JPS6231282B2 - - Google Patents

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JPS6231282B2
JPS6231282B2 JP6754279A JP6754279A JPS6231282B2 JP S6231282 B2 JPS6231282 B2 JP S6231282B2 JP 6754279 A JP6754279 A JP 6754279A JP 6754279 A JP6754279 A JP 6754279A JP S6231282 B2 JPS6231282 B2 JP S6231282B2
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JP
Japan
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light
filter
optical
measuring device
light source
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JP6754279A
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JPS54158954A (en
Inventor
Burogaruda Torugunii
Sutensurando Reifu
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ABB Norden Holding AB
Original Assignee
ASEA AB
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Filing date
Publication date
Application filed by ASEA AB filed Critical ASEA AB
Publication of JPS54158954A publication Critical patent/JPS54158954A/ja
Publication of JPS6231282B2 publication Critical patent/JPS6231282B2/ja
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
    • G01H9/004—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means using fibre optic sensors
    • G01H9/006—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means using fibre optic sensors the vibrations causing a variation in the relative position of the end of a fibre and another element
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING 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
    • G01D5/00—Mechanical 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
    • G01D5/26—Mechanical 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
    • G01D5/268—Mechanical 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 using optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING 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
    • G01D5/00—Mechanical 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
    • G01D5/26—Mechanical 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
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    • G01D5/34—Mechanical 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
    • G01D5/342—Mechanical 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 the sensed object being the obturating part
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/093—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by photoelectric pick-up

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  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、位置、速度、加速度、力、圧力、伸
