(57)【要約】【課題】センシングする信号の位相変化が速くても追従し、復調に用いる周波数帯を拡張することができる干渉型光ファイバセンサを提供する。【解決手段】光源部１１と、位相変調された複数のパルス光をパルス列を複数回互いに時間をずらして出力する検出部２１と、パルス列に基づいてパルス波形を出力する受光素子とを備えた干渉型光ファイバセンサ１であって、光源部１１は、連続光を予め定めたサンプリング周期で抽出することで、該サンプリング周期ごとに単一のパルス光を出力するパルス光源３１と、単一のパルス光を予め定めた帰還回数で帰還させ、複数のパルス光を出力する帰還回路とを備え、帰還回路のそれぞれに対し、帰還回数を調整し、複数のパルス光のパルス光周期をサンプリング周期よりも短い間隔に設定する。【選択図】図１
2014095633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のパルス光を出力する光源部と、
前記複数のパルス光の位相を測定信号に基づいて変調することで、位相変調された前記複数のパルス光をパルス列として該パルス列を複数回互いに時間をずらして出力する検出部と、
前記パルス列に基づいてパルス波形を出力する受光素子と
を備えた干渉型光ファイバセンサであって、
前記光源部は、
連続光を予め定めたサンプリング周期で抽出することで、該サンプリング周期ごとに単一のパルス光を出力する光源と、
前記単一のパルス光を予め定めた帰還回数で帰還させ、前記複数のパルス光を出力する帰還回路と
を備え、
前記帰還回路のそれぞれに対し、前記帰還回数を調整し、前記複数のパルス光のパルス光周期を前記サンプリング周期よりも短い間隔に設定する
ことを特徴とする干渉型光ファイバセンサ。
【請求項２】
前記帰還回路は、
互いに異なるシフト周波数の信号を発生する変調信号発生器と、
前記単一のパルス光の周波数を前記シフト周波数に基づいてシフトして前記複数のパルス光を出力する光周波数シフタと、
前記複数のパルス光の該パルス光同士の帰還間隔を調整する遅延調整ファイバと、
前記帰還間隔ごとに帰還する前記帰還回数及び前記光周波数シフタが出力する前記複数のパルス光の前記パルス光周期を調整する光パルスゲートと
を備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の干渉型光ファイバセンサ。
【請求項３】
前記帰還回路は、
前記複数のパルス光の該パルス光同士の帰還間隔を調整する遅延調整ファイバと、
前記単一のパルス光の周波数をシフトして前記複数のパルス光を出力する光周波数シフタと、
互いに異なるシフト周波数の信号を発生し、該シフト周波数に基づいて前記光周波数シフタが出力する前記複数のパルス光の周波数をシフトさせ、前記帰還間隔ごとに帰還する前記帰還回数及び前記光周波数シフタが出力する前記複数のパルス光の前記パルス光周期を調整する光パルスゲート付変調信号発生器と
を備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の干渉型光ファイバセンサ。
【請求項４】
前記帰還回路は、
互いに異なるシフト周波数の信号を発生する変調信号発生器と、
前記単一のパルス光の周波数を前記シフト周波数に基づいてシフトして前記複数のパルス光を出力する光周波数シフタと、
前記複数のパルス光の該パルス光同士の帰還間隔を調整する遅延調整ファイバと、
前記帰還間隔ごとに帰還する前記帰還回数及び前記光周波数シフタが出力する前記複数のパルス光の第１パルス光周期を調整する第１光パルスゲートと、
前記第１パルス光周期とは異なる周期に設定された第２パルス光周期に基づいて、前記光周波数シフタが出力した前記複数のパルス光の前記パルス光周期を調整する第２光パルスゲートと
を備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の干渉型光ファイバセンサ。
【請求項５】
前記帰還回路は、
前記複数のパルス光の該パルス光同士の帰還間隔を調整する遅延調整ファイバと、
前記単一のパルス光の周波数をシフトして前記複数のパルス光を出力する光周波数シフタと、
互いに異なるシフト周波数の信号を発生し、該シフト周波数に基づいて前記光周波数シフタが出力する前記複数のパルス光の周波数をシフトさせ、前記帰還間隔ごとに帰還する前記帰還回数及び前記光周波数シフタが出力する前記複数のパルス光の第１パルス光周期を調整する光パルスゲート付変調信号発生器と、
前記第１パルス光周期とは異なる周期に設定された第２パルス光周期に基づいて、前記光周波数シフタが出力した前記複数のパルス光の前記パルス光周期を調整する第２光パルスゲートと
を備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の干渉型光ファイバセンサ。
【請求項６】
前記帰還回路は、
前記パルス光の周波数を前記パルス光のサンプリング周波数よりも高く設定し、前記複数のパルス光の出力タイミングを調整する
ことを特徴とする請求項２〜５の何れか一項に記載の干渉型光ファイバセンサ。
【請求項７】
前記帰還回路は、
前記シフト周波数のそれぞれを前記サンプリング周波数よりも高い値であって、一定値に設定する
ことを特徴とする請求項６に記載の干渉型光ファイバセンサ。
【請求項８】
前記光変調器で出力する前記パルス波形のうち、前記パルス光の周波数を超える前記パルス波形を遮断し、該パルス光の周波数を超えない前記パルス波形を通過するフィルタと、
前記フィルタを通過した前記パルス波形から前記測定信号を抽出する処理部と
を備えた
ことを特徴とする請求項７に記載の干渉型光ファイバセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉型光ファイバセンサに関し、特に、光周波数シフタの出力波形のタイミングを調整することにより、センシングする信号の位相変化が速くても追従しつつ、復調処理に用いる周波数帯域を拡張する干渉型光ファイバセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
干渉型光ファイバセンサは、センシングファイバを光ファイバ干渉計のアームとして用いたものである。具体的には、干渉型光ファイバセンサは、検出する物理量を、センシングファイバの歪みに変える。センシングファイバが歪むにつれ、干渉光は変化する。そこで、干渉型光ファイバセンサは、センシングファイバの歪みに応じて干渉光が変化することを利用することにより、検出する物理量を測定可能とする。これにより、干渉型光ファイバセンサは、さまざまな物理量を検出し、測定することが可能となる。
【０００３】
例えば、非特許文献１及び非特許文献２には、音響信号を検出するセンサが記載されている。また、非特許文献３には、磁気信号を検出するセンサが記載されている。非特許文献１〜３においては、干渉型光ファイバセンサは、時分割多重伝送系による光伝送回路を構成しているため、パルス光が用いられている。
【０００４】
パルス光を用いる干渉型光ファイバセンサは、パルス光をサンプリングして復調する過程でエイリアシング、すなわち、折り返し雑音による雑音の増加が発生する。これに対し、周波数が異なる複数のビートを発生させ、サンプリング数を増やすことにより、折り返し雑音を低減する構成が特許文献１に記載されている。
【０００５】
図１８は、特許文献１に示された従来の干渉型光ファイバセンサ４００１の構成の一例を示す図である。図１８に示すように、干渉型光ファイバセンサ４００１は、光源部１５、検出部２１、Ｏ／Ｅ（Ｏｐｔｉｃａｌ／Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ）変換器２２、及び処理部２４を備える。
【０００６】
光源部１５は、パルス光源３１、光カプラ３３、光カプラ３５、及び光アンプ３９を備え、光カプラ３３と、光カプラ３５との間に、変調信号発生器６２及び光周波数シフタ６３と、変調信号発生器７２、光周波数シフタ７３、及び遅延補償ファイバ３７とを備え、パルス光を出力する。
【０００７】
具体的には、パルス光源３１から出力されるパルス光は光カプラ３３で２つに分岐される。光カプラ３３で分岐されたパルス光の一方は、音響振動子による音響光学効果を利用して光の周波数をシフトする光周波数シフタ６３で周波数変調する。光カプラ３３で分岐されたパルス光の他方は、音響振動子による音響光学効果を利用して光の周波数をシフトする光周波数シフタ７３で周波数変調し、遅延補償ファイバ３７で遅延させる。光カプラ３５は、光周波数シフタ６３の出力波形と、遅延補償ファイバ３７の出力波形とを１本の光ファイバ内に結合させ、光アンプ３９に出力する。光アンプ３９は、光カプラ３５からの出力波形を増幅し、検出部２１に供給する。
【０００８】
図１９は、特許文献１に示された従来の検出部２１の構成の一例を示す図である。図１９に示すように、検出部２１は、光カプラ２０１、光カプラ２０２、光カプラ２０３、光カプラ２０４、第１遅延ファイバ２５１、第２遅延ファイバ２５３、第１センシング干渉計２１１、第２センシング干渉計２１２、及び第３センシング干渉計２１３を備え、第１信号、第２信号、及び第３信号等の物理量を検出する。
【０００９】
具体的には、光源部１５から送出されたパルス光は、光カプラ２０１で２つに分岐され一方は第１センシング干渉計２１１に供給され、他方は光カプラ２０３に供給される。光カプラ２０３に供給されたパルス光は２つに分岐され、一方は第２センシング干渉計２１２に供給され、他方は第３センシング干渉計２１３に供給される。
【００１０】
第１センシング干渉計２１１は、第１センシングファイバ２２１、光カプラ２２３、ミラー２２５、及びミラー２２７を備え、第１センシングファイバ２２１を介して光カプラ２０２にパルス光を出力したり、第１センシングファイバ２２１を介さずに光カプラ２０２にパルス光を出力したりする。
【００１１】
第２センシング干渉計２１２は、第２センシングファイバ２３１、光カプラ２３３、ミラー２３５、及びミラー２３７を備え、第２センシングファイバ２３１を介して光カプラ２０４にパルス光を出力したり、第２センシングファイバ２３１を介さずに光カプラ２０４にパルス光を出力したりする。
【００１２】
