JPS59218915A - 光導波路形センサ - Google Patents

光導波路形センサ

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JPS59218915A
JPS59218915A JP58092493A JP9249383A JPS59218915A JP S59218915 A JPS59218915 A JP S59218915A JP 58092493 A JP58092493 A JP 58092493A JP 9249383 A JP9249383 A JP 9249383A JP S59218915 A JPS59218915 A JP S59218915A
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JP
Japan
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light
signal
optical waveguide
light source
voltage
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JP58092493A
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English (en)
Inventor
Hideto Iwaoka
秀人 岩岡
Koji Akiyama
浩二 秋山
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Hokushin Electric Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/35383Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using multiple sensor devices using multiplexing techniques

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  • Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
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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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、光導波路素子を用いたセンサに関するもので
ある。更に詳しくは、本発明は光導波路素子から出射す
る光が、この光導波路素子に与えられる温度や、あるい
は電圧等圧芯じて正弦波状に変化することを利用して、
温度や電圧等を測定することのできる光導波路形センサ
に関するものである。
〔従来技術〕
第1図は、光導波路素子を用いた従来の電圧測定装置の
一例を示す構成図である。この装置は、レーザ光源1か
らの光を光導波路素子2に入射させ、ここから出た光を
受光素子3で検出するように構成されている。光導波路
素子2は、ここに入射した光を2部分に分岐し、再び1
本に結合する光路2L22、この光路に電圧を印加する
複数個の電極23〜29が設けられている。2つの光路
21.227 は、光路長や屈折率などに差が生ずるよ
うになっておシ、結合点で互いに位相が変シ、光導波路
素子2から出射する光は、電極に印加する電圧VH。
VLK応じて正弦波状に変化する。なお、電極26〜2
9社、垂直、水平両側波方向に等しく電界を与えるため
のもので、必ずしも必要でない。よって、受光素子5か
らの信号の大きさから、印加電圧全知ることができる。
また、光導波路2から出射する光は、これが置かれた周
囲の温度変化にも対応して正弦波状に変化するので、温
度を知ることもできる。
ところで、このような構成の装置は、高分解能で電圧や
温度等を測定することが困難なうえにル−ザ光源1のパ
ワーや光伝送路の伝送効率が変化すると、受光素子5に
照射される光の強度も変化し、正確な電圧や温度等の測
定を行なうことができなくなる。
〔発明の目的〕
ここにおいて、本発明はこのような従来技術における問
題点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、レーザ光
源パワーの変動の影響を受けず、高分解能で電圧や温度
等を測定できるこの種の装置を実現しようとするもので
ある。
〔発明の概要〕
本発明に係る装置は、検出すべき信号に応じて互い罠位
相が90°異なって正弦波状に変化する2種の光を出射
する光導波路素子と、この光導波路素子から出射した光
を受光する2個の受光素子と、これら2個の受光素子か
らの各信号の自乗布の平方根に関連した信号と2個の受
光素子のいずれが一方からの信号を入力し所定の演算を
行なう演算回路とで構成される。
〔発明の実施例〕
第2図は本発明に係る装置の一例を示す構成ブロック図
で、ここでは電圧測定を行なう場合を例示しである。図
において、1はレーザ光源、2はレーザ光源1からの光
が入射する光導波路素子で、ここには、途中で分岐し再
び結合する光路21a。
21b及び22a 、 22bと、基準光PH8を得る
光路20が形成されている。ここで、21a、 21b
の光路差と22a 、 22bの光路差は光路21と光
路22の出射光に90°の位相差がつくようにきめる。
光路Haには両側に電極25.24が、また光路22a
には両側に電極25.26がそれぞれ設けられ、光路2
1と、光路22からは、電極25.24及び25.26
間に印加される電圧Vに応じて互いに位相が90°異な
って正弦波状に変化する光PHI 、 PH2が出射す
る。31は光路21から出射する光Pi(1を受光する
受光素子、32は光路22から出射する光PH2を受光
する受光素子、53は光路20から出射する光PH5を
受光する受光素子である。
41、42は減算回路、43.44 、45はアンプ、
46゜47は自乗回路、48は加1′1.回路、ap4
−7.平方根を求める平方根回路である。自乗回路46
は、アンプ43から出力される受光素子31からの信号
と受光素子36からの信号の差信号の自乗を演算する。
また、自乗回路47i1:、アンプ44から出力される
受光素子32と受光素子33からの信号の差信号の自乗
を演算する。なお、ここで、光路20、受光素子53、
アンプ45及び減算回路41.42は、レーザ光源1の
強さ等の変化による影響を除外することを目的として設
けられたものであり、1/−ザー光源1に安定なものを
使用する場合には、これらは必ずしも必要でない。
51.52はA/D変換器、50はマイクロプロセッサ
