情報分離が解析的にも表現が容部である。
ンサ情報分離が解析的にも表現が容部である。
＜ １ ） （−−１）／２２°−” ｓｊｎ Ａ ｌ
５ｆｎ Ａ ｔ −−−５ｌｎＡ ｎ＝５−ｓ
十ｓ −＝−−−・・・・・ ＋（１） （０−
１Ｖ２Ｓ（ｎ＋４）／２ｎ ｎ−＋ ｎ−２ （ｎ：奇数） （−１）ｎ／／２２°−１ｓｌｎＡ＋ ５ＩＩＩＡ２
−・・・・・５ｊｎＡｙｌ（ｎ：偶数） ここに、 Ｓ −Σｓｍ（ＡＩ ＋Ａ、＋−・・＋Ａｎｍ−ｍ ’ｎ−１ｎ＋１−・・・−Ａ） Ｃ＝Σｃｏｓ（ＡＩ ＋Ａｔ ＋−・＋Ａ ｎ−□Ａ
ｎ−ｍ＋４ ”””””−Ａｎ）Ｓｍはｎ個の角Ａ
Ｉ＋１＋’・−、Ａ、のうちｍ個に十符号、残りの（ｎ
−ｍ）個に一符号をつけて加えた角のｔｈを全ての組合
せについてつくったものの総オ［ｊであり、Ｃｍｄ−ｎ
個の角Ａ Ｉｒ Ａ ｌ＋・・・Ｉ Ａｎのうちｍ個に
十符号、残りの（ｎ−ｍ）個に一符号全つけて加えた角
の魚を全ての糾合せについてつくったものの総和である
。
５ｆｎ Ａ ｔ −−−５ｌｎＡ ｎ＝５−ｓ
十ｓ −＝−−−・・・・・ ＋（１） （０−
１Ｖ２Ｓ（ｎ＋４）／２ｎ ｎ−＋ ｎ−２ （ｎ：奇数） （−１）ｎ／／２２°−１ｓｌｎＡ＋ ５ＩＩＩＡ２
−・・・・・５ｊｎＡｙｌ（ｎ：偶数） ここに、 Ｓ −Σｓｍ（ＡＩ ＋Ａ、＋−・・＋Ａｎｍ−ｍ ’ｎ−１ｎ＋１−・・・−Ａ） Ｃ＝Σｃｏｓ（ＡＩ ＋Ａｔ ＋−・＋Ａ ｎ−□Ａ
ｎ−ｍ＋４ ”””””−Ａｎ）Ｓｍはｎ個の角Ａ
Ｉ＋１＋’・−、Ａ、のうちｍ個に十符号、残りの（ｎ
−ｍ）個に一符号をつけて加えた角のｔｈを全ての組合
せについてつくったものの総オ［ｊであり、Ｃｍｄ−ｎ
個の角Ａ Ｉｒ Ａ ｌ＋・・・Ｉ Ａｎのうちｍ個に
十符号、残りの（ｎ−ｍ）個に一符号全つけて加えた角
の魚を全ての糾合せについてつくったものの総和である
。
サブキャリア周波Ｒｆｍは下表の如く静定すれば族波数
分割多正の分離油ｑ二が容易となる。これはサブキャリ
ア周波数ｆｍを含む項が１つに限られる条件となる。
分割多正の分離油ｑ二が容易となる。これはサブキャリ
ア周波数ｆｍを含む項が１つに限られる条件となる。
Ｎ＝２１３
３１３８
４１３８２］
５１３８２１３４
Ｎ１３８２１３４・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・Σｆｔ＋ｆＮ−１フーリエ係数ａ 、ｂ を
次の様に定義する。
・・・Σｆｔ＋ｆＮ−１フーリエ係数ａ 、ｂ を
次の様に定義する。
−−ｍ＝ １７１
そうすると、
””Ａｓ１ｎ ２ψ（Ｔ）ｌ！１１ｓφｍ
ｍ ＩＦＩじ〈 ｂ ＝％ｓ＋ｎ２ ψ （Ｔ）ｓ石φ□ｍ
ｍ 従って となり、ψ（Ｔ）即ち湯度Ｔが求捷る。
ｍ ＩＦＩじ〈 ｂ ＝％ｓ＋ｎ２ ψ （Ｔ）ｓ石φ□ｍ
ｍ 従って となり、ψ（Ｔ）即ち湯度Ｔが求捷る。
このフーリエ係数を求める方法はいくつかある。例えば
、 都連フーリエ変換する方法、 （２） 可変トランクバーサルフィルタにおいて、デ
ィノタル化データをとり和み、フーリエ係数を求める方
法、 などがある。
、 都連フーリエ変換する方法、 （２） 可変トランクバーサルフィルタにおいて、デ
ィノタル化データをとり和み、フーリエ係数を求める方
法、 などがある。
第４図には後者の方法によるシステム構成例を示しであ
る。即ち、センサユニット４ａ。
る。即ち、センサユニット４ａ。
４ｂ、・・を透過して一本のファイバにより伝送でれて
きた出力光波音ホトダイオード５で検知し、増＠器６で
増幅する。−男手導体し−ヤ′１の出力の一部全ホトダ
イオード７で検知し、増幅器８で増幅してこれを基準信
号とする。また半導体レーザ１の出力の一部から波長掃
引きざみ検出フィルタ９によって各センサユニットでの
サブキャリア周波数に対応する波長成分出力全選択して
ホトダイオード１０で検知し、これ全箱幅整形回路１ノ
を通してサンプリングクロツクを生成する。この手段に
より、半導体レーザｌの波長掃引が時ＭＫついての単調
関数であわは、フーリエ係数を求める上での困齢はない
ことを保ｄ正できる。そしてこのサンプリングクロック
ｉ ＣＰＵ １２にタイミングパルスとして入カスると
共に、Ａ／ＤコンノＺ−夕１．９ 、７４ニより玲幅器
６，８の出力をそれぞれディジタル化し、規格化回路１
５によって？１サンプリング点の円方信号を規格化して
