WO1989003046A1 - Fiberoptic sensor - Google Patents

Description

明 細 書 光 フ ァ イ バ 応 用 セ ン サ 技術分野

本発明 は， 光 フ ァ イ バ応用 セ ン サ に 係 り ， 特 に光 フ ァ イ バ ゲ — ブルで構成 さ れた 1 本の光伝送路の途中 に被検出 物理量に応 じ て複屈折の大 き さ が変化す る 素子を 直列 に介 在 さ せて な る 検出部を備 え た光 フ ァ ィ バ応用 セ ン サ に関す o

背景技術

最近， ポ ッ ケ ル ス 素子 と 光フ ァ イ バ ケ ー ブル と を組合 せ た電圧 セ ン サ， フ ァ ラ デ — 素子 と 光フ ァ イ バ ケ ー ブル と を組合せ た電流セ ン サ， 光弾性効果を示す素子 と 光フ ア イ バ ケ ー ブル と を組合せ た圧力 セ ン サ ゃ温度セ ン サ等の光 フ ァ イ ノ 応用 セ ン サ力 出現 し て い る 。 こ れ ら 光 フ ァ イ バ応用 セ ン サ は， 通常， 光 フ ァ イ バケ ー ブルで構成 さ れた 1 本の 光伝送路の途中 に被検出物理量 に応 じ て複屈折の 大 き さ が 変化す る こ と に よ り 偏光状態を変調 さ せ る 光変調素子 と 上 記偏光状態を光の 強度変化 に変換す る た め の光学素子 と を 直列 に介在 さ せ て な る 検出部を備 え て い る 。 そ し て， 検出 部 と の 間の 信号の授受を光信号の みで行な う よ う に し て い る 。 こ の た め， こ の よ う な光 フ ァ イ バ応用 セ ン サ は， 絶縁 性， 防爆性が高い の で設置条件の 制 限が少な く ， 応用 性 に 富むばか り か， 安全性の面 に お い て も 勝れて い る 。 し 力、 し な 力《 ら ， こ の よ う な光フ ァ イ バ応用 セ ン サ は， 未 だ に広 く 普及 し てい な 。 こ れは検出誤差が大 き い こ と に 起因 し て い る 。 すな わ ち， 光フ ァ イ バ応用 セ ン サで は， 光 源を必要 と す る が， こ の光源の光強度は温度変動な ど に よ つ て変動 し易 い。 ま た， 光フ ァ イ バ ケ ー ブルや， こ の ケ 一 ブルの途中 に介揷 さ れ る 光 コ ネ ク タ も 僅か な外的要因等に よ っ て損失が変動す る 。 こ の よ う な変動が起 こ る と， こ の 変動分力 そ の ま ま 検出誤差 と な っ て現われ る 。 し た力 つ て， 光フ ァ イ バ応用 セ ン サで は， 上述 し た変動を十分補償 で き る 機能を備え てい な ければな ら な い。

上述 し た変動 に よ っ て起 こ る 検出信号の ド リ フ ト を捕儐 す る 手段 と し て は， 従来， 1 9 8 6年， オ ー ム社発行， 大越編 "光フ ァ イ バセ ン サ " 1 3 1 〜 1 3 3 頁に示 さ れて い る 手法が 知 ら れてい る 。 こ の公知の一手法で は， 検出部を通 し て得 ら れた光信号の交流成分を直流成分で除す る こ と に よ つ て ド リ フ ト 分を捕償 し た り ， 検出部を通 し て得 ら れた平均光 強度が一定 と な る よ う に光源の光強度を制御す る こ と に よ つ て ド リ フ ト 分を捕償 し た り し てい る 。

し か し ， こ れ ら の手法は， 被検出物理量が交流的 に変化 す る 量であ る 場合 に は有効であ る が， 直流的 に変化す る 量 の場合に は捕償で き な い 問題があ っ た。

—方， 公知 の他の手法で は， 直交す る 2 つ の偏波成分を 別々 の光フ ア イ バゲ — プルで導 き ， 2 つ の 偏波成分の差を 和で割算す る こ と に よ っ て ド リ フ ト 分を捕償 し た り ， あ る い は波長の異な る 2 つ の光源を用 い， 一方の光源か ら 出 た 光を検 出部 に通す と と も に他方の光源か ら 出 た光を ダ ミ ― 用 と し て設 け ら れた光 フ ァ イ バ ケ ー ブル に通 し ， 検出部を 通 し て得 ら れ た光の 強度を ダ ミ — 用 の光 フ ァ イ バ ケ ー ブル を通 し て得 ら れた光の 強度で除す る こ と に よ っ て ド リ フ ト 分を補償 し た り し て い る 。

し 力、 し ， こ れ ら の手法 に お い て も ， 補償 に必要な 光を検 出部の系統 と は別 に設 け ら れた系統で導 く た め， 両系統 に お け る 光 フ ァ ィ バケ ー ブル や光 コ ネ ク 夕 で の損失の変動を 等 し く す る こ と が困難で， こ の結果， や は り 誤差の大 き い 検出 し か行 な え な い 問題が あ っ た。

し た が っ て本発明 は， 被検出物理量が交流的， 直流的 の 何れ に変化す る 量であ っ て も ， 光源の光強度変動や， 光 フ ア イ バケ ー ブル な ら びに光 コ ネ ク タ での損失の変動を確実 に補償す る こ と がで き ， し か も 構成の複雑化を.招 く こ と の な い光 フ ァ イ バ応用 セ ン サ を提供す る こ と を 目 的 と し て い o

- 発明 の開示

本発明 に係 る 光 フ ァ イ バ応用 セ ン サ は， 光 フ ァ イ バ ケ 一 プルで構成 さ れた 1 本の光伝送路 の途中 に被検出物理量 に応 じ て複屈折の大 き さ が変化す る こ と に よ り 偏光状態を 変調 さ せ る 光変調素子 と 上記偏光状態を光の 強度変化 に変 換す る た め の光学素子 と を直列 に介在 さ せて な る 検出 部 と 波長の異な る 光を送出す る 2 つ の光源 と ， こ の 2 つ の光源 の光強度の比を一定 に 保持す る 手段 と ， 2 つ の光源か ら 出 た波長 の異 な る 光を光伝送路の一端側か ら 入射 さ せ る 手段 と， 光伝送路の他端側か ら 出射 し た波長の異な る 2 つ の光 の 強度を検出す る 手段 と ， こ の 2 つ の光の 強度の差を和で 割算 し て得た値を被検出物理量に換算す る 手段 と で構成 さ れてい る 。

こ の光フ ァ イ バ応用 セ ン サで は， 2 つ の光源の光強度の 比が一定 に保持 さ れ る 。 こ れ ら 2 つ の光源か ら 出 た波長の 異な る 光は， それぞれ検出部に入射 し ， 被検出物理量に応 じ た光強度に変換 さ れて検出部か ら 出射す る 。 出射 し た波 長の異な る 2 つ の光の 強度 P i ， P 2 は， 被検出物理量お よ び検出部の一部を構成 し てい る 光フ ァ イ バゲ — ブルや光 コ ネ ク タ にお け る 損失に よ っ て左右さ れ る 。 こ の う ち ， 検 出部に入射 し た各波長の光の強度に対す る 各損失分の割合 は， 同一検出部を通路 と し てい る た め に ほぼ一定であ る 。 し たが っ て， ( P 1 - P 2 ) / ( P i + P 2 ) の演算を行 な う と， 変動分が消去さ れ， 被検出物理量だ け に対応 し た 値が得 ら れ る 。 こ の値 と 予め求め ら れて い る 校正テ ー ブル と を照合 さ せ る こ と に よ っ て， 誤差分の含ま れ な い被検出 物理量を検出で き る こ と に な る 。

