(57)【要約】【課題】  光ファイバによる長距離伝送に適した、ヘテロダイン干渉方式による光ファイバセンサを提供する。【解決手段】一つの測定用光パルスを二つに分波し、一方を参照光パルス、他方を外圧により、位相変化を受ける被参照光パルスとし、この被参照光パルスを前記参照光パルスと重ならない位置まで遅らせてた後、両方を合波し時分割多重された光信号として、同一の光ファイバを伝送させ、前記時分割多重された光信号を二つに分波し、一方に周波数変調をかけ、その周波数変調のかかった参照光パルス部分を、他方の被参照光パルス部分と重なる位置まで遅らせた後、前記他方の分波と合波し、前記周波数変調のかかった参照光パルスと被参照光パルスが重なった部分の合波出力をヘテロダイン干渉光出力とする光ファイバセンサ。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測用光パルスを、分波器により、二つに分波し、その一方を参照光パルスとし、他方を外圧により、位相変化を受ける被参照光パルスとし、被参照光パルスを、参照光パルスと被参照光パルスが時間軸上で重ならない時間位置まで遅らせた後、参照光パルスと被参照光パルスを合波器で合波し、その合波パルス列を参照光パルスと被参照光パルスとの時分割多重光信号出力とする光センサ部を備える光ファイバセンサ。
【請求項２】
「請求項１」の参照光パルスと被参照光パルスからなる時分割多重光信号を、分波器により二つに分波し、その一方を合波器に入力し、他方を音響光学変調器（ＡＯＭ：Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）に入力し、周波数変調をかけた後、前記一方の時分割多重光信号の被参照光パルスと、前記他方の周波数変調のかかった参照光パルスを、時間軸上で重なる位置までに遅らせた後、前記合波器に入力することにより、前記被参照光パルスと前記周波数変調のかかった参照光パルスとが重なる部分をヘテロダイン干渉光出力とする検出部を備える光ファイバセンサ。
【請求項３】
「請求項２」のヘテロダイン干渉光出力を電気信号に変換して、電気干渉出力とし、「請求項２」の音響光学変調器を周波数変調する駆動信号を基準位相として、前記電気干渉出力の位相変化を検出し、センサ出力とする検出部を備える光ファイバセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、光ファイバが外圧により、そこを通過する光信号の位相に変化を及ぼす特性を利用した光ファイバセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】  光ファイバセンサは、電磁的影響を受けないこと、伝送路となる光ファイバが低損失なことから、従来の電気信号センサに比べて、センサ信号を安定に長距離伝送することができる。【０００３】  光の干渉を利用したセンサ方式としては、参照光と被参照光の周波数が同じホモダイン干渉方式と、参照光と被参照光が異なる周波数のヘテロダイン干渉方式がある。
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  ホモダイン干渉方式は、構成は簡単であるが、その干渉出力は光強度の変化として検出されるが、他に光強度の変動要因として、光ファイバ伝送路の損失変動、参照光、被参照光との比率変動、分波器、合波器の損失変動などが含まれる為、これらが検出誤差となっていた。
【０００５】  ヘテロダイン干渉方式では、センサ部で干渉出力を得るためには、被参照光と異なる周波数の参照光を発生する必要があり、電源ならびに電気回路が必要となるため、電磁的影響を受け易く、光センサとしての利点が失われることとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  本発明では、光強度の変動に強いヘテロダイン干渉方式を用いる。
【０００７】  本発明のセンサ部では、計測用光パルスを分波器で２波に分波して、一方を参照光パルス、他方をセンサとして、外圧により位相変化を受ける被参照光パルスとし、被参照光パルスは参照光パルスに対して一定時間遅らせて、時間軸上で重ならない時間関係に設定し、前記参照光パルスと一定の遅延を受けた被参照光パルスを合波器で合波することにより、参照光パルスと被参照光パルスが時分割多重光信号として出力される。
【０００８】  本発明の検出部では、前記時分割多重光信号を分波器で２波に分波し、一方を合波器に入力し、他方を音響光学変調器（ＡＯＭ：Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）に入力し、周波数変調のかかった時分割多重光信号とする。
【０００９】  前記周波数変調のかかった時分割多重光信号の中の参照光パルス部分を、前記２波に分波した一方の時分割多重光信号の中の被参照光パルス部分とを時間軸上で重なる時間位置まで遅延させた後、前記合波器に入力する。
【００１０】  前記合波器出力の前記周波数変調のかかった参照光パルス部分と前記被参照光パルス部分の重なった部分が、本発明におけるヘテロダイン干渉光信号となる。
【００１１】  前記音響光学変調器（ＡＯＭ）を駆動する駆動信号を基準位相として、前記ヘテロダイン干渉光信号を電気信号に変換したヘテロダイン干渉電気信号の位相変化を検出し、センサ出力とする。