第３センシング干渉計２１３は、第３センシングファイバ２４１、光カプラ２４３、ミラー２４５、及びミラー２４７を備え、第３センシングファイバ２４１及び第２遅延ファイバ２５３を介して光カプラ２０４にパルス光を出力したり、第３センシングファイバ２４１を介さず第２遅延ファイバ２５３のみを介して光カプラ２０４にパルス光を出力したりする。
【００１３】
光カプラ２０４は、第２センシング干渉計２１２又は第３センシング干渉計２１３から供給されるパルス光を１本のファイバ内に結合させ、第１遅延ファイバ２５１を介して光カプラ２０２に供給する。
【００１４】
光カプラ２０２は、第１センシング干渉計２１１又は光カプラ２０４から供給されるパルス光を１本のファイバ内に結合させ、パルス列としてＯ／Ｅ変換器２２に供給する。
【００１５】
Ｏ／Ｅ変換器２２は、受光素子を用いることで供給されたパルス列を電気信号に変換し、パルス波形としたものを処理部２４に供給する。
【００１６】
図２０は、特許文献１に示された従来の処理部２４の構成の一例を示す図である。図２０に示すように、処理部２４は、Ａ／Ｄ変換器３０１、参照信号発生器３１１〜３１６、乗算器３３１〜３３６、ＬＰＦ（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）３５１〜３５６、逆正接演算器３７１、３７３、３７５、及び不連続点補償演算器３９１、３９３、３９５を備える。Ａ／Ｄ変換器３０１は、パルス波形をデジタル信号に変換する。参照信号発生器３１１〜３１６は、第１センシング干渉計２１１、第２センシング干渉計２１２、及び第３センシング干渉計２１３の各出力に対応するタイミングと周波数を調整する参照信号を発生する。乗算器３３１〜３３６、ＬＰＦ３５１〜３５６、逆正接演算器３７１、３７３、３７５、及び不連続点補償演算器３９１、３９３、３９５は、参照信号に基づいて、第１センシングファイバ２２１で検出した第１信号、第２センシングファイバ２３１で検出した第２信号、及び第３センシングファイバ２４１で検出した第３信号をそれぞれ復調する。
【００１７】
図２１は、特許文献１に示された従来のパルス光源３１の出力波形及び光周波数シフタ６３、７３の出力光周波数の一例を示す図である。これらの波形は、Ｏ／Ｅ変換器２２を介して観測される光パワーの波形である。パルス光源出力波形に付記された数字は、パルス光源３１から出力されたパルス光の順番を示す番号を意味するものである。干渉型光ファイバセンサ４００１は、周波数の異なる光を干渉させ、Ｏ／Ｅ変換器２２でＯ／Ｅ変換させ、光周波数の差の周波数のビートを発生させる。パルス光源３１のパルス光の出力タイミングと、光周波数シフタ６３、７３の出力タイミングとを合わせることで、光周波数シフタ６３から出力されるパルス光と、光周波数シフタ７３から出力されるパルス光とが干渉する。このとき、Ｏ／Ｅ変換器２２でＯ／Ｅ変換されたときに発生するビート周波数は、ｆｆ１−ｆｂ１、ｆｆ２−ｆｂ２、及びｆｆ３−ｆｂ３を順次繰り返すように設定される。また、シフト周波数ｆｆ１、ｆｂ１、ｆｆ２、ｆｂ２、ｆｆ３、ｆｂ３は、互いに干渉したときに発生するビート周波数ｆｆ１−ｆｂ１、ｆｆ２−ｆｂ２、及びｆｆ３−ｆｂ３の比率が２ｎ−１（ｎ＝１、２、３、・・・：ｎは自然数）となるように設定される。なお、パルス繰り返し周期の設定においては、光周波数シフタ６３、７３の応答時間はパルス光が通過していない時間内に収まるように設定されている。
【００１８】
つまり、パルス繰り返し周期、すなわち、パルス光の周波数は、光周波数シフタ６３、７３の特性に依存するものとなっていた。
【００１９】
図２２は、特許文献１に示された従来の干渉型光ファイバセンサ４００１の光源部１５の仕様の一例を示す図である。図２２に示すように、パルス光源のパルスの繰り返し周期は９τに設定されている。上記で説明したように、パルス光のパルス繰り返し周期は、光周波数シフタ６３、７３の特性に依存するため、この場合においては、パルス光のパルス繰り返し周期９τよりも短い周期、すなわち、パルス光の周波数を１／９τよりも高く設定することができないものであった。
【００２０】
図２３は、特許文献１に示された従来のパルス光源３１の出力パルス光及びＯ／Ｅ変換器２２の入出力波形の一例を説明する図である。図２３に示すように、Ｏ／Ｅ変換器２２の出力波形は電圧波形であり、電圧が変動するものについては、変動範囲となる領域が網掛け表示で示されている。Ｏ／Ｅ変換器２２の出力波形であるＩＡ、ＩＢ、及びＩＣはＡ／Ｄ変換器３０１でデジタル信号に変換するときのサンプリング対象のパルス光である。ＩＡのｆｆ１−ｆｂ１、ＩＢのｆｆ２−ｆｂ２、及びＩＣのｆｆ３−ｆｂ３は、第１センシングファイバ２２１で検出した第１信号だけを含んでおり、ＩＡ、ＩＢ、及びＩＣのＡ／Ｄ変換器３０１の出力結果に基づいて第１信号が復調される。
【００２１】
ただし、厳密には、ＩＡのｆｆ１−ｆｂ１、ＩＢのｆｆ２−ｆｂ２、及びＩＣのｆｆ３−ｆｂ３は、第１信号以外にも遅延補償ファイバ３７から入力される雑音等も含んでいるが、上記の説明は、他のセンシングファイバ、例えば、第２センシングファイバ２３１で検出された第２信号及び第３センシングファイバ２４１で検出された第３信号は含まないという意味である。この観点から以後の説明においても第１信号だけを含むとして説明する。
第２信号においても第１信号の場合と同様に、ＩＡのｆｆ３−ｆｂ３、ＩＢのｆｆ１−ｆｂ１、及びＩＣのｆｆ２−ｆｂ２は、第２信号だけを含んでおり、ＩＡ、ＩＢ、及びＩＣのＡ／Ｄ変換器３０１の出力結果に基づいて第１信号が復調される。
第３信号においても第１、２信号の場合と同様に、ＩＡのｆｆ２−ｆｂ２、ＩＢのｆｆ３−ｆｂ３、及びＩＣのｆｆ１−ｆｂ１は、第３信号だけを含んでおり、ＩＡ、ＩＢ、及びＩＣのＡ／Ｄ変換器３０１の出力結果に基づいて第１信号が復調される。
【００２２】
図２４は、特許文献１に示された従来のＡ／Ｄ変換器３０１の出力パワースペクトルを説明する図である。図２４に示すように、Ａ／Ｄ変換器３０１の出力パワースペクトルが、ＩＡ、ＩＢ、及びＩＣの３つの場合でそれぞれ示されている。ｆｆ１−ｆｂ１、ｆｆ２−ｆｂ２、及びｆｆ３−ｆｂ３の３つの周波数帯のそれぞれには、第１センシングファイバ２２１、第２センシングファイバ２３１、及び第３センシングファイバ２４１の何れか１つで検出された信号だけが含まれるビートが発生する。
【００２３】
別のセンシングファイバ等から入力される雑音を含むビートとそのビートの側波帯、折り返しで発生したビートとそのビートの側波帯は、ｆｆ１−ｆｂ１、ｆｆ２−ｆｂ２、及びｆｆ３−ｆｂ３の３つの周波数帯のいずれよりも高い周波数帯域で発生する。これにより、第１信号、第２信号、及び第３信号が復調される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】特願２０１２−４４５４９号
【非特許文献】
【００２５】
【非特許文献１】Ｇ．Ａ．Ｃｒａｎｃｈ  ｅｔ  ａｌ．，“Ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  ａ  ｌａｒｇｅ−ａｐｅｒｔｕｒｅ，ｓｅａｂｅｄ，ｆｉｂｅｒ−ｏｐｔｉｃ  ｈｙｄｒｏｐｈｏｎｅ  ａｒｒａｙ，”Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ，Ｖｏｌ．１１５，Ｎｏ．６，ｐｐ．２８４８−２８５８（２００４）
【非特許文献２】佐藤陵沢、他３名、「光ファイバハイドロホンの開発」、電子情報通信学会技術研究報告、平成７年５月、ＯＰＥ９５−２、ｐ．７−１２
【非特許文献３】Ｒｙｏｔａｋｕ  ＳＡＴＯ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ  Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ  Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｏｎ，”Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｐｐ．８１７−８２０（２００７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
ところで、センシングする信号の周波数が高い場合やセンシングする信号のレベルが大きい場合には、センシングする光の位相変化が速い。このため、速い位相変化に追従できる必要がある。
【００２７】
そこで、速い位相変化に追従するには、光周波数シフタの出力波形の周波数を高くしなければならない。
【００２８】
しかしながら、光周波数シフタの出力波形の周波数を変更するには、光周波数シフタが内蔵する音響振動子により音響光学効果を発生させたときのセルの音場が変わるまでの時間を必要としていた。
【００２９】
このことは、干渉型光ファイバセンサは、光や電気よりも遅い音の速度の影響を受けることを意味していた。つまり、光周波数シフタの出力波形の周波数を調整するシフト周波数の変化に対する応答時間は、各種半導体を用いたＯ／Ｅ変換器等の光変調器と比べて長い応答時間となった。
【００３０】
よって、光周波数シフタの出力波形の周波数は、音響振動子の物理特性に依存するため、ある程度以上はその周波数を高くすることができなかった。
【００３１】
したがって、センシングする信号の位相変化が速い場合に追従できないという問題点があった。
【００３２】
また、Ａ／Ｄ変換器出力のパワースペクトルには、復調処理に不要なビートと側波帯とが発生していた。このため、このような復調処理に不要なビートと側波帯とに対応した周波数帯域を予め確保しておかなければならなかった。
【００３３】
よって、復調処理に用いることができないビート及び側波帯用の周波数帯域を確保したことにより、復調処理に用いることができる周波数帯域は狭くなっていた。
【００３４】
したがって、復調処理に用いる周波数帯域を拡張できないという問題点があった。
【００３５】
この結果、センシングする信号の位相変化が速い場合に追従できず、復調処理に用いる周波数帯域も拡張できないという問題点があった。
【００３６】
そのため、センシングする信号の位相変化が速くても追従しつつ、復調処理に用いる周波数帯域を拡張することができる干渉型光ファイバセンサが望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
