(57)【要約】【課題】復調エラーの発生を抑制する干渉型光ファイバセンサシステムを得る。【解決手段】一定の周波数のパルス光を基に複数の周波数のパルス光を出力する周波数シフト光源と、物理量を検知するセンシングファイバを含むセンシング干渉計と、センシングファイバに対応する遅延補償ファイバを含む遅延補償干渉計と、センシングファイバで発生する位相の変化を復調する復調器とを有し、復調器は、遅延補償ファイバを伝搬するパルス光とセンシングファイバを伝搬するパルス光とが干渉した干渉光の位相を復調する位相復調演算器と、変更された周波数に対応して干渉光の位相の変化を補正する補正部とを有するものである。【選択図】図１
2020106306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の周波数のパルス光を基に複数の周波数のパルス光を出力する周波数シフト光源と、
前記パルス光が入力され、物理量を検知するセンシングファイバを含むセンシング干渉計と、
前記センシングファイバに対応する遅延補償ファイバを含む遅延補償干渉計と、
前記センシングファイバで発生する位相の変化を復調する復調器と、
を有し、
前記復調器は、
前記遅延補償ファイバを伝搬するパルス光と前記センシングファイバを伝搬するパルス光とが干渉した干渉光の位相を復調する位相復調演算器と、
前記複数の周波数に対応して前記干渉光の位相の変化を補正する補正部と、を有する
干渉型光ファイバセンサシステム。
【請求項２】
前記復調器は、前記位相復調演算器によって復調される前記干渉光の位相に基づいて前記干渉光の位相の時系列変化を補償する不連続点補償演算器をさらに有し、
前記補正部は、前記不連続点補償演算器によって前記時系列変化が復調される前に、前記干渉光の位相の変化を補正する補正値を前記位相復調演算器の出力に加算する補正値加算器である、請求項１に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
【請求項３】
前記復調器は、
前記干渉光の信号を前記複数の周波数に対応して分離する分離器と、
前記分離器によって分離される複数の前記干渉光の信号に対応する複数の前記位相復調演算器と、
前記複数の位相復調演算器と前記不連続点補償演算器との間に設けられ、前記複数の周波数毎に復調された複数の前記干渉光の位相を、前記不連続点補償演算器によって補償される前に合成する合成器と、
を有する、請求項２に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
【請求項４】
前記復調器は、
前記複数の周波数に対応して前記干渉光の位相の変化を抽出する補正値検出器を有する、請求項３に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
【請求項５】
前記補正値検出器は、前記補正値を前記補正値加算器にフィードバックする、請求項４に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
【請求項６】
前記補正部は、
前記複数の周波数に対応する前記干渉光の位相の変化を補正する補正参照信号を、前記位相復調演算器に出力する補正参照信号発生器である、請求項１に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
【請求項７】
前記補正部は、
前記複数の周波数毎に、前記干渉光の位相の変化を補正する補正値の符号を反転した値を、復調される前記干渉光の位相に加算する符号反転加算器である、請求項１に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
【請求項８】
前記周波数シフト光源は、
前記パルス光の周波数をシフトさせる光周波数シフタと、
前記光周波数シフタに前記パルス光を通過させる回数に対応して前記周波数を変化させるループ回路と、
前記光周波数シフタを通過する前記パルス光のレベル変化を補正する変調器と、
を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
【請求項９】
前記周波数シフト光源は、
前記複数の周波数を設定する複数の光周波数シフタを有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
【請求項１０】
前記周波数シフト光源は、
前記一定の周波数のパルス光を出力するパルス光源と、
前記パルス光源から前記遅延補償干渉計に至る光伝送経路に複数の分岐点及び複数の合流点が設けられた複数の光伝送経路と、
前記パルス光の位相を復調する複数の遅延補償ファイバと、
前記パルス光の周波数をシフトさせる前記複数の光周波数シフタと、
を有する、請求項９に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
【請求項１１】
パルス光の周波数を変えながらセンシングファイバで検出される信号を復調する復調装置であって、
前記センシングファイバを伝搬するパルス光と、前記センシングファイバに対応する遅延補償ファイバを伝搬するパルス光との干渉光の位相を復調する位相復調演算器と、
変更された前記周波数に対応して前記干渉光の位相の変化を補正する補正部と、
を有する復調装置。
【請求項１２】
パルス光の周波数を変えながらセンシングファイバで検出される信号を復調する復調方法であって、
前記センシングファイバを伝搬するパルス光と、前記センシングファイバに対応する遅延補償ファイバを伝搬するパルス光との干渉光の位相を復調し、
変更された前記周波数に対応して前記干渉光の位相の変化を補正する、
復調方法。
【請求項１３】
パルス光の周波数を変えながらセンシングファイバで検出した信号を復調するコンピュータに、
前記センシングファイバを伝搬するパルス光と、前記センシングファイバに対応する遅延補償ファイバを伝搬するパルス光との干渉光の位相を復調する手段と、
変更された前記周波数に対応して前記干渉光の位相の変化を補正する手段として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバで物理量を検知する干渉型光ファイバセンサシステム、復調装置、復調方法、及びその方法をコンピュータに実行させるプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光ファイバセンサの一例が特許文献１〜４及び非特許文献１に開示されている。これらの文献に開示された光ファイバセンサは、検出する信号を光ファイバの歪みに変えるセンシングファイバをアームとする光ファイバ干渉計を有し、光ファイバ干渉計で信号を検出することで、種々の物理量を検出する。
【０００３】
干渉型光ファイバセンサでは、光が往復する部分で起こるレイリー散乱光が干渉することで雑音が発生するという課題がある。以下では、この雑音をレイリー雑音と称する。特許文献２の光ファイバセンサでは、光が往復する部分に入力するパルス光を１つに制限することで、レイリー雑音を抑制している。しかし、特許文献２の光ファイバセンサでは、パルス光の繰り返し周期が長くなり、周波数折り返しによる雑音が増加する欠点があった。以下では、この雑音を折り返し雑音と称する。特許文献３及び４に開示された干渉型光ファイバセンサシステムも、特許文献２と同様に、折り返し雑音が増加してしまう。
【０００４】
これらの課題を解決する干渉型光ファイバセンサが特許文献１に開示されている。特許文献１には、ヘテロダイン方式を用いた干渉型光ファイバセンサの一例が開示されている。特許文献１に開示された干渉型光ファイバセンサは、周波数シフト光源、遅延補償干渉計、光サーキュレータ、センシング干渉計、Ｏ／Ｅ（Optical/Electronic）変換器及び復調器を有する。周波数シフト光源はパルス光を連結した連続光を出力する。光サーキュレータは、遅延補償干渉計の遅延補償ファイバを伝搬するパルス光とセンシング干渉計のセンシングファイバを伝搬するパルス光とを合流してＯ／Ｅ変換器に出力する。Ｏ／Ｅ変換器は、遅延補償ファイバを伝搬するパルス光とセンシングファイバを伝搬するパルス光との干渉光を電気信号に変換する。復調器は、Ｏ／Ｅ変換器から入力される電気信号を、センシングファイバで生じた位相変化に復調する。
【０００５】
特許文献１の干渉型光ファイバセンサのように、周波数シフト光源を用いれば、光サーキュレータからセンシング干渉計までの光が往復する部分で起こるレイリー雑音がＯ／Ｅ変換器の対域外にシフトして復調器の出力に現れなくなる。そのため、レイリー雑音を抑制できる。また、特許文献２〜４に開示されたシステムのように一部のパルス光から信号を得るシステムでは折り返し雑音が増加するが、周波数シフト光源を用いることで、連続光から信号が得られるため、折り返し雑音を抑制できる。非特許文献１には、従来の光干渉型光ファイバセンサに起こり得る復調エラーの例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１８−０１７６２５号公報
【特許文献２】特開２００７−１３９４８２号公報
【特許文献３】特開２０１２−１５４７７８号公報