ま た， 本発明 に係 る 光フ ァ イ バ応用 セ ン サ は， 光フ ア イ バ ケ ー ブルで構成 さ れた 1 本の光伝送路の途中 に被検出物 理量に応 じ て複屈折の大 き さ が変化す る こ と に よ り 偏光状 態を変調 さ せ る 光変調素子 と 上記偏光状態を光の強度変化 に変換す る た め の光学素子 と を直列 に介在 さ せて な る 検出 部 と ， 波長の異な る 光を送出す る 2 つ の光源 と ， こ の 2 つ の光源か ら 出 た波長の異な る 光を光伝送路の一端側か ら 入 射 さ せ る 手段 と ， 光伝送路の他端側か ら 出射 し た波長の異 な る 2 つ の光の 強度を検出す る 手段 と ， こ の手段で検出 さ れた波長の異な る 2 つ の光の強度を 同一 レ ベ ル にすべ く 2 つ の光源の何れか一方の光源を制御す る 手段 と ， 2 つ の光 源の光強度の差を和で割算 し て得 た 値を被検出物理量 に換 算す る 手段 と で構成 さ れて い る 。

こ の光 フ ァ イ バ応用 セ ン サ で は， 検出部力、 ら 出射 し た波 長 の異な る 2 つ の光の 強度が同一 レ ベル と な る よ う に一方 の光源が制御 さ れ る 。 こ の制御 に よ っ て， 検出部力、 ら 出射 し た波長の異な る 2 つ の光の 強度 Ρ _{1 }} P 2 の差が， 2 つ の光源の光強度 P o 1 , P 0 2 の差 に変換 さ れ る 。 こ の場 合， 出射光の光強度 P i ， P 2 は， 対応す る 光源の光強度， 被検出物理量， 損失に よ っ て決ま る 。 こ の う ち 各光源の光 強度 に対す る 損失の割合 は同一の検出部を通 し て い る の で ほ ぼ同 じ で あ る 。 残 る 有害な変動要素 は， 各光源の光強度 変動で あ る 。 し 力、 し ， 上述 し た制御 に よ っ て 2 つ の光の強 度 P i , P ₂ の差を 2 つ の光源の光強度 P Q i , P o 2 の 差 に変換す る と ， 光強度 P o 1 , P 0 2 の大 き さ の比 は被 検出物理量 に対応 し た光強度分の大 き さ で決 ま る 関係 と な る 。 し た 力く つ て， （ Ρ ο ι - P 0 2 ) / ( P 0 1 + P 0 2 ) の演算を行な う と ， 変動分が消去 さ れ， 被検出物理量だ け に対応 し た 値が得 ら れ る 。 こ の 値 と 予 め求め ら れて い る 校 正テ ー ブル と を照合 さ せ る こ と に よ っ て， 誤差分 の含 ま れ な い被検出物理量を検 出で き る こ と に な る 。 図面の簡単な説明

第 1 図 は本発明 の一実施例 に係 る 光フ ァ ィ バ応用 セ ン サの構成図， 第 2 図 は同セ ン サの校正テ ー ブルの一例を示 す図， 第 3 図 は本発明 の別の実施例 に係 る 光フ ァ イ バ応用 セ ン サ の構成図， 第 4 図は同セ ン サ にお け る 光源の光強度 と 光変調後の光強度の と関係を示す図， 第 5 図 は本発明 の さ ら に別に実施例 に係 る 光フ ァ イ バ応用 セ ン サ の構成図， 第 6 図 は本発明 の さ ら に別の実施例 に係 る 光フ ァ ィ バ応用 セ ン サ の構成図で あ る 。

発明を実施す る た め の最良の形態

図面を参照 し なが ら本発明 の実施例を説明す る 。

第 1 図 に は一実施例 に係 る 光フ ァ イ バ応甩セ ン サ， こ こ に は電界セ ンサ 1 0 の概略構成が示 さ れて い る 。

こ の電界セ ン サ 1 0 は'， 大 き く 別け て検出部 1 2 と ， 光 源 1 4 と ， 光源制御装置 1 6 と ， 信号処理装置 1 8 と で構 成さ れて い る 。

検出部 1 2 は， 光伝送路 2 0 と ， こ の光伝送路 2 0 の途 中 に 直列 に介揷 さ れた光学素子群 2 2 と で構成 さ れて い る 光伝送路 2 0 は， 光フ ア イ バケ 一 プル 2 4 と 光フ ァ イ バ ゲ — ブノレ 2 6 と に よ っ て構成 さ れて い る 。 そ し て， 光フ ア イ バケ ー ブル 2 4 と 2 6 と の 間 に光学素子群 2 2 が直列 に揷 設 さ れてい る 。

光学素子群 2 2 は， 電界を検出 し ょ う と す る空間 に設置 さ れて い る 。 そ し て， 光学素子群 2 2 は， 図中左か ら 右へ と順に， 4 5度の反射面を持 っ た反射鏡 2 8 , 偏光子 3 0 ， 位相板 3 2 ， ポ ッ ケ ル ス素子 3 4 , 検光子 3 6 ， 45度の反 射面を持 っ た反射鏡 3 8 を 同一光軸上 に配置 し た も の と な つ て い る 。 ポ ッ ケ ル ス 素子 3 4 は ， こ の 例で は ， 組成が B i 4 ( G e 0 ) 3 の材料で構成 さ れた も の が用 い ら れ て い る 。 な お， 偏光子 3 0 は， そ の 偏光面がポ ッ ケ ル ス 素 子 3 4 の 2 つ の主軸 に対 し て 45度傾 く よ う に配置 さ れて い る 。 ま た， 検光子 3 6 は， そ の 偏光面が偏光子 3 0 の そ れ に対 し て垂直 と な る よ う に配置 さ れて い る 。 そ し て， 反射 鏡 2 8 の光入射端は ロ ッ ド レ ン ズ 4 0 を介 し て光 フ ァ イ バ ケ ー ブル 2 4 の一端側 に光学的 に接続 さ れて い る 。 ま た， 反射鏡 3 8 の光出射端 も ロ ッ ド レ ン ズ 4 2 を介 し て光 フ ァ ィ バ ケ ー ブル 2 6 の一端側 に光学的 に接続 さ れて い る 。

光源 1 4 は， 第 1 の光源 5 0 と ， 第 2 の光源 5 2 と で構 成 さ れて い る 。 第 1 の光源 5 0 は， 波長が ； l i の光を送 出 す る LED 5 4 と ， こ の LED 5 4 に駆動電流を供給す る 駆動 回路 5 6 と で構成 さ れて い る 。 同様に， 第 2 の光源 5 2 も 波 長 が ； I 2 ( た だ し ， ス 1 く ； I 2 ) の 光 を 送 出 す る LED

5 8 と ， こ の LED 5 8 に駆動電流を供給す る 駆動回路 6 0 と で構成 さ れて い る 。 LED 5 4 と LED 5 8 と は， そ の光皁由 力 直交す る よ う に配置 さ れて い る 。 そ し て， 2 つ の光軸が 交わ る 位置 に波長の異な る 2 つ の光を合波 し て各光軸 に沿 う 方向 に導 く ビ ー ム ス プ リ ッ タ 6 2 が配置 さ れて い る 。 ビ — ム ス プ リ ッ タ 6 2 と 各 LED 5 4 ， 5 8 と の 間 に は ， 各 LED 力、 ら 出 た光を平行 ビ ー ム に 変換 し て ビ ー ム ス プ リ ッ 夕

6 2 に入射 さ せ る た め の レ ン ズ 6 4 ， 6 6 が そ れ ぞれ配置 さ れて い る 。 そ し て， LED 5 4 の光 ώ上 に は， ビ — ム ス プ リ ツ タ 6 2 で合波 さ れた波長 λ ， λ ₂ の光を前述 し た光 フ ァ イ バ 2 4 の他端側 に入射 さ せ る た め の レ ン ズ 6 8が配 置 さ れて い る 。