び、温度などの物理量を測定するオプテイカル測
定装置であつて少なくとも１つのオプテイカルフ
アイバを備えて電子ユニツトＥと変換器Ｇとの間
に光を伝導し、この変換器に備えられているオプ
テイカル変調器が問題となつている測定量によつ
て直接にあるいは間接に作用されてこれに依存し
てこの変換器へ放射された光を変調するようにな
つているとしたオプテイカル測定装置に関する。
（従来の技術） フアイバオプテイカルアナログ変換器に関する
主な問題はフアイバとオプトコンポーネントとの
安定性を得ることが相当困難であるということで
ある。
（発明の要約） 本発明の目的はこれらの問題や、上に述べた種
類の測定装置において関連している別の問題に対
する解決を提供することである。本発明による測
定装置は使用されている光のスペクトル内におい
てスペクトルで変わる吸収、透過、反射のうちの
少なくとも１つの作用を有する少なくとも１つの
オプテイカルフイルタを変換器が備えているこ
と、及び前記少なくとも１つのフイルタは、前記
変換器から出射された光の中にあつて、フアイバ
オプテイツクの変化を補償するために、１つの波
長領域内に、少なくとも１つの安定化信号を、ま
た異なる他の波長領域内に、少なくとも１つの測
定信号を、それぞれ発生するようになつており、
当該安定化信号は、当該測定信号よりも測定され
る物理量に依存しにくいようになつていることを
特徴とする。この種類の測定装置は安定しており
またフアイバオプテイカル変換器に対して一般的
な応用がきくものである。
このようにして安定した測定及び測定の高度の
精密さを得ることができる。
別の好ましい実施例においては、フアイバは電
子ユニツトにおける少なくとも１つの光源からの
光を変換器に伝導し、これと同じく変換器からの
光を電子ユニツトにおける１つか２つ以上の光検
知器に伝導するようになつており、この変換器は
少なくとも１つのオプテイカル干渉フイルタを備
えこのオプテイカル干渉フイルタは被測定物理量
によつて直接にかあるいは間接に影響を受けまた
この物理量の作用を受けて変換器における光を変
調する。本発明は前記物理量が前記干渉フイルタ
を構成している干渉層における光のオプテイカル
波長に影響を及ぼすようになつていることを特徴
とする。このことは透過及び反射スペクトルの動
きに帰着し、これは、測定光の波長を適切に選択
することに基づいて、電子ユニツトＥにおいて測
定成分及び安定化成分のいずれもに分割すること
のできる光の信号を発生させることになる。
（実施例） 本発明は添付図面においてより詳細にわたつて
例示されている。
第１図には本発明による測定装置が図示されて
おり、これに備えられている２つの光源１及び２
は波長の異なる分布の（波長λ１およびλ２にお
いて、それぞれ最大となる）光を光伝導フアイバ
３及び４にそれぞれ放出し、２つの分岐からの光
は、フアイバ５において１つになるようになつて
いる。電子ユニツトは破線の長方形Ｅによつて画
定されまた変換器は四角Ｇによつて画定されてい
る。フアイバ５から光の１部はフアイバ６を通し
て、電子ユニツトＥ内の光検知器１８に通され、
さらにこの光検知器の光電流は１９によつて増幅
されて基準電圧２１（Ｖref）とともに差形成器
２０に供給され、さらにこの差によつて調整器２
２への誤差信号が構成されスイツチ２３の位置に
よつて駆動回路２４を通して発光ダイオード１
が、あるいは駆動回路２５を通して発光ダイオー
ド２が調整される。この調整によつて発光ダイオ
ード１及び２からの光の強さの関係を一定に保つ
ことが確保される。スイツチ２３は２つの位置の
間で発振器１７によつて調節される。フアイバ５
によつて発光ダイオード１及び２からの光はフア
イバ７に通される。フアイバ７は光を変換器Ｇに
伝導し、変換器Ｇにはこの図において光を導入す
るフアイバ７と光を外へ伝導するフアイバ１０と
の間のギヤツプ８にオプテイカルフイルタ９が設
けられており、またフアイバ１０は光を変換器Ｇ
から電子ユニツト内の光検波器１１に通す。光検
知器１１の出力信号は増幅器１２で増幅され、さ
らにスイツチ２６によつてこの出力信号は、スイ
ツチ２３が発光ダイオード１及び２にそれぞれ切
換えるのと同じ割合でサンプルホールド回路１３
及び１４に交互に供給される。スイツチ２６は、
スイツチ２３と同様に発振器１７によつて調節さ
れる。このようにして回路１３の出力は光伝導体
３，５，７，１０及び変換器Ｇの通過後の発光ダ
イオード１からの光の強さの値を入力し、また回
路１４の出力は光伝導体４，５，７，１０及び変
換器Ｇを通過後の発光ダイオード２からの光の強
さの値を入力することとなる。変換器においてオ
プテイカルフイルタ９の位置は問題となつている
測定量（位置、速度、加速度、力、圧力、伸び、
温度、など）によつて変化し、さらにフイルタ９
を選択することによつて発光ダイオード１からの
光は発光ダイオード２からの光よりもフイルタ９
の動きによつてさらに強く影響されるようにな
り、除算回路１５における商の形成後、信号が得
られるが、この信号は測定量には依存しているが
測定装置におけるフアイバオプテイツク及びオプ
トエレクトロニクスのパラメータ変化には無関係
である。除算回路１５からの出力信号は記録すな
わち指示装置１６に供給され、このようにして測
定量が示される。
フアイバオプテイツクにおけるマイクロベンデ
イング変化に対する完全な補償を提供するための
上述の方法における１つの条件は、同じモードの
光が発光ダイオード１及び２のいずれもから得ら
れるということである。というのはそうでないと
マイクロベンデイングは２つの発光ダイオードか
らの光に異なつて影響を及ぼすことになり、その
結果１５による商が一定にならないからである。
モードを同一にするために、放射の同じ空間的な