【特許文献４】特開２０１１−２１４９２１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】佐藤陵沢、「広ダイナミックレンジ光ファイバハイドロホン」、信学技報、社団法人電子情報通信学会、２０１１年１１月１７日発行、ｖｏｌ．１１１、ｎｏ．３１１、ＰＰ．１５−２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に開示された干渉型光ファイバセンサでは、遅延補償ファイバを伝搬するパルス光とセンシングファイバを伝搬するパルス光との伝搬時間差がゼロにならない場合、非特許文献１に開示された復調エラーが発生するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る干渉型光ファイバセンサシステムは、一定の周波数のパルス光を基に複数の周波数のパルス光を出力する周波数シフト光源と、前記パルス光が入力され、物理量を検知するセンシングファイバを含むセンシング干渉計と、前記センシングファイバに対応する遅延補償ファイバを含む遅延補償干渉計と、前記センシングファイバで発生する位相の変化を復調する復調器と、を有し、前記復調器は、前記遅延補償ファイバを伝搬するパルス光と前記センシングファイバを伝搬するパルス光とが干渉した干渉光の位相を復調する位相復調演算器と、前記複数の周波数に対応して前記干渉光の位相の変化を補正する補正部と、を有するものである。
【００１０】
本発明に係る復調装置は、パルス光の周波数を変えながらセンシングファイバで検出される信号を復調する復調装置であって、前記センシングファイバを伝搬するパルス光と、前記センシングファイバに対応する遅延補償ファイバを伝搬するパルス光との干渉光の位相を復調する位相復調演算器と、変更された前記周波数に対応して前記干渉光の位相の変化を補正する補正部と、を有するものである。
【００１１】
本発明に係る復調方法は、パルス光の周波数を変えながらセンシングファイバで検出される信号を復調する復調方法であって、前記センシングファイバを伝搬するパルス光と、前記センシングファイバに対応する遅延補償ファイバを伝搬するパルス光との干渉光の位相を復調し、変更された前記周波数に対応して前記干渉光の位相の変化を補正するものである。
【００１２】
本発明に係るプログラムは、パルス光の周波数を変えながらセンシングファイバで検出した信号を復調するコンピュータに、前記センシングファイバを伝搬するパルス光と、前記センシングファイバに対応する遅延補償ファイバを伝搬するパルス光との干渉光の位相を復調する手段と、変更された前記周波数に対応して前記干渉光の位相の変化を補正する手段として機能させるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、周波数シフト光源で変更された周波数に対応して干渉光の位相の変化を補正部が補正する。そのため、遅延補償ファイバを伝搬するパルス光とセンシングファイバを伝搬するパルス光との伝搬時間差がゼロにならない場合でも、復調限界の低下が抑えられ動作が安定し、復調エラーの発生が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る干渉型光ファイバセンサシステムの一構成例を示すブロック図である。
【図２】比較例の干渉型光ファイバセンサシステムの一構成例を示すブロック図である。
【図３】図２に示した干渉型光ファイバセンサシステムの動作を示すパルス波形の一例を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１における干渉光の位相φ及び合成器の出力の波形を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る干渉型光ファイバセンサシステムの一構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る干渉型光ファイバセンサシステムの一構成例を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態３における干渉光の位相φ及び復調器の出力の波形を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係る干渉型光ファイバセンサシステムの一構成例を示すブロック図である。
【図９】図８に示す復調器の一構成例を示すブロック図である。
【図１０】図９に示した補正値検出器の動作を示すフロー図である。
【図１１】本発明の実施の形態４における合成器の出力及び差分器の出力の波形を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態５に係る干渉型光ファイバセンサシステムの一構成例を示すブロック図である。
【図１３】図１２に示す周波数シフト光源の一構成例を示すブロック図である。
【図１４】図１２に示す復調器の一構成例を示すブロック図である。
【図１５】図１４に示した補正値検出器の動作を示すフロー図である。
【図１６】本発明の実施の形態５における干渉光の位相φ及び合成器の出力の波形を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態５におけるＯ／Ｅ変換器出力をサンプリングした場合のスペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
本実施の形態１の干渉型光ファイバセンサシステムを説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る干渉型光ファイバセンサシステムの一構成例を示すブロック図である。図１に示すように、干渉型光ファイバセンサシステム１は、周波数シフト光源２０、遅延補償干渉計５０、光サーキュレータ３０、センシング干渉計４０及び復調器７０を有する。周波数シフト光源２０は一定の周波数のパルス光を基に複数の周波数のパルス光を出力する。センシング干渉計４０は物理量を検知するセンシングファイバ４２を有する。遅延補償干渉計５０はセンシングファイバ４２に対応する遅延補償ファイバ５４を有する。復調器７０はセンシングファイバ４２で発生する位相の変化を復調する。
【００１６】
ここで、本実施の形態１の干渉型光ファイバセンサシステム１の構成を詳細に説明する前に、干渉型光ファイバセンサシステム１をより理解しやすくするために、比較例の干渉型光ファイバセンサシステムについて説明する。
【００１７】
（比較例の構成）
図２は、比較例の干渉型光ファイバセンサシステムの一構成例を示すブロック図である。比較例の干渉型光ファイバセンサシステム１００は、復調方式にヘテロダイン方式を用いたシステムである。干渉型光ファイバセンサシステム１００は、例えば、特許文献１に開示されたシステムである。干渉型光ファイバセンサシステム１００は、周波数シフト光源２０ａ、遅延補償干渉計５０、光サーキュレータ３０、センシング干渉計４０及び復調器７００を有する。
【００１８】
周波数シフト光源２０ａは、パルス光源１０、光カプラ２１及びループ回路１５を有する。光カプラ２１は、パルス光源１０、ループ回路１５及び遅延補償干渉計５０のそれぞれと光ファイバで接続されている。ループ回路１５は、光周波数シフタ２３、光パルスゲート２４、遅延補償ファイバ２５及び光アンプ２６を有し、これらの構成が光ファイバで接続される構成である。ループ回路１５は、光周波数シフタ２３と光アンプ２６との間で、光カプラ２１と接続されている。光周波数シフタ２３には、一定の周波数ｆｓで信号を出力するオシレータ２２が接続されている。
【００１９】
パルス光源１０は、光の周波数がνで一定のパルス光を出力する。光カプラ２１は、パルス光源１０から入力されるパルス光を２つのパルス光に分割し、一方のパルス光を遅延補償干渉計５０に出力し、他方のパルス光を光周波数シフタ２３に出力する。また、光カプラ２１は、光アンプ２６から入力されるパルス光を２つに分割し、一方のパルス光を遅延補償干渉計５０に出力し、他方のパルス光を光周波数シフタ２３に出力する。
【００２０】
光周波数シフタ２３は、入力されるパルス光の周波数を周波数ｆｓだけシフトする。光パルスゲート２４は、光周波数シフタ２３から入力されるパルス光が設定回数だけループ回路１５を回るように、入力されるパルス光を通過させる、又は遮断する。ここでは、光パルスゲート２４は、ループ回路１５の１周目及び２周目のパルス光を通過させ、３周目のパルス光を遮断する。遅延補償ファイバ２５は、ループ回路１５を回るパルス光が光周波数シフタ２３を通過するタイミングを光周波数シフタ２３の動作に合わせる役目を果たす。光アンプ２６は、遅延補償ファイバ２５から入力される光パルスの出力レベルを増幅する。
【００２１】
遅延補償干渉計５０は、光カプラ５１及び５５と、光周波数シフタ５３と、遅延補償ファイバ５４とを有する。光カプラ５１と光カプラ５５との間に、光周波数シフタ５３及び遅延補償ファイバ５４が並列に接続されている。光周波数シフタ５３には、一定の周波数ｆＨで信号を出力するオシレータ５２が接続されている。光カプラ５１は、光カプラ２１から入力されるパルス光を２つに分割し、一方のパルス光を光周波数シフタ５３に出力し、他方のパルス光を遅延補償ファイバ５４に出力する。
【００２２】
光周波数シフタ５３は、入力されるパルス光の周波数を周波数ｆＨだけシフトする。遅延補償ファイバ５４は、センシングファイバ４２の伝搬時間に等しい伝搬時間を、自器を通過するパルス光に生じさせる。光カプラ５５は、光周波数シフタ５３及び遅延補償ファイバ５４から入力されるパルス光を光サーキュレータ３０に出力する。
【００２３】