本発明の実施の形態において、複数のパルス光を出力する光源部と、前記複数のパルス光の位相を測定信号に基づいて変調することで、位相変調された前記複数のパルス光をパルス列として該パルス列を複数回互いに時間をずらして出力する検出部と、前記パルス列に基づいてパルス波形を出力する受光素子とを備えた干渉型光ファイバセンサであって、前記光源部は、連続光を予め定めたサンプリング周期で抽出することで、該サンプリング周期ごとに単一のパルス光を出力する光源と、前記単一のパルス光を予め定めた帰還回数で帰還させ、前記複数のパルス光を出力する帰還回路とを備え、前記帰還回路のそれぞれに対し、前記帰還回数を調整し、前記複数のパルス光のパルス光周期を前記サンプリング周期よりも短い間隔に設定するものである。
【００３８】
ここで、光源は、例えば、パルス光源等が相当するが、特にこれに限定しない。
【００３９】
また、本発明の実施の形態において、前記帰還回路は、互いに異なるシフト周波数の信号を発生する変調信号発生器と、前記単一のパルス光の周波数を前記シフト周波数に基づいてシフトして前記複数のパルス光を出力する光周波数シフタと、前記複数のパルス光の該パルス光同士の帰還間隔を調整する遅延調整ファイバと、前記帰還間隔ごとに帰還する前記帰還回数及び前記光周波数シフタが出力する前記複数のパルス光の前記パルス光周期を調整する光パルスゲートとを備えるものである。
【００４０】
また、本発明の実施の形態において、前記帰還回路は、前記複数のパルス光の該パルス光同士の帰還間隔を調整する遅延調整ファイバと、前記単一のパルス光の周波数をシフトして前記複数のパルス光を出力する光周波数シフタと、互いに異なるシフト周波数の信号を発生し、該シフト周波数に基づいて前記光周波数シフタが出力する前記複数のパルス光の周波数をシフトさせ、前記帰還間隔ごとに帰還する前記帰還回数及び前記光周波数シフタが出力する前記複数のパルス光の前記パルス光周期を調整する光パルスゲート付変調信号発生器とを備えるものである。
【００４１】
また、本発明の実施の形態において、前記帰還回路は、互いに異なるシフト周波数の信号を発生する変調信号発生器と、前記単一のパルス光の周波数を前記シフト周波数に基づいてシフトして前記複数のパルス光を出力する光周波数シフタと、前記複数のパルス光の該パルス光同士の帰還間隔を調整する遅延調整ファイバと、前記帰還間隔ごとに帰還する前記帰還回数及び前記光周波数シフタが出力する前記複数のパルス光の第１パルス光周期を調整する第１光パルスゲートと、前記第１パルス光周期とは異なる周期に設定された第２パルス光周期に基づいて、前記光周波数シフタが出力した前記複数のパルス光の前記パルス光周期を調整する第２光パルスゲートとを備えるものである。
【００４２】
また、本発明の実施の形態において、前記帰還回路は、前記複数のパルス光の該パルス光同士の帰還間隔を調整する遅延調整ファイバと、前記単一のパルス光の周波数をシフトして前記複数のパルス光を出力する光周波数シフタと、互いに異なるシフト周波数の信号を発生し、該シフト周波数に基づいて前記光周波数シフタが出力する前記複数のパルス光の周波数をシフトさせ、前記帰還間隔ごとに帰還する前記帰還回数及び前記光周波数シフタが出力する前記複数のパルス光の第１パルス光周期を調整する光パルスゲート付変調信号発生器と、前記第１パルス光周期とは異なる周期に設定された第２パルス光周期に基づいて、前記光周波数シフタが出力した前記複数のパルス光の前記パルス光周期を調整する第２光パルスゲートとを備えるものである。
【００４３】
また、本発明の実施の形態において、前記帰還回路は、前記パルス光出力周波数を前記パルス光のサンプリング周波数よりも高く設定し、前記複数のパルス光の出力タイミングを調整するものである。
【００４４】
また、本発明の実施の形態において、前記帰還回路は、前記シフト周波数のそれぞれを前記サンプリング周波数よりも高い値であって、一定値に設定するものである。
【００４５】
また、本発明の実施の形態においては、前記光変調器で出力する前記パルス波形のうち、前記パルス光出力周波数を超える前記パルス波形を遮断し、該パルス光出力周波数を超えない前記パルス波形を通過するフィルタと、前記フィルタを通過した前記パルス波形から前記測定信号を抽出する処理部とを備えるものである。
【発明の効果】
【００４６】
本発明は、光周波数シフタの出力波形のタイミングを調整することにより、センシングする信号の位相変化が速くても追従しつつ、復調処理に用いる周波数帯域を拡張することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態１における干渉型光ファイバセンサ１の構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１における検出部２１の構成の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１における処理部２４の構成の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１における干渉型光ファイバセンサ１の光源部１１の仕様の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１における光源部１１の出力パルス光及びＯ／Ｅ変換器２２の入出力波形の一例を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態１におけるＡ／Ｄ変換器３０１の出力パワースペクトルを説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態２における干渉型光ファイバセンサ１００１の構成の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２における干渉型光ファイバセンサ１００１の光源部１２の仕様の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２における光源部１２の出力波形及びＯ／Ｅ変換器２２の入出力波形の一例を説明する図である。
【図１０】本発明の実施の形態２におけるＡ／Ｄ変換器３０１の出力パワースペクトルを説明する図である。
【図１１】本発明の実施の形態３における干渉型光ファイバセンサ２００１の構成の一例を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態３における干渉型光ファイバセンサ２００１の光源部１３の仕様の一例を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態３における光源部１３の出力パルス光及びＯ／Ｅ変換器２２の入出力波形の一例を説明する図である。
【図１４】本発明の実施の形態３におけるＡ／Ｄ変換器３０１の出力パワースペクトルを説明する図である。
【図１５】本発明の実施の形態４における干渉型光ファイバセンサ３００１の構成の一例を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態４における干渉型光ファイバセンサ３００１の光源部１４の仕様の一例を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態４における光源部１４の出力パルス光及びＯ／Ｅ変換器２２の入出力波形の一例を説明する図である。
【図１８】特許文献１に示された従来の干渉型光ファイバセンサ４００１の構成の一例を示す図である。
【図１９】特許文献１に示された従来の検出部２１の構成の一例を示す図である。
【図２０】特許文献１に示された従来の処理部２４の構成の一例を示す図である。
【図２１】特許文献１に示された従来のパルス光源３１の出力波形及び光周波数シフタ６３、７３の出力光周波数の一例を示す図である。
【図２２】特許文献１に示された従来の干渉型光ファイバセンサ４００１の光源部１５の仕様の一例を示す図である。
【図２３】特許文献１に示された従来のパルス光源３１の出力パルス光及びＯ／Ｅ変換器２２の入出力波形の一例を説明する図である。
【図２４】特許文献１に示された従来のＡ／Ｄ変換器３０１の出力パワースペクトルを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下、本発明の実施の形態１について、図面を用いて詳細に説明する。
【００４９】
実施の形態１．
＜構成の説明＞
図１は、本発明の実施の形態１における干渉型光ファイバセンサ１の構成の一例を示す図である。干渉型光ファイバセンサ１は、光源部１１、検出部２１、Ｏ／Ｅ（Ｏｐｔｉｃａｌ／Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ）変換器２２、フィルタ２３、及び処理部２４を備える。干渉型光ファイバセンサ１は、光源部１１で出力したパルス光を、検出部２１で検出した測定信号に基づいて変調し、Ｏ／Ｅ変換器２２で変換後にフィルタで特定の周波数帯域の信号を除去し、処理部２４で測定信号を復調するものである。
【００５０】
光源部１１は、パルス光源３１、光カプラ３３、光カプラ３５、遅延補償ファイバ３７、光アンプ３９、第１帰還回路５１、及び第２帰還回路５２を備え、複数のパルス光を出力するものである。
【００５１】
パルス光源３１は、光カプラ３３と接続されており、連続光を予め定めたサンプリング周期で抽出することで、一定波長の単一のパルス光を生成し、サンプリング周期ごとにその単一のパルスを光カプラ３３に出力する。
なお、パルス光源３１の出力側には、経路点Ａが設定されている。
【００５２】
光カプラ３３は、入力されたパルス光を分岐したり、一つに重畳したりするものである。光カプラ３３は、入力側がパルス光源３１に接続され、出力側が２つに分岐し、一方が第１帰還回路５１に接続され、他方が第２帰還回路５２に接続されている。光カプラ３３は、パルス光源３１から単一のパルス光が入力されると、第１帰還回路５１と、第２帰還回路５２とに出力する。
【００５３】