可変トランヌ讐−サルフィルタ１６に入力し、ＲＯＭ
１７によって重み係数、即ちタップ利得を設定する。こ
れにより、フーリエ係数”ｍ ’ ｂｍが求まり、従っ
て各測定点の流度が求まる。
きた出力光波音ホトダイオード５で検知し、増＠器６で
増幅する。−男手導体し−ヤ′１の出力の一部全ホトダ
イオード７で検知し、増幅器８で増幅してこれを基準信
号とする。また半導体レーザ１の出力の一部から波長掃
引きざみ検出フィルタ９によって各センサユニットでの
サブキャリア周波数に対応する波長成分出力全選択して
ホトダイオード１０で検知し、これ全箱幅整形回路１ノ
を通してサンプリングクロツクを生成する。この手段に
より、半導体レーザｌの波長掃引が時ＭＫついての単調
関数であわは、フーリエ係数を求める上での困齢はない
ことを保ｄ正できる。そしてこのサンプリングクロック
ｉ ＣＰＵ １２にタイミングパルスとして入カスると
共に、Ａ／ＤコンノＺ−夕１．９ 、７４ニより玲幅器
６，８の出力をそれぞれディジタル化し、規格化回路１
５によって？１サンプリング点の円方信号を規格化して
可変トランヌ讐−サルフィルタ１６に入力し、ＲＯＭ
１７によって重み係数、即ちタップ利得を設定する。こ
れにより、フーリエ係数”ｍ ’ ｂｍが求まり、従っ
て各測定点の流度が求まる。
上記実施例は、複数の測定点での複数の」副情報を周波
数分割多重化して伝送するものであった。この発明は、
一つの計測情報をディジタル化してその各ディジット情
報を周波数分割多重化して伝送、再生する場合にも適用
することができる。この場合、一つの測定点に複数のセ
ンサユニットを設け、そのセンヌ感度全２ｋ（ｋ＝０．
１．２．・・・）の配列でＲ＝ ｆｚらせることによっ
てディノット情報を周波数分割多重化する。そのような
実施例を次に訪、明する。第６１はそのセンサユニット
部の模式的禍成である。
数分割多重化して伝送するものであった。この発明は、
一つの計測情報をディジタル化してその各ディジット情
報を周波数分割多重化して伝送、再生する場合にも適用
することができる。この場合、一つの測定点に複数のセ
ンサユニットを設け、そのセンヌ感度全２ｋ（ｋ＝０．
１．２．・・・）の配列でＲ＝ ｆｚらせることによっ
てディノット情報を周波数分割多重化する。そのような
実施例を次に訪、明する。第６１はそのセンサユニット
部の模式的禍成である。
Ａは入力ボート、Ｂけ出力ポートであり、０点−に分波
−合波器があり、入力ポートＡからの光は０点で一定の
分岐比でボートＰ。、Ｐｌ 。
−合波器があり、入力ポートＡからの光は０点で一定の
分岐比でボートＰ。、Ｐｌ 。
Ｐ宜 ＩＰ、に分岐され、各ボートＰ。、Ｐｌ 。
Ｆ宜 ＋Ｐｓの反射点で反射されて０点で合波ざ礼、出
カポ−）Ｂに出力光波が得られるようになっている。Ｐ
ｏけ基準位相発生用Ｊ、−１であり、このボートＰ。に
入り、０点に戻ったときの合波電界Ｅ。は で表わされる。ＬｏはボートＰ。の等飾光路長である。
カポ−）Ｂに出力光波が得られるようになっている。Ｐ
ｏけ基準位相発生用Ｊ、−１であり、このボートＰ。に
入り、０点に戻ったときの合波電界Ｅ。は で表わされる。ＬｏはボートＰ。の等飾光路長である。
ポーｔ・Ｐｔ ｒ Ｐｔ ｒ Ｐｓはディジタル化
削測情報の各ディジット情報をサブキャリアに担わせる
センサユニットｔｍ成している。即ち、各ボ゛−トＰｔ
ｔ Ｐ２ ＊ Ｐｇ ではそれぞれ長さｅ Ｉ
＋ ｅｌ ｌβ３の分布結合線部分を介して反身ニ
ー１点があり、それぞれの分布結合線部分の位相定数変
化全考慮した等飾光路長をＬ＋ 、 Ｌｘ 、 Ｌ″。
削測情報の各ディジット情報をサブキャリアに担わせる
センサユニットｔｍ成している。即ち、各ボ゛−トＰｔ
ｔ Ｐ２ ＊ Ｐｇ ではそれぞれ長さｅ Ｉ
＋ ｅｌ ｌβ３の分布結合線部分を介して反身ニ
ー１点があり、それぞれの分布結合線部分の位相定数変
化全考慮した等飾光路長をＬ＋ 、 Ｌｘ 、 Ｌ″。
とすると、０点に戻ったときの各光波電界はＥ＋ ＝
ａ ｌ２ｃｎｓ２θ＋ ｅｘｐ （ＪＴ・２Ｌ ＋ ）
Ｅｌ ＝ ａ 、ｌ’ ｃｏＳ２θｔ ｅｘｐ （ｊ
、＋ −２Ｌ ｔ ）Ｅｓ ＝ ａｓ２ｃｏｓ２θｓ
ｅｘｐ （Ｊ＝２Ｌｓ ）λ と表わされる。
ａ ｌ２ｃｎｓ２θ＋ ｅｘｐ （ＪＴ・２Ｌ ＋ ）
Ｅｌ ＝ ａ 、ｌ’ ｃｏＳ２θｔ ｅｘｐ （ｊ