分布を備えた発光ダイオードを選択し、またでき
る限りモード・ミクシングをフアイバ３及び４の
適切なベンデイングによつて実施する。モード・
ミクシングとは、互いに異なるモードを混ぜるこ
とによつて、ライトガイド内におけるモード分布
を変化させることをいう。好都合に画定された光
分布を備えた発光ダイオードを使用するならば、
これらは第１ａ図から明らかであるように、フア
イバ５の端の前に相互に隣接させて取り付けるこ
とができる。このことによつてフアイバオプテイ
カルの分岐化はよけいなものとなる。同様に、フ
オトダイオード１８を発光ダイオード１及び２の
近傍に置くこともできるので、こうしてフアイバ
６はいらなくなる。フアイバ５の端はできれば発
光ダイオードの前において円錐形にして光を多く
受けるようにするとよい。発光ダイオードの波長
分布を一定にすることを確実にするためには、発
光ダイオードの温度を安定させるために温度調節
器を使用するとよい。
第１ｂ図は温度調節器を図示しているが、これ
は光源の温度かあるいは光源からの光のスペクト
ル分布かのいずれかによつて調節できるものであ
る。後者の調節の方法は第１ｂ図に図示されてい
るが、光源１からの光の１部は、フアイバ５及び
フアイバ５と７との間の部分によつて、フイルタ
８１を通つて光検波器８２に送られている。フイ
ルタ８１はその透過曲線が上昇傾斜部、または下
降傾斜部を有し、この傾斜部が光源１の光スペク
トルの曲線と交差するよう選択し、こうして光源
１のスペクトルの変化が検知器８２の光電流の変
化に帰着するようにする。所望の温度安定化は増
幅器８３、差形成器８４及び調整器８５、及び駆
動回路８６を通つてペルチエ素子８７までの帰還
回路によつて得られる。第１ｂ図はさらに１つの
光源がこの装置に必要とされているさまざまな波
長領域を発生させるのにいかに使用できるかを示
している。スイツチ２３が下方位置にある時、１
からの光はＶ1refに対応する値に調節され、これ
によつて１は発光ダイオードとして動作して広範
囲のスペクトル光を放射し、このようにして光は
光変調フイルタ９において反射されかつ透過され
るが、このフイルタ９は干渉型のものであるとす
る（第１図を見よ）。このスイツチが上の位置に
ある時、光は（Ｖ1ref＋Ｖ2ref）に対応する値に調
節され、これによつて１はレーザーダイオードと
して動作し、フイルタの選択に依存して、フイル
タ９において反射されるかあるいは透過される幅
の狭いスペクトルを放射する。
これは、スイツチ２３が下方位置にあるとき、
光源１の電流は閾値以下の値であるので、該光源
は発光ダイオードとして働き、スイツチ２３が上
方位置にあるとき、光源１の電流は閾値以上の値
であるので、該光源はレーザダイオードとして働
くからである。
異なる時間に異なるスペクトルを発生させるに
は、いわゆる同調可能ダイオードレーザーを使用
することもできる。ダイオードレーザーの波長を
フイルタ９（第１図を見よ）のスペクトル透過端
を通して変調させることにより、このフイルタの
動きに多少依存している光の信号が得られこの光
の信号はすでに説明したように測定装置を安定さ
せるのに使用することができる。
第１図はオプトエレクトロニクス及びフアイバ
オプテイツクの安定化が２つの発光ダイオードの
時間多重送信と、２つの発光ダイオードから発せ
られ変換器を通した光の成分の間の商の形成とに
よつて得られる構成を図示している。第２図にお
いては時間多重送信の代わりに周波数多重送信に
よつて、かつ商形成の代わりに増幅調節によつて
安定化が実施されている。発光ダイオード１及び
２からの光はここにおいて別々のオプテイカルフ
イルタ２７及び２８をそれぞれ貫通し、フアイバ
３及び４を通してフアイバ５に統合される前に好
都合に分かれているスペクトル分布（それぞれ波
長λ１及びλ２において最大値をとる）を得るよ
うになつている。第１図の場合と同様に、フアイ
バ５からの光の１部はフアイバ６を通して光検知
器１８に送られ、この光検知器１８の出力信号は
１９によつて増幅される。発光ダイオード１及び
２はそれぞれ発振器４０及び４１によつて異なる
周波数１及び２に変調され、それゆえ１９か
らの出力信号は帯域フイルタ３３及び３４によつ
て２つの成分に分割することができる。ここにお
いて３３からの出力信号は発光ダイオード１から
発せられたものであり、また３４からの出力信号
は発光ダイオード２から発せられたものである。
回路３５及び３６における復調の後、２つの成分
の差は３７において得られ調整器３８に供給さ
れ、これは３７からの出力信号がゼロに保持され
るように調節可能増幅器３９を調節する。このよ
うにして発光ダイオード１及び２の一致が得られ
る。フアイバ５からの光の１部はフアイバ７を通
して変換器３２に送られるが、この変換器３２は
この場合、反射、圧力感知薄膜３１を備えた圧力
変換器を備えている。この薄膜３１とフアイバ７
の端面との間にはオプテイカルフイルタがあり、
これは２つの発光ダイオード１及び２からの光の
変化する量を反射したり透過したりする。フイル
タ３０で反射された後、あるいはフイルタ３０を
透過してから反射薄膜３１で反射された後、フア
イバ７へ反射して戻される光の１部はフアイバ１
０の中を通つて光検知器１１に送られる。１１か
らの出力信号は１２において増幅されてからフイ
ルタ４５及び４６によつてそれぞれ発光ダイオー
ド１及び２から発せられる２つの成分に分割され
る。４７における復調の後、変調周波数１の信
号は４９において基準信号Ｖrefと比較されこう
して得られた差は調整器５０に供給され、この調
整器は直列接続の増幅器４２及び４３を調節す
る。代替的に（破線４４を見よ）調整器５０がス
イツチ４４を通して増幅器１２を調節するように
してもよい。この調節によつて測定装置における