第１帰還回路５１は、入力側が光カプラ３３に接続され、出力側が光カプラ３５に接続される。第１帰還回路５１は、帰還側第１光カプラ６１、変調信号発生器６２、光周波数シフタ６３、帰還側第２光カプラ６５、遅延調整ファイバ６７、及び第１光パルスゲート６９を備える。第１帰還回路５１は、帰還側第２光カプラ６５、遅延調整ファイバ６７、第１光パルスゲート６９、帰還側第１光カプラ６１、及び光周波数シフタ６３が順に接続されることにより、パルス光が帰還する回路を形成する。第１帰還回路５１は、パルス光を、予め定めた帰還回数で、帰還側第２光カプラ６５、遅延調整ファイバ６７、第１光パルスゲート６９、帰還側第１光カプラ６１、及び光周波数シフタ６３を帰還させることにより、パルス光源３１のサンプリング周期よりも短い間隔のパルス光周期を設定する。
【００５４】
帰還側第１光カプラ６１は、光カプラ３３に接続され、第１光パルスゲート６９に接続され、光周波数シフタ６３に接続されている。帰還側第１光カプラ６１は、光カプラ３３から入力された単一のパルス光を光周波数シフタ６３に出力する。帰還側第１光カプラ６１は、第１光パルスゲート６９から入力されたパルス光を光周波数シフタ６３に出力する。
【００５５】
変調信号発生器６２は、特定の周波数の信号、例えば、周波数ｆｆを発生させ、光周波数シフタ６３にその特定の周波数の信号をシフト周波数として供給するものである。変調信号発生器６２は、周波数ｆｆを、パルス光源３１のサンプリング周波数よりも高い値であって、一定値の周波数に設定する。変調信号発生器６２で設定された一定値の周波数ｆｆは、光周波数シフタ６３に供給され、第１帰還回路５１内を繰り返し帰還していく。よって、光周波数シフタ６３を通過する回数が増えるにつれ、パルス光の周波数がν＋ｆｆ、ν＋２ｆｆ、ν＋３ｆｆ・・・というように周波数ｆｆの倍数で設定されていく。なお、シフト周波数は、サンプリング周波数よりも高く、一定値であればいいため、上記で説明したようにｆｆの倍数である必要はない。
【００５６】
光周波数シフタ６３は、帰還側第１光カプラ６１から供給された単一のパルス光を変調信号発生器６２から供給されたシフト周波数に基づいてシフトするものである。光周波数シフタ６３は、単一のパルス光を出力する。光周波数シフタ６３は、シフト周波数と、第１光パルスゲート６９からの出力とに基づいて、複数のパルス光を出力する。
【００５７】
帰還側第２光カプラ６５は、光周波数シフタ６３に接続され、遅延調整ファイバ６７に接続され、光カプラ３５に接続されている。帰還側第２光カプラ６５は、光周波数シフタ６３から入力された単一のパルス光を遅延調整ファイバ６７に出力する。帰還側第２光カプラ６５は、光周波数シフタ６３から入力された複数のパルス光を光カプラ３５に出力する。
【００５８】
遅延調整ファイバ６７は、帰還側第２光カプラ６５から単一のパルス光を予め定めた間隔で遅延させる。つまり、遅延調整ファイバ６７は、光周波数シフタ６３から出力される複数のパルス光同士の帰還間隔を調整するものである。
【００５９】
第１光パルスゲート６９は、遅延調整ファイバ６７で遅延された単一のパルス光同士の帰還間隔ごとに帰還する帰還回数を調整する。第１光パルスゲート６９は、光周波数シフタ６３が出力する複数のパルス光のパルス光周期を調整する。第１光パルスゲート６９は、帰還回数でパルス光周期を調整することにより、パルス光周期を、パルス光源３１のサンプリング周期よりも短く設定する。つまり、第１光パルスゲート６９は、帰還回数でパルス光出力周波数を調整することにより、パルス光出力周波数をパルス光源３１から出力されるパルス光のサンプリング周波数よりも高く設定する。これにより、第１光パルスゲート６９は、光周波数シフタ６３から出力される複数のパルス光の出力タイミングを調整する。
なお、帰還側第２光カプラ６５の出力側には、経路点Ｂが設定されている。
【００６０】
第２帰還回路５２は、入力側が光カプラ３３に接続され、出力側が光カプラ３５に接続される。第２帰還回路５２は、帰還側第１光カプラ７１、変調信号発生器７２、光周波数シフタ７３、帰還側第２光カプラ７５、遅延調整ファイバ７７、及び第１光パルスゲート７９を備える。第２帰還回路５２は、帰還側第２光カプラ７５、遅延調整ファイバ７７、第１光パルスゲート７９、帰還側第１光カプラ７１、及び光周波数シフタ７３が順に接続されることにより、パルス光が帰還する回路を形成する。第２帰還回路５２は、パルス光を、予め定めた帰還回数で、帰還側第２光カプラ７５、遅延調整ファイバ７７、第１光パルスゲート７９、帰還側第１光カプラ７１、及び光周波数シフタ７３を帰還させることにより、パルス光源３１のサンプリング周期よりも短い間隔のパルス光周期を設定する。
【００６１】
帰還側第１光カプラ７１は、光カプラ３３に接続され、第１光パルスゲート７９に接続され、光周波数シフタ７３に接続されている。帰還側第１光カプラ７１は、光カプラ３３から入力された単一のパルス光を光周波数シフタ７３に出力する。帰還側第１光カプラ７１は、第１光パルスゲート７９から入力されたパルス光を光周波数シフタ７３に出力する。
【００６２】
変調信号発生器７２は、特定の周波数の信号、例えば、周波数ｆｆを発生させ、光周波数シフタ７３にその特定の周波数の信号をシフト周波数として供給するものである。変調信号発生器７２は、周波数ｆｆを、パルス光源３１のサンプリング周波数よりも高い値であって、一定値の周波数に設定する。変調信号発生器７２で設定された一定値の周波数ｆｆは、光周波数シフタ７３に供給され、第２帰還回路５２内を繰り返し帰還していく。よって、光周波数シフタ７３を通過する回数が増えるにつれ、パルス光の周波数がν＋ｆｆ、ν＋２ｆｆ、ν＋３ｆｆ・・・というように周波数ｆｆの倍数で設定されていく。なお、シフト周波数は、サンプリング周波数よりも高く、一定値であればいいため、上記で説明したようにｆｆの倍数である必要はない。
【００６３】
光周波数シフタ７３は、帰還側第１光カプラ７１から供給された単一のパルス光を変調信号発生器７２から供給されたシフト周波数に基づいてシフトするものである。光周波数シフタ７３は、単一のパルス光を出力する。光周波数シフタ７３は、シフト周波数と、第１光パルスゲート７９からの出力とに基づいて、複数のパルス光を出力する。
【００６４】
帰還側第２光カプラ７５は、光周波数シフタ７３に接続され、遅延調整ファイバ７７に接続され、光カプラ３５に接続されている。帰還側第２光カプラ７５は、光周波数シフタ７３から入力された単一のパルス光を遅延調整ファイバ７７に出力する。帰還側第２光カプラ７５は、光周波数シフタ７３から入力された複数のパルス光を光カプラ３５に出力する。
【００６５】
遅延調整ファイバ７７は、帰還側第２光カプラ７５から単一のパルス光を予め定めた間隔で遅延させる。つまり、遅延調整ファイバ７７は、光周波数シフタ７３から出力される複数のパルス光同士の帰還間隔を調整するものである。
【００６６】
第１光パルスゲート７９は、遅延調整ファイバ７７で遅延された単一のパルス光同士の帰還間隔ごとに帰還する帰還回数を調整する。第１光パルスゲート７９は、光周波数シフタ７３が出力する複数のパルス光のパルス光周期を調整する。第１光パルスゲート７９は、帰還回数でパルス光周期を調整することにより、パルス光周期を、パルス光源３１のサンプリング周期よりも短く設定する。つまり、第１光パルスゲート７９は、帰還回数でパルス光出力周波数を調整することにより、パルス光出力周波数をパルス光源３１から出力されるパルス光のサンプリング周波数よりも高く設定する。これにより、第１光パルスゲート７９は、光周波数シフタ７３から出力される複数のパルス光の出力タイミングを調整する。
なお、帰還側第２光カプラ７５の出力側には、経路点Ｃが設定されている。
【００６７】
光カプラ３５は、帰還側第２光カプラ６５に接続され、帰還側第２光カプラ７５に接続され、光アンプ３９に接続されている。光カプラ３５は、帰還側第２光カプラ６５から入力される複数のパルス光と、帰還側第２光カプラ７５から入力される複数のパルス光とを光アンプに出力する。
【００６８】
遅延補償ファイバ３７は、帰還側第２光カプラ７５と、光カプラ３５との間に設けられ、後述する検出部２１に設けられる第１センシングファイバ２２１、第２センシングファイバ２３１、及び第３センシングファイバ２４１での遅延を補償するものである。
【００６９】
光アンプ３９は、光カプラ３５から入力された複数のパルス光を増幅し、検出部２１に出力する。
【００７０】
なお、検出部２１の詳細については、図２を用いて後述する。また、処理部２４の詳細については、図３を用いて後述する。
【００７１】
Ｏ／Ｅ変換器２２は、受光素子を用いることでパルス光の信号を光電変換することにより、電気信号のパルス波形を生成するものであり、検出部２１と、フィルタ２３との間に設けられる。
フィルタ２３は、Ｏ／Ｅ変換器２２と、処理部２４との間に設けられ、例えば、パルス光源３１のサンプリング周波数を超える周波数成分を含むパルス波形を遮断するものである。
【００７２】
図２は、本発明の実施の形態１における検出部２１の構成の一例を示す図である。図２に示すように、検出部２１は、光カプラ２０１、光カプラ２０２、光カプラ２０３、光カプラ２０４、第１遅延ファイバ２５１、第２遅延ファイバ２５３、第１センシング干渉計２１１、第２センシング干渉計２１２、及び第３センシング干渉計２１３を備え、第１信号、第２信号、及び第３信号等の物理量を検出する。
【００７３】
具体的には、光源部１５から送出されたパルス光は、光カプラ２０１で２つに分岐され一方は第１センシング干渉計２１１に供給され、他方は光カプラ２０３に供給される。光カプラ２０３に供給されたパルス光は２つに分岐され、一方は第２センシング干渉計２１２に供給され、他方は第３センシング干渉計２１３に供給される。
【００７４】
第１センシング干渉計２１１は、第１センシングファイバ２２１、光カプラ２２３、ミラー２２５、及びミラー２２７を備え、第１センシングファイバ２２１を介して光カプラ２０２にパルス光を出力したり、第１センシングファイバ２２１を介さずに光カプラ２０２にパルス光を出力したりする。
【００７５】
第１センシングファイバ２２１は、加わる物理量に応じて歪みが生じるものであり、これにより、第１センシングファイバ２２１を通過する光が位相変調される。このため、第１センシングファイバ２２１は、測定する物理量に応じて、その物理量の変動を検知することができる。
ミラー２２５及びミラー２２７は、入射光を反射するものである。
【００７６】