、＋ −２Ｌ ｔ ）Ｅｓ ＝ ａｓ２ｃｏｓ２θｓ
ｅｘｐ （Ｊ＝２Ｌｓ ）λ と表わされる。
従って、一般にセンサユニット数全８個とすると、出力
究、波亀界Ｅ、は と表わされる。い１絶対位相は問題としないとｊ〜、ａ
Ｏ−］とおけば、 Ｅｔ＝ ｉ ＋ｍ”Ｑ、ａｍ” ｃｏｓ２−＠Ｘｐ（Ｊ
％）ここに ψ□＝Ｔ（Ｌｍ−Ｌｏ） 先の実施例と同様、光源の波長掃引 （λ→λ＋Δλｓ）を行ったとき、位相ψ の変１ヒ
Δψｍ は ｔなる。ここで位相回転率 を定義する。これは波長をｏくｘくｌの範囲で策１ヒさ
せたときの周波数に比例する。
究、波亀界Ｅ、は と表わされる。い１絶対位相は問題としないとｊ〜、ａ
Ｏ−］とおけば、 Ｅｔ＝ ｉ ＋ｍ”Ｑ、ａｍ” ｃｏｓ２−＠Ｘｐ（Ｊ
％）ここに ψ□＝Ｔ（Ｌｍ−Ｌｏ） 先の実施例と同様、光源の波長掃引 （λ→λ＋Δλｓ）を行ったとき、位相ψ の変１ヒ
Δψｍ は ｔなる。ここで位相回転率 を定義する。これは波長をｏくｘくｌの範囲で策１ヒさ
せたときの周波数に比例する。
上記ｆｍの配列は、上記ＩＥ、＋２の式での和差周波数
発生で同一周波数が生じない配列とする。
発生で同一周波数が生じない配列とする。
例えば下表のとおりである。
Ｎ＝２１３
３ １３５
４ １３５７
このように周波数配列全設定し、出力
１゜、１２ヨＦ（ｘ） のフーリエ展開係′Ｉ９Ａｍ
を求める。
を求める。
従、て、（Ａｍ）が各々のしきい値（ａｍ！／２）に対
して”０″か“１”かを害ＩＩ当て、θ□の被計８１１
１量に対する変化率（感度）全２ｍの比で設定すれは２
グレイ拳コード什デイジタルセンサとなる。
して”０″か“１”かを害ＩＩ当て、θ□の被計８１１
１量に対する変化率（感度）全２ｍの比で設定すれは２
グレイ拳コード什デイジタルセンサとなる。
この実施例では０以上の説明の岬囲では八□の規格化手
段が周忌さ７′１ておらず、伝送路などの損失変動や光
源質重の影響を受ける。この対策には基準ポートケ追加
して周波数ｆｏを割当て、一定フーリエ展開係数Ａ。全
用意し、規格化基準とすれはよい。
段が周忌さ７′１ておらず、伝送路などの損失変動や光
源質重の影響を受ける。この対策には基準ポートケ追加
して周波数ｆｏを割当て、一定フーリエ展開係数Ａ。全
用意し、規格化基準とすれはよい。
またこの実施例の場合、ｆ の温度変化率はと表わされ
、］０−〜１０ であってΔＴ ＝ ５００℃でも５
係り下であり、これは十分に小さく問題はない。
、］０−〜１０ であってΔＴ ＝ ５００℃でも５
係り下であり、これは十分に小さく問題はない。
環上実施例を挙げて訪明したように、この発明によれば
、筒波数分割多重化による伝送を可能とした、光学的手
段のみによる計測システムが実現できる。
、筒波数分割多重化による伝送を可能とした、光学的手
段のみによる計測システムが実現できる。
第１図はゲ来の時分割多重化光学的センサシステムの基
本給成を示す図、第２図および第３図はこの発明におけ
るザブキャリア発生部の構成例を示す図、第４図はこの
発明の一実施例の温度センサシステムの構成を示す図、
第５図は子のセンサユニットの１Ｉ作を説明するための
図、第６図は他の実施例のセンサシステムにおケルセン
ザユニノト部の構成を示す図である。 ｌ・・・波長掃引半導体レーザ、２・・・パイロット信
号発生器、２Ｉ ・・・定偏波ファイバ、２．・・・検
薯子、３１〜３４・・・伝送用ファイ・り（定偏波ファ
イ・ぐ）、４ａ、４ｂ・・・センサユニット、’１１＋
＋４ｂｌ ・・・定偏波ファイバ（温度センサ部）
、４ｂ、、４ｂ、・・・定偏波ファイバ（サブキャリア
発生部）、ｓ、ｙ、ｌｏ・・・・ホトダイオード、６，
８・・・増幅器、９・・・波長掃引きざみ検出フィルタ
、１１・・・増幅整形回路、１２・・・ＣＰＵ 。 １．９ 、 ｌ ４・・・Ａ／Ｄコンバータ、１５・・
・１． 格化回路、１６・・・可変トランスパーサルフ
ィルタ、ノア・・・ＲＯＭ。 出願人 工業技術院長 石 坂 誠 −手 続
補 正 書（自発） 餡第１１９？年／２月／７日 ％肝汁長官殿 １ 事件の表示 １Ｉｆ（和５８年特願第２４７３２号 ２ 発明の名称 光学的計測システム ３、補正をするもの 明細省の発明の詳細な説明の欄 ５ 補正の内容 （ＩＪ明細豊第６角第１９行目乃至第２０行目の「位相