光源制御装置 1 6 は， LED 5 8 の光軸上 に位置 し て， ビ 一 ム ス プ リ ッ 夕 6 2 で合波 さ れた光か ら 各波長 ； 1 , λ 2 の光を分波す る ダイ ク ロ イ ツ ク ミ ラ ー 7 2 と ， 分波 さ れた 波長 λ 1 , 2 の光を受けて電気信号に変換す る フ ォ ト ダ ィ オ ー ド 7 4 ， 7 6 と ， フ ォ ト ダイ オ ー ド 7 4 , 7 6 の 出 力信号であ る 電流信号を電圧信号に変換 し て増幅す る 増幅 器 7 8 ， 8 0 と で 構成 さ れ て お り ， こ れ ら 増幅器 7 8 , 8 0 の 出力 に応 じ て前述 し た駆動回路 5 6 ， 6 0 の入力を 制御す る 。 駆動回路 5 6 , 6 0 は， それぞれ基準信号源を 内蔵 し てお り ， こ の基準信号源の 出力 レベル と 対応す る 増 幅器 7 8， 8 0 の 出力 レベル と を比較 し ， レベル差が常に —定， あ る い は零 と な る よ う に LED 5 4 ， 5 8 の入力電流 を制御す る よ う に構成 さ れて い る 。 すな わ ち ， 光源制御装 置 1 6 は， フ ィ 一 ドノく ッ ク 制御 に よ っ て LED 5 4 , 5 8 の 光強度を常に一定 レベル に保持す る よ う に し て い る 。

—方， 信号処理装置 1 8 は次の よ う に構成 さ れて い る 。 すな わ ち ， 光フ ァ イ バケ 一 プル 2 6 の他端側力、 ら 出射 し た 光を レ ン ズ 8 6 で平行 ビー ム に変換す る 。 こ の ビ ー ム は ダ ィ ク ロ イ ツ ク ミ ラ 一 8 8 に導かれて波長 ； I の光 と， 波長 λ 2 の光 と に分波 さ れ る 。 そ し て， 波長 ； の光は フ ォ ト ダ イ ォ ー ド 9 0 に よ っ て 電気信号 に 変換 さ れ， ま た 波長 λ 2 の光 も フ ォ ト ダイ ォ ー ド 9 2 に よ っ て電気信号 に変換 さ れ る 。 フ ォ ト ダイ オ ー ド 9 0 ， 9 2 の 出力信号で あ る 電 流信号 は， そ れぞれ増幅器 9 4 , 9 6 で電圧信号に変換 さ れて增幅 さ れた後， 演算装置 9 8 に導入 さ れ る 。 演算装置 9 8 は ， 増 幅 器 9 4 の 出 力 を P , 増幅器 9 6 の 出 力 を P ₂ と す る と ， （ ？ 丄 ー ？ ？ ？ + ？ ） の演算を 行な う 。 そ し て， 演算値と 予め記憶 さ れて い る 演算値 — 電 界値校正テ ー ブル と を照合 し て電界値を求め， こ の電界値 を表示装置 1 0 0 に表示 さ せ る と と も に上記電界値 に相 当 す る レ ベ ル の 信号を 出力端子 1 0 2 に 出力す る 。

次 に， 上記の よ う に構成 さ れた光 フ ァ イ バ応用電界セ ン サ 1 0 の動作を説明す る 。

ま ず， 駆動回路 5 6 ， 6 0 を介 し て LED 5 4 ， 5 8 に電 流が流れ， こ の結果， LED 5 4 が波長 λ i の光を送出 し ， LED 5 8 が波長 ； 2 の光を送出す る 。 こ れ ら 波長の異な る 2 つ の光は ビ ー ム ス プ リ ッ タ 6 2 に よ っ て合波 さ れ る 。 こ の合波光 は， 一方に お い て は レ ン ズ 6 8 を介 し て光 フ ア イ バ ケ ー ブル 2 4 に 入射す る 。 ま た， 他方 に お い て は ダイ ク 口 イ ツ ク ミ ラ ー 7 2 へ と 進 み ， こ の ミ ラ 一 7 2 に よ っ て波 長 ； I 〗 の光 と 波長 ； 1 ₂ の光 と に分波 さ れ る 。

ダイ ク ロ イ ッ ク ミ ラ 一 7 2 で分波 さ れた各波長の光 は， フ ォ ト ダ イ オ ー ド 7 4 ， 7 6 で電気信号 に変換 さ れ る 。 こ れ ら の信号 は増幅器 7 8 ， 8 0 で増幅 さ れて駆動回路 5 6 6 0 に導入 さ れ る 。 駆動回路 5 6 ， 6 0 は， 導入 さ れ た信 号 と 基準信号 と を比較 し ， 差が零 と な る よ う に LED 5 4 , 5 8 の 入力電流を制御す る 。 こ の制御 に よ っ て LED 5 4 ， 5 8 の光強度 ？ _{0 1} , P Q ₂ 〖ま常に一定に保持 さ れ る 。 つ ま り ， 光強度 P 0 1 , P 0 2 の比が一定 に保持 さ れ る 。

光フ ァ イ バケ ー ブル 2 4 に入射 し た合波光は， ロ ッ ド レ ン ズ 4 0 , 反射鏡 2 8 を介 し て偏光子 3 0 に入射 し ， こ の 偏光子 3 0 力、 ら 直線偏波光 と な っ て 出射す る 。 こ の 直線偏 波光は位相板 3 2 を透過 し た後， ポ ッ ケ ル ス素子 3 4 を透 過す る 。 こ の と き ， ポ ッ ケ ル ス素子 3 4 は， 印加電界に感 応 し て複屈折を起 こ す。 こ の た め， ポ ッ ケ ル ス素子 3 4 を 透過す る 直線偏波光の電界印加方向の偏波成分 と 上記方向 と は 直交す る 方向 の偏波成分 と の 間 に位相差が生 じ る 。 こ の位相差は 印加電界の大 き さ に よ っ て変化す る 。 し た力《 つ て， ポ ッ ケ ルス素子 3 4 は， 電界の大 き さ に応 じ て偏光状 態を変調 し て い る こ と にな る 。 ポ ッ ケ ル ス素子 3 4 を透過 し た光は， 検光子 3 6 に よ っ て光の強度変化 に変換 さ れ る 今， 偏光子 3 0 か ら 出 た波長 ； , λ 2 の光の 強度を それ ぞれ I 0 1 , I 0 2 と し ， 検光子 3 6 力、 ら 出 た波長 λ ， ス 2 の光 の 強度 を そ れ ぞれ Ι ι ， 1 2 と す る と ， Ι ι , I 2 は次の式で表わす こ と がで き る 。

1 1 = I ₀ i sln ² C 0 i + <5 i )

1 2 = I 0 2 S ί II ² { Φ 2 + 0 2 ) "- (1) た だ し ， 上記（1)式に お い て， <5 ， 6 2 は， 印加電界零 の と き に お け る ポ ッ ケ ル ス素子 3 4 の屈折率を η , 7 を電 気光学係数， V を印加電界の大 き さ ， C を定数 と し た と き

0 I = ( 2 7Γ n ³ r V ) / Λ ！ = ( C V ) / λ ！ ο = ( 2 π- η ³ Ύ V ) / λ つ = ( C V ) つ で 表 わ さ れ る 値 で あ る 。 ま た ， φ , φ 2 は 位相 板 3 2 に よ っ て 決 ま る 値で ， 波 長 ； の 光 に 対 し て ø の 位相 遅れを生 じ る 位相板が用 い ら れて い る と す る と ， φ 2 は， φ ₂ = ( λ ₁ φ ₁ ) / λ ₂