光カプラ２０１から供給される複数のパルス光は、光カプラ２２３で分岐される。分岐された複数のパルス光のうち、一方は、第１センシングファイバ２２１で測定される物理量に応じて位相変調される。その後、複数のパルス光は、ミラー２２５で反射されてから光カプラ２２３を介して、光カプラ２０２に出力される。また、分岐された複数のパルス光のうち、他方は、ミラー２２７で反射されてから光カプラ２２３を介して、光カプラ２０２に出力される。
【００７７】
第２センシング干渉計２１２は、第２センシングファイバ２３１、光カプラ２３３、ミラー２３５、及びミラー２３７を備え、第２センシングファイバ２３１を介して光カプラ２０４にパルス光を出力したり、第２センシングファイバ２３１を介さずに光カプラ２０４にパルス光を出力したりする。
【００７８】
第２センシングファイバ２３１は、加わる物理量に応じて歪みが生じるものであり、これにより、第２センシングファイバ２３１を通過する光が位相変調される。このため、第２センシングファイバ２３１は、測定する物理量に応じて、その物理量の変動を検知することができる。
ミラー２３５及びミラー２３７は、入射光を反射するものである。
【００７９】
光カプラ２０３から供給される複数のパルス光は、光カプラ２３３で分岐される。分岐された複数のパルス光のうち、一方は、第２センシングファイバ２３１で測定される物理量に応じて位相変調される。その後、複数のパルス光は、ミラー２３５で反射されてから光カプラ２３３を介して、光カプラ２０４に出力される。また、分岐された複数のパルス光のうち、他方は、ミラー２３７で反射されてから光カプラ２３３を介して、光カプラ２０４に出力される。
【００８０】
第３センシング干渉計２１３は、第３センシングファイバ２４１、光カプラ２４３、ミラー２４５、及びミラー２４７を備え、第３センシングファイバ２４１及び第２遅延ファイバ２５３を介して光カプラ２０４にパルス光を出力したり、第３センシングファイバ２４１を介さず第２遅延ファイバ２５３のみを介して光カプラ２０４にパルス光を出力したりする。
【００８１】
第３センシングファイバ２４１は、加わる物理量に応じて歪みが生じるものであり、これにより、第３センシングファイバ２４１を通過する光が位相変調される。このため、第３センシングファイバ２４１は、測定する物理量に応じて、その物理量の変動を検知することができる。
ミラー２４５及びミラー２４７は、入射光を反射するものである。
【００８２】
光カプラ２０３から供給される複数のパルス光は、光カプラ２４３で分岐される。分岐された複数のパルス光のうち、一方は、第３センシングファイバ２４１で測定される物理量に応じて位相変調される。その後、複数のパルス光は、ミラー２４５で反射されてから光カプラ２４３を介して、光カプラ２０４に出力される。また、分岐された複数のパルス光のうち、他方は、ミラー２４７で反射されてから光カプラ２４３を介して、光カプラ２０４に出力される。
【００８３】
光カプラ２０４は、第２センシング干渉計２１２又は第３センシング干渉計２１３から供給されるパルス光を１本のファイバ内に結合させ、第１遅延ファイバ２５１を介して光カプラ２０２に供給する。
【００８４】
光カプラ２０２は、第１センシング干渉計２１１又は光カプラ２０４から供給されるパルス光を１本のファイバ内に結合させ、パルス列としてＯ／Ｅ変換器２２に供給する。
【００８５】
なお、光カプラ２０１の入力側には、経路点Ｄが設定され、光カプラ２０２の出力側には経路点Ｇが設定されている。
また、ミラー２２５には経路点Ｆ１が設定され、ミラー２２７には経路点Ｅ１が設定され、ミラー２３５には経路点Ｆ２が設定され、ミラー２３７には経路点Ｅ２が設定され、ミラー２４５には経路点Ｆ３が設定され、ミラー２４７には経路点Ｅ３が設定されている。
【００８６】
図３は、本発明の実施の形態１における処理部２４の構成の一例を示す図である。図３に示すように、処理部２４は、Ａ／Ｄ変換器３０１、参照信号発生器３１１〜３１６、乗算器３３１〜３３６、ＬＰＦ（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）３５１〜３５６、逆正接演算器３７１、３７３、３７５、及び不連続点補償演算器３９１、３９３、３９５を備える。処理部２４は、第１センシングファイバ２２１、第２センシングファイバ２３１、及び第３センシングファイバ２４１からの干渉光に基づいて、物理量に対応する測定信号を検知するものである。
【００８７】
Ａ／Ｄ変換器３０１は、アナログ信号であるパルス波形をデジタル信号に変換する。参照信号発生器３１１〜３１６は、例えば、δ関数に基づいて、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号を所定の間隔でサンプリングするタイミング信号と、位相復調のための参照信号とを発生するものである。つまり、参照信号発生器３１１〜３１６は、第１センシング干渉計２１１、第２センシング干渉計２１２、及び第３センシング干渉計２１３の各出力に対応するタイミングと周波数を調整する参照信号を発生する。
【００８８】
乗算器３３１〜３３６、ＬＰＦ３５１〜３５６、逆正接演算器３７１、３７３、３７５、及び不連続点補償演算器３９１、３９３、３９５は、参照信号に基づいて、第１センシングファイバ２２１で検出した第１信号、第２センシングファイバ２３１で検出した第２信号、及び第３センシングファイバ２４１で検出した第３信号をそれぞれ復調する。
【００８９】
具体的には、乗算器３３１〜３３６は、Ａ／Ｄ変換器３０１の出力信号と、参照信号発生器３１１〜３１６の出力信号とを乗算することにより、必要な信号をサンプリングすると同時に、位相復調のための参照信号を乗算するものである。ＬＰＦ３５１〜３５６は、乗算器３３１〜３３６の出力信号の高周波成分を遮断するものである。逆正接演算器３７１、３７３、３７５は、位相を求めるものである。不連続点補償演算器３９１、３９３、３９５は、逆正接演算で発生する不連続点を補間するものである。
【００９０】
図４は、本発明の実施の形態１における干渉型光ファイバセンサ１の光源部１１の仕様の一例を示す図である。図４に示すように、光源部１１の諸元が示されている。
ここで、τは、第１センシングファイバ２２１、第２センシングファイバ２３１、及び第３センシングファイバ２４１の往復伝搬時間であると想定する。
【００９１】
光源部１１の諸元について説明する。パルス光源３１には、単一のパルス光のパルスの繰り返し周期として、９τが設定されている。遅延調整ファイバ６７，７７には、遅延調整時間として、３τが設定されている。第１光パルスゲート６９、７９による光周波数シフタ６３、７３のパルスの出力設定には、通過回数として３回が設定され、遮断回数として４回目毎が設定されている。遅延補償ファイバ３７には、遅延補償時間としてτが設定されている。
【００９２】
以上の設定例から次の設定値が適用される。光周波数シフタ６３、７３の出力は繰り返し周期３τの複数のパルス光となる。パルス光のパルス光出力周波数は、ν＋ｆｆ、ν＋２ｆｆ、ν＋３ｆｆの繰り返しとなる。
したがって、光周波数シフタ６３、７３から出力される複数のパルス光のパルス光周期、すなわち、パルス光同士の帰還間隔は、パルス光源３１のパルスの繰り返し周期よりも短く設定される。
つまり、光周波数シフタ６３、７３から出力される複数のパルス光のパルス光出力周波数は、パルス光源３１から出力されるパルス光のサンプリング周波数よりも高い値に設定される。
このように、光周波数シフタ６３、７３を通過させる回数、すなわち、帰還回数及びパルス光源３１から出力されるパルスの繰り返し周期、すなわち、サンプリング周期等を変えることにより、復調に用いるビート周波数の数を変えることができる。
【００９３】
＜動作の説明＞
次に、上記で説明した構成を前提として動作について説明する。図５は、本発明の実施の形態１における光源部１１の出力パルス光及びＯ／Ｅ変換器２２の入出力波形の一例を説明する図である。
【００９４】
パルス光源出力では、上記で説明したように、単一のパルス光が９τの周期で出力される。第１光パルスゲート出力では、上記で説明したように、パルス光が３τの周期で出力される。そして、光周波数シフタ出力では、パルス光が３τの周期で出力され、ν＋ｆｆ、ν＋２ｆｆ、ν＋３ｆｆの各パルス光が繰り返し出力されるため、光周波数シフタ６３、７３からは複数のパルス光が出力されていく。
つまり、光周波数シフタ６３、７３で出力される複数のパルス光は、パルス光源３１で出力されるパルス光よりも短い間隔で出力される。
このような複数のパルス光がＯ／Ｅ変換器２２に入力され、パルス波形に光電変換され、次に説明する動作が行われる。
【００９５】
ＡＢＤＥ１Ｇを経由したパルス光が最も早くＯ／Ｅ変換器２２に入力される。以下、ＡＢＤＦ１Ｇを経由したパルス光、ＡＣＤＥ１Ｇを経由したパルス光、ＡＣＤＦ１Ｇを経由したパルス光、ＡＢＤＥ２Ｇを経由したパルス光、ＡＢＤＦ２Ｇを経由したパルス光、ＡＣＤＥ２Ｇを経由したパルス光、ＡＣＤＦ２Ｇを経由したパルス光、ＡＢＤＥ３Ｇを経由したパルス光、ＡＢＤＦ３Ｇを経由したパルス光、ＡＣＤＥ３Ｇを経由したパルス光、及びＡＣＤＦ３Ｇを経由したパルス光の順にＯ／Ｅ変換器２２に入力されていく。
【００９６】
なお、ＡＢＤＥ１Ｇを経由したパルス光、ＡＢＤＦ１Ｇを経由したパルス光、ＡＣＤＥ１Ｇを経由したパルス光、及びＡＣＤＦ１Ｇを経由したパルス光は、第１信号に関するものである。
また、ＡＢＤＥ２Ｇを経由したパルス光、ＡＢＤＦ２Ｇを経由したパルス光、ＡＣＤＥ２Ｇを経由したパルス光、及びＡＣＤＦ２Ｇを経由したパルス光は、第２信号に関するものである。
また、ＡＢＤＥ３Ｇを経由したパルス光、ＡＢＤＦ３Ｇを経由したパルス光、ＡＣＤＥ３Ｇを経由したパルス光、及びＡＣＤＦ３Ｇを経由したパルス光は、第３信号に関するものである。
【００９７】
ＡＢＤＥ１Ｇを経由したパルス光は、光周波数シフタ出力と同期するタイミングで、Ｏ／Ｅ変換器２２に入力される。
ＡＢＤＦ１Ｇを経由したパルス光及びＡＣＤＥ１Ｇを経由したパルス光は、ＡＢＤＥ１Ｇを経由したパルス光よりもτの遅延でＯ／Ｅ変換器２２に入力されるように、第１センシングファイバ２２１及び遅延補償ファイバ３７の各長さが設定されている。
ＡＣＤＦ１Ｇを経由したパルス光は、ＡＢＤＥ１Ｇを経由したパルス光よりも２τの遅延でＯ／Ｅ変換器２２に入力されるように、第１センシングファイバ２２１及び遅延補償ファイバ３７の各長さが設定されている。