光カプラ２１から光カプラ５１に至る光ファイバの経路を経路Ａとする。光カプラ５１から光周波数シフタ５３を経由して光カプラ５５に至る光ファイバの経路を経路Ｂとし、光カプラ５１から遅延補償ファイバ５４を経由して光カプラ５５に至る光ファイバの経路を経路Ｃとする。
【００２４】
光サーキュレータ３０は、遅延補償干渉計５０の光カプラ５５から入力されるパルス光をセンシング干渉計４０に出力し、センシング干渉計４０から入力されるパルス光を復調器７００に出力する。光カプラ５５から光サーキュレータ３０に至る光ファイバの経路を経路Ｄとする。
【００２５】
センシング干渉計４０は、光カプラ４１と、センシングファイバ４２と、ミラー４３及び４４とを有する。光カプラ４１は、光サーキュレータ３０、ミラー４３及び４４のそれぞれと光ファイバで接続されている。光カプラ４１とミラー４３とを接続する光ファイバにセンシングファイバ４２が設けられている。光サーキュレータ３０からセンシングファイバ４２を経由してミラー４３に至る光ファイバの経路を経路Ｆとし、光サーキュレータ３０からミラー４４に至る光ファイバの経路を経路Ｅとする。
【００２６】
光カプラ４１は、光サーキュレータ３０から入力されるパルス光を２つのパルス光に分割し、一方のパルス光をセンシングファイバ４２に出力し、他方のパルス光をミラー４４に出力する。また、光カプラ４１は、センシングファイバ４２及びミラー４４から入力されるパルス光を復調器７００に出力する。ミラー４３は、センシングファイバ４２から入力されるパルス光を反射してセンシングファイバ４２に戻す。ミラー４４は、光カプラ４１から入力されるパルス光を反射して光カプラ４１に戻す。センシングファイバ４２は、光カプラ４１とミラー４３との間で往復するパルス光に対して、検知する物理量の変化に対応して位相を変化させる。
【００２７】
復調器７００は、Ｏ／Ｅ変換器（光電変換器）６０と、位相復調演算器８０と、参照信号発生器７１ａ及び７１ｂと、不連続点補償演算器７５とを有する。位相復調演算器８０は、乗算器７２ａ及び７２ｂと、ＬＰＦ（Low Pass Filter）７３ａ及び７３ｂと、逆正接演算器７４とを有する。Ｏ／Ｅ変換器６０は、光サーキュレータ３０と光ファイバで接続され、乗算器７２ａ及び７２ｂのそれぞれと信号線で接続されている。乗算器７２ａには参照信号発生器７１ａが接続され、乗算器７２ｂには参照信号発生器７１ｂが接続されている。乗算器７２ａはＬＰＦ７３ａを介して逆正接演算器７４と接続されている。乗算器７２ｂはＬＰＦ７３ｂを介して逆正接演算器７４と接続されている。逆正接演算器７４は不連続点補償演算器７５と接続されている。光サーキュレータ３０からＯ／Ｅ変換器６０に至る光ファイバの経路を経路Ｇとする。
【００２８】
Ｏ／Ｅ変換器６０には、経路ＡＢＤＦＧを伝搬したパルス光と経路ＡＣＤＥＧを伝搬したパルス光とが干渉した干渉光が入力される。経路ＡＢＤＦＧを伝搬するパルス光の成分をｘｉとし、経路ＡＣＤＥＧを伝搬するパルス光の成分をｙｉとすると、干渉光の成分はｘｉ＋ｙｉとなる。ここで、ｉは１以上の整数である。つまり、ｉ＝１，２，３，・・・である。Ｏ／Ｅ変換器６０は、光周波数シフタ５３を通過した成分ｘｉのパルス光と光周波数シフタ５３を通過しない成分ｙｉのパルス光との干渉光にビートが発生したパルス光を出力する。干渉光に発生するビートは、光周波数シフタ５３でシフトする周波数ｆＨの成分によるものである。
【００２９】
参照信号発生器７１ａは、光周波数シフタ５３のシフト周波数と同じ周波数ｆＨの正弦波ｓｉｎ２πｆＨｔを参照信号として乗算器７２ａに出力する。参照信号発生器７１ｂは、光周波数シフタ５３のシフト周波数と同じ周波数ｆＨの余弦波ｃｏｓ２πｆＨｔを参照信号として乗算器７２ｂに出力する。乗算器７２ａは、Ｏ／Ｅ変換器６０から入力されるパルス光に正弦波ｓｉｎ２πｆＨｔを乗算してＬＰＦ７３ａに出力する。乗算器７２ｂは、Ｏ／Ｅ変換器６０から入力されるパルス光に余弦波ｃｏｓ２πｆＨｔを乗算してＬＰＦ７３ｂに出力する。
【００３０】
ＬＰＦ７３ａは、ｓｉｎφを逆正接演算器７４に出力する。ＬＰＦ７３ｂは、ｃｏｓφを逆正接演算器７４に出力する。φは、センシングファイバ４２で受けた信号による光の位相変化φＵ及びセンシングファイバ４２の温度変化による位相変化などを含む、干渉光の位相差である。逆正接演算器７４は、入力されるｓｉｎφ及びｃｏｓφに逆正接演算を行い、演算結果を不連続点補償演算器７５に出力する。不連続点補償演算器７５は、逆正接演算器７４の演算結果に対して不連続点補償演算を行って、干渉光の位相の時系列変化を補償する。不連続点補償演算器７５が干渉光の位相の時系列変化を出力することで、センシングファイバ４２で検出された信号に起因する位相変化φＵを含む位相差φが復調される。
【００３１】
（比較例の動作）
図２に示した干渉型光ファイバセンサシステム１００の動作を説明する。パルス光源１０から出力されるパルス光は光カプラ２１で２つに分割され、光カプラ２１の一方の出力ポートから出力されるパルス光はループ回路１５に入力し、他方の出力ポートから出力されるパルス光は遅延補償干渉計５０に入力する。ループ回路１５に入力したパルス光は、光周波数シフタ２３、光パルスゲート２４、遅延補償ファイバ２５及び光アンプ２６を経由して光カプラ２１に戻る。ループ回路１５を回るパルス光の動作は後述する。
【００３２】
図３は、図２に示した干渉型光ファイバセンサシステムの動作を示すパルス波形の一例を示すタイミングチャートである。図３の横軸は時間である。図３の縦軸として、パルス光源出力からＯ／Ｅ変換器入力までは光強度を示し、Ｏ／Ｅ変換器出力は電圧を示す。
【００３３】
パルス光源１０から出力されるパルス光のパルス幅をτとし、出力の繰り返し周期を３τとする。図３では、説明のために、パルス光源１０から出力されるパルス光に番号を付与している。光パルスゲート２４がループ回路１５を回るパルス光の１周目と２周目を通過させ、３周目を遮断するように動作することで、周波数シフト光源２０ａの出力の経路Ａを通過する光は、パルス光が連結した連続光となる。この連続光の周波数は、図３に示すように、パルス光源１０から出力される光の周波数ν、周波数を１回シフトしたν＋ｆｓ、及び周波数を２回シフトしたν＋２ｆｓとなる。周波数が３回シフトされる前にパルス光は光パルスゲート２４によって遮断されるため、パルス光源１０から出力される光の周波数がνの新たなパルス光が光カプラ２１から出力される。
【００３４】
遅延補償干渉計５０に入力したパルス光は光カプラ５１で２つに分割され、一方のパルス光は遅延補償ファイバ５４によって遅延し、他方のパルス光は光の周波数が光周波数シフタ５３によってシフトされる。遅延補償ファイバ５４を出力するパルス光と光周波数シフタ５３から出力するパルス光は、光カプラ５５で同じ光ファイバに合流する。
【００３５】
光カプラ５５から出力されたパルス光は、光サーキュレータ３０を通過し、光カプラ４１によって２つに分割される。分割された２つのパルス光のうち、一方のパルス光はミラー４３で反射し、他方のパルス光はミラー４４で反射する。ここで、センシングファイバ４２を通過するパルス光はセンシング光となり、センシングファイバ４２を通過しないパルス光はリファレンス光となる。センシング光はセンシングファイバ４２を通過するときに、センシングファイバ４２に加わる信号で位相変調される。
【００３６】
Ｏ／Ｅ変換器６０には、経路ＡＢＤＦＧを伝搬した成分ｘｉのパルス光と、経路ＡＣＤＥＧを伝搬した成分ｙｉのパルス光とが干渉した干渉光ｘｉ＋ｙｉが入力される。ここで、ｉ＝１，２，３，・・・である。Ｏ／Ｅ変換器６０から出力される干渉光に光周波数シフタ５３でシフトする周波数ｆＨの成分のビートが発生するが、光周波数シフタ２３のシフト周波数ｆｓがＯ／Ｅ変換器６０の周波数帯域より高く設定されている。そのため、シフト周波数ｆｓのビートがＯ／Ｅ変換器６０から出力されることが抑制される。
【００３７】
続いて、復調器７００の動作を説明する。Ｏ／Ｅ変換器６０から乗算器７２ａに入力されるパルス光が光周波数シフタ５３のシフト周波数と同じ周波数の正弦波ｓｉｎ２πｆＨｔが乗算された後、ＬＰＦ７３ａでフィルタリング処理されることで、ｓｉｎφが得られる。また、Ｏ／Ｅ変換器６０から乗算器７２ｂに入力されるパルス光が光周波数シフタ５３のシフト周波数と同じ周波数の余弦波ｃｏｓ２πｆＨｔが乗算された後、ＬＰＦ７３ｂでフィルタリング処理されることで、ｃｏｓφが得られる。φは、センシングファイバ４２で受けた信号による光の位相変化φＵを含む干渉光の位相差である。ｓｉｎφ及びｃｏｓφを基に逆正接演算と不連続点補償演算とが行われ、センシングファイバ４２が検出した信号φＵを含むφが復調される。
【００３８】
周波数シフト光源２０ａを用いることで、連続光から信号が得られるため、一部のパルス光から信号を得るシステムに比べて、折り返し雑音を抑制できる。周波数シフト光源２０ａを用いることで、レイリー雑音がＯ／Ｅ変換器６０の周波数帯域外にシフトして復調器７００の出力に現れなくなる。そのため、光サーキュレータ３０からセンシング干渉計４０までの光が往復する部分で起こるレイリー雑音を抑制できる。なお、連続光ではなく、パルス光でも雑音抑制効果が得られる。
【００３９】
しかし、比較例の干渉型光ファイバセンサシステム１００は、非特許文献１に開示された、復調エラー発生防止の条件を満たしても、復調エラーが発生するおそれがある。例えば、遅延補償ファイバ５４を伝搬するパルス光とセンシングファイバ４２を伝搬するパルス光との伝搬時間差がゼロにならない場合である。本実施の形態１は、復調エラーの原因を取り除くものである。