フアイバオプテイツク及びオプトエレクトロニク
スのパラメータ変化は補償される。補償測定信号
はフイルタ４６からの出力信号の変換器４８によ
る復調の後に得られ、さらに測定信号は指示装置
１６において読取ることができる。
第３図には第１図及び第２図におけるような、
光源側の代わりに検知器側において光を２つの波
長領域（重複していてもよい）に分割する構成が
図示されている。光源１からの光はフアイバ３及
びフアイバ７を通して変換器自体に伝導され、こ
の変換器は感温材料を備えており、これはフアイ
バ端にあるオプテイカルフイルタ３０とミラー３
１との間のビームの通路に置かれている。この材
料は、例えば半導体でもよく、バンドギヤツプ、
従つて光の吸収が温度によつて変化するようにな
つていればよい。フイルタ３０及びミラー３１か
らの反射光はフアイバ７に伝導し戻されこれによ
つて光の一部はフアイバ１０，５６，及び５７を
通つてフイルタ５３及び５４、さらに光検知器１
１及び５１に送られる。フイルタ５３はフイルタ
３０に直接反射される光以上の光を通すように選
択するのに対して、フイルタ５４は、フイルタ３
０を透過して、感知器５５によつて作用を受けさ
らにミラー３１によつてフアイバ７の中に反射し
て戻された光以上の光を通すように選択する。増
幅器１２における増幅及び比較装置４９における
基準信号Ｖrefとの比較の後、検知器１１からの
出力信号は光源１を調節するために調整器５０に
よつて使用されこうしてフアイバオプテイツクお
よびオプトエレクトロニクスの不安定性に対する
補償が得られる。検知器５１からの信号は測定信
号を構成し、また上述の調整器５０のため、オプ
トエレクトロニクス及びフアイバオプテイツクの
不安定性がもしあるならば、これへの依存度は減
ることになる。ここにおいて光源として大きな半
値幅をもつ発光ダイオードが用いられているが、
しかし代替的に別々のスペクトル分布を備え、オ
プテイツクフイルタ３０，５３及び５４に一致す
る２つの発光ダイオードを使用してもよい。
第３図による測定装置においては光検知器１１
と５１との間の良い一致が必要とされている。も
しこの一致が十分でないなら、電子的一致安定化
は第４図に従つて実施することができる。第４図
も光ダイオードの別の構成を図示している。駆動
回路２４を通して、発振器４０は光源１を変調
し、光源１はフアイバ３及び７を通して変換器に
光を放射し、変換器はオプテイカルフイルタ３０
と、基底６１の上に置かれているフオースセル６
０に取り付けられていて反射後方面３１を備えた
感圧変調器５９とを備えている。力Ｆは変調器５
９に機械的応力を生じ、こうして使用されている
波長領域に対して変化する吸収を引き起こすもの
とする。変調器は、例えば、圧力依存バンドギヤ
ツプを有する半導体を備えているとよい。従つ
て、変換器の作用を受けず、かつフイルタ３０に
よつて反射された光は、変換器の作用を受けてか
つフイルタ３０及び変調器５９によつて伝送され
さらにミラー３１によつて反射された光と同様
に、変換器からフアイバ７の中に戻つて来てフア
イバ７及びフアイバ１０及び５８の方へ進むこと
になる。フアイバ５８の端面の所にはスクリーン
７１によつて分けられている２つの光検知器１１
及び５１がある。光検知器１１への光はオプテイ
カルフイルタ５３を通されるが、光検知器５１に
おける光はフイルタを通されない。このことは、
光源１、フイルタ３０、及びフイルタ５３の適切
な選択によつて、測定量が程度を変えることによ
つて光検知器１１及び５１に影響を及ぼすとした
ことを意味し、それぞれ６２及び６５においてフ
イルタを通し、それぞれ６３及び６６において復
調し、さらに１５において商を形成した後、こう
してオプトエレクトロニクス及びフアイバオプテ
イツクの不安定性に対して補償される測定信号が
得られる。光検知器１１及び５１間の一致操作を
補償するために、光源２は発振器４１によつて変
調された光をフアイバ４の中を通してフアイバ５
８及び光検知器１１及び５１へと放射する。光検
知増幅器１２及び５２からの出力信号は減算装置
６７において比較されて、得られた信号は光源２
からの信号に関して６８においてフイルタを通さ
れ、６９において復調されてから調整器７０に供
給され、調整器７０は調節可能増幅器６４を調整
して６４からの出力信号が周波数２の信号成分
に関する増幅器１２からの出力信号に等しく保持
されるようにする。このことにより一致した検波
器チヤンネル１１〜１２、及び５１〜６４が確保
される。
第４図の光検知器の構成（破線の長方形で示さ
れている）の別のものとして、第４ａ図及び第４
ｂ図に図示されている構成を用いることもでき
る。第４ａ図は同様にフアイバ５８と光検知器５
１との間にあるフイルタ７２を図示しており、ま
た第４ｂ図においては光検知器１１はフイルタ５
３によつて透過した光を感知するが、光検知器５
１は同じフイルタによつて反射された光を感知す
ることが図示されている。
第５ａ図〜第５１図には問題となつている変換
器において使用されているとよい種々の感知器構
成が簡単に図示されている。第５ｆ図と第５ｊ図
を除く全ての場合において、測定量は機械的動作
に変換されており、これはフイルタ付きミラーす
なわち拡散器によつて検出される。第５ａ図にお
いて、フイルタ３０は、使用されている光の特定
の波長領域内において、主反射をもたらし、これ
は測定量からはほとんど影響を受けない基準信号
を発生させるのに利用され、さらに別の波長領域
内においては主透過をもたらし、これはミラーあ
るいは拡散器３１によつて反射される測定信号を
生じる。第５ａ図における構成における光源及び
フイルタの選択しうる方法の１例が第６ａ図から
第６ｄ図までに図示されており、これは第２図に
よる測定装置に対応している。第６ａ図は光源１