【００９８】
ＡＢＤＦ１Ｇを経由したパルス光及びＡＣＤＥ１Ｇを経由したパルス光は、ＩＡには周波数ｆｆ−ｆｂのビート、ＩＢには周波数２（ｆｆ−ｆｂ）のビート、及びＩＣには周波数３（ｆｆ−ｆｂ）のビートをそれぞれ発生させる。上記で説明したように、これらのパルス光のビートには第１センシングファイバ２２１で検出した第１信号だけが含まれているため、処理部２４は、ＩＡ、ＩＢ、及びＩＣをサンプリングし、第１信号だけが含まれるそれぞれのビートから第１信号を復調することができる。
【００９９】
ＡＢＤＥ２Ｇを経由したパルス光は、ＡＢＤＥ１Ｇを経由したパルス光よりも３τの遅延でＯ／Ｅ変換器２２に入力されるように、第２センシングファイバ２３１及び第１遅延ファイバ２５１の各長さが設定されている。
ＡＢＤＦ２Ｇを経由したパルス光及びＡＣＤＥ２Ｇを経由したパルス光は、ＡＢＤＥ２Ｇを経由したパルス光よりもτの遅延でＯ／Ｅ変換器２２に入力されるように、第２センシングファイバ２３１及び第１遅延ファイバ２５１の各長さが設定されている。
ＡＣＤＦ２Ｇを経由したパルス光は、ＡＢＤＥ２Ｇを経由したパルス光よりも２τの遅延でＯ／Ｅ変換器２２に入力されるように、第２センシングファイバ２３１及び第１遅延ファイバ２５１の各長さが設定されている。
ＡＣＤＦ２Ｇを経由したパルス光は、ＡＢＤＥ２Ｇを経由したパルス光よりも２τの遅延でＯ／Ｅ変換器２２に入力されるように、第２センシングファイバ２３１及び第１遅延ファイバ２５１の各長さが設定されている。
【０１００】
つまり、ＡＢＤＦ２Ｇを経由したパルス光及びＡＣＤＥ２Ｇを経由したパルス光は、ＡＢＤＦ１Ｇを経由したパルス光及びＡＣＤＥ１Ｇを経由したパルス光よりも３τの遅延でＯ／Ｅ変換器２２に入力されるように、第２センシングファイバ２３１及び第１遅延ファイバ２５１の各長さが設定されている。
【０１０１】
ＡＢＤＦ２Ｇを経由したパルス光及びＡＣＤＥ２Ｇを経由したパルス光は、ＩＡには周波数３（ｆｆ−ｆｂ）のビート、ＩＢには周波数ｆｆ−ｆｂのビート、及びＩＣには周波数２（ｆｆ−ｆｂ）のビートをそれぞれ発生させる。上記で説明したように、これらのパルス光のビートには第２センシングファイバ２３１で検出した第２信号だけが含まれているため、処理部２４は、ＩＡ、ＩＢ、及びＩＣをサンプリングし、第２信号だけが含まれるそれぞれのビートから第２信号を復調することができる。
【０１０２】
ＡＢＤＥ３Ｇを経由したパルス光は、ＡＢＤＥ１Ｇを経由したパルス光よりも６τの遅延でＯ／Ｅ変換器２２に入力されるように、第３センシングファイバ２４１及び第２遅延ファイバ２５３の各長さが設定されている。
ＡＢＤＦ３Ｇを経由したパルス光及びＡＣＤＥ３Ｇを経由したパルス光は、ＡＢＤＥ３Ｇを経由したパルス光よりもτの遅延でＯ／Ｅ変換器２２に入力されるように、第３センシングファイバ２４１及び第２遅延ファイバ２５３の各長さが設定されている。
ＡＣＤＦ３Ｇを経由したパルス光は、ＡＢＤＥ３Ｇを経由したパルス光よりも２τの遅延でＯ／Ｅ変換器２２に入力されるように、第３センシングファイバ２４１及び第２遅延ファイバ２５３の各長さが設定されている。
ＡＣＤＦ３Ｇを経由したパルス光は、ＡＢＤＥ３Ｇを経由したパルス光よりも２τの遅延でＯ／Ｅ変換器２２に入力されるように、第３センシングファイバ２４１及び第２遅延ファイバ２５３の各長さが設定されている。
【０１０３】
つまり、ＡＢＤＦ３Ｇを経由したパルス光及びＡＣＤＥ３Ｇを経由したパルス光は、ＡＢＤＦ１Ｇを経由したパルス光及びＡＣＤＥ１Ｇを経由したパルス光よりも６τの遅延でＯ／Ｅ変換器２２に入力されるように、第３センシングファイバ２４１及び第２遅延ファイバ２５３の各長さが設定されている。
【０１０４】
ＡＢＤＦ３Ｇを経由したパルス光及びＡＣＤＥ３Ｇを経由したパルス光は、ＩＡには周波数２（ｆｆ−ｆｂ）のビート、ＩＢには周波数３（ｆｆ−ｆｂ）のビート、及びＩＣには周波数ｆｆ−ｆｂのビートをそれぞれ発生させる。上記で説明したように、これらのパルス光のビートには第３センシングファイバ２４１で検出した第３信号だけが含まれているため、処理部２４は、ＩＡ、ＩＢ、及びＩＣをサンプリングし、第３信号だけが含まれるそれぞれのビートから第３信号を復調することができる。
【０１０５】
図６は、本発明の実施の形態１におけるＡ／Ｄ変換器３０１の出力パワースペクトルを説明する図である。図６に示すように、周波数ｆｆ−ｆｂがＩＡ、ＩＢ、及びＩＣのそれぞれのサンプリング周波数である１／９τの１／７に設定された場合、復調するビートの側波帯の幅が実施の形態１においては最大となる。
また、例えば、復調に使用するビート周波数の数を変える場合には、復調に用いる周波数が最も高いビート及び側波帯が、折り返しで発生した周波数が最も低いビート及び側波帯と隣接するようにｆｆ−ｆｂを設定することにより、復調するビートの側波帯の幅は最大となる。
【０１０６】
次に、復調に用いないビート及び側波帯に割り当てられる周波数帯域について説明する。変調信号発生器６２のシフト周波数ｆｆ及び変調信号発生器７２のシフト周波数ｆｂは、変調信号発生器６２又は変調信号発生器７２を通過した回数の異なるパルス光が干渉することにより発生するビート及び側波帯が、復調に用いるビート及び側波帯の周波数帯域に重ならない周波数になるように設定されるものである。
【０１０７】
例えば、シフト周波数ｆｆ及びシフト周波数ｆｂがフィルタ２３の高域遮断周波数よりも高くなるように設定する。これにより、変調信号発生器６２又は変調信号発生器７２を通過した回数が異なるパルスが干渉して発生するビートは減衰する。これにより、変調信号発生器６２又は変調信号発生器７２を通過した回数が異なるパルスが干渉して発生するビートは、復調に用いるビート及び側波帯に重ならなくなる。
【０１０８】
また、シフト周波数ｆｆ及びシフト周波数ｆｂがＯ／Ｅ変換器２２の通過帯域よりも高い周波数に設定されることにより、変調信号発生器６２又は変調信号発生器７２を通過した回数が異なるパルス光においては、ビートそのものが発生しなくなる。
【０１０９】
＜効果の説明＞
本実施の形態においては、光周波数シフタ６３、７３を一定値の周波数に基づいて動作させている。このため、光周波数シフタ６３、７３が内蔵する音響振動子と、その音響振動子による音響光学効果を発生させるセルの音場が変わるまでの時間を待つ必要がなくなる。これにより、光周波数シフタ６３，７３を光が通過する時間だけで周波数シフトを生じさせることになる。
つまり、光周波数シフタ６３、７３の内部特性に依存せず、光周波数シフタ６３、７３のパルス光出力周波数をパルス光源３１のサンプリング周波数よりも高く設定することができる。
この結果、干渉型光ファイバセンサ１は、センシングする信号の位相変化が速くても追従することができる。
【０１１０】
また、従来例においては、光のシフト周波数の変化幅が光周波数シフタ６３、７３のシフト周波数の可変幅の範囲内に限定されていた。このため、１つのセンシングファイバで検出した信号以外も含むビートは、光周波数シフタのシフト周波数より低くなってしまった。このため、復調処理に用いる周波数帯域は狭まることになった。
そもそも、１つのセンシングファイバで検出した信号以外も含むビートは、光周波数シフタ６３、７３及び第１光パルスゲート６９、７９を帰還した帰還回数が異なる光同士の干渉で生じるものである。
【０１１１】
したがって、１つのセンシングファイバで検出した信号以外も含むビートが発生する場合の周波数は、光周波数シフタ６３、７３のシフト周波数以上の高い周波数である。
そして、光周波数シフタ６３、７３のシフト周波数は、例えば、サンプリング周波数１／９τよりも高く設定できるものである。このため、処理部２４においては、処理部２４でのサンプリング処理をする前に、フィルタ２３で減衰させることができる。また、同様の理由により、光周波数シフタ６３、７３と第１光パルスゲート６９、７９とを含む回路を帰還した回数の差を大きくすることができる。また、Ｏ／Ｅ変換器２２は、動作する周波数帯域の上限よりも高いパルス波形が入力されると、ビートは発生しなくなる。
この結果、干渉型光ファイバセンサ１は、復調処理に用いる周波数帯域を拡張することができる。
【０１１２】
換言すれば、光周波数シフタの出力波形のタイミングを調整することにより、センシングする信号の位相変化が速くても追従しつつ、復調処理に用いる周波数帯域を拡張することができる。
なお、上記で説明した各数値例は一例を示すものであり、特にこれに限定するものではない。
【０１１３】
以上のように、本実施の形態１では、複数のパルス光を出力する光源部１１と、複数のパルス光の位相を測定信号に基づいて変調することで、位相変調された複数のパルス光をパルス列として該パルス列を複数回互いに時間をずらして出力する検出部２１と、パルス列に基づいてパルス波形を出力する受光素子とを備えた干渉型光ファイバセンサ１であって、光源部１１は、連続光を予め定めたサンプリング周期で抽出することで、該サンプリング周期ごとに単一のパルス光を出力するパルス光源３１と、単一のパルス光を予め定めた帰還回数で帰還させ、複数のパルス光を出力する帰還回路とを備え、帰還回路のそれぞれに対し、帰還回数を調整し、複数のパルス光のパルス光周期をサンプリング周期よりも短い間隔に設定する。
【０１１４】
また、本実施の形態１では、帰還回路は、互いに異なるシフト周波数の信号を発生する変調信号発生器６２、７２と、単一のパルス光の周波数をシフト周波数に基づいてシフトして複数のパルス光を出力する光周波数シフタ６３、７３と、複数のパルス光の該パルス光同士の帰還間隔を調整する遅延調整ファイバ６７、７７と、帰還間隔ごとに帰還する帰還回数及び光周波数シフタが出力する複数のパルス光のパルス光周期を調整する第１光パルスゲート６９、７９とを備えている。
【０１１５】
これらの構成により、センシングする信号の位相変化が速くても追従しつつ、復調処理に用いる周波数帯域を拡張することができる。
【０１１６】
実施の形態２．
実施の形態１との相違点は、光周波数シフタ６３、７３に対する入力が光パルスゲート付変調信号発生器８３、９３で実行される点である。
なお、本実施の形態２において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
【０１１７】
＜構成の説明＞