【００４０】
（比較例と本実施の形態１との構成上の違い）
図１及び図２を参照して、本実施の形態１の干渉型光ファイバセンサシステムと比較例の干渉型光ファイバセンサシステムとの構成の違いを説明する。図１に示した周波数シフト光源２０は、ループ回路１５の光周波数シフタ２３に変調器２７が接続された構成である。本実施の形態１において、変調器２７は、光周波数シフタ２３に入力される周波数ｆｓの信号のレベルを変調する構成の一例である。変調器２７は、周波数シフト光源２０の出力レベルが一定になるように、ループ回路１５を回るパルス光が光周波数シフタ２３を通過するタイミングに合わせてパルス光の強度を変調する。
【００４１】
復調器７０は、Ｏ／Ｅ変換器６０の出力側に接続される分離器６１と、不連続点補償演算器７５の入力側に接続される合成器８２と、分離器６１および合成器８２の間に設けられた複数の位相復調演算器８０〜８０−２とを有する。ループ回路１５を回るパルス光が光周波数シフタ２３を通過する回数をｉとすると、複数の位相復調演算器８０〜８０−２は、回数ｉ（ｉ＝０〜２）に対応して設けられている。
【００４２】
分離器６１において、ｉ＝０のサンプリング信号をｄ０とし、ｉ＝１のサンプリング信号をｄ１とし、ｉ＝２のサンプリング信号をｄ２とする。分離器６１は、ｉ＝０のサンプリング信号ｄ０を位相復調演算器８０に出力し、ｉ＝１のサンプリング信号ｄ１を位相復調演算器８０−１に出力し、ｉ＝２のサンプリング信号ｄ２を位相復調演算器８０−２に出力する。このようにして、分離器６１は、Ｏ／Ｅ変換器６０から入力されるパルス光に対して、ループ回路１５から出力される周波数の異なる複数種のパルス光に対応して、周波数が同じパルス光を同じ位相復調演算器に出力する。つまり、Ｏ／Ｅ変換器６０から分離器６１に入力されるパルス光は、光の周波数に対応する位相復調演算器に入力される。
【００４３】
また、位相復調演算器８０−１と合成器８２との間に補正値加算器８１−１が設けられ、位相復調演算器８０−２と合成器８２との間に補正値加算器８１−２が設けられている。補正値加算器８１−１および８１−２は、干渉光の位相の変化を補正する補正部の役目を果たす。合成器８２は、補正値加算器８１−１及び８１−２の出力と位相復調演算器８０の出力とを合成して不連続点補償演算器７５に出力する。
【００４４】
（本実施の形態１の動作）
次に、図１に示した干渉型光ファイバセンサシステム１の動作を説明する。ここでは、図２及び図３を参照して干渉型光ファイバセンサシステム１００について説明した動作と共通する動作に関して、その詳細な説明を省略する。周波数シフト光源２０に設けられた変調器２７によって、光周波数シフタ２３に入力される電気信号が変調される。この変調に伴って、光周波数シフタ２３を通過するパルス光の強度が変調される。変調器２７がループ回路１５を回るパルス光にタイミングを合わせてパルス光を変調することで、パルス光の出力レベルが一定に保たれる。
【００４５】
経路ＡＢＤＦＧを伝搬するパルス光と経路ＡＣＤＥＧを伝搬するパルス光とが重なり、Ｏ／Ｅ変換器６０から出力される干渉光の強度Ｉｉは、式（１）及び式（２）で表される。
【００４６】
【数１】
2020106306.tif 000003
【００４７】
【数２】
2020106306.tif 000004
【００４８】
式（１）におけるａ及びｂは定数である。ａ及びｂはパルス光の強度に相当する。式（１）及び式（２）におけるｉは、上述したように、光周波数シフタ２３の通過回数である。経路ＡＢＤＦＧと経路ＡＣＤＥＧとの伝搬時間差をΔＴとすると、Ｚｉは、伝搬時間差ΔＴがゼロではない場合に発生する位相成分である。Ｚｉは、式（３）で表される。式（２）におけるφｖは、Ｚｉがない場合の位相成分である。
【００４９】
【数３】
2020106306.tif 000005
【００５０】
図４は、本発明の実施の形態１における干渉光の位相φ及び合成器の出力の波形を示す図である。図４（ａ）の横軸は時間であり、縦軸は干渉光の位相φである。図４（ｂ）の横軸は時間であり、縦軸は合成器の出力である。図４（ａ）に破線で示したφｖは不連続点のない場合の一例である。図４（ａ）及び図４（ｂ）のプロットはサンプリング点である。経路ＡＢＤＦＧと経路ＡＣＤＥＧとの伝搬時間差ΔＴがゼロではない場合、光の周波数がシフトする度に位相項Ｚｉが変化するため、図４（ａ）に示すように、出力がφｖ、φｖ＋Ｚ１及びφｖ＋Ｚ２に分かれる。
【００５１】
分離器６１は、ｉ＝０のサンプリング信号ｄ０を位相復調演算器８０に出力し、ｉ＝１のサンプリング信号ｄ１を位相復調演算器８０−１に出力し、ｉ＝２のサンプリング信号ｄ２を位相復調演算器８０−２に出力する。位相復調演算器８０の逆正接演算器７４はφｖ［−π〜π］を出力する。［−π〜π］は、φｖが−π〜πの範囲を逸脱したとき、この範囲に入るように位相が補正されることを意味する。
【００５２】
位相復調演算器８０−１の逆正接演算器７４はφｖ＋Ｚ１を出力する。位相復調演算器８０−２の逆正接演算器７４はφｖ＋Ｚ２を出力する。補正値加算器８１−１は、位相復調演算器８０−１の出力に補正値−Ｚ１を加える。補正値加算器８１−２は、位相復調演算器８０−２の出力に補正値−Ｚ２を加える。合成器８２は、補正値加算器８１−１及び８１−２の出力と、位相復調演算器８０の出力とを合成する。合成器８２の出力は、図４（ｂ）に示すように、光の周波数シフトによるＺｉが除かれ、φｖ［−π〜π］になる。不連続点補償演算器７５は、合成器８２の出力の不連続点を補償してφｖを出力する。
【００５３】
なお、復調器７０は、復調器７０に設けられた複数の構成に対応する複数の専用回路で構成されてもよく、メモリ及びＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む制御部を有するコンピュータ等の情報処理装置であってもよい。復調器７０が情報処理装置である場合、メモリが図１に示した復調器７０の複数の構成によって実行される処理が記述されたプログラムを記憶し、ＣＰＵがプログラムを実行することで、上述の処理が行われる。復調器７０が情報処理装置である場合、復調器７０は本実施の形態１の復調方法を実行する復調装置に相当する。
【００５４】
本実施の形態１の干渉型光ファイバセンサシステム１は、周波数シフト光源２０と、センシングファイバ４２を含むセンシング干渉計４０と、遅延補償干渉計５０と、センシングファイバ４２で発生する位相の変化を復調する復調器７０とを有する。復調器７０は、干渉光の位相の変化を復調する位相復調演算器８０〜８０−２と、周波数シフト光源２０で変更された周波数に対応して干渉光の位相の変化を補正する補正部として機能する補正値加算器８１−１〜８１−２とを有する。
【００５５】
（本実施の形態１の効果）
本実施の形態１では、周波数シフト光源２０から出力される光のレベルが一定に保たれるので、式（１）のａ及びｂが一定に保たれ、出力の雑音を抑える効果が得られる。
【００５６】
レベルの大きい信号等がセンシング干渉計に入力され、復調限界を超えたときの出力は、非特許文献１に開示されている。しかし、センシング干渉計及び遅延補償干渉計の製造誤差などにより経路ＡＢＤＦＧと経路ＡＣＤＥＧの伝搬時間差ΔＴがゼロにならない場合、周波数シフト光源から出力される光の周波数変化に伴いＺｉが変化する。比較例の干渉型光ファイバセンサシステムでは、復調限界がＺｉ分小さくなり、Ｚｉがπ又は−πに近い場合、不連続点補償演算器の誤りが多くなり、正常に動作しなくなる。これに対して、本実施の形態１では、補正値加算器でＺｉを除いてから不連続点を補償するので、伝搬時間差ΔＴがゼロにならない場合でも、復調限界の低下が抑えられ動作が安定する。その結果、復調エラーの発生が抑制される。
【００５７】
実施の形態２．
（本実施の形態２の構成）
本実施の形態２の干渉型光ファイバセンサシステムの構成を説明する。本実施の形態２では、実施の形態１で説明した構成と同等な構成に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。図５は、本発明の実施の形態２に係る干渉型光ファイバセンサシステムの一構成例を示すブロック図である。図５に示すように、干渉型光ファイバセンサシステム１ａは、周波数シフト光源２０ａ、遅延補償干渉計５０、光サーキュレータ３０、センシング干渉計４０及び復調器７０ａを有する。
【００５８】
本実施の形態２の干渉型光ファイバセンサシステム１ａは、実施の形態１で説明した構成と比較すると、周波数シフト光源２０ａ及び復調器７０ａを除いて、実施の形態１と同様な構成である。周波数シフト光源２０ａは、図２に示した比較例における周波数シフト光源２０ａと同様な構成であるため、その詳細な説明を省略する。
【００５９】
復調器７０ａは、図２に示した比較例における復調器７００と比較すると、参照信号発生器７１ａ及び７１ｂの代わりに、補正参照信号発生器７６ａ及び７６ｂを有する。補正参照信号発生器７６ａは、Ｏ／Ｅ変換器６０から出力されるサンプリング信号に対応してｉが変化する式（４）の補正参照信号を出力する。補正参照信号発生器７６ｂは、Ｏ／Ｅ変換器６０から出力されるサンプリング信号に対応してｉが変化する式（５）の補正参照信号を出力する。ｉは、実施の形態１で説明したように、光周波数シフタ２３の通過回数である。式（４）及び式（５）のＺｉは式（３）で算出される。