のような演算回路、55は演算口i!550での演算結
果を表示する表示器、54はアンプA3.44からの信
号を入力とする比較(J号処理回路、55はアップダウ
ンカウンタである。A/D変換器51は、平方根回路4
9からの信号を基準電圧とし、アンプ43からの信号E
、をA/D変換し、演算回路50は、各A/D変換器5
1152、必要に応じてアップダウンカウンタ55から
の各信号を人力し、所定の演算を行なって電極23、2
4及び25.26間に印加される電圧を表示器53に表
示させる。
この様に構成した装置の動作は次の通りである。
レーザ光源1からの光は、光導波路素子2に入射する。
ここに入射した光は、3つに分岐し、光路21a 、 
21b 、 22a 、 22b を通った光は、それ
ぞれ光8.H,22から出射する。ここからの各党PH
1。
PH2は、公知のマンハツェンダー形の干渉計と同様の
原理で、電極23.24及び25.26間に印加される
電圧に対応して、互いに90’位相差を保持しつつ正弦
波状に変化したものとなる。
光11120から出射した光PH3は、光源1のモニタ
ー用で、各党Pi11 、 PH2からバイアス分を除
去するのに使用される。
第3図は、電極間に印加する電圧Vと、各受光素子!A
、 32から得られる各信号e、i+82の関係を示し
た線図である。(alは印加する電圧Vの変化範囲が小
さい場合であり、(b)は印加する電圧■の変化範囲を
少し広くした場合である。いずれも、印加電圧VK応じ
て、el 162は900位相差を保ちつつ正弦波状に
変化している。(e)は、光路21a、、 21b 。
22a 、 22b を長くするとともに、厄極長を大
きくした場合である。
受光素子33からの信号e3は、レーザ光源の強さや、
光伝送路の伝送効率の変化等に対応しており、減算回路
41.42において、各信号’l+63より03を減す
ることKよって、レーザ光源等の変化による影響を除去
する。
各自乗回路46.47は、アンプ43.44からの出力
E1 、 E2を自乗し、これが加算回路48で加算さ
れ、その平方根が平方根回路49で演算される。
いま、アンプ43の出カEl、アンプ44の出力E2を
それぞれ(1)式、(2)式で表わすものとすれば、平
方根回路49の出力E3は、(3)式で示すことができ
、印加電圧VK対応した回転角θによらず、常べ振幅値
Aとなる。
El =Aslnθ(V)   ・・・・凹曲叩・・叩
・・・・・(1)E2 = Acosθ(V)   叩
・曲・凹曲・・曲・・・(2)ES”4耳1− =Asin′θ+A2cos”θ =A        ・・・・・・・・・・・・・・川
・・・・・・・・・・(3)A/D変換器51は、平方
根回路49からの信号EBを基準電圧として、アンプ4
3の出力E、をA/D変換する。これによって、VD変
換された信号E、は、振幅値人の影響を受けず、正確に
分割されたものとなる。なお、A/’D変換器52は、
アンプ43の出力E!の大きさが適当でない場合(感度
が十分でない場合)、アンプ44の出力E2を同様にV
D変換するもので、演算回路50は、VD変換器51.
52のうち、大きさが適当な方のディジタル信号を入力
し、回転角θから印加電圧Vの大きさを求めるための所
定の演算を行ない、その演算結果を表示器55に表示さ
せる。
比較、信号処理回路54は、アンプ43又はアンプ44
の出力のいずれかを入力し、この信号の正弦波の山の数
を検出し、アップダウンカウンタ55にこれを計数させ
る。これらの回路は、電極に印加する電圧■が大きく、
信号eIr02が第5図(c)に示すように変化する場
合において使用されるもので、この場合、演算回路50
は、アップダウンカウンタ55の計数値をも入力し、こ
の計数値と角度θとから印加電圧Vの大きさを演算する
こととなる。
なおN  A/D変換器52、比較信号処理回路54及
びアップダウンカウンタ55は、測定すべき印加電圧V
の大きさに応じて設けられるもので、必ずしも必要とし
ない。
なお、上記の説明では、光導波路素子2の各党j!2!
21m 、 21b 、 22a 、 22b を電極
で挾み、電極間に印加する電圧Vを測定するようにした
ものであるが、電極23〜26をなくシ、光導波路素子
2を特定な個所に設置すれば、その設置個所における温
度測定を行なうことができる。又、ここではA/D変換
器を用いディジタル演算を行なうことを想定したもので
あるが、これらの回路は、El又はE2をうな割誹演算
し、振幅Aを消去するような回路であれば、他の回m4
M成のものであってもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成で、
レーザ光源パワーの変動や、光伝送路の伝送効率の変化
による影響を受けず高分解能で電圧や温度測定を行なえ
る光導波路形センサが実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来技術の説明図、第2図は本発明に係る装置
の一例を示す構成ブロック図、第3図は動作を説明する
ための線図である。 1・・・レーザ光源、2・・・光導波路素子、31〜3
3・・・受光素子、46.47・・・自乗回路、48・
・・加算回路、49・・・平方根回路、51.52・・
・A/I)変換器、50・・・演算回路。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光源と、この光源からの光が入射し検出すべき信
    号の変化に応じて互いに90°の位相差を保ちつつ正弦
    波状に変化する2種の光を出射する光導波路素子と、と
    の光導波路素子から出射した光を受光する2個の受光素
    子と、これら2個の受光素子からの各信号の自乗和の平
    方根に関連した信号を得る回路と、前記2個の受光素子
    の少なくとも一方からの信号と前記各信号の自乗和の平
    方根に関連した信号を入力し所定の演算を行なって前記
    検出すべき信号に関連する信号を得る演算回路とを具備
    した先導波路形センサ。
  2. (2)検出すべき信号は温度信号であって、光導波路素
    子は温度測定個所に設置される特許請求の範囲第1項記
    載の光導波路形センナ。
  3. (3)  光導波路素子は、電極によって挾まれた2以
    上の光路を含み、検出すべき信号は前記電極に印加され
    た電圧信号である特許請求の範囲第1項記載の光導波節
    形センナ。
  4. (4)  演算回路は、2個の受光素子の少なくとも一
    方からの信号を入力しこの信号の正弦波の山の数を計数
    する手段を含む特許請求の範囲第1項記載の光導波路形
    センサ。
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