図７は、本発明の実施の形態２における干渉型光ファイバセンサ１００１の構成の一例を示す図である。図７に示すように、第１帰還回路５３において、帰還側第３光カプラ８１は、光カプラ３３に接続され、光カプラ３５に接続され、遅延調整ファイバ６７に接続され、光周波数シフタ６３に接続されている。
【０１１８】
帰還側第３光カプラ８１は、光カプラ３３から単一のパルス光が入力されると、単一のパルス光に遅延調整ファイバ６７及び光周波数シフタ６３を帰還させる。光パルスゲート付変調信号発生器８３は、実施の形態１における変調信号発生器６２及び第１光パルスゲート６９の両方の機能を兼ね備えたものである。したがって、光パルスゲート付変調信号発生器８３の制御に基づいて光周波数シフタ６３は、単一のパルス光の帰還回数が制御され、光周波数シフタ６３から出力される複数のパルス光同士の周期も制御され、パルス光源３１のサンプリング周期よりも短く設定される。
【０１１９】
なお、第２帰還回路５４は、第１帰還回路５３と同様の構成であるため、その説明については省略する。
【０１２０】
図８は、本発明の実施の形態２における干渉型光ファイバセンサ１００１の光源部１２の仕様の一例を示す図である。図８に示すように、実施の形態１との相違点はパルス光源３１のパルスの繰り返し周期が１２τに設定される点である。
【０１２１】
＜動作の説明＞
図９は、本発明の実施の形態２における光源部１２の出力波形及びＯ／Ｅ変換器２２の入出力波形の一例を説明する図である。
【０１２２】
ここでは、主に、実施の形態１との相違点について説明する。
ＡＢＤＦ１Ｇを経由したパルス光と、ＡＣＤＥ１Ｇを経由したパルス光とにより、ＩＡに周波数ｆｆ−ｆｂのビート、ＩＢに周波数２（ｆｆ−ｆｂ）のビート、及びＩＣに周波数３（ｆｆ−ｆｂ）のビートを発生させる。
これらのパルス光のビートは、第１センシングファイバ２２１で検出した第１信号だけが含まれているため、処理部２４で第１信号を復調できる。
【０１２３】
ＡＢＤＦ２Ｇを経由したパルス光と、ＡＣＤＥ２Ｇを経由したパルスとにより、ＩＢに周波数ｆｆ−ｆｂのビート、ＩＣに周波数２（ｆｆ−ｆｂ）のビート、及びＩＤに周波数３（ｆｆ−ｆｂ）のビートを発生させる。
これらのパルス光のビートは、第２センシングファイバ２３１で検出した第２信号だけが含まれているため、処理部２４で第２信号を復調できる。
【０１２４】
ＡＢＤＦ３Ｇを経由したパルス光と、ＡＣＤＥ３Ｇを経由したパルス光とにより、ＩＣに周波数ｆｆ−ｆｂのビート、ＩＤに周波数２（ｆｆ−ｆｂ）のビート、及びＩＡに周波数３（ｆｆ−ｆｂ）のビートを発生させる。
これらのパルス光のビートは、第３センシングファイバ２４１で検出した第３信号だけが含まれているため、処理部２４で第３信号を復調できる。
【０１２５】
図１０は、本発明の実施の形態２におけるＡ／Ｄ変換器３０１の出力パワースペクトルを説明する図である。
実施の形態１との相違点は、信号がＩＡ、ＩＢ、ＩＣ、及びＩＤの４つのうち、３つにしか含まれない点である。
【０１２６】
＜効果の説明＞
実施の形態１の場合と同様である。すなわち、光周波数シフタ６３、７３の出力波形のタイミングを調整することにより、センシングする信号の位相変化が速くても追従しつつ、復調処理に用いる周波数帯域を拡張することができる。
また、第１光パルスゲート６９、７９と、変調信号発生器６２、７２との機能を兼ね備えた光パルスゲート付変調信号発生器８３、９３を用いているため、部品点数を削減することができる。
なお、上記で説明した各数値例は一例を示すものであり、特にこれに限定するものではない。
【０１２７】
以上のように、本実施の形態２では、帰還回路は、複数のパルス光の該パルス光同士の帰還間隔を調整する遅延調整ファイバ６７、７７と、単一のパルス光の周波数をシフトして複数のパルス光を出力する光周波数シフタ６３、７３と、互いに異なるシフト周波数の信号を発生し、該シフト周波数に基づいて光周波数シフタ６３、７３が出力する複数のパルス光の周波数をシフトさせ、帰還間隔ごとに帰還する帰還回数及び光周波数シフタ６３、７３が出力する複数のパルス光のパルス光周期を調整する光パルスゲート付変調信号発生器８３、９３とを備えることにより、センシングする信号の位相変化が速くても追従しつつ、復調処理に用いる周波数帯域を拡張することができる。
【０１２８】
実施の形態３．
実施の形態１との相違点は、帰還側第２光カプラ６５、７５の出力側に、第２光パルスゲート１０３、１１３が設けられている点である。
なお、本実施の形態３において、特に記述しない項目については実施の形態１、２と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
【０１２９】
＜構成の説明＞
図１１は、本発明の実施の形態３における干渉型光ファイバセンサ２００１の構成の一例を示す図である。図１１に示すように、帰還側第２光カプラ６５、７５の出力側に、第２光パルスゲート１０３、１１３が設けられている。ここで、第１光パルスゲート６９、７９のパルス光周期を第１パルス光周期と命名して説明する。第２光パルスゲート１０３、１１３は、第１パルス光周期とは異なる周期に設定された第２パルス光周期に基づいて、光周波数シフタ６３、７３が出力した複数のパルス光のパルス光周期を調整する。これにより、２段階で光源部１３が出力する複数のパルス光同士の間隔を調整することができる。
【０１３０】
図１２は、本発明の実施の形態３における干渉型光ファイバセンサ２００１の光源部１３の仕様の一例を示す図である。図１２に示すように、パルス光源３１のパルスの繰り返し周期が９τに設定され、遅延調整ファイバ６７、７７の遅延調整時間が３τ／２に設定され、第１光パルスゲート６９による光周波数シフタ６３のパルスの出力設定においては、通過回数が５回に設定され、遮断回数が７回目毎に設定され、第２光パルスゲート１０３、１１３による光周波数シフタ６３のパルスの出力設定において、通過回数が奇数回に設定され、遮断回数が偶数回目毎に設定されている。
なお、図１２においては、第１光パルスゲート６９を６回通過するパルス光を遮断する一例について図示したが、通過させてもかまわないものである。
【０１３１】
上記の設定により、第２光パルスゲート１０３、１１３の出力は繰り返し３τの複数のパルス光となり、パルス光の光周波数は、ν＋ｆｆ、ν＋３ｆｆ、及びν＋５ｆｆの繰り返しとなる。
したがって、パルス光に光周波数シフタ６３、７３を通過させる回数、すなわち帰還回数、パルス光源３１から出力するパルス光の繰り返し周期等を変えることにより、復調に用いるビート周波数の数を変更することができる。
【０１３２】
＜動作の説明＞
図１３は、本発明の実施の形態３における光源部１３の出力パルス光及びＯ／Ｅ変換器２２の入出力波形の一例を説明する図である。
【０１３３】
ここでは、主に、実施の形態１、２との相違点について説明する。
例えば、第１光パルスゲート６９、７９により光周波数シフタ６３、７３は、一旦、パルス光の光周波数を、ν＋ｆｆ、ν＋２ｆｆ、ν＋３ｆｆ、ν＋４ｆｆ、及びν＋５ｆｆの繰り返しとする。そして、第２光パルスゲート１０３、１１３により光周波数シフタ６３、７３は、パルス光の光周波数を、ν＋ｆｆ、ν＋３ｆｆ、及びν＋５ｆｆの繰り返しとする。これらの複数のパルス光が検出部２１に供給され、各センシングファイバで位相変調され、Ｏ／Ｅ変換器２２に入力される。このとき、Ｏ／Ｅ変換器２２は、複数のパルス光をパルス波形に変換し、以下の処理が行われることになる。
【０１３４】
ＡＢＤＦ１Ｇを経由したパルス光と、ＡＣＤＥ１Ｇを経由したパルス光とにより、ＩＡに周波数ｆｆ−ｆｂのビート、ＩＢに周波数３（ｆｆ−ｆｂ）のビート、及びＩＣに周波数５（ｆｆ−ｆｂ）のビートを発生させる。
これらのパルス光のビートは、第１センシングファイバ２２１で検出した第１信号だけが含まれているため、処理部２４で第１信号を復調できる。
【０１３５】
ＡＢＤＦ２Ｇを経由したパルス光と、ＡＣＤＥ２Ｇを経由したパルスとにより、ＩＡに周波数５（ｆｆ−ｆｂ）のビート、ＩＢに周波数ｆｆ−ｆｂのビート、及びＩＣに周波数３（ｆｆ−ｆｂ）のビートを発生させる。
これらのパルス光のビートは、第２センシングファイバ２３１で検出した第２信号だけが含まれているため、処理部２４で第２信号を復調できる。
【０１３６】
ＡＢＤＦ３Ｇを経由したパルス光と、ＡＣＤＥ３Ｇを経由したパルス光とにより、ＩＡに周波数３（ｆｆ−ｆｂ）ビート、ＩＢに周波数５（ｆｆ−ｆｂ）のビート、及びＩＣに周波数ｆｆ−ｆｂのビートを発生させる。
これらのパルス光のビートは、第３センシングファイバ２４１で検出した第３信号だけが含まれているため、処理部２４で第３信号を復調できる。
【０１３７】
＜効果の説明＞
図１４は、本発明の実施の形態３におけるＡ／Ｄ変換器３０１の出力パワースペクトルを説明する図である。
ここでは、主に、実施の形態１、２との相違点について説明する。
第２光パルスゲート１０３、１１３で光周波数シフタ６３、７３から出力される複数のパルス光の周波数を制限したことにより、周波数（ｆｆ−ｆｂ）／２以下の復調に使用しない周波数帯域がなくなる。このため、ビートの側波帯を広くすることができる。
【０１３８】
また、光周波数シフタ６３、７３の出力波形のタイミングを調整することにより、センシングする信号の位相変化が速くても追従しつつ、復調処理に用いる周波数帯域を拡張することができる。
なお、上記で説明した各数値例は一例を示すものであり、特にこれに限定するものではない。
また、上記の説明では、２つのパルスゲートを用いて２段階で光周波数シフタ６３、７３の出力タイミングを調整する一例について説明したが、特にこれに限定するものではなく、３つ以上のパルスゲートにより多段階で光周波数シフタ６３、７３の出力タイミングを調整することができる。
【０１３９】
以上のように、本実施の形態３では、帰還回路は、互いに異なるシフト周波数の信号を発生する変調信号発生器６２、７２と、単一のパルス光の周波数をシフト周波数に基づいてシフトして複数のパルス光を出力する光周波数シフタ６３、７３と、複数のパルス光の該パルス光同士の帰還間隔を調整する遅延調整ファイバ６７、７７と、帰還間隔ごとに帰還する帰還回数及び光周波数シフタが出力する複数のパルス光の第１パルス光周期を調整する第１光パルスゲート６９、７９と、第１パルス光周期とは異なる周期に設定された第２パルス光周期に基づいて、光周波数シフタ６３、７３が出力した複数のパルス光のパルス光周期を調整する第２光パルスゲート１０３、１１３とを備えることにより、センシングする信号の位相変化が速くても追従しつつ、復調処理に用いる周波数帯域を拡張することができる。