【発明の効果】
【００１２】  本発明では、センサ部において、参照光と被参照光を時分割多重して、同一の光ファイバを伝送し、伝送途中では参照光と被参照光との相対位相関係は保たれることを前提とする。
【００１３】  本発明では、センサ部から検出部に到達した参照光に周波数変調をかけて、検出部で被参照光と干渉させてヘテロダイン干渉出力を得るため、センサ部に電気回路は不要となる。
【００１４】  本発明のセンサ部では、被参照光を遅らせるため、遅延用に光ファイバを用いるが、この部分も外圧を検出するセンサとして利用できる。
【００１５】  本発明では、計測用に光パルスを使用しているため、センサ出力は離散的信号となるが、計測用光パルスの周期の半分の周波数までの連続信号を復調することができる。
【００１６】  本発明では、一回の計測用光パルスによって、複数の時分割多重光信号を発生させ、それらが重ならないように遅延させて、同一の光ファイバに時分割多重することにより複数のセンサ信号を多重伝送できる。
【実施例による説明】
【００１７】［図１］本発明における光前進型のセンサ部を示す。
計測用の光パルスａは分波器Ａ１でｂ，ｃの２つに分波されて、ｂは参照光、ｃは被参照光となりｃはセンサとなる外圧Ｃ１が加えられた後遅延ファイバＤ１を経てｄとして、ｂとともに合波器Ｂ１に入り、合波出力ｅ１として検出部に送られる。
【００１８】［図２］本発明における光後進型のセンサ部を示す。
計測用の光パルスａは分波器Ａ２でｂ，ｃの２つに分波されて、ｂは参照光、ｃは被参照光となり、ｃはセンサとなる外圧Ｃ２が加えられた後遅延ファイバＤ２を経て、反射鏡Ｅ２で戻されｄとなり、同様に反射鏡Ｅ１で戻されたｂとともに合波器Ｂ２に入り、合波出力ｅ１として検出部に送られる。
【００１９】［図３］本発明の光センサ部（図１、図２）の動作タイムチャートを示す。
ａはセンサ部に入力する計測用光パルス。
ｂは２分波された一方の光パルスで、参照光（ｒ）となる。
ｃは２分波された他方の光パルスで、被参照光（ｓ）となる。
ｄはｃが外圧を受けた後、遅延ファイバＤ１／Ｄ２により参照光（ｒ）パルスに重ならない時間位置まで遅らされて被参照光（ｓ）パルスとなる。
ｅ１はｂ、ｄを入力とした参照光（ｒ）パルスと被参照光（ｓ）パルスの合波時分割多重光信号出力。
【００２０】［図４］本発明の検出部を示す。
センサ部から送られたｅ１は、ｅ２として検出部の分波器Ａ３に入り、ｇ１、ｇ２の二つに分波される。
ｇ１は合波器Ｂ３に入り、ｇ２は音響光学変調器（ＡＯＭ）Ｈに入る。Ｈでは信号発生器Ｇからの駆動信号ｉ１により、ｇ２が周波数変調され、その出力ｈの参照光（ｒ１）パルスがｇ１の被参照光（ｓ）パルスと時間軸上で重なる位置まで遅延ファイバＤ３により遅らされて、ｊとして合波器Ｂ３に入りｇ１と合波され、光合波出力ｋとなる。光合波出力ｋは光ー電気変換器Ｆにより電気信号１に変換されて位相比較器Ｊに入る。位相比較器Ｊでは、信号発生器Ｇからの駆動信号ｉ２を基準位相として、１の位相変化を検出、ｍとしてセンサ出力回路Ｋに入力する。センサ出力回路Ｋでは、入力ｍの中で、前記ｇ１の被参照光（ｓ）パルスとｊの周波数変調された参照光（ｒ１）パルスとが重なる部分の合波出力のみをヘテロダイン干渉光とし、この時間位置に相当する部分を取り出す制御信号ｎにより、その出力を制御、保持して、センサ出力ｐを得る。
【００２１】［図５］本発明の検出部（図４）の動作タイムチャートを示す。
ｅ２はセンサ部より送られた時分割多重光信号ｅ１の受信信号。
前に参照光（ｒ）パルス、後に被参照光（ｓ）パルスの光パルスが連なる。
ｇ１、ｇ２は分波器Ａ３によりｅ２入力を分波した出力。
ｈはｇ２を音響光学変調器Ｈで周波数変調した出力。
ｇ２の参照光（ｒ）パルスが周波数変調されて参照光（ｒ１）パルスに、被参照光（ｓ）パルスが周波数変調されて被参照光パルス（ｓ１）となる。
ｊはｈの参照光（ｒ１）パルスがＤ３の遅延により、ｇ１の被参照光（ｓ）パルスと時間軸上で重なる位置まで遅らされる。
ｋ、ｌはｇ１、ｊの合波器Ｂ３の光信号出力およびその電気変換信号出力である。
ｒはｇ１の参照光（ｒ）パルスに相当する信号、ｔはｇ１の被参照光（ｓ）パルスとｊの参照光（ｒ１）パルスの合波出力すなわちヘテロダイン干渉光出力信号、ｓ１はｊの被参照光（ｓ１）パルスに相当する信号。
ｎはセンサ出力回路Ｋを制御する制御信号で、前記ヘテロダイン干渉信号出力ｔの位置にある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の光前進型のセンサ部
【図２】本発明の光後進型のセンサ部
【図３】本発明のセンサ部の動作タイムチャート
【図４】本発明の検出部
【図５】本発明の検出部の動作タイムチャート
【符号の説明】
【００２３】Ａ１，Ａ２：分波器
Ｂ１，Ｂ２：合波器
Ｃ１、Ｃ２：外圧部分
Ｄ１、Ｄ２：遅延用光ファイバ
Ｅ１、Ｅ２：反射鏡
Ａ３：分波器  Ｂ３：合波器
Ｇ  ：信号発生器
Ｈ  ：音響光学変調器  Ｄ３  ：遅延ファイバ
Ｆ  ：光ー電気変換器
Ｊ  ：位相比較器
Ｋ  ：センサ出力回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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