【００６０】
【数４】
2020106306.tif 000006
【００６１】
【数５】
2020106306.tif 000007
本実施の形態２の式（４）の補正参照信号は実施の形態１の参照信号発生器７１ａの出力の位相項に補正値Ｚｉが加えられたものであり、式（５）の補正参照信号は参照信号発生器７１ｂの出力の位相項に補正値Ｚｉが加えられたものである。
【００６２】
乗算器７２ａがＯ／Ｅ変換器６０の出力と補正参照信号発生器７６ａの出力とを乗算し、乗算結果がＬＰＦ７３ａでフィルタ処理されることで、ｓｉｎφｖが得られる。乗算器７２ｂがＯ／Ｅ変換器６０の出力と補正参照信号発生器７６ｂの出力とを乗算し、乗算結果がＬＰＦ７３ｂでフィルタ処理されることで、ｃｏｓφｖが得られる。逆正接演算器７４及び不連続点補償演算器７５は、実施の形態１において、図２及び図３を参照して説明した構成と同様である。
【００６３】
（本実施の形態２の動作）
次に、図５に示した干渉型光ファイバセンサシステム１ａの動作を説明する。復調器７０ａの動作を除いて、実施の形態１で動作と同様になるため、ここでは、復調器７０ａの動作について説明する。復調器７０ａは、Ｏ／Ｅ変換器６０から出力されるサンプリング信号に対応してｉが変化する式（４）の補正参照信号をＯ／Ｅ変換器６０からの出力に乗算し、ＬＰＦ７３ａのフィルタリング処理を行って、ｓｉｎφｖを得る。また、復調器７０ａは、Ｏ／Ｅ変換器６０から出力されるサンプリング信号に対応してｉが変化する式（５）の補正参照信号をＯ／Ｅ変換器６０からの出力に乗算し、ＬＰＦ７３ｂのフィルタリング処理を行って、ｃｏｓφｖを得る。そして、復調器７０ａは、ｓｉｎφｖ及びｃｏｓφｖに逆正接演算及び不連続点補償演算を行うことで、φｖを復調する。
【００６４】
本実施の形態２の干渉型光ファイバセンサシステム１ａにおいて、復調器７０は、干渉光の位相の変化を補正する補正部として、補正参照信号発生器７６ａ及び７６ｂを有する。補正参照信号発生器７６ａ及び７６ｂは、複数の周波数に対応する干渉光の位相の変化を補正する補正参照信号を、位相復調演算器８０に出力するものである。
【００６５】
（本実施の形態２の効果）
本実施の形態２では、実施の形態１で説明した復調方法と同様に、位相φからＺｉを除いてから不連続点を補償するので伝搬時間差ΔＴがゼロにならない場合でも、復調限界の低下が抑えられ動作が安定する。そのため、復調エラーの発生が抑制される。実施の形態１では、位相復調演算器８０をサンプリング信号ｄ０、ｄ１及びｄ２に対応した３系統と、分離器６１及び合成器８２とを用いるものである。本実施の形態２では、位相復調演算器８０が１系統に削減され、分離器６１及び合成器８２が不要となるため復調器７０ａの処理量を軽減できる。
【００６６】
実施の形態３．
（本実施の形態３の構成）
本実施の形態３の干渉型光ファイバセンサシステムの構成を説明する。本実施の形態３では、実施の形態１及び２で説明した構成と同等な構成に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。図６は、本発明の実施の形態３に係る干渉型光ファイバセンサシステムの一構成例を示すブロック図である。図６に示すように、干渉型光ファイバセンサシステム１ｂは、周波数シフト光源２０ａ、遅延補償干渉計５０ａ、光サーキュレータ３０、センシング干渉計４０及び復調器７０ｂを有する。
【００６７】
周波数シフト光源２０ａは、実施の形態１の比較例で説明した周波数シフト光源２０ａと同様な構成であるが、本実施の形態３の光パルスゲート２４は、ループ回路１５を回るパルス光の１周目を通過させるが、２周目を遮断する動作を行う。そのため、周波数シフト光源２０ａは、連続光ではなく、光の周波数がνのパルス光と、光の周波数がν＋ｆｓのパルス光とを交互に出力する。
【００６８】
遅延補償干渉計５０ａは、経路Ａではなく、光サーキュレータ３０とＯ／Ｅ変換器６０との間の経路Ｇに設けられている。遅延補償干渉計５０ａは、遅延補償ファイバ５４と、ミラー５６及び５７とを有する。本実施の形態３では、遅延補償干渉計５０ａが経路Ｇに設けられているため、図１に示した経路の符号を図６に示すように変更している。
【００６９】
復調器７０ｂは、位相復調演算器８０ａ及び符号反転加算器８３を有する。位相復調演算器８０ａは、ＡＭ復調器７７ａ及び７７ｂと、逆正接演算器７４とを有する。オシレータ５２は、周波数ｆＰＧＣの信号を遅延補償ファイバ５４とＡＭ復調器７７ａ及び７７ｂとに供給する。周波数ｆＰＧＣは、特許文献１に開示された、ＰＧＣ（Phase Generated Carrier）方式の復調器で用いられる信号の周波数である。光サーキュレータ３０及びセンシング干渉計４０は、実施の形態１で説明した構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。また、本実施の形態３において、遅延補償干渉計５０ａと、Ｏ／Ｅ変換器６０と、ＡＭ復調器７７ａ及び７７ｂと、逆正接演算器７４とは、特許文献３に開示された構成と同様なため、その詳細な説明を省略する。
【００７０】
本実施の形態３では、Ｏ／Ｅ変換器６０に入力される光の周波数に対応する補正値としてＺ１／２が符号反転加算器８３に入力される。符号反転加算器８３は、補正値の符号を反転した−Ｚ１／２を逆正接演算器７４の出力に加算する。つまり、符号反転加算器８３は、Ｏ／Ｅ変換器６０に入力される光の周波数の変化に対応して、補正値を逆正接演算器７４の出力に加算する。具体的には、符号反転加算器８３は、周波数νの光が干渉した信号に負の補正値を逆正接演算器７４の出力に加算し、周波数ν＋ｆｓの光が干渉した信号に正の補正値を逆正接演算器７４の出力に加算する。符号反転加算器８３の出力側に不連続点補償演算器７５が接続される。
【００７１】
（本実施の形態３の動作）
次に、図６に示した干渉型光ファイバセンサシステム１ｂの動作を説明する。センシング干渉計４０は、実施の形態１と同様に動作するため、ここでは、その詳細な説明を省略する。また、遅延補償干渉計５０ａと、Ｏ／Ｅ変換器６０と、ＡＭ復調器７７ａ及び７７ｂと、逆正接演算器７４の各構成の動作は、特許文献３に開示された動作と同様になるため、その詳細な説明を省略する。
【００７２】
周波数シフト光源２０ａから光の周波数がνのパルス光と光の周波数がν＋ｆｓのパルス光とが等間隔で交互に出力される。センシングファイバ４２を伝搬したパルス光と遅延補償ファイバ５４を伝搬したパルス光との干渉光がＯ／Ｅ変換器６０に入力される。符号反転加算器８３は、Ｏ／Ｅ変換器６０に入力される光の周波数の変化に応じて、周波数νの光が干渉したときの信号に負の補正値を逆正接演算器７４の出力に加算し、周波数ν＋ｆｓの光が干渉したときの信号に正の補正値を逆正接演算器７４の出力に加算する。
【００７３】
図７は、本発明の実施の形態３における干渉光の位相φ及び復調器の出力の波形を示す図である。図７（ａ）の横軸は時間であり、縦軸は干渉光の位相φである。図７（ｂ）の横軸は時間であり、縦軸は符号反転加算器の出力である。図７（ａ）に破線で示したφｖは不連続点のない場合の一例である。図７（ａ）及び図７（ｂ）のプロットはサンプリング点である。経路ＡＢＤＦＧと経路ＡＣＤＥＧの伝搬時間差ΔＴがゼロではない場合、光の周波数がシフトする度に位相項Ｚｉが変化するため、図７（ａ）に示すように、出力がφとφ＋Ｚ１に分かれる。
【００７４】
符号反転加算器８３は、上述したように、周波数νの光が干渉したときの逆正接演算器７４の出力に負の補正値を加え、周波数ν＋ｆｓの光が干渉したときの逆正接演算器７４の出力に正の補正値を加える。そのため、符号反転加算器８３の出力はφｖ＋Ｚ１／２［−π〜π］になり、光の周波数がシフトする。その結果、位相項の変化が抑えられる。不連続点補償演算器７５は、符号反転加算器８３の出力の不連続点を補償して、図７（ｂ）に示すように、φｖ＋Ｚ１／２を出力する。出力のＺ１／２は定数又は変化の少ない値であれば、センシングファイバ４２で検出した信号φＵの復調には影響しない。影響が無視できない場合、補正値−Ｚ１／２を逆正接演算器７４の出力に加算することで、φｖが得られる。
【００７５】
本実施の形態３の干渉型光ファイバセンサシステム１ｂにおいて、復調器７０ｂは、干渉光の位相の変化を補正する補正部として、符号反転加算器８３を有する。符号反転加算器８３は、周波数シフト光源２０ａがパルス光の周波数を変化させたときに発生する位相の変化に対応して、補正値の符号を反転した値を、復調される干渉光の位相に加算するものである。
【００７６】
（本実施の形態３の効果）
本実施の形態３では、実施の形態１と同様に、位相Ｚｉを除いてから不連続点を補償するので、伝搬時間差ΔＴがゼロにならない場合でも復調限界の低下が抑えられ、動作が安定する。そのため、復調エラーの発生が抑制される。実施の形態１において、３系統の位相復調演算器８０を２系統にしても、分離器６１及び合成器８２を用いて、補正値を切り替える必要がある。本実施の形態３では、補正値を変えることなく、光の周波数がシフトすることによる位相変化が抑えられるので、復調器７０ｂの処理量を軽減できる。
【００７７】
実施の形態４．
（本実施の形態４の構成）
本実施の形態４の干渉型光ファイバセンサシステムの構成を説明する。本実施の形態４では、実施の形態１〜３で説明した構成と同等な構成に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００７８】