【０１４０】
実施の形態４．
実施の形態２との相違点は、実施の形態２に対し、実施の形態３で説明した第２光パルスゲート１０３、１１３が設けられた点である。
なお、本実施の形態４において、特に記述しない項目については実施の形態１〜３と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
【０１４１】
＜構成の説明＞
図１５は、本発明の実施の形態４における干渉型光ファイバセンサ３００１の構成の一例を示す図である。図１５に示すように、帰還側第３光カプラ８１、９１の出力側に第２光パルスゲート１０３、１１３が設けられている。
図１６は、本発明の実施の形態４における干渉型光ファイバセンサ３００１の光源部１４の仕様の一例を示す図である。図１６に示すように、実施の形態２の設定に、実施の形態３の設定が追加されたものとなっている。
【０１４２】
上記の設定により、第２光パルスゲート１０３、１１３の出力は繰り返し３τの複数のパルス光となり、パルス光の光周波数は、ν＋ｆｆ、ν＋３ｆｆ、及びν＋５ｆｆの繰り返しとなる。
つまり、パルス光を光周波数シフタ６３、７３に通過させる回数、すなわち、帰還回数、パルス光源３１から出力するパルス光のパルスの繰り返し周期等を変えることにより、復調に用いるビートの数を変えることができる。
【０１４３】
＜動作の説明＞
図１７は、本発明の実施の形態４における光源部１４の出力パルス光及びＯ／Ｅ変換器２２の入出力波形の一例を説明する図である。
【０１４４】
ＡＢＤＦ１Ｇを経由したパルス光と、ＡＣＤＥ１Ｇを経由したパルス光とにより、ＩＡに周波数ｆｆ−ｆｂのビート、ＩＢに周波数３（ｆｆ−ｆｂ）のビート、及びＩＣに周波数５（ｆｆ−ｆｂ）のビートを発生させる。
これらのパルス光のビートは、第１センシングファイバ２２１で検出した第１信号だけが含まれているため、処理部２４で第１信号を復調できる。
【０１４５】
ＡＢＤＦ２Ｇを経由したパルス光と、ＡＣＤＥ２Ｇを経由したパルスとにより、ＩＡに周波数５（ｆｆ−ｆｂ）のビート、ＩＢに周波数ｆｆ−ｆｂのビート、及びＩＣに周波数３（ｆｆ−ｆｂ）のビートを発生させる。
これらのパルス光のビートは、第２センシングファイバ２３１で検出した第２信号だけが含まれているため、処理部２４で第２信号を復調できる。
【０１４６】
ＡＢＤＦ３Ｇを経由したパルス光と、ＡＣＤＥ３Ｇを経由したパルス光とにより、ＩＡに周波数３（ｆｆ−ｆｂ）ビート、ＩＢに周波数５（ｆｆ−ｆｂ）のビート、及びＩＣに周波数ｆｆ−ｆｂのビートを発生させる。
これらのパルス光のビートは、第３センシングファイバ２４１で検出した第３信号だけが含まれているため、処理部２４で第３信号を復調できる。
【０１４７】
上記で説明したように、実施の形態３と同様の動作となる。
【０１４８】
＜効果の説明＞
上記で説明したように、実施の形態３と同様の動作であるので、同様の効果を奏する。
すなわち、周波数（ｆｆ−ｆｂ）／２以下の復調に使用しない周波数帯域がなくなる。このため、ビートの側波帯を広くすることができる。
また、上記で説明したように、実施の形態２の構成も部分的に用いているため、同様の効果を奏する。
すなわち、第１光パルスゲート６９、７９と、変調信号発生器６２、７２との機能を兼ね備えた光パルスゲート付変調信号発生器８３、９３を用いているため、部品点数を削減することができる。
【０１４９】
また、光周波数シフタの出力波形のタイミングを調整することにより、センシングする信号の位相変化が速くても追従しつつ、復調処理に用いる周波数帯域を拡張することができる。
なお、上記で説明した各数値例は一例を示すものであり、特にこれに限定するものではない。
また、上記の説明では、実質的に２つのパルスゲートを用いて２段階で光周波数シフタ６３、７３の出力タイミングを調整する一例について説明したが、特にこれに限定するものではなく、３つ以上のパルスゲートにより多段階で光周波数シフタ６３、７３の出力タイミングを調整することができる。
【０１５０】
以上のように、本実施の形態４では、帰還回路は、複数のパルス光の該パルス光同士の帰還間隔を調整する遅延調整ファイバ６７、７７と、単一のパルス光の周波数をシフトして複数のパルス光を出力する光周波数シフタ６３、７３と、互いに異なるシフト周波数の信号を発生し、該シフト周波数に基づいて光周波数シフタが出力する複数のパルス光の周波数をシフトさせ、帰還間隔ごとに帰還する帰還回数及び光周波数シフタが出力する複数のパルス光の第１パルス光周期を調整する光パルスゲート付変調信号発生器８３、９３と、第１パルス光周期とは異なる周期に設定された第２パルス光周期に基づいて、光周波数シフタが出力した複数のパルス光のパルス光周期を調整する第２光パルスゲート１０３、１１３とを備えることにより、センシングする信号の位相変化が速くても追従しつつ、復調処理に用いる周波数帯域を拡張することができる。
【０１５１】
＜利用形態の説明＞
実施例１〜４において、３つのセンシングファイバで検出した信号を時分割多重し、３つのビート及び側波帯に基づいて信号を復調する一例について説明したが、時分割多重する信号の数、復調に用いるビート及び側波帯の数は特に限定しない。
【０１５２】
実施例１〜４において、パルス光の繰り返し周期が、各センシングファイバをパルスが往復する時間τの３倍に設定された一例について説明したが、特にこれに限定しない。
【０１５３】
実施例１、２においては、光周波数シフタ６３、７３、第１光パルスゲート６９、７９、及び光パルスゲート付変調信号発生器８３、９３を含む回路に光アンプを設けない例、実施例３、４においては、光周波数シフタ６３、７３、第１光パルスゲート６９、７９、及び光パルスゲート付変調信号発生器８３、９３を含む回路に光アンプを設けた例で説明したが、パルスの減衰量次第で光アンプの有無を変えることができる。また、パルス電流で駆動する半導体光アンプのように光を増幅できるパルスゲートを用いてもよい。
【０１５４】
実施例１〜４において、Ｏ／Ｅ変換器２２よりも後にフィルタ２３を設ける一例について説明したが、光周波数シフタ６３、７３のシフト周波数がＯ／Ｅ変換器２２の通過帯域よりも高い場合、フィルタ２３を設ける必要はない。
【０１５５】
実施例１〜４において、各センシングファイバに光カプラ２０１、２０２、２０３、２０４、２２３、２３３、２４３とミラー２２５、２２７、２３５、２３７、２４５、２４７とを取り付けことにより、マイケルソン干渉計を構成する例について説明したが、マッハ・ツェンダ干渉計、ミラーの代わりにＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）を用いた干渉計であってもよい。
【０１５６】
実施例１〜４において、光カプラ３３等でパルス光を分岐する例を示したが、部分反射ミラー、ＦＢＧ等で分岐させてもよい。また、分岐のための光カプラ等の構成を変更したり、波長分岐多重等の他の多重化方法と併用してもよい。
【０１５７】
なお、実施例１〜４において、遅延調整ファイバ６７、７７を用いることにより、光周波数シフタ６３、７３のパルス光出力周波数を、パルス光源３１のサンプリング周波数より高くする一例について説明したが、特にこれに限定しない。要するに、光源部１１〜１５が出力する複数のパルス光のパルス光周期が、パルス光源３１のパルス光のサンプリング周期よりも短い間隔となっていればよく、遅延素子であれば特に限定するものではない。例えば、第１帰還回路５１、５３、５５、５７又は第２帰還回路５２、５４、５６、５８の内部において、部分的にＯ／Ｅ変換を行い、電気的な遅延素子が挿入されることで、パルス光の遅延を行い、光源部１１〜１５が出力する複数のパルス光のパルス光出力周波数を、パルス光源３１のサンプリング周波数よりも高く設定してもよい。
【符号の説明】
【０１５８】
１、１００１、２００１、３００１、４００１  干渉型光ファイバセンサ、１１、１２、１３、１４、１５  光源部、２１  検出部、２２  Ｏ／Ｅ変換器、２３  フィルタ、２４  処理部、３１  パルス光源、３３、３５、２０１、２０２、２０３、２０４、２２３、２３３、２４３  光カプラ、３７  遅延補償ファイバ、３９、１０１、１１１  光アンプ、５１、５３、５５、５７  第１帰還回路、５２、５４、５６、５８  第２帰還回路、６１、７１  帰還側第１光カプラ、６２、７２  変調信号発生器、６３、７３  光周波数シフタ、６５、７５  帰還側第２光カプラ、６７、７７  遅延調整ファイバ、６９、７９  第１光パルスゲート、８１、９１  帰還側第３光カプラ、８３、９３  光パルスゲート付変調信号発生器、１０３、１１３  第２光パルスゲート、２１１  第１センシング干渉計、２１２  第２センシング干渉計、２１３  第３センシング干渉計、２２１  第１センシングファイバ、２３１  第２センシングファイバ、２４１  第３センシングファイバ、２２５、２２７、２３５、２３７、２４５、２４７  ミラー、２５１  第１遅延ファイバ、２５３  第２遅延ファイバ、３０１  Ａ／Ｄ変換器、３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３１６  参照信号発生器、３３１、３３２、３３３、３３４、３３５、３３６  乗算器、３５１、３５２、３５３、３５４、３５５、３５６  ＬＰＦ、３７１、３７３、３７５  逆正接演算器、３９１、３９３、３９５  不連続点補償演算器。
【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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【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】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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