で与え ら れ る 。

検光子 3 6 力、 ら 出 た波長 ； , λ 2 の光は， 反射鏡 3 8 ロ ッ ド レ ン ズ 4 2 ， 光 フ ァ イ バ ケ ー プノレ 2 6 ， レ ン ズ 8 6 を介 し て ダイ ク ロ イ ツ ク ミ ラ ー 8 8 に導かれ， こ の ミ ラ ー 8 8 に よ っ て波長 ； Ι ι , λ 2 の光に分波 さ れ る 。 そ し て， 波長 ； 1 の 光 は フ ォ ト ダ イ オ ー ド 9 0 ， 増幅器 9 4 に よ つ て光強度 に比例 し た信号 に変換 さ れ る 。 ま た ， 波長 ； 2 の 光は フ ォ ト ダイ ォ — ド 9 2 ， 増幅器 9 6 に よ っ て光強度 に 比例 し た信号 に変換 さ れ る 。 増幅器 9 4 '， 9 4 の 出力 信号 を P i , P 2 と し ， 波長 ； の光を送出 す る LED 5 4 の光 強度 を P o 1 , 波長 ； I 2 の光を送出す る LED 5.8 の光強度 を P 0 2 と す る と ，

P 1 = P 0 1 sin ( Φ 1 + 0 1 )

P 2 = f P 0 2 s i n ( Φ 2 + 2 ) (2) と な る 。

た だ し ， （2)式 に お い て， f は光伝送路 2 0 を構成 し て い る 要素での損失係数で あ る 。 こ の損失係数 f は， 光 フ ァ イ バ ゲ 一 ブル 2 4 , 2 6 や 図示 し な い光 コ ネ ク 夕 で の 損失 が変動す る と 変化す る が， 波長 λ ， λ 2 の光を共通 に光 伝送路 2 0 に通 し て い る の で， P i , P 2 の算出式中 で は ほ ぼ同一値 と な る 。 演算装置 9 8 は， 増幅器 9 4 ， 9 6 の 出力を入力 し て， ま ず， （ ？ ₁ ー ？ ₂ ) （ ？ ₁ + ? ₂ ) の演算を実行す る _< こ の演算を行な う と ，

( P i - P 2 ) / ( P i + P 2 ) = { f P 0 1 sin ²

- f P ₀ 2 sin ² ( ø 2 + 5 2 ) } / { f P o l sin ² ( ! + 5 ! ) + f P o 2 sin ² ( φ ₂ + o 2 ) } ··· (3)

と な り ， f が完全に消去 さ れ る 。 ま た， LED 5 4 ， 5 8 の 光強度は， 前述の如 く 光源制御装置 1 6 の制御 に よ っ て， 一定 に 制 御 さ れて い る 。 今， LED 5 4 , 5 8 の 光強度が 1 ： 1 に制御 さ れて い る も の と す る と ， P 0 1 = P 0 2 と な り 、 上記演算に よ っ て P 0 1 , P 0 2 も 消去 さ れ る 。 し た力 つ て， 上記演算に よ っ て， 定数 と 電界の 強度に よ っ て の み変 る 変数を含む演算式の解が求め ら れ る こ と に な る 。

第 2 図 は， λ 1 730nm ， λ ₂ = 865 nm の LED を用 いた 場合の例を示す も の で， 横軸 に印加電界の強度を示 し ， 縦 軸 に P 1 , P 2 お よ び （ P i - P 2 ) / ( P i + P 2 ) の 値を示 し た グラ フ であ る 。 演算装置 9 8 は， 上記解 と 予 め 求め ら れてい る 第 2 図 に示す よ う な校正テ — ブル と を照合 し て電界の強 さ を求め， こ の電界強度を表示装置 1 0 0 に 表示す る と と も に電界強度に対応 し た レ ベ ル の 信号を 出力 端子 1 0 2 に 岀力す る 。

し た が っ て ， 上 記 構成 の 電界 セ ン サ 1 0 で は光伝送路 2 0 の損失が変動 し て も ， こ の変動 に は全 く 左右 さ れずに 正確に電界強度を検出 で き る こ と に な る 。 第 3 図 に は別の実施例 に係 る 光 フ ァ イ バ応用 セ ン サ， こ こ に は電界セ ン サ 1 0 a が示 さ れ て い る 。 こ の 図 で は第 1 図 と 同一部分が同一符号で示 さ れて い る 。 し た が っ て， 重 複す る 部分の 詳 し い説明 は省略す る 。

こ の実施例 に 係 る 電界セ ン サ 1 0 a が第 1 図 に 示 さ れ て い る セ ン サ と 大 き く 異 な る 点は， 光源制御装置 1 6 a の構 成 と ， 信号処理装置 1 8 a の構成 と に あ る 。

す な わ ち ， 光 源制 御 装 置 1 6 a は ， ビ ー ム ス プ リ ツ 夕 6 2 を境 に し て LED 5 8 と は反対側 に 配置 さ れ た フ ォ 卜 ダ ィ オ ー ド 1 1 0 と ， こ の フ ォ 卜 ダ イ オ ー ド 1 1 0 で得 ら れ た電流信号を電圧信号 に変換 し て增幅す る 増幅器 1 1 2 と こ の増幅器 1 1 2 の 出力 中 か ら 交流成分だ け を抽 出す る 高 域 フ イ ノレ タ 1 1 4 と ， こ の フ ィ ノレ 夕 1 1 4 の 出 力 を第 1 の 光源 5 0 a の駆動回路 5 6 a に制御信号 と し て え る 差動 増幅器 1 1 6 と で構成 さ れて い る 。 駆動回路 5 6 a に は ， 差動増幅器 1 1 6 を介 し て与え ら れ る 制御信号が零 と な る よ う に LED 5 4 の駆動電流， つ ま り LED 5 4 の光強度を制 御す る 制御系が内蔵 さ れて い る 。

駆動回路 5 6 a , 6 0 は ， 同期を と つ て LED 5 4 , 5 8 に交互 に駆動電流を与え る 。 こ れ に よ つ て， LED 5 4 は波 長 λ Ϊ の光を ， ま た LED 5 8 は波長 ス ₂ の光を交互 に送出 す る 。 こ の波長 ； l i ， ス 2 の光 は ビ ー ム ス プ リ ッ タ 6 2 を 通 り ， 一方 に お い て は レ ン ズ 6 8 を介 し て光 フ ァ イ ノく ケ ー ブ ル 2 4 に 入 射 し ， 他 方 に お い て は フ 才 卜 ダ イ ォ ー ド 1 1 ◦ に 入射す る 。 フ ォ ト ダ イ オ ー ド 1 1 0 に 入射 し た光 は電流信号に変換 さ れた後， 増幅器 1 1 2 に よ っ て電圧信 号 に変換 さ れ る 。 こ の電圧信号か ら 交流成分が高域フ ィ ル タ 1 1 4 に よ っ て 抽 出 さ れ る 。 こ の 抽出 信号が駆動 回路 5 6 a の制御信号 と し て与え ら れ る 。 駆動回路 5 6 a は， 制御信号が零 と な る よ う に LED 5 4 の光強度を制御す る の で， 結局， LED 5 4 ， 5 8 の光強度 P 0 i , P ₀ 2 は第 4 図 （ a ) に示す よ う に常に 同一 レ ベ ル に保持 さ れ る 。 し た 力 つ て， こ の実施例 に お い て も光フ ア イ バケ ー ブル 2 4 に 入射す る 波長 ； Ι ι , λ ₂ の光の強度は一定に保持 さ れ る 。

一方， 信号処理装置 1 8 a は， 光 フ ァ イ バ ケ ー ブル 2 6 を出射 し た光を レ ン ズ 1 2 0 を介 し て受光 し て電流信号に 変換す る フ ォ ト ダ イ ォ ー ド 1 2 2 と ， こ の フ ォ ト ダ イ ォ ー ド 1 2 2 で得 ら れた電流信号を電圧信号に変換 し て増幅す る 増幅器 1 2 4 と， こ の増幅器 1 2 4 の 出力信号か ら 直流 成分を抽出す る 低域フ ィ ル タ 1 2 6 と ， 増幅器 1 2 4 の 出 力信号か ら 交流成分を抽 出す る 高域フ ィ ル タ 1 2 8 と ， こ れ ら 2 つ の フ ィ ル タ 1 2 6 , 1 2 8 の 出力が入力 さ れ る 演 算装置 9 8 a と ， 表示装置 1 0 0 と で構成 さ れて い る 。