図８は、本発明の実施の形態４に係る干渉型光ファイバセンサシステムの一構成例を示すブロック図である。図９は、図８に示す復調器の一構成例を示すブロック図である。図８に示すように、干渉型光ファイバセンサシステム１ｃは、周波数シフト光源２０ａ、遅延補償干渉計５０、光サーキュレータ３０、センシング干渉計４０及び復調器７０ｃを有する。なお、光サーキュレータ３０、センシング干渉計４０及び遅延補償干渉計５０は、実施の形態１で説明した構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。
【００７９】
周波数シフト光源２０ａは実施の形態３で説明した周波数シフト光源２０ａと同様な構成である。ただし、周波数シフト光源２０と本実施の形態４の周波数シフト光源２０ａとでは、パルス光の出力が異なるため、周波数シフト光源２０ａから出力されるパルス光にタイミングを合わせて復調器７０ｃが動作する。
【００８０】
続いて、図９を参照して、復調器７０ｃの構成を説明する。図９に示すように、復調器７０ｃは、Ｏ／Ｅ変換器６０と、分離器６１と、位相復調演算器８０〜８０−１と、参照信号発生器７１ａ及び７１ｂと、不連続点補償演算器７５と、補正値加算器８１−１と、合成器８２と、差分器８４と、補正値検出器８５と、フィルタ８６と、積算器８７とを有する。なお、Ｏ／Ｅ変換器６０と、分離器６１と、位相復調演算器８０〜８０−１と、参照信号発生器７１ａ及び７１ｂとは、実施の形態１で説明した構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。また、差分器８４、不連続点補償演算器７５、フィルタ８６及び積算器８７は、特許文献４に開示された構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。
【００８１】
本実施の形態４では、図９に示すように、差分器８４の出力側に補正値検出器８５が接続されている。補正値検出器８５は、検出した補正値を補正値加算器８１−１に入力する。補正値加算器８１−１は、元の補正値−Ｚ１に補正値検出器８５が検出した補正値の変化分−＜ΔＺ１＞を加えた新たな補正値−Ｚ１−＜ΔＺ１＞をサンプリング信号ｄ１の逆正接演算器７４の出力に加えて合成器８２に出力する。ここで、Ｚ１は、式（３）におけるｉが１の場合である。また、＜  ＞はＬＰＦでフィルタリング処理された結果を意味する。
【００８２】
図９に示した補正値検出器８５の構成を説明する。図１０は、図９に示した補正値検出器の動作を示すフロー図である。図１０は補正値検出器８５がデジタル処理する場合の補正値検出フローを示す。ここで、φｖ’［ｎ］はサンプリングされた差分器出力であり、ｎはサンプル番号である。補正値検出器８５は、式（６）にしたがって、差分器８４の出力から−ΔＺ１［ｎ］を算出する（ステップＳ２０１）。
【００８３】
−ΔＺ１［ｎ］＝（−１）ｎ＋１（φｖ’［ｎ−１］−φｖ’［ｎ］）／４  ・・（６）
【００８４】
続いて、補正値検出器８５は、逆正接演算器７４による演算でπから−πに移るときなどに生じる−ΔＺ１［ｎ］の不連続点を補償する（ステップＳ２０２）。そして、補正値検出器８５は、高い周波数の雑音を減衰させるために、ステップＳ２０２の演算結果にＬＰＦのフィルタリング処理を行うことで（ステップＳ２０３）、−＜ΔＺ１＞を出力する。
【００８５】
（本実施の形態４の動作）
次に、図８に示した干渉型光ファイバセンサシステム１ｃの動作を説明する。周波数シフト光源２０ａは実施の形態３で説明した周波数シフト光源２０ａと同様に動作するため、ここでは、その詳細な説明を省略する。遅延補償干渉計５０、光サーキュレータ３０、センシング干渉計４０、Ｏ／Ｅ変換器６０、分離器６１、位相復調演算器８０〜８０−１及び合成器８２は、周波数シフト光源２０ａのパルス光にタイミングを合わせて、実施の形態１と同様に動作するため、その詳細な説明を省略する。差分器８４、不連続点補償演算器７５、フィルタ８６及び積算器８７は、特許文献４に示された動作と同様な動作になるため、その詳細な説明を省略する。
【００８６】
補正値検出器８５は、差分器８４の出力から−ΔＺ１［ｎ］を算出し、逆正接演算器７４の演算処理によってπから−πに移るときなどにできる−ΔＺ１［ｎ］の不連続点を補償し、高い周波数の雑音を減衰させるＬＰＦ処理を行って−＜ΔＺ１＞を出力する。−＜ΔＺ１＞は補正値加算器８１−１にフィードバックされる。補正値加算器８１−１は、元の補正値−Ｚ１に補正値検出器８５が検出した補正値の変化分−＜Ｚ１＞を加えた新たな補正値−Ｚ１−＜ΔＺ１＞を位相復調演算器８０−１の逆正接演算器７４の出力に加えて合成器８２に出力する。
【００８７】
図１１は、本発明の実施の形態４における合成器の出力及び差分器の出力の波形を示す図である。図１１は補正値が変化する状態を示している。図１１（ａ）の横軸は時間であり、縦軸は合成器の出力である。図１１（ｂ）の横軸は時間であり、縦軸は差分器の出力である。図１１（ａ）に破線で示したφｗは不連続点のない場合の一例である。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）のプロットはサンプリング点である。
【００８８】
補正値が変化すると元の補正値−Ｚ１では補正されなかったΔＺ１が残り、合成器出力はφｗとφｗ＋ΔＺ１とに分かれ、差分器出力は、図１１（ａ）に示すように、φｗ’−ΔＺ１とφｗ’＋ΔＺ１とに分かれる。差分器８４の出力の２ΔＺ１の変化は、周波数シフト光源２０ａから出力されるパルス光の周波数の変化に対応する。
【００８９】
本実施の形態４では、復調器７０ｃが周波数シフト光源２０ａのパルス光にタイミングを合わせて動作しているので、サンプリングの度にφｗ’−ΔＺ１とφｗ’＋ΔＺ１とが入れ替わる。補正値検出器８５は、パルス光の周波数の変化のタイミングに対応して、φｗ’−ΔＺ１とφｗ’＋ΔＺ１との差を求め、−＜ΔＺ１＞を算出する。その結果、−Ｚ１−＜ΔＺ１＞で補正された後の積算器８７の出力がφｗとなる。
【００９０】
本実施の形態４の干渉型光ファイバセンサシステム１ｃにおいて、復調器７０ｃは複数の周波数に対応して干渉光の位相の変化を抽出する補正値検出器８５を有する。補正値検出器８５は、補正値の変化分を、干渉光の位相の変化を補正する補正部として機能する補正値加算器８１−１にフィードバックする。
【００９１】
（本実施の形態４の効果）
本実施の形態４では、干渉型光ファイバセンサシステム１ｃの復調処理の途中で得られる位相から、補正値検出器８５が、光の周波数を変えたときの位相の変化を抽出することで、誤りの少ない補正値が得られる。
【００９２】
実施の形態１〜実施の形態３において、センシングファイバ４２が温度又は圧力が大きく変化する環境で使用される場合、経路ＡＢＤＦＧと経路ＡＣＤＥＧとの伝搬時間差ΔＴが変化して動作の安定性が低下することがある。これに対して、本実施の形態４では、補正値の変化も補正されるため、復調限界の低下が抑えられ動作が安定する。そのため、復調エラーの発生が抑制される。
【００９３】
実施の形態５．
（本実施の形態５の構成）
本実施の形態５の干渉型光ファイバセンサシステムの構成を説明する。本実施の形態５では、実施の形態１〜４で説明した構成と同等な構成に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００９４】
図１２は、本発明の実施の形態５に係る干渉型光ファイバセンサシステムの一構成例を示すブロック図である。図１３は、図１２に示す周波数シフト光源の一構成例を示すブロック図である。図１４は、図１２に示す復調器の一構成例を示すブロック図である。図１２に示すように、干渉型光ファイバセンサシステム１ｄは、周波数シフト光源２０ｂ、遅延補償干渉計５０、光サーキュレータ３０、センシング干渉計４０及び復調器７０ｄを有する。なお、光サーキュレータ３０、センシング干渉計４０及び遅延補償干渉計５０は、実施の形態１で説明した構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。
【００９５】
周波数シフト光源２０ｂの構成を、図１３を参照して説明する。周波数シフト光源２０ｂは、パルス光源１０と、複数の光周波数シフタ２３ａ及び２３ｂと、複数の遅延補償ファイバ２５ａ及び２５ｂと、複数の光カプラ２１ａ〜２１ｄとを有する。光周波数シフタ２３ａには、一定の周波数ｆｓ２で信号を出力するオシレータ２２ａが接続されている。光周波数シフタ２３ｂには、一定の周波数ｆｓ１で信号を出力するオシレータ２２ｂが接続されている。
【００９６】
図１３に示すように、パルス光源１０の出力ポートに光カプラ２１ａが接続されている。光カプラ２１ａの２つの出力ポートのうち、一方の出力ポートが光周波数シフタ２３ａに接続され、他方の出力ポートが遅延補償ファイバ２５ａに接続されている。遅延補償ファイバ２５ａの出力側に光カプラ２１ｂが接続されている。光周波数シフタ２３ａの出力側に光カプラ２１ｃが接続されている。光カプラ２１ｂの２つの出力ポートのうち、一方の出力ポートが光カプラ２１ｃに接続され、他方の出力ポートが遅延補償ファイバ２５ｂに接続されている。光カプラ２１ｃの出力ポートが光周波数シフタ２３ｂに接続されている。遅延補償ファイバ２５ｂの出力側に光カプラ２１ｄが接続されている。光周波数シフタ２３ｂの出力側に光カプラ２１ｄが接続されている。光カプラ２１ｄの出力ポートが図１２に示した遅延補償干渉計５０の光カプラ５１に接続されている。