シフト」を「位相差」と訂正する。 （２）間約１簀２４息７頁第１行目のｒＦ＝１／２（β
８−βｙ）１、］全「１７１ ＝ （βえ−βｙ）Ｌ」
と訂正する。 （３）明細書青４８頁第１４行目の［ｒｌ−Ｌ２Ｊを「
２（Ｌｌ −Ｌ２ ） Ｊと訂正する。 （４）明細４ｉ−第１１頁第１３行目の「出射光波の」
を「出射光波の位相定数項をのぞいた」と訂正する。 （５）明Ｍｆｊ書第１１員第１４行目のと引止する。 （６）明細薔第１６頁第２０行目の「５ １ ３ ８２
１ ３４Ｊを 「５ １ ３８ ２１ ５５Ｊと訂正する。 以上
本給成を示す図、第２図および第３図はこの発明におけ
るザブキャリア発生部の構成例を示す図、第４図はこの
発明の一実施例の温度センサシステムの構成を示す図、
第５図は子のセンサユニットの１Ｉ作を説明するための
図、第６図は他の実施例のセンサシステムにおケルセン
ザユニノト部の構成を示す図である。 ｌ・・・波長掃引半導体レーザ、２・・・パイロット信
号発生器、２Ｉ ・・・定偏波ファイバ、２．・・・検
薯子、３１〜３４・・・伝送用ファイ・り（定偏波ファ
イ・ぐ）、４ａ、４ｂ・・・センサユニット、’１１＋
＋４ｂｌ ・・・定偏波ファイバ（温度センサ部）
、４ｂ、、４ｂ、・・・定偏波ファイバ（サブキャリア
発生部）、ｓ、ｙ、ｌｏ・・・・ホトダイオード、６，
８・・・増幅器、９・・・波長掃引きざみ検出フィルタ
、１１・・・増幅整形回路、１２・・・ＣＰＵ 。 １．９ 、 ｌ ４・・・Ａ／Ｄコンバータ、１５・・
・１． 格化回路、１６・・・可変トランスパーサルフ
ィルタ、ノア・・・ＲＯＭ。 出願人 工業技術院長 石 坂 誠 −手 続
補 正 書（自発） 餡第１１９？年／２月／７日 ％肝汁長官殿 １ 事件の表示 １Ｉｆ（和５８年特願第２４７３２号 ２ 発明の名称 光学的計測システム ３、補正をするもの 明細省の発明の詳細な説明の欄 ５ 補正の内容 （ＩＪ明細豊第６角第１９行目乃至第２０行目の「位相
シフト」を「位相差」と訂正する。 （２）間約１簀２４息７頁第１行目のｒＦ＝１／２（β
８−βｙ）１、］全「１７１ ＝ （βえ−βｙ）Ｌ」
と訂正する。 （３）明細書青４８頁第１４行目の［ｒｌ−Ｌ２Ｊを「
２（Ｌｌ −Ｌ２ ） Ｊと訂正する。 （４）明細４ｉ−第１１頁第１３行目の「出射光波の」
を「出射光波の位相定数項をのぞいた」と訂正する。 （５）明Ｍｆｊ書第１１員第１４行目のと引止する。 （６）明細薔第１６頁第２０行目の「５ １ ３ ８２
１ ３４Ｊを 「５ １ ３８ ２１ ５５Ｊと訂正する。 以上
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１）光源からの光波を一寸たけ二以上のセンサユニッ
トを介して伝送して被ｉｉ測情報を収集する光学的計測
シ２テムにおいて、前記センサユニットは、前記光源の
波長掃引によって光波に光強度の周期的変化を生せしめ
てこれをサブキャリアとするザブキャリア発生部とこの
ザブキャリアを被割測情報によって変調するセンサ部と
力・ら格成し、受信端でサブキャリアを選択して被計測
情報を再生するようにしたことを特徴とする光学的計測
シヌテム。 （２） 前記ザブキャリア発生部は定偏波ファイバで
ある傷＋ｒｌ請求の前」間第１項記載の光学的創？ＩＩ
ｌ］システム。 、（３） 前記ザブキャリア発生部は干渉側である福
許晶求の範囲第１項記載の光学的計測シヌテム。 （４） 前記ニジ上のセンサユニットは、それぞれ別
個の被計測情報に対応して光路土に直列に配置され、か
つそれぞれ異なるサブキャリア周波数を有する特許請求
の範囲第１項紀幇の光学的計測シヌテム。 （５） 前記ニジ上のセンサユニットは、一つの被計
測情報についてセンス感度を２ｋ（ｋ＝ｏ。 １．２．・・・）の配列で異ならせてセンスするもので
ある特許請求の範囲第１項記載の光学的計測シヌテム。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58024732A JPS59151296A (ja) | 1983-02-18 | 1983-02-18 | 光学的計測システム |