及び２のスペクトル分布を図示している。フイル
タ３０に関する光源の重複は第６ｃ図及び第６ｄ
図によるフイルタ２７及び２８によつて減少さ
れ、これによつて光源１からの光は第６ｂ図にお
ける反射曲線Ｒに従つてフイルタ３０によつてわ
ずかに反射されるだけであり（第２図）、また光
源２からの光は、第６ｂ図における透過曲線Ｔに
従つてフイルタ３０によつてわずかに透過される
だけである。当然、フイルタ２７及び２８は第３
図及び第４ａ図による光検波器側に置くことがで
きる。フイルタは全て多重層干渉フイルタとして
適切に構成されている。
測定量は第５ａ図の矢印に従つてミラー／拡散
器３１の上下方向の動作で与えるかわりに、測定
量は第５ｂ図による横方向の動作に変換できる。
第５ａ図及び第５ｂ図におけるミラー／拡散器３
１は第５ｃ図及び第５ｄ図によるフイルタ７３に
置き替えてもよい。こうすると第７ａ図から第７
ｃ図までにおけるフイルタ特性が使用できる。光
源１からの光（およそλ１）はフイルタ３０（第
７ｂ図）を透過してからフイルタ７３（第７ｃ
図）によつて反射されるが、光源２からの光（お
よそλ２）はフイルタ３０（第７ｂ図）によつて
反射されてからフイルタ７３（第７ｃ図）を透過
することとなる。これによつて変換器からの基準
信号及び測定信号の間の分離が改善される。
さらに別の変調器の構成が第５ｅ図に図示され
ているが、ここにおいてフイルタ３０及びミラー
３１は移動可能である。フイルタ３０は異なる波
長の光を程度を変えて反射するので、これはミラ
ーまたは乱反射器３１の場合ではないが、測定信
号及び基準信号のいずれもが得られる。フアイバ
端とミラー／フイルターとの間の距離に注目する
と、これによつてフアイバからのより高いオーダ
ーのモード及び端光線がえり分けられる。
機械的動作の感知に加えて、第５ｆ図における
材料７４の吸収の変化を感知するためにフイルタ
技術を使用することもできる。生じる特性は第８
ａ図から第８ｃ図までに図示されている。光源２
からの光（第８ａ図）はフイルタ３０（第８ｂ
図）によつて、さらにある程度まで感知器材料７
４（第８ｃ図）によつて透過される。感知器材料
によつてどの位透過されるかは測定量に依存して
おり、測定量は温度、圧力、あるいは磁場あるい
は電場の強さであればよく、測定量の１つの値に
対して透過は第８ｃ図における曲線T1に従い、
別の値に対しては第８ｃ図における曲線T2に従
うだろう。光源１からの光（第８ａ図）はフイル
タ３０（第８ｂ図）によつて反射されてから感知
器材料によつて吸収されるので測定量からはほん
のわずかに作用されるだけである。代替的に、ミ
ラー３１はさらに波長を分離するために反射フイ
ルタを備えていてもよい。固定フイルタ３０及び
いくつかの可動フイルタ７３，７４などを使用す
ることにより、いくつかの測定量に関する情報を
同一フアイバ７で伝送することができる。第５ｇ
図においてフイルタ７３及び７４はいずれも上下
に動き、また第５ｈ図においてはフイルタ７３は
ｘ方向に、またフイルタ７４はｙ方向にそれぞれ
動く。可能なフイルタ特性が第９ａ図から第９ｄ
図までに図示されている。光源１（第９ａ図）は
実質的にフイルタ３０（第９ｂ図）における反射
を与え、一方光源２はフイルタ７３（第９ｃ図）
における波長間隔λ３〜λ４、及びフイルタ７４
（第９ｄ図）における波長間隔λ４〜λ５におけ
る反射を与える。対応する波長間隔におけるフイ
ルタを光検波器に備えることによつて、フイルタ
７３及び７４の個々の動作をフアイバ７へと反射
された光から得ることができる。
もし吸収フイルタを使用するなら、第５ｉ図に
よる可動フイルタ３０及び固定ミラー３１を備え
た構成を使用してもよい。さらに、第５ｊ図には
オプテイツク変調器７５を備えた構成が図示され
ており、この反射スペクトルは問題となつている
測定量によつて変化する。
機械的構成においてより大きな解明度が所望で
ある場合に、変調は相互に関して可動的であり、
フイルタ３０の前に置いてある２つのスクリーン
パターン７６及び７７（第５ｋ図）によつてでき
る。測定量は反射小片を備えたスクリーン７７を
吸収小片を備えたスクリーン７６に対して動か
す。増加した解明度に加えて改善された比例関係
が光のモード分布のより少ない影響と同様に得ら
れることになる。後者は係数一致媒体７８を備え
てフアイバ端に設けられた拡散器すなわちスクリ
ーン７７を用いて得ることもできる。フイルタ３
０は７７の後方に置いて３０からの基準光とミラ
ー３１による測定光のいずれもが拡散器／フイル
ター７７を必ず貫通するようにする。
第１０図は２つの光源１０１及び１０２を備え
た測定装置を図示しており、これらの光源は光伝
導フアイバ１０３及び１０４にそれぞれ異なる波
長分布（それぞれλ１及びλ２において最大値）
をもつ光を放射し、フアイバ１０５において分岐
されている光は１つになる。フアイバ１０５から
光の一部はフアイバ１０６を通つて光検知器１１
８に送られ、この光電流は増幅器１１９によつて
増幅されてから差形成器１２０に供給される。こ
うして基準電圧１２１（Ｖref）と１１９からの
出力信号との差が形成され、この差は調整器１２
２への誤差信号を構成し、調整器は駆動回路１２
４を通して発光ダイオード１０１を調節するかま
たは駆動回路１２５を通して発光ダイオード１０
２を調節するが、これはスイツチ１２３の位置に
依存している。この調整方法によつてスイツチ１
２３が２つの位置の間で発振器１１７（第１０図
を参照せよ）によつて調節される時、発光ダイオ
ード１０１及び１０２からの光の強さの間の比を
一定に保つことが確保される。フアイバ１０５に
よつて、発光ダイオード１０１及び１０２からの
光の１部はフアイバ１０７に通され、さらに適切
な変換器に光が伝導される。この変換器は２つの
レンズ１０８を備えており、これらのレンズの間