【００９７】
図１３に示す構成によれば、パルス光源１０から出力されるパルス光が光カプラ２１ａで２つに分割され、光カプラ２１ａの一方の出力ポートから出力されるパルス光が光周波数シフタ２３ａを介して光カプラ２１ｃに入力する。光カプラ２１ａの他方の出力ポートから出力されるパルス光は、遅延補償ファイバ２５ａを介して光カプラ２１ｂに入力する。
【００９８】
光カプラ２１ｂの２つの出力ポートのうち、一方の出力ポートから出力されるパルス光が光周波数シフタ２３ｂを介して光カプラ２１ｄに入力する。光カプラ２１ｂの他方の出力ポートから出力されるパルス光は、遅延補償ファイバ２５ｂを介して光カプラ２１ｄに入力する。光カプラ２１ｄに入力したパルス光は周波数シフト光源２０ｂから出力する。光伝送経路の異なるパルス光の出力レベルが同等になるように、光カプラ２１ａ〜２１ｄの分岐及び結合の比、並びに各光伝送径路の損失のうち、一部又は全部が調整される。
【００９９】
図１３に示す周波数シフト光源２０ｂは、パルス光源１０から遅延補償干渉計５０までの光伝送路に複数の分岐点と複数の合流点を設けることで複数の光伝送経路が形成され、複数の光伝送経路に複数の遅延補償ファイバと複数の光周波数とが設けられている。図１３に示す周波数シフト光源２０ｂは、パルス光源１０から出力される１つの周波数のパルス光から周波数の異なる複数のパルス光を出力できる。また、周波数シフト光源２０ｂは、複数の光周波数シフタを有しているため、複数の周波数を設定できる。
【０１００】
続いて、図１４を参照して、復調器７０ｄの構成を説明する。図１４に示すように、復調器７０ｄは、Ｏ／Ｅ変換器６０と、分離器６１と、位相復調演算器８０〜８０−２と、参照信号発生器７１ａ及び７１ｂと、不連続点補償演算器７５と、補正値加算器８１−１〜８１−２と、合成器８２と、補正値検出器８５ａとを有する。なお、Ｏ／Ｅ変換器６０と、分離器６１と、位相復調演算器８０〜８０−２と、参照信号発生器７１ａ及び７１ｂと、不連続点補償演算器７５とは、実施の形態１で説明した構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。また、補正値加算器８１−１〜８１−２は、実施の形態４で説明した構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。
【０１０１】
図１４に示した補正値検出器８５ａの構成を説明する。補正値検出器８５ａは、φｖ［ｍ］及びφｖ［ｍ＋ｉ］から−ΔＺｉ［ｍ］を算出し、算出結果から、逆正接演算器７４の演算処理でπから−πに移るときなどに生じる−ΔＺｉ［ｍ］の不連続点を除外する。ここで、φｖ［ｎ］はサンプリングされた逆正接演算器出力であり、ｎはサンプル番号である。ｍはパルス光源１０から出力されるパルス光に対応する番号であり、ｎ＝３ｍとなる。そして、補正値検出器８５ａは、不連続点を除外した後の値から高い周波数の雑音を減衰させるために、ＬＰＦのフィルタリング処理を行うことで、−＜ΔＺｉ＞を算出する。
【０１０２】
本実施の形態５では、周波数シフト光源２０ｂにおける周波数のシフト回数の最大値は２である。この場合の補正値検出器８５ａの動作を説明する。図１５は、図１４に示した補正値検出器の動作を示すフロー図である。図１５は補正値検出器８５ａがデジタル処理する場合の補正値検出フローを示す。
【０１０３】
補正値検出器８５ａは、ｉ＝１の場合について、式（７）にしたがって、位相復調演算器８０−１の逆正接演算器７４の出力と位相復調演算器８０−２の逆正接演算器７４の出力とから、−ΔＺ１［ｍ］を算出する（ステップＳ３０１−１）。
【０１０４】
−ΔＺ１［ｍ］＝φｖ［ｍ］−φｖ［ｍ＋１］  ・・・（７）
【０１０５】
続いて、補正値検出器８５ａは、逆正接演算器７４による演算でπから−πに移るときなどに生じる−ΔＺ１［ｍ］の不連続点を補償する（ステップＳ３０２−１）。そして、補正値検出器８５ａは、高い周波数の雑音を減衰させるために、ステップＳ３０２−１の演算結果にＬＰＦのフィルタリング処理を行うことで（ステップＳ３０３−１）、−＜ΔＺ１＞を出力する。
【０１０６】
また、補正値検出器８５ａは、ｉ＝２の場合について、式（８）を用いて、ステップ３０１−１〜３０３−１と同様に演算を行って、−＜ΔＺ２＞を算出する（ステップＳ３０１−２〜Ｓ３０３−２）。
−ΔＺ２［ｍ］＝φｖ［ｍ］−φｖ［ｍ＋２］  ・・・（８）
【０１０７】
補正値検出器８５ａは、サンプリング信号ｄ１を演算処理する位相復調演算器８０−１の出力に接続された補正値加算器８１−１に−＜ΔＺ１＞を出力する。補正値検出器８５ａは、サンプリング信号ｄ２を演算処理する位相復調演算器８０−２の出力に接続された補正値加算器８１−２に−＜ΔＺ２＞を出力する。−＜ΔＺ１＞が補正値加算器８１−１にフィードバックされ、−＜ΔＺ２＞が補正値加算器８１−２にフィードバックされる。
【０１０８】
（本実施の形態５の動作）
次に、図１２に示した干渉型光ファイバセンサシステム１ｄの動作を説明する。遅延補償干渉計５０、光サーキュレータ３０、センシング干渉計４０、Ｏ／Ｅ変換器６０、分離器６１、位相復調演算器８０〜８０−２、合成器８２及び不連続点補償演算器７５は、実施の形態１と同様に動作するため、その詳細な説明を省略する。補正値加算器８１−１及び８１−２は、実施の形態４で説明した補正値加算器８１−１と同様に動作するため、その詳細な説明を省略する。
【０１０９】
パルス光源１０から出力されるパルス光が光周波数シフタ２３ａ及び２３ｂを通過することで、光の周波数がν＋ｆｓ１＋ｆｓ２のパルス光が光カプラ２１ｄから出力する。また、パルス光源１０から出力されるパルス光が遅延補償ファイバ２５ａ及び光周波数シフタ２３ｂを通過することで、光の周波数がν＋ｆｓ１のパルス光が光カプラ２１ｄから出力する。さらに、パルス光源１０から出力されるパルス光が遅延補償ファイバ２５ａ及び２５ｂを通過した、光の周波数がνのパルス光が光カプラ２１ｄから出力する。
【０１１０】
センシングファイバ４２を伝搬したパルス光と遅延補償ファイバ５４を伝搬したパルス光との干渉光がＯ／Ｅ変換器６０に入力される。ｉ＝０〜２のそれぞれの場合について、補正値検出器８５ａは、合成器８２の出力から−ΔＺｉ［ｍ］を算出する。そして、補正値検出器８５ａは、逆正接演算器７４の演算処理によってπから−πに移るときなどにできる−ΔＺｉ［ｍ］の不連続点を、算出した−ΔＺｉ［ｍ］から除外する。本実施の形態５のように、ｉの増加に伴い通過する光周波数シフタの数が変わる場合のＺｉは式（９）で表される。ここでは、ｎＦＳは周波数シフタの数であり、本実施の形態５のｎＦＳは２である。
【０１１１】
【数６】
2020106306.tif 000008
【０１１２】
さらに、補正値検出器８５ａは、−ΔＺｉ［ｍ］から不連続点を除去した後の値に、高い周波数の雑音を減衰させるＬＰＦ処理を行って、−＜ΔＺｉ＞を出力する。補正値検出器８５ａは、−＜ΔＺ１＞を補正値加算器８１−１にフィードバックし、−＜ΔＺ２＞を補正値加算器８１−２にフィードバックする。
【０１１３】
図１６は、本発明の実施の形態５における干渉光の位相φ及び合成器の出力の波形を示す図である。図１１は補正値が変化する状態を示している。図１６（ａ）の横軸は時間であり、縦軸は干渉光の位相φである。図１６（ｂ）の横軸は時間であり、縦軸は合成器の出力である。図１６（ａ）に破線で示したφｖは不連続点のない場合の一例である。図１６（ａ）及び図１６（ｂ）のプロットはサンプリング点である。
【０１１４】
補正値が変化すると、元の補正値−Ｚ１では補正されなかったΔＺ１が残り、合成器出力はφｗ、φｗ＋ΔＺ１、φｗ＋ΔＺ２に分かれる。差分器出力のΔＺｉの変化は周波数シフト光源２０ｂから出力されるパルス光の周波数変化に応じて変化する。復調器７０ｄは周波数シフト光源２０ｂのパルス光にタイミングを合わせて動作しているのでサンプリングの度にφｗ、φｗ＋ΔＺ１、φｗ＋ΔＺ２が入れ替わる。補正値検出器８５ａは、パルス光の周波数変化のタイミングに応じて−ΔＺ１［ｍ］と−ΔＺ２［ｍ］を求め、ＬＰＦ処理を行って−＜ΔＺ１＞と−＜ΔＺ２＞とを算出する。−Ｚｉ−＜ΔＺｉ＞で補正された後の復調器７０ｄの出力はφｗとなる。
【０１１５】
本実施の形態５の周波数シフト光源２０ｂは、パルス光源１０と、パルス光源１０から遅延補償干渉計５０に至る光伝送経路に複数の分岐点及び複数の合流点が設けられた複数の光伝送経路と、複数の遅延補償ファイバと、複数の光周波数シフタとを有する。また、復調器７０ｄは、複数の周波数に対応して干渉光の位相の変化を抽出する補正値検出器８５ａを有する。補正値検出器８５ａは、補正値の変化分を、干渉光の位相の変化を補正する補正部として機能する補正値加算器８１−１〜８１−２にフィードバックする。
【０１１６】
（本実施の形態５の効果）
実施の形態１では、周波数シフト光源２０に設けられた変調器２７がパルス光の出力レベルが一定になるようにしているため、ループ回路１５を回るパルス光にタイミングを合わせてパルス光のレベルを変調させる必要がある。本実施の形態５では、複数の光伝送路の分岐点及び合流点として機能する光カプラ２１ａ〜２１ｄの分岐又は結合の比と、光伝送経路毎の損失とが、パルス光の出力レベルが一定になるように、調整される。そのため、復調器７０ｄの動作中にパルス光の強度を変化させる必要がなくなり、復調器７０ｄの動作が安定する。そのため、復調エラーの発生が抑制される。
