(57)【要約】  光ファイバセンサアレイ１００は、パッケージ入／出力（ｉ／ｏ）ファイバを個々に有し、かつ、それぞれ、入力される１つまたは複数の呼掛け光パルスに応答して、パッケージｉ／ｏファイバを介して光出力パルスの有限出力パルス列を出力するようになされた光ファイバセンサパッケージＡＸ、ＢＸ、ＣＸ、ＤＸ、ＡＹ、ＢＹ、ＣＹ、ＤＹ、ＡＺ、ＢＺ、ＣＺ、ＤＺのラインアレイを備えている。アレイは、さらに、ラインアレイの長手に沿って延びている光ファイババス１０４、１０６、１０８、１１０を備えており、ラインアレイに沿ったそれぞれの位置で個々のパッケージｉ／ｏファイバが光ファイババスに光結合されている。このアレイは、同じ数の光ファイバ検知パッケージのシリアルアレイの場合より高い周波数で呼び掛けることができる。
2009531692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージ入／出力（ｉ／ｏ）ファイバを個々に有し、かつ、それぞれパッケージ入／出力（ｉ／ｏ）ファイバへの１つまたは複数の呼掛け光パルスの入力に応答して、そのパッケージｉ／ｏファイバを介して光出力パルスの有限出力パルス列を出力するようになされた複数の光ファイバセンサパッケージのラインアレイを備えた光ファイバセンサアレイであって、ラインアレイの長手に沿って並列に延びているＮ個の光ファイババスファイバを備え、個々のパッケージｉ／ｏファイバが、異なるバスファイバに結合されたパッケージから出力されるパルス列が交互配置されるよう、ラインアレイに沿ったそれぞれの位置で前記Ｎ個のバスファイバのうちの１つに光結合された、光ファイバセンサアレイ。
【請求項２】
ラインアレイのｎ番目の光ファイバセンサパッケージのパッケージｉ／ｏファイバが、ｎ／Ｎ＝Ｍ＋ｋ／Ｎであり、かつ、Ｍが正の整数またはゼロである場合、ｋ番目のバスファイバ（ｋ＝１からＮ）に光結合される、請求項１に記載の光ファイバセンサアレイ。
【請求項３】
所与のバスファイバに沿った、パッケージｉ／ｏファイバが結合される位置が、同じ長さのバスファイバによって分離され、また、少なくとも１つのバスファイバの、アレイｉ／ｏファイバと、バスファイバに沿った、そのバスファイバの第１のパッケージのパッケージｉ／ｏファイバが結合される位置との間に、それぞれの遅延長さの光ファイバが組み込まれた、請求項２に記載の光ファイバセンサアレイ。
【請求項４】
光ファイバセンサパッケージの各々が、出力パルス列の光パルスを１／τの周波数で出力するようになされ、個々のパルスがτ／Ｎの継続期間を有し、ファイバの１つまたは複数の遅延長さが、アレイを使用している間、それぞれのバスファイバ中に結合された出力パルス列の複数のグループがアレイｉ／ｏファイバ中に多重化出力列を形成する長さであり、多重化出力列が、連続するグループがτ／Ｎの相対遅延を有する複数の前記グループからなる、請求項３に記載の光ファイバセンサアレイ。
【請求項５】
アレイの個々の光ファイバセンサパッケージが、１つまたは複数の呼掛けパルスに応答してｍ個の光出力パルスの出力パルス列を出力するようになされ、前記同じ長さのバスファイバが、ｐがｐ≧１の整数であり、ｃがファイバ内の光の速さである長さｃｐｍτ／２を有する、請求項４に記載の光ファイバセンサアレイ。
【請求項６】
前記同じ長さのファイバのうちの少なくとも１つに、遅延長さの光ファイバが組み込まれた、請求項５に記載の光ファイバセンサアレイ。
【請求項７】
アレイの個々の光ファイバセンサパッケージが、１つまたは複数の呼掛けパルスに応答してｍ個の光出力パルスの出力パルス列を出力するようになされ、前記同じ長さのファイバが、ｐがｐ≧１の整数であり、ｃがファイバ内の光の速さである長さｃｐ（ｍ−１）τ／２を有する、請求項４に記載の光ファイバセンサアレイ。
【請求項８】
前記同じ長さのファイバのうちの少なくとも１つに、遅延長さの光ファイバが組み込まれた、請求項７に記載の光ファイバセンサアレイ。
【請求項９】
光ファイバセンサパッケージの各々が、直列に配置されたｍ−２個の、長さがそれぞれｃτ／２の光ファイバ検知コイルを備え、前記コイルの各々がその入力側に部分反射体を備え、また、パッケージが終端反射体を備えた、請求項７または請求項８に記載の光ファイバセンサアレイ。
【請求項１０】
反射体の各々がファイバ結合反射体である、請求項９に記載の光ファイバセンサアレイ。
【請求項１１】
反射体の各々がインファイバ反射体である、請求項９に記載の光ファイバセンサアレイ。
【請求項１２】
光ファイバ加速度計の中に１つまたは複数の光ファイバ検知コイルを備えた、請求項９から１１のいずれかに記載の光ファイバセンサアレイ。
【請求項１３】
光ファイバハイドロホンの中に１つまたは複数の光ファイバ検知コイルを備えた、請求項９から１１のいずれかに記載の光ファイバセンサアレイ。
【請求項１４】
パッケージの各々が４つの光ファイバ検知コイルを有し、そのうちの３つのコイルを個々の光ファイバ加速度計の中に備え、また、残りの１つのコイルを光ファイバハイドロホンの中に備えた、請求項９から１３のいずれかに記載の光ファイバセンサアレイ。