には回転可能な干渉フイルター１０９が置かれて
いる。フイルタ１０９を貫通してからフアイバ１
１０の中を通つて送り出される光は、フアイバ１
１０によつて光検知器１１１に伝導され、この検
波器の出力信号は増幅器１１２において増幅され
てからスイツチ１２３が発光ダイオード１０１及
び１０２において切換えるのに従つてスイツチ１
２６によつてサンプルホールド回路１１３及び１
１４に交互に供給される。このよにして１１３の
出力は光伝導体１０３，１０５，１０７，１１０
及び変換器を通過した後の発光ダイオード１０１
からの光の強さの値を得ることとなり、また１１
４の出力は光伝導体１０４，１０５，１０７，１
１０及び変換器を通過した後の発光ダイオード１
０２からの光の強さの値を得ることになる。変換
器においてフイルタ１０９の干渉の角度位置は測
定量によつて影響される。第１１図に図示されて
いるように干渉フイルター１０９のスペクトル透
過曲線１６５及び光源１０１及び１０２の放射曲
線１６７及び１６８を選択することによつて、第
１０図による角度αの減少は干渉フイルターの透
過曲線を破線曲線１６６のように波長の長い方へ
と移すことになり、これによつて光源１０１から
の光の透過は減少し、また光源１０２からの光の
透過は増加することとなる。この事実は、一方で
はフイルタの回転を表示する測定信号を得るのに
利用され、また他方では光源、フアイバオプテイ
ツク及び検波器の不安定性の補償に対する基準信
号を得るために使用される。差形成器１２７（第
１０図）を用いることによつてサンプルホールド
回路１１４及び１１３からの信号の差が概算され
るが、この回路は光源１０２及び１０１からそれ
ぞれ発せられる光の信号の値を備えている。この
差は干渉フイルタ１０９の角度位置に従つて測定
量に大いに依存しているものである。他方、加算
装置１２８は２つの光源からの光の信号の和を形
成し、さらに１つの光源からの光の透過はもう１
つの光源からの光の透過が減少する時増加し、ま
た逆も成り立つので、干渉フイルタの角度位置が
変化する時、１２８からの出力信号は測定量にわ
ずかに依存することとなり、またそれゆえ基準信
号として利用することができる。差と和との間に
１１５における商を形成することによつて、測定
信号が装置１１６に入力されるがこれはすでに説
明した測定装置における不安定性で補償される。
２つの光源からの光の信号をスイツチ１２３及び
１２６とサンプルホールド回路１１３及び１１４
を用いて、すなわち時分割多重送信によつて分離
する代わりに、周波数分割多重送信を使用しても
よい。周波数分割多重送信を使用する場合、スイ
ツチ１２３は２つの発振器に置き替えて異なる周
波数によつて、光源１０１及び１０２を変調さ
せ、一方同時にサンプルホールド回路は電気フイ
ルター付き復調器に置き替えて、２つの光源から
の信号を分離して復調させるようにする。
第１２図には、第１０図の場合と同じ基本原理
ではあるが多少異なる実施例の測定装置が図示さ
れている。光源として第１３図における放射スペ
クトル１６９に従う幅の広いスペクトル光源、か
あるいは第１１図における放射スペクトル１６７
及び１６８にそれぞれ従う２つの光源かのいずれ
かを使用する。光源からの光はフアイバ１０３に
伝導されてフアイバ１０７を通り、これにより光
は変換器に送られる。干渉フイルター１３０に加
えて、変換器はフアイバ１０７の端面とミラー１
３１との間にエアギヤツプ１０８を備えており、
ミラー１３１は光の一部をフアイバ１０７及びフ
アイバ１１０の方へと反射して戻し、ここから光
はフアイバ１５６及び１５７へと分岐され、フア
イバはそれぞれフイルタ１５３及び１５４に達し
ている。これらの透過曲線は第１３図に図示され
ており、ここにおける曲線１７０はフイルタ１５
３に対応しまた曲線１７１はフイルタ１５４に対
応する。干渉角度αが減少すると、干渉フイルタ
ーの透過曲線は、透過曲線１６６によつて図示さ
れているように、波長の長い方へと移動する。こ
のことはさらに少ない光がフイルタ１５３（曲線
１７０）によつて透過されること及びさらに多く
の光がフイルタ１５４（曲線１７１）によつて透
過されることを意味するが、但し光源は十分なス
ペクトル幅を有するものであるとする。このよう
に、基準信号は検知器１１１及び１５１からの検
知器信号をそれぞれ増幅する検知器増幅器１１２
及び１５２からの出力信号の和から直接得ること
ができる。この基準信号は加算装置１２８におい
て形成され、その出力信号は差形成器１２０にお
いて基準信号Ｖref（１２１からの）と比較され
る。差形成器１２０は調整器１２２に接続されて
いて、調整器は駆動回路１２４によつて光源１０
１を調整して１２８からの出力信号をＶrefに等
しく保つようにする。測定信号は差形成器１２７
から得られて記録すなわち指示装置１１６に供給
される。
第１０図及び第１２図において説明した測定装
置は機械的角度動作に変換可能なほとんどの物理
量を測定するのに使用できる。光変調干渉フイル
ターはしたがつて再生可能回転動作を得ることが
できるように取り付ける。これは例えば、センタ
ーポイントベアリング、ねじり懸垂、曲げ懸垂あ
るいはバツクル懸垂によつてなされる。しかしな
がら、第１１図、及び第１３図において説明した
干渉フイルターのスペクトル透過曲線の移動はフ
イルタを回転させるのとは異なる方法でなされ
る。このように、もし干渉フイルターを構成して
いる干渉層におけるオプテイカル波長が移動され
る方向にフイルタによつて変化するならば、フイ
ルタ１７２の移動々作がすでに説明した事に従つ
て（両方向矢印を見よ）どのようにして光の変調
を与えることができるかが第１４ａ図に図示され
ている。機械的応力を干渉層に導入することによ
つて前記オプテイカル波長に影響を及ぼすことも