前述の如 く ， 光フ ァ イ バ ケ ー ブル 2 4 に は強度が一定で 波長が ； i ， λ 2 の光が交互に入射す る 。 入射 し た光はそ れ ぞれポ ッ ケ ル ス素子 3 4 で電界強度 に応 じ た偏光変調を 受け た後， 検光子 3 6 で強度に変換 さ れて光フ ァ イ バケ — プル 2 6 力、 ら 出射す る 。 こ の 出射 し た光は フ ォ ト ダイ ォ ー ド 1 2 2 で電流信号に変換 さ れた後， 増幅器 1 2 4 で電圧 信号 に変換 さ れ る 。 し た力《 つ て， 増幅器 1 2 4 力、 ら ， 前述 し た（2)式に対応 し た P i ， P 2 に対応 し た 信号が第 4 図

( b に示す よ う に交互 に 出力 さ れ る こ と に な る 。 こ の 出 力信号 は， 低域 フ ィ ル タ 1 2 6 と 高域 フ レ タ 1 2 8 と に 導入 さ れ る 。 し た 力 つ て ， 低域 フ レ タ 1 2 6 力、 ら は ， P A = ( P i + P 2 ) 2 の レ ベ ル に相 当 す る 信号が 出力 さ れ， ま た高域フ ィ ノレ 夕 1 2 8 力、 ら は P _B = ( P 1 - P 2 ) の レ ベ ル に相 当す る 信号が 出力 さ れ る 。 こ れ ら P A ， P β に対応 し た 信号は演算装置 9 8 a に導入 さ れ る 。 演算装置 9 8 a は， P B Z P.A の演算を行な う 。 こ の演算は， 第 1 図 に 示 し た セ ン サ の演算装置 9 8 で行 な っ て い る 演算 に 相 当す る 。 し たが っ て， 上記演算 に よ っ て光伝送路 2 ◦ の損 失係数 f お よ び LED' 5 4 ， 5 8 の光強度 P _{0 1} , P _{0 2} 力く 消去 さ れ， 定数 と 電界強度 に よ っ て変化す る 変数の み を含 ん だ演算結果が得 ら れ る 。 演算装置 9 8 a は， 演算結果 と 予 め求め ら れて い る 校正テ ー ブル と を照合 し て電界強度を 求 め， こ れを表示装置 1 0 0 に表示す る と と も に電界強度 に対応 し た電圧を 出力端子 1 0 2 に 出力す る 。

し た が っ て ， こ の実施例 に お い て も 光伝送路 2 0 の 損失 変動 に左右 さ れ る こ と な く 電界を検出 で き る こ と に な る 。

第 5 図 に は さ ら に 別の実施例 に 係 る 光 フ ア イ バ応用 セ ン サ， こ こ に は圧力 セ ン サ 1 3 0 が示 さ れて い る 。

こ の圧力 セ ン サ 1 3 0 も ， 大 き く 別 け て検出部 1 3 2 と ， 光 源 1 3 4 と ， 光 源 制 御 装 置 1 3 6 と ， 信 号 処 理 装 置 1 3 8 と で構成 さ れて い る 。

検 出 部 1 3 2 は ， 光 伝 送 路 1 4 0 と ， こ の 光 伝 送 路 1 4 0 の途中 に直列 に介揷 さ れた光学素子群 1 4 2 と で構 成 さ れ て い る 。 光伝送路 1 4 0 は， 光フ ァ イ バ ケ — ブル

1 4 4 と ， 光フ ァ ケ 一 プル 1 4 6 と で構成 さ れて い る そ し て， 光フ ァ ケ ー ブル 1 4 4 と 1 4 6 と の 間 に光学 素子群 1 4 2 が直列 に揷設 さ れてい る 。

光学素子群 1 4 2 は， 圧力 を検出 し ょ う と す る 場所 に設 置 さ れて い る 。 そ し て， 光学素子群 1 4 2 は， 図中上か ら 下へ と 順に， ロ ッ ド レ ン ズ 1 4 8 , 偏光子 1 5 0 , 位相板

1 5 2 , 光弾性効果素子 1 5 4 , 検光子 1 5 6 ， ロ ッ ド レ ン ズ 1 5 8 を同一光軸上に配置 し た も の と な っ てい る 。 光 弾性効果素子 1 5 4 は， こ の例で は， 角柱状に形成 さ れた シ リ カ ガ ラ ス に よ っ て構成 さ れて い る 。 そ し て， 光弾性効 果素子 1 5 4 の対向す る 2つ の側面に， 図中太矢印 1 6 0 で示すよ う に， 検出 し ょ う と す る 圧力が伝達部材 1 6 2 ， 1 6 4 を介 し て印加 さ れ る よ う 〖こ な っ てい る 。 な お， 偏光 子 1 5 0 は， そ の 儒光面が光弾性効果素子 1 5 4への圧力 印加方向 に対 し て 45度傾 く よ う に配置 さ れてい る 。 ま た， 検光子 1 5 6 は， そ の 偏光面が偏光子 1 5 0 の それ に対 し て垂直 と な る よ う に配置 さ れて い る 。 そ し て， ロ ッ ド レ ン ズ 1 4 8 の光入射端は光フ ア イ バゲ — プル 1 4 4 の一端側 に光学的 に接続 さ れてい る 。 ま た， ロ ッ ド レ ン ズ 1 5 8 の 光出射端は光フ ァ ィ バ ゲ ― プル 1 4 6 の一端側に光学的 に 接続 さ れて い る 。

光源 1 3 4 は， 第 1 の光源 1 6 6 と ， 第 2 の光源 1 6 8 と で構成 さ れて い る 。 第 1 の光源 1 6 6 は， 波長が λ の 光を送出す る LED 1 7 0 と ， こ の LED 1 7 0 に駆動電流を 供給す る 駆動回路 1 7 2 と で構成 さ れて い る 。 第 2 の光源

1 6 8 は， 波長が ； I 2 ( た だ し ， ス i < λ 2 ) の光を送出 す る LED 1 7 4 と ， こ の LED 1 7 4 に駆動電流を供給す る 駆動 回 路 1 7 6 と で 構成 さ れて い る 。 LED 1 7 0 と LED 1 7 4 と は， そ の光軸が直交す る よ う に配置 さ れて い る 。 そ し て， 2 つ の光軸が交わ る 位置 に は， 波長の異な る 2 つ の光を合波 し て各光軸 に 沿 う 方向へ導 く ビ ー ム ス プ リ ッ タ

1 7 8 が配置 さ れて い る 。 な お， LED 1 7 0 と ビ — ム ス プ リ ッ タ 1 7 8 と の 間 お よ び LED 1 7 4 と ビ ー ム ス プ リ ッ 夕 1 7 8 と の 間 に は そ れ ぞれ レ ン ズ 1 7 9 , 1 8 1 力 揷 設 さ れて い る 。 LED 1 7 0 の光軸上で， ビ ー ム ス プ リ ッ タ

1 7 8 を境に し て LED 1 7 0 と は反対側位置 に は， 前述 し た光 フ ァ イ バ 1 4 4 の他端側が対向配置 さ れて い る 。 そ し て， こ の光フ ァ イ ノくケ ー ブル 1 4 4 の他端側 と ビ ー ム ス プ リ ッ 夕 1 7 8 と の 間 に は， レ ン ズ 1 8 0 力《配置 さ れて い る 駆動回路 1 7 2 の 入力端 は基準電圧源 1 8 4 の 出 力端 に 直 接接続 さ れて お り ， ま た駆動回路 1 7 6 の 入力端 は加算器