| US06/580,146 US4581730A (en) | 1983-02-18 | 1984-02-14 | Optical instrumentation method and device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58024732A JPS59151296A (ja) | 1983-02-18 | 1983-02-18 | 光学的計測システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59151296A true JPS59151296A (ja) | 1984-08-29 |
| JPH0312360B2 JPH0312360B2 (ja) | 1991-02-20 |
Family
ID=12146320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58024732A Granted JPS59151296A (ja) | 1983-02-18 | 1983-02-18 | 光学的計測システム |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4581730A (ja) |
| JP (1) | JPS59151296A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013536411A (ja) * | 2010-07-28 | 2013-09-19 | アンスティテュ．ナショナル．ポリテクニーク．デ．トゥールーズ | 物理的パラメータを測定するための外在光ファイバを有する干渉デバイス |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2613153B1 (fr) * | 1987-03-26 | 1989-06-23 | Alcatel Thomson Faisceaux | Filtre numerique fonctionnant a frequence intermediaire |
| US4824201A (en) * | 1987-07-13 | 1989-04-25 | Bell Communications Research, Inc. | Simultaneous transmission of LED and laser signals over single mode fiber |
| US4822135A (en) * | 1987-08-07 | 1989-04-18 | George Seaver | Optical wave guide band edge sensor and method |
| US4866698A (en) * | 1987-11-17 | 1989-09-12 | The Boeing Company | Multiplexed optical communication system |
| US4799797A (en) * | 1987-11-17 | 1989-01-24 | The Boeing Company | Coherence multiplexing of optical sensors |
| US5060310A (en) * | 1989-08-10 | 1991-10-22 | Tektronix, Inc. | Apparatus and method for reduction of intermodulation distortion in an optical fiber network |
| KR100319744B1 (ko) * | 1998-11-09 | 2002-02-19 | 오길록 | 파장선택형광검출기를이용한파장분할다중화된광신호의채널정보검출장치및그방법 |
| DE19904671A1 (de) * | 1999-02-04 | 2000-08-10 | Focke & Co | Verfahren und Vorrichtung zur Überprüfung von (Zigaretten-)Packungen hinsichtlich korrekter Positionierung von Banderolen |
| US20050074037A1 (en) * | 2003-10-06 | 2005-04-07 | Robin Rickard | Optical sub-carrier multiplexed transmission |