可能である。応力は第１４ｂ図に従つて直接本体
１７４に印加し、本体は測定されるべき力Ｆを受
ける。干渉フイルターはこの時伸び変換器として
動作することとなる。さらに、第１４ｃ図におけ
るフイルタ１７３は周囲圧力及び周囲温度を前記
オプテイカル波長のこれらの物理量への依存によ
つて感知することができる。
最後に、第１５図は干渉フイルタの反射スペク
トルが第１０図及び第１２図において述べたのと
同じ種類の光変調を得るためにどのように使用で
きるかが図示されている。フアイバ１０７（第１
０図を見よ）からの光はフイルタ１０９によつて
フアイバ１１０の方へ反射され、これによつて反
射光のスペクトル分布を角度αを変えることによ
つて移動することができる。
しかしながら、反射のスペクトルを使用するこ
とは、前述のスペクトルの変調に加えて、フアイ
バ１０７及び１１０の間の結合の変調が同様に得
られるという困難を含んでいる。このことをある
程度まで克服するために、小さな直径で光を内へ
伝導するフアイバ１０７と大きな直径及び大きな
数の口径を備えて光を外へ伝導するフアイバ１１
０の使用が第１５図に図示されている。もしフア
イバ１１０を立方体のかどをもつ反射器に置き替
えるならば、代替的に、フアイバ１０７を大きな
直径のフアイバに置き替えることができる。この
ことによつてフアイバ１０７は光を外へも内へも
伝導するようになる。
上述の装置は特許請求の範囲の範囲内において
多くの方法で変化を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は２つの光源を備えた測定装置を示した
図である。第１ａ図は電子ユニツト側のフアイバ
端を示した図であり、第１ｂ図は温度安定化測定
装置を示した図である。第２図は周波数多重送信
安定化による測定装置を示した図である。第３図
は光を光検知器におけるフイルターの２つの波長
領域に分割する測定装置を示した図である。第４
図は光源の電子的一致安定化による測定装置を示
した図である。第４ａ図及び第４ｂ図は光検波器
における２つの異なるフイルター構成を示した図
である。第５ａ図〜第５ｌ図は感知器構成の種々
の例を示した図である。第６ａ図〜第６ｄ図、第
７ａ図〜第７ｃ図、第８ａ図、第８ｃ図及び第９
ａ図〜第９ｄ図はさまざまなフイルタ及び光変調
器が使用された時のさまざまなスペクトル分布に
おける曲線を示した図である。第１０図は２つの
光源及び回転可能干渉フイルターを備えた別の測
定装置を示した図である。第１１図は第１０図の
測定装置における光源の放射曲線及びフイルタの
透過曲線を示した図である。第１２図は第１０図
の別の実施例を示した図であり、第１３図は第１
２図の測定装置における光源の放射曲線及びフイ
ルタの透過曲線を示した図である。第１４ａ図〜
第１４ｃ図は第１１図または第１２図の測定装置
におけるさまざまなフイルタ配列を示した図であ
る。第１５図は第１０図及び第１２図における反
射スペクトルを利用するときのフアイバ構成を示
した図である。 参照符号の説明、Ｅ…電子ユニツト、Ｇ…変換
器、１，２…光源、５，７…オプテイカルフアイ
バ、９…オプテイカルフイルタ、１１，１８…光
検知器、１２…増幅器、１５…商形成器、２７，
２８…オプテイカルフイルタ、３０…オプテイカ
ル変調器、３１…ミラー、３９…調節可能増幅
器、４２，４３…直列接続増幅器、４５，４６…
フイルタ、７３…フイルタ、１０９…回転可能干
渉フイルタ、１３１…ミラー。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 電子回路手段Ｅと、変換器Ｇと、少なくとも
    １つのオプテイカルフアイバとを有する、位置、
    速度、加速度、力、圧力、伸び、温度などの物理
    量を測定するオプテイカル測定装置であつて、前
    記電子回路手段は、光を出射する少なくとも１つ
    の光源と、測定信号を処理する手段とを有し、前
    記出射された光を受ける前記変換器には、測定さ
    れる物理量によつて直接にかあるいは間接に作用
    を受ける光変調手段が備えられていて、これによ
    つて前記受光された光が変調されるようになつて
    おり、前記オプテイカルフアイバは、前記少なく
    とも１つの光源と、前記変換器との間に光を伝導
    し、前記光変調手段は前記少なくとも１つの光源
    によつて出射された光のスペクトル内において、
    そのスペクトルが変化する吸収特性、透過特性、
    および反射特性、またはそのいずれかを有する少
    なくとも１つのオプテイカルフイルタ９を有し、
    該フイルタは、前記変換器から出射された光の中
    にあつて、フアイバオプテイツクの変化を補償す
    るために、１つの波長領域内に、少なくとも１つ
    の安定化信号を、また異なる他の波長領域内に、
    少なくとも１つの測定信号を、発生するようにな
    つており、当該安定化信号は、当該測定信号より
    も測定される物理量に依存しにくいようになつて
    いることを特徴とするオプテイカル測定装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記フイル
    タ９は干渉フイルタを備えていることを特徴とす
    るオプテイカル測定装置。 ３ 特許請求の範囲第２項において、前記フイル
    タは測定されるべき物理量によつて直接にかある
    いは間接に作用され、また前記物理量の作用に基
    づいて、前記変換器の中の光を変調し、前記物理
    量は前記干渉フイルタを構成している干渉層にお
    ける光の光学距離に作用するようになつているこ
    とを特徴とするオプテイカル測定装置。 ４ 特許請求の範囲第２項において、前記変換器