1 8 2 を介 し て基準電圧源 1 8 4 の 出 力端 に接続 さ れて い o

光源制御装置 1 3 6 は， 光 フ ァ イ バ ケ ー ブル 1 4 6 の他 端側か ら 出射 し た光を平行 ビ ー ム に変換す る レ ン ズ 1 8 6 と ， 平行 ビ ー ム に変換 さ れた光か ら 各波長 ； I ， λ 2 の光 を 分波 す る ダ イ ク ロ イ ッ ク ミ ラ — 1 8 8 と ， 分波 さ れ た 波 長 I ₂ , ス 2 の 光 を 受 け て電気信号 に 変換す る フ ォ ト ダイ オ ー ド 1 9 0 ， 1 9 2 と ， フ ォ ト ダイ オ ー ド 1 9 0 ， 1 9 2 の 出 カ 信号で ぁ る 電流信号を電圧信号 に変換 し て 増幅す る 増幅器 1 9 4 , 1 9 6 と ， こ れ ら増幅器 1 9 4 , 1 9 6 の 出力 の差を加算器 1 8 2 に加算信号 と し て与え る 差動増幅器 1 9 8 と で構成 さ れてい る 。

一方， 信号処理装置 1 3 8 は 次の よ う に構成 さ れて い る 。 すな わ ち ， LED 1 7 4 の光軸上で， ビ ー ム ス プ リ ッ タ 1 7 8 を 境 に し て LED 1 7 4 と は反対側位置 に 配置 さ れ て， ビ ー ム ス プ リ ッ 夕 1 7 8で合波 さ れた光か ら 波長 ； 1 , λ 2 の光を分波す る ダイ ク ロ イ ツ ク ミ ラ 一 2 0 0 と ， 分波 さ れた波長 λ 1 , 波長 ； I 2 の光を電流信号に変換す る フ ォ ト ダイ オ ー ド 2 0 2 , 2 0 4 と ， フ ォ ト ダイ オ ー ド 2 0 2 ， 2 0 4 の 出力信号で あ る電流信号をそ れぞれ電圧信号に変 換 し て 増幅す る 増 幅器 2 0 6 ， 2 0 8 と ， こ れ ら 増幅器 2 0 6 , 2 0 8 の 出力 を処理す る 演算装置 2 1 0 と ， 表示 装置 2 1 2 と で構成 さ れて い る 。 演算装置 2 1 0 は， 増幅 器 2 0 6 の 出力 を Ρ ₀ 1 , 増幅器 2 0 8 の 出力 を Ρ ₀ 2 ' と し た と き ， （ Ρ θ ΐ — Ρ ₀ 2 ' ) / ( Ρ θ 1 + Ρ θ 2 ' ) の演算を行な う 。 そ し て， 演算値 と予め記憶 さ れて い る 演 算値 — 圧力値校正テ ー ブル と を照合 し て圧力 値を求め， こ の圧力 値を表示装置 2 1 2 に表示 さ せ る よ う に し て い る 。

こ の よ う に構成 さ れた圧力 セ ン サ 1 3 0 は 次の よ う に動 作す る 。

ま ず， 基準電圧 源 1 8 4 を動作状態 にす る と ， 駆動回 路 1 7 2 , 1 7 6 を介 し て LED 1 7 0 ， 1 7 4 に電流力 流 路 1 7 2 ， 1 7 6 を介 し て LED 1 7 0 ， 1 7 4 に電流力 流 れ， こ の結果， LED 1 7 0 力 波長 ス の光を送出 し ， LED 1 7 4 が波長 ； 1 ₂ の光を送出す る 。 こ れ ら 波長の異な る 2 つ の光 は ビ ー ム ス プ リ ッ 夕 1 7 8 に よ っ て合波 さ れ る 。 こ の合波光 は， 一方に お い て は レ ン ズ 1 8 0 を介 し て光 フ ァ ィ バ ケ ー ブル 1 4 4 に 入射す る 。 ま た， 他方 に お い て は ダ イ ク 口 イ ツ ク ミ ラ ー 2 0 0 へ と 進み， こ の ミ ラ ー 2 0 0 に よ っ て波長 ； l i の光 と 波長 ス 2 の光 と に分波 さ れ る 。

光 フ ァ イ バケ — ブル 1 4 4 に 入射 し た 合波光 は， ロ ッ ド レ ン ズ 1 4 8 を介 し て偏光子 1 5 0 に 入射 し ， こ の 偏光子 1 5 0 か ら 直線偏波光 と な っ て 出射す る 。 こ の 直線偏波光 は位相板 1 5 2 を透過 し た後， 光弾性効果素子 1 5 4 を透 過す る 。 こ の と き ， 光弾性効果素子 1 5 4 は ， 印 加圧力 に 感応 し て 複屈 折 を 起 こ す 。 こ の た め ， 光弾性効果素子 1 5 4 を透過す る 直線偏波光の圧力 印加方向 の偏波成分 と 上記方向 と は 直交す る 方向 の偏波成分 と の 間 に 位相差が生 じ る 。 こ の 位相差 は 印加圧力 の大 き さ に よ っ て変 化す る 。 し たが っ て， 光弾性効果素子 1 5 4 は， 圧力 の大 き さ に応 じ て偏光状態を変調 し て い る こ と に な る 。 光弾性効果素子 1 5 4 を透過 し た光 は， 検光子 1 5 6 に よ っ て光の 強度変 化 に 変 換 さ れ る 。 今 ， 偏 光子 1 5 0 力、 ら 出 た 波長 ； I i , λ 2 の 光 の 強度 を そ れ ぞれ Ι ο 1 , I 0 2 と し ， 検光子 1 5 6 か ら 出 た波長 ； i ， λ 2 の光の 強度を そ れぞれ Ι ι ： I ₂ と す る と ， I ， I ₂ は 次 の 式で表 わ す こ と が で き る 0

I 2 ⁼ I 0 2 ( 1 + CO S δ 2 ) … (3)

ただ し， 上記（3)式に お い て， S i , 5 ₂ は，

δ 1 = 2 7Γ ( η χ - n y ) Z 又 丄 + λ ₀

δ 2 = 2 π ( η χ - η y ) / ス ₂ + <5 ₀ λ χ / λ ₂ で あ る 。 こ こ で， η χ は光弾性効果素子 1 5 4 の圧力 印加 方向 の偏波成分に対す る 屈折率， n y は上記方向 と は直交 す る 方向 の屈折率， 5 ェ ， δ ₂ は上記偏波成分間の位相差 5 0 は位相板 1 5 2 で与え ら れ る 偏波成分間の位相差， JL は光弾性効果素子 1 5 4 の光通過方向 の長さ ， は 円周率 で あ る 。

検光子 1 5 6 力、 ら 出 た波長 λ 1 ， ス 2 の光は， ロ ッ ド レ ン ズ 1 5 8 , 光フ ァ イ バ ケ ー プノレ 1 4 6 ， レ ン ズ 1 8 6 を 介 し て ダイ ク ロ イ ツ ク ミ ラ 一 1 8 8 に導かれ， こ の ミ ラ 一

1 8 8 に よ っ て波長 λ ι ， λ 2 の光に分波 さ れ る 。 そ し て 波長 λ 1 の光は フ ォ ト ダイ ォ ー ド 1 9 0 , 増幅器 1 9 4 に よ っ て光強度 に 比例 し た 信号 に変換 さ れ る 。 ま た ， 波長 Λ ₂ の光は フ ォ ト ダイ ォ 一 ド 1 9 2 ， 増幅器 1 9 6 に よ つ て光強度 に 比例 し た 信号 に 変換 さ れ る 。 増幅器 1 9 4 ,

1 9 6 の 出力 を P i , P ₂ と し ， 波長 ； の光を送出す る LED 1 7 0 の 光強度 を P ₀ 1 ， 波長 ス ₂ の 光を送 出 す る LED 1 7 4 の光強度を P ₀ 2 と す る と ，

P i = f P 0 l ( 1 + cos o i )