| US7580630B2 (en) * | 2004-06-07 | 2009-08-25 | Nortel Networks Limited | Spectral shaping for optical OFDM transmission |
| US9024247B2 (en) * | 2012-07-16 | 2015-05-05 | Crylas Crystal Laser Systems Gmbh | Device and method for reducing amplitude noise of a light radiation |
| US9373933B2 (en) | 2012-10-19 | 2016-06-21 | University of Maribor | Methods of driving laser diodes, optical wavelength sweeping apparatus, and optical measurement systems |
| CN108027229A (zh) | 2015-09-17 | 2018-05-11 | 卡尔蔡司医疗技术公司 | 利用脉冲加宽二极管激光器的干涉测量法 |
| US11118897B2 (en) | 2019-01-28 | 2021-09-14 | Quality Vision International Inc. | Partial coherence range sensor pen connected to the source/detector by a polarizing fiber |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3272988A (en) * | 1963-03-25 | 1966-09-13 | Gen Telephone & Elect | Polarization modulation system for transmitting and receiving two independent signals over a single electromagnetic carrier |
| US4215576A (en) * | 1979-01-22 | 1980-08-05 | Rockwell International Corporation | Optical temperature sensor utilizing birefringent crystals |
| US4302835A (en) * | 1980-01-24 | 1981-11-24 | Sperry Corporation | Multiple terminal passive multiplexing apparatus |
| US4416013A (en) * | 1981-11-30 | 1983-11-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Distributed feedback laser employing the stark effect |
-
1983
- 1983-02-18 JP JP58024732A patent/JPS59151296A/ja active Granted
-
1984
- 1984-02-14 US US06/580,146 patent/US4581730A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013536411A (ja) * | 2010-07-28 | 2013-09-19 | アンスティテュ．ナショナル．ポリテクニーク．デ．トゥールーズ | 物理的パラメータを測定するための外在光ファイバを有する干渉デバイス |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4581730A (en) | 1986-04-08 |
| JPH0312360B2 (ja) | 1991-02-20 |
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