    における少なくとも１つのフアイバ端には前記干
    渉フイルタ７３が備えられているとしたことを特
    徴とするオプテイカル測定装置。 ５ 特許請求の範囲第１項において、前記変換器
    は少なくとも１つのフアイバ端７を有し、前記光
    変調手段は、前記変換器におけるビーム通路に置
    かれた少なくとも１つのミラー３１、少なくとも
    １つのスクリーンパターン、および少なくとも１
    つの拡散板、またはそのいずれかを備えており、
    前記物理量の変化は前記フアイバ端、前記ミラ
    ー、前記スクリーン、前記拡散板、および前記フ
    イルタの間の、またはそれらのいずれかの間の相
    対的な動きを起こすようになつていることを特徴
    とするオプテイカル測定装置。 ６ 特許請求の範囲第１項において、前記光変調
    手段は前記変換器におけるビームの通路に置かれ
    た光変調器を有し、前記物理量の変化は、等該光
    変調器３０の反射作用、吸収作用、および透過作
    用、またはそのいずれかに変化を生じるようにな
    つていることを特徴とするオプテイカル測定装
    置。 ７ 特許請求の範囲第１項から第６項までのいず
    れかにおいて、前記少なくとも１つの光源は、少
    なくとも１つの発光ダイオード、レーザダイオー
    ド、および他の光源手段、またはそのいずれかを
    有し、前記フイルタの透過特性、吸収特性、およ
    び反射特性、またはそのいずれかは前記光スペク
    トルの異なる部分において異なつており、前記変
    換器から送出された光は少なくとも１つの発光ダ
    イオード１１，１８へ通じているとしたことを特
    徴としたオプテイカル測定装置。 ８ 特許請求の範囲第１項において、前記電子回
    路手段に含まれている前記少なくとも１つの光
    源、及び光検波器、またはそのいずれかにはオプ
    テイカルフイルタ２７，２８が備えられていると
    したことを特徴としたオプテイカル測定装置。 ９ 特許請求の範囲第７項において、少なくとも
    ２つの光源があり、当該少なくとも２つの光源は
    時分割多重送信されるかあるいは周波数分割多重
    送信されるとしたこと、及び前記電子回路手段
    は、前記変換器から出射された光の光源に関して
    多重分離する電子装置を備えた検知回路を備えて
    いることを特徴とするオプテイカル測定装置。 １０ 特許請求の範囲第７項において、前記光源
    の光の強さは、前記光源に接続されている少なく
    とも１つの調整器３９，４３を調整する少なくと
    も１つの検知器１８への別々の光の帰還によつ
    て、一定に保持されるようになつていることを特
    徴とするオプテイカル測定装置。 １１ 特許請求の範囲第３項において前記光学距
    離は、前記干渉フイルタ１０９を回転させること
    によつて変るようになつていること、または前記
    光学距離は前記干渉フイルタの異なる部分におい
    て異なつていること、及びこのフイルタは前記変
    換器におけるビーム通路に直角に移動可能になつ
    ていること、または前記オプテイカル波長は前記
    干渉層における機械的応力によつて変ること、ま
    たは前記オプテイカル波長は前記干渉フイルタの
    温度によつて変るようになつていることを特徴と
    するオプテイカル測定装置。 １２ 特許請求の範囲第３項において、前記電子
    回路手段は、前記干渉フイルタの透過あるいは反
    射特性を、前記少なくとも２つの、等しくない波
    長領域において、測定する装置を備えていること
    を特徴とするオプテイカル測定装置。 １３ 特許請求の範囲第１２項において、前記波
    長領域は少なくとも部分的に前記干渉フイルタの
    スペクトル透過ピークあるいは反射ピークに該当
    すること、及び前記波長領域は前記ピークの最大
    値のいずれかの片側に位置することを特徴とする
    オプテイカル測定装置。 １４ 特許請求の範囲第１２項において、前記透
    過あるいは反射特性の値の差は、測定信号しとて
    利用され、また前記値の和は安定化信号として利
    用されることを特徴とするオプテイカル測定装
    置。 １５ 特許請求の範囲第９項あるいは第１４項に
    おいて、前記検知回路に入力する信号は商形成器
    １５に供給されるようになつているオプテイカル
    測定装置。 １６ 特許請求の範囲第９項あるいは第１４項に
    おいて、前記検知回路に入力する信号の１つは、
    前記少なくとも１つの光源、及び検波器増幅器、
    またはそのいずれかを調整する調整器に供給され
    ることを特徴とするオプテイカル測定装置。 １７ 特許請求の範囲第１項または第７項におい
    て前記電子回路手段は少なくとも２つの前記光検
    波器を整合させる手段を備えており、該整合手段
    は特定の変調周波数２の光を、前記光検知器に
    一定の割合で供給し、さらにこの変調周波数に関
    して前記検知器信号の差信号を形成することによ
    つて、さらに復調の後、調整器によつて前記検知
    器の１つの後に調整可能な増幅器４２，１２を調
    整して前記差がゼロとなるように調整するように
    なつていることを特徴とするオプテイカル測定装
    置。 １８ 特許請求の範囲第１項または第７項におい
    て、前記光源は温度安定化されているとしたこと
    を特徴とするオプテイカル測定装置。
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