P 2 = f P o 2 ( 1 + cos o 2 ) …（4)

と な る 。

た だ し ， (4)式に お い て， f は光伝送路 1 4 0 を構成 し て い る 要素で の損失係数で あ る 。 こ の損失係数 f は， 光 フ ア イ バ ケ ー プノレ 1 4 4 , 1 4 6 や図示 し な い光 コ ネ ク タ で の損失が変動す る と 変化す る が， 波長 ； I 1 , λ 2 の光を共 通 に光伝送路 1 4 0 に通 し て い る ので， P i , P 2 の算出 式中で は ほ ぼ同一値 と な る 。

差動増幅器 1 9 8 か ら 出力 さ れた P と P 2 と の差 に対 応 し た信号 は， 加算器 1 8 2 の加算信号 と し て与え ら れ る こ の信号経路力、 ら 判力、 る よ う に， LED 1 7 4 は光強度 P 1 と P ₂ と が等 し い値 と な る 強度の光を常 に送出す る よ う に 制御 さ れ る 。 こ の 制御 に よ っ て LED 1 7 4 の実際の光強度 は， 光強度 P と P ₂ と の差 に よ っ て決 ま る 倍率だ け推移 す る 。 今， こ の と き の増幅器 2 0 8 の光強度を P o 2 ' ， 増幅器 2 0 6 の光強度を P o 1 と す る と ，

P i = P 2 = f P 0 1 ( 1 + cos <5 i )

P 2 = f P o 2 ' ( 1 + cos 5 2 ) - (6) と な る 。 ま た， こ の（6)式を書 き 直す と ，

P 0 1 = P 2 Z f ( 1 + cos δ i )

Ρ ο 2 ' = Ρ 2 / f ( 1 + cos (5 2 ) …（7) と な る 。 こ の （7)式力、 ら 判力、 る よ う に， P 0 1 と P 0 ₂ ' と の 大 き さ の 比 は ， 括弧 内 の 値， つ ま り 光弾性効果素子 1 5 4 に 印力 Π さ れた圧力 の み に よ っ て左右 さ れ る 。

ビ ー ム ス プ リ ツ 夕 1 7 8 で合波 さ れた波長 ； 1 , A ₂ の 光は， 他方 に お い て は ダイ ク ロ イ ツ ク ミ ラ ー 2 0 0 に よ つ て波長 λ ι ， λ 2 の光 に分波 さ れ る 。 そ し て， 各波長の光 は それぞれ フ ォ ト ダイ ォ ー ド 2 0 2 , 2 0 4 に よ っ て電流 信号 に変換 さ れた後， 増幅器 2 0 6 , 2 0 8 に よ っ て電圧 信号に変換 さ れ る 。 増幅器 2 0 6 , 2 0 8 の 出力 を Ρ ο ι , P 0 2 ' と す る と ， 演算装置 2 1 0 は， ま ず， （ P ₀ 1 一 P 0 2 ' ) / ( P 0 1 + P 0 2 ' ) の演算を実行す る 。 こ の演算を行な う と， f お よ び P 0 1 ， P 0 ₂ ' が完全に消 去 さ れ る 。 し たが っ て， 上記演算に よ っ て， 印加圧力 の 強 さ で変 る 変数の みを含む演算式， つ ま り

F = { ( 1 + cos δ 2 ) 一 ( 1 + cos δ I ) ) / ί ( 1 + cos δ 2 ) + ( 1 + cos 5 ι ) } …（8) の解力《求め ら れ る こ と に な る 。

演算装置 2 1 0 は， 上記解 と 予め求め ら れて い る 第 2 図 に示す よ う な校正テ — プル と を照合 し て圧力 の強 さ を求め こ の圧力 の 強 さ を表示装置 2 1 2 に表示す る 。

し たが っ て， 上記構成の圧力セ ン サ 1 3 0 で は光伝送路 1 4 0 の損失が変動 し て も ， こ の変動 に は全 く 左右 さ れず に正確に圧力 を検出で き る こ と に な る 。 そ し て， こ の セ ン ザ の場合（こ は ， 検出部 1 3 2 に よ る 光の変調を フ ィ — ドバ ッ ク さ せて LED 駆動回路を制御 し ， こ の制御 に よ っ て得 ら れた光源強度の変化をモニ タ し て被検出物理量を求め てい る ので， 被検出物理量の算出処理回路が単純 と な り ， 精度 よ く ド リ フ ト 補償を行な う こ と がで き る 。

第 6 図 に は別の実施例 に係 る 光フ ァ イ バ応用 セ ン サ， こ こ に は圧力 セ ン サ 1 3 0 a が示 さ れて い る 。 こ の 図で は第 5 図 と 同一部分が同一符号で示 さ れて い る 。 し たが っ て， 重複す る 部分の詳 し い説明 は省略す る 。 こ の 実 施 例 に 係 る 圧 力 セ ン サ 1 3 0 a が第 5 図 に 示 さ れ て い る 検 出 セ ン サ と 大 き く 異 な る 点 は ， 光源制御装置 1 3 6 a の 構成 と ， 信号処理装置 1 3 8 a の 構成 と に あ る o

す な わ ち ， 光源制御装置 1 3 6 a は， 光 フ ァ イ バケ ー プ ル 1 4 6 力、 ら 出射 し た光を電流信号 に変換す る フ ォ ト ダ イ ォ 一 ド 2 1 4 と ， こ の フ ォ ト ダイ ォ 一 ド 2 1 4 で得 ら れ た 電流信号を電圧信号 に変換 し て増幅す る 増幅器 2 1 6 と ， こ の増幅器 2 1 6 の 出力中 か ら交流成分だ け を抽 出 し ， こ の信号を加算器 1 8 2 へ加算信号 と し て与え る 高域 フ ィ ル 夕 2 1 8 と で構成 さ れて い る 。 ま た， 基準電圧源 1 8 4 a は， 一方 に お い て は 直接， 駆動回路 1 7 2 に ， 他方 に お い て は加算器 1 8 2 を介 し て駆動回路 1 7 6 に交互 に基準電 圧 を 印加す る よ う に構成 さ れて い る 。 こ の よ う に ， 基準電 圧 源 1 8 4 a 力《 駆動 回 路 1 7 2 ， 1 7 6 に 交互 に 駆動 入 力 を 与 え る と ， LED 1 7 0 は波長 ス ₁ の 光を ， ま た LED 1 7 4 は波長 ス 2 の 光を交互 に送出す る 。 こ の波長 A , λ 2 の光は ビ ー ム ス プ リ ッ タ 1 7 8 を通 り ， 一方に お い て は レ ン ズ 1 8 0 を介 し て光 フ ァ イ バ ケ ー プノレ 1 4 4 に 入射 す る 。 そ し て ， 光学素子群 1 4 2 ， 光 フ ァ イ バ ケ ー ブ ル 1 4 6 を通 っ て， フ ォ ト ダイ ォ — ド 2 1 4 で電流信号 に変 換 さ れ た後， 増幅器 2 1 6 に よ っ て電圧信号 に変換 さ れ る ， し た 力 つ て， 増幅器 2 1 6 か ら ， 前述 し た 信号 Ρ , P 2 に 相 当す る 信号が交互 に 出 力 さ れ る こ と に な る 。 高域 フ ィ ル 夕 2 1 8 は両信号間 の差信号を加算器 1 8 2 に加算信号 と し て 与え る 。 こ の た め ， LED 1 7 4 は， 光強度 P i と