【０１１７】
図１７は、本発明の実施の形態５におけるＯ／Ｅ変換器出力をサンプリングした場合のスペクトルを示す図である。図１７の上段はｆｓ１＝ｆｓ２とした場合のスペクトルである。図１７の下段はｆｓ１≠ｆｓ２とした場合のスペクトルである。オシレータ２２ａを設けずに、オシレータ２２ｂが信号を光周波数シフタ２３ａ及び２３ｂの両方に供給する場合、ｆｓ１＝ｆｓ２となる。
【０１１８】
比較例で説明した周波数シフト光源２０ａ及び実施の形態１の周波数シフト光源２０の場合も、ｆｓ１＝ｆｓ２となる。この場合において、図１７の上段には、干渉した光の成分の種類を３つに分けて記載している。１つ目は、パルス光源１０から出力されたパルス光が干渉した主成分である。２つ目は、パルス光源１０からパルス光が出ていないときに漏れ出て光周波数シフタ２３ｂを通過した周波数ν＋ｆｓ１の光が干渉した成分である。３つ目は、パルス光源１０からパルス光が出ていないときに漏れ出て光周波数シフタ２３ａと光周波数シフタ２３ｂを通過した周波数ν＋２ｆｓ１の光が干渉した成分である。
【０１１９】
これらのパルス光を足し合わせた干渉光がＯ／Ｅ変換器６０に入力される。パルス光源１０のデューティー比を１／３とし、パルス幅と遅延補償ファイバ２５ａの伝搬時間と遅延補償ファイバ２５ｂの伝搬時間とを等しくすると、特許文献１に開示された連続光となる。この場合、サンプリングによる折り返しを抑えることができる。
【０１２０】
しかし、特許文献１に開示された、複数のセンシング干渉計で検出した信号を時分割多重伝送する場合では、パルス幅を遅延補償ファイバ２５ｂの伝搬時間より短くし、連続光ではなく、パルス光をサンプリングして復調するので、折り返しが発生する。ここでは、本実施の形態５において、パルス光を周波数ｆｄでサンプリングして復調する場合の動作について説明する。
【０１２１】
直流近傍の雑音、ビート周波数ｆＨの近傍に現れるビート成分、及びこれらをサンプリングすることで現れるｆｄの整数倍の周波数の近傍に現れる成分が、主成分である。周波数ｆＨの参照信号を乗算して復調するので、ｆＨの近傍に折り返し雑音のピークがあると復調出力に雑音として現れる。周波数ν＋ｆｓ１の光が干渉した成分をサンプリングすると、多くの折り返し雑音が発生する。周波数ν＋２ｆｓ１の光が干渉した成分もサンプリングすると、多くの折り返し雑音が発生する。これらの中の一部を、図１６に示した。周波数ν＋ｆｓ１の光が干渉した成分のピークがｆＨの近傍の復調出力に現れる帯域に入らないようにｆｓ１を調整することで、雑音のピークが復調器の出力に現れることを抑えることができる。
【０１２２】
しかし、ｆｓ１＝ｆｓ２としていることで、２ｆｓ１の折り返し雑音が発生することがある。本実施の形態５では、周波数ｆｓ１及びｆｓ２を個別に調整できるので、図１７の下段側に示すように、ピークが復調器の出力に現れることを抑えることができる。図１７を参照すると、ｆｓ１＝ｆｓ２の場合、復調器出力の帯域に折り返し雑音が現れている。これに対して、ｆｓ１≠ｆｓ２の場合、復調器出力の帯域に折り返し雑音が現れていない。
【０１２３】
実施の形態４の補正値検出器８５では不連続点を補正するための演算が必要である。本実施の形態５の補正値検出器８５ａでは、不連続点を除外するため、補正のための演算を省略できる。補正値検出器８５ａによるＬＰＦ処理（図１５に示したステップＳ３０３−１及びステップＳ３０３−２）では、不連続点を除外したことによる誤差を軽減する効果がある。
【０１２４】
（利用形態）
なお、上述した実施の形態１〜５は、発明を説明するための実施例であり、実施の形態１〜５で説明した内容に限定されず、また、実施の形態１〜５を組み合わせてもよい。例えば、実施の形態４及び実施の形態５では、補正値検出器を常時使用する場合で説明したが、補正値の変動が少ない場合、補正値検出器で一度検出した補正値を補正値加算器が連続して使用してもよい。この場合、演算量を軽減することができる。
【０１２５】
実施の形態３では遅延補償干渉計に光周波数シフタを用いるヘテロダイン方式の参照信号の位相項に補正値を加える例を示したが、特許文献１の第１実施形態に示されたＰＧＣ方式でも復調器の参照信号発生器から出力される参照信号の位相項に補正値を加えることで、伝搬時間差ΔＴがゼロにならない場合の復調限界の低下が抑えられ動作が安定する。
【０１２６】
実施の形態３では、差分器及び積算器を用いる場合で説明し、他の実施の形態では差分器及び積算器を用いない場合で説明したが、実施の形態３で差分器及び積算器を用いない構成にしてもよい。また、他の実施の形態において、差分器を用いてもよく、差分器及び積算器の両方を用いてもよい。
【０１２７】
実施の形態４では、差分器出力の２つのサンプルから補正値を求める演算を行う場合で説明し、実施の形態５では、逆正接演算器出力の２つのサンプルから補正値を求める場合を説明したが、これらの場合に限らない。例えば、光の周波数に応じた−Ｚｉの違いを求める演算であれば、サンプル数と演算式を変えても動作する。
【０１２８】
実施の形態４の補正値検出器８５と実施の形態５の補正値検出器８５ａにおいて、ＬＰＦ処理で雑音及び不連続点を除外することで誤差を抑える場合を説明したが、雑音が少ない場合、ＬＰＦ処理を行わなくてもよい。
【０１２９】
実施の形態１では、ループ回路１５を含む周波数シフト光源２０、センシングファイバ４２を含むセンシング干渉計４０、及び遅延補償ファイバ５４を含む遅延補償干渉計５０の順に接続した構成例を示した。実施の形態２と実施の形態３では、ループ回路１５を含む周波数シフト光源２０ａ、遅延補償ファイバ５４を含む遅延補償干渉計５０又は５０ａ、及びセンシングファイバ４２を含むセンシング干渉計４０の順に接続した構成例を示した。接続順序はこれらの構成例に限定されず、接続順序を入れ替えてもよい。ただし、ループ回路１５に時間差を持たせたパルス光を通過させると、雑音の原因になるため、ループ回路１５をいずれの干渉計よりも前段に接続することが望ましい。
【０１３０】
実施の形態１等において、光パルスゲート２４を用いてループ回路１５の３周目のパルス光を遮断する場合を説明したが、光周波数シフタ２３にパルス光を送る信号のスイッチングなどの他の手段を用いて、３周目のパルス光を遮断してもよい。
【０１３１】
周波数シフト光源２０〜２０ｂでは、光パルスゲート及び光アンプを用いる場合で説明したが、光増幅器及びパルスゲートの機能を備えた半導体光アンプを用いてもよく、光周波数シフタ及びパルスゲートを兼ね備えた音響光変調器を用いてもよい。半導体光アンプ及び音響光変調器のように複数の機能を兼ね備えた手段を、光パルスゲート及び光アンプの代わりに、用いてもよい。
【０１３２】
実施の形態１〜５では、センシング干渉計にマイケルソン干渉計を用い、遅延補償干渉計にマッハ・ツェンダ干渉計を用いる場合で説明したが、これらの場合に限らず、他の方式の干渉計を用いてもよい。実施の形態２〜５で説明した復調器が実行する復調方法を、コンピュータ等の情報処理装置に実行させてもよい。
【符号の説明】
【０１３３】
１、１ａ〜１ｄ  干渉型光ファイバセンサシステム、１０  パルス光源、１５  ループ回路、２０、２０ａ、２０ｂ  周波数シフト光源、２１、２１ａ〜２１ｄ  光カプラ、２２、２２ａ、２２ｂ  オシレータ、２３、２３ａ、２３ｂ  光周波数シフタ、２４  光パルスゲート、２５、２５ａ、２５ｂ  遅延補償ファイバ、２６  光アンプ、２７  変調器、３０  光サーキュレータ、４０  センシング干渉計、４１  光カプラ、４２  センシングファイバ、４３、４４  ミラー、５０、５０ａ  遅延補償干渉計、５１  光カプラ、５２  オシレータ、５３  光周波数シフタ、５４  遅延補償ファイバ、５５  光カプラ、５６、５７  ミラー、６０  Ｏ／Ｅ変換器、６１  分離器、７０、７０ａ〜７０ｄ  復調器、７１ａ、７１ｂ  参照信号発生器、７２ａ、７２ｂ  乗算器、７３ａ、７３ｂ  ＬＰＦ、７４  逆正接演算器、７５  不連続点補償演算器、７６ａ、７６ｂ  補正参照信号発生器、７７ａ、７７ｂ  ＡＭ復調器、８０、８０−１、８０−２、８０ａ  位相復調演算器、８１−１、８１−２  補正値加算器、８２  合成器、８３  符号反転加算器、８４  差分器、８５、８５ａ  補正値検出器、８６  フィルタ、８７  積算器、１００  干渉型光ファイバセンサシステム、７００  復調器。
【図１】
2020106306.tif 000009
【図２】
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【図３】
2020106306.tif 000011
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2020106306.tif 000019
【図１２】
2020106306.tif 000020
【図１３】
2020106306.tif 000021
【図１４】
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【図１５】
2020106306.tif 000023
【図１６】
2020106306.tif 000024
【図１７】
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