P 2 と を常 に等 し く し得 る 光強度に制御 さ れる 。

ビ ー ム ス プ リ ッ 夕 1 7 8 を通 っ た光は， 他方 にお い て は 次に述べ る 信号処理装置 1 3 8 a に入射す る 。 信号処理装 置 1 3 8 a は， ビ一 ム ス プ リ ッ 夕 1 7 8 を通 っ た光を レ ン ズ 2 2 0 を介 し て受光す る フ ォ ト ダ イ オ ー ド 2 2 2 と ， こ の フ ォ ト ダイ ォ ー ド 2 2 2 で得 ら れた電流信号を電圧信号 に変換 し て増幅す る 増幅器 2 2 4 と， こ の増幅器 2 2 4 の 出力信号か ら 直流成分を抽 出す る 低域フ ィ ル タ 2 2 6 と ， 増幅器 2 2 4 の 出力信号か ら 交流成分を抽 出す る 高域フ ィ ル タ 2 2 8 と ， こ の フ ィ ノレ 夕 2 2 8 を通 っ た信号を実効値 に 変換す る 実効値計 2 3 0 と ， こ の 実効値計 2 3 0 の 出 力 お よ び低域フ ィ ル 夕 2 2 6 の 出 力 を導入す る 演算装置 2 1 0 a と ， 表示装置 2 1 2 と で構成 さ れて い る 。

前述の如 く ， LED 1 7 4 は， = P 2 と な る よ う に発 光強度が制御 さ れ る 。 し た力《 つ て， LED 1 7 0 , 1 7 4 の 発光強度の割合は， 第 5 図 に示 さ れた検出装置 と 同様に保 たれ る こ と に な る 。 こ れ ら LED 1 7 0 , 1 7 4 力、 ら 出 た波 長 1 ， λ 2 の光は フ ォ ト ダ イ オ ー ド 2 2 2 で電流信号 に 変換 さ れた後， 増幅器 2 2 4 で電圧信号に変換 さ れ る 。 し た力《 つ て， 増幅器 2 2 4 力、 ら は前記（7)式に示 し た P Q 1 , Ρ 0 2 ' に相当す る 信号が交互に 出力 さ れ る こ と に な る 。 こ の Ρ 0 1 , Ρ 0 2 ' に 相 当す る 信号 は， 低域フ ィ ル タ 2 2 6 と 高域フ ィ ル タ 2 2 8 と に導入 さ れ る 。 そ し て， 高 域フ ィ ル タ 2 2 8 の 出力信号は実効値計 2 3 0 に導入 さ れ る 。 し た 力く つ て ， 低 域 フ ィ ノレ 夕 2 2 6 力、 ら は ， P _A - ( P 0 1 + P 0 2 ' ) ノ 2 に 相 当 す る レ ベ ル の 信号が 出 力 さ れ ， ま た 実 効 値 計 1 2 8 力、 ら は P B = ( P 0 1 - P 0 2 ' ) / 2 ^ΠΣに 相 当 す る レ ベ ル の 信号が 出 力 さ れ る 。 こ の P A , P _B に相 当す る 信号 は演算装置 2 1 0 a に 導入 さ れ る 。 演算装置 2 1 0 a は， P _B / P A の演算を行 な う 。 こ の演算は， 第 5 図 に示 し た検 出装置 に お け る 演算 装置 2 1 0 で行な う 演算に相 当す る 。 し たが っ て， 上記演 算に よ っ て光伝送路 1 4 0 の損失係数 f お よ び LED 1 7 0 1 7 4 の光強度 P 0 1 ， P 0 2 ' が消去 さ れ， 定数 と 印加 圧力 に よ っ て変化す る 変数の み を含ん だ演算結果が得 ら れ る 。 演算装置 2 1 0 a は， 演算結果 と 予め求め ら れて い る 校正テ ー ブル と を照合 し て圧力 の 強 さ を求め， こ れを表示 装置 2 1 2 に表示す る 。

し た力《 つ て， こ の実施例 に お い て も ， 第 5 図 に示す実施 例 と 同様に光伝送路 1 4 0 の損失変動 に左右 さ れ る こ と な く 圧力 を正確 に検出 で き る こ と に な る 。

な お， 本発明 は上記実施例 に 限定 さ れ る も の で は な い。 す な わ ち ， 第 1 図 お よ び第 3 図 の装 i に組込 ま れて い る 検 出部を第 5 図， 第 6 図 に示す装置 に組込 ま れて い る 検 出部 の 代わ り に組込ん だ組合せ の場合 に も 適用 で き る し ， ま た 上記 と は逆の 関係 の組わせの場合 に も 適用 で き る 。 さ ら に 光弾性効果素子を用 い た温度検出装置 の場合 に も 適用 で き る 。 要 は， 光 フ ァ イ バ — ケ ー ブルで構成 さ れ た 1 本の 光伝 送路の途中 に被検出物理量 に応 じ て 複屈折 の大 き さ が変化 す る こ と に よ り 偏光状態を変調 さ せ る 光変調素子 と 上記偏 光状態を光の 強度変化に変調す る た め の光学素子 と を直列 に介在 さ せてな る 検出部を用 い る 光フ ァ イ バ応用 セ ン サ全 般に適用 で き る 。

産業上の利用可能性

以上の よ う に， 本発明 に係 る 光フ ァ イ バ応用 セ ン サ は 光源の 強度変動， 光フ ァ イ バケ ー ブルや光 コ ネ ク タ の損失 変動の影響を確実に除去する こ と がで き る ので， プラ ン ト な ど に お い て， 電圧， 電流， 圧力， 温度な どを正確に検出 し な ければな ら な い要望 に十分応え る こ と がで き る 。

Claims

求 の 範 囲

(1) 光 フ ァ イ バ ケ ー ブルで構成 さ れ た 1 本の光伝送路の 途中 に被検 出物理量 に応 じ て複屈折の大 き さ が変化す る こ と に よ り 偏光状態を変調 さ せ る 光変調素子 と 上記偏光状態 を光の強度変化 に変換す る た め の光学素子 と を 直列 に介在 さ せ て な る 検出部 と ， 波長の異な る 光を送出す る 2 つ の光 源 と ， こ の 2 つ の光源の光強度の比を一定 に保持す る 手段 と ， 前記 2 つ の光源か ら 出 た波長の異な る 光を前記光伝送 路 の一端側か ら 入射 さ せ る 手段 と ， 前記光伝送路の他端側 か ら 出射 し た前記波長の異な る 2 つ の光の 強度を検出す る 手段 と ， こ の 2 つ の光の 強度の差を和で割算 し て得 た値を 前記被検出物理量 に換算す る 手段 と を具備 し て な る こ と を 特徴 と す る 光 フ ァ イ バ応用 セ ン サ。

(2) 前記 2 つ の光源を交互 に発光 さ せ る 手段が設 け ら れ て い る こ と を特徴 と す る 請求の範囲第 1 項に記載の光 フ ァ ィ バ応用 セ ン サ 。

(3) 光 フ ァ イ バ ケ ー ブルで構成 さ れた 1 本の光伝送路の 途中 に 被検出物理量に応 じ て複屈折の大 き さ が変化す る こ と に よ り 偏光状態を変調 さ せ る 光変調素子 と 上記偏光状態 を光の 強度変化 に変換す る た め の光学素子 と を 直列 に 介在 さ せて な る 検出 部 と ， 波長の異な る 光を送出す る 2 つ の光 源 と ， こ の 2 つ の光源か ら 出 た波長の異な る 光を前記光伝 送路 の一端側か ら 入射 さ せ る 手段 と ， 前記光伝送路 の 他端 側か ら 出射 し た前記波長の異な る 2 つ の光の 強度を検 出す 2 3 る 手段 と ， こ の手段で検出 さ れた波長の異な る 2 つ の光の 強度を同一 レ ベ ル にすべ く 前記 2 つ の光源の何れか一方の 光源を制御す る 手段と ， 前記 2 つ の光源の先強度の差を和 で割算 し て得た値を前記被検出物理量に換算す る 手段 と を 具備 し て な る こ と を特徵 と す る光フ ァ イ バ応用 セ ン サ。

(4) 前記 2 つ の光源を交互に発光 さ せ る 手段が設け ら れ て い る こ と を特徵 と す る 請求の範囲第 3 項に記載の光フ ァ ィ バ応用 セ ン サ。