【請求項１５】
光ファイババスが、ラインアレイの長手に沿って延びている保護ケーブルの中に収納された、請求項１から１４のいずれかに記載の光ファイバセンサアレイ。
【請求項１６】
ｉ／ｏファイバと、それぞれ請求項１から１５のいずれか一項に記載の複数のサブアレイとを備えた大規模光ファイバセンサアレイであって、ｉ／ｏファイバと対応するサブアレイとの間に特定の波長の放射を結合するようになされた波長マルチプレクサ／デマルチプレクサをさらに備えた大規模光ファイバセンサアレイ。
【請求項１７】
少なくとも１つの光ファイバセンサを個々に備えた複数の光ファイバセンサパッケージのリニアアレイと、
アレイに沿って延びている、Ｎ個の複数の並列バスファイバを備えた光ファイババスと
を備え、アレイの物理的に隣接するパッケージが前記Ｎ個のバスファイバのうちのそれぞれ異なるバスファイバに常に結合されるようになされたセンサシステム。
【請求項１８】
パッケージの各々がｑ個の個別センサを備え、入力パルスに応答して少なくともｑ＋１個のパルスを出力する、請求項１７に記載のセンサシステム。
【請求項１９】
パッケージの各々がｑ個の個別センサを備え、個々のバスにｐ個のパッケージが光結合され、パッケージの各々が、出力パルス列の光パルスを１／τの周波数で出力するようになされ、システムの呼掛け周波数が実質的に１／（τｐ（ｑ＋１））である、請求項１７または請求項１８に記載のセンサシステム。
【請求項２０】
実質的に図４Ａ、図５および図６を参照して説明した光ファイバセンサアレイ。
【請求項２１】
実質的に図７、図８、図１０、図１１と図９、図１２および図１３のうちのいずれか１つとを参照して説明した光ファイバセンサアレイ。
【請求項２２】
実質的に図１４および図１８を参照して説明した光ファイバセンサアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバセンサのアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
知られているタイプの光ファイバセンサパッケージは、パッケージ入／出力（ｉ／ｏ）ファイバおよび１つまたは複数の個別の光ファイバセンサを備えており、パッケージｉ／ｏファイバに入力される１つまたは複数の呼掛けパルスの入力に応答して、ｉ／ｏファイバを介して光出力パルスの有限出力パルス列を出力するようになされている。出力パルス列は、パッケージの特定の構造に応じて、周囲の環境の温度、圧力、加速度などに関する情報を担うことができる。このようなパッケージは、通常、１つまたは複数の呼掛けパルスの一部をファイバのこの部分に光結合された第２のこのようなパッケージを通過させることができる出力ファイバを有している。したがってこの第２のパッケージに対する呼掛けを提供することができる。多くのパッケージを直列に接続してそのラインアレイに沿った物理状態に関する情報の収集に適したラインアレイを形成することができる。アレイを使用している間、アレイの入力端に１つまたは複数の呼掛けパルスが導入され、アレイの個々のパッケージからの出力パルス列がアレイの入力端に向かって出力される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
光ファイバ検知パッケージのこのようなアレイが抱えている問題は、１つまたは複数の呼掛けパルスの一部がアレイの最後のパッケージに到達するのに要する時間によって、また、最後のパッケージからの出力パルス列が他のすべてのパッケージを通ってアレイの入力端に戻るのに要する時間によってそのアレイの最大呼掛け周波数が固定されるということにあるため、たとえば数百個のパッケージが直列に配置された長いアレイの場合、アプリケーション（たとえば急激に変化する物理状態を検出するアプリケーション）によってはアレイのこの最大呼掛け周波数が許容できないほど低いことである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の目的は、この問題を改善することである。本発明によれば、この目的は、パッケージ入／出力（ｉ／ｏ）ファイバを個々に有し、かつ、それぞれ該パッケージ入／出力（ｉ／ｏ）ファイバに入力される１つまたは複数の呼掛け光パルスに応答して、そのパッケージｉ／ｏファイバを介して光出力パルスの有限出力パルス列を出力するようになされた複数の光ファイバセンサパッケージのラインアレイを備えた光ファイバセンサアレイによって達成される。このアレイは、さらに、ラインアレイの長手に沿って延びている光ファイババスを備えており、個々のパッケージｉ／ｏファイバは、ラインアレイに沿ったそれぞれの位置で光ファイババスに光結合されている。本発明によるアレイの個々のパッケージによる呼掛けは、特定のパッケージに対する呼掛けパルスが最初にアレイの他のパッケージを通過する必要がないため、シリアルアレイの場合より速く達成される。同様に、特定のパッケージからの出力パルス列も、アレイの入力端に到達させるためにアレイ内の他のパッケージを通過させる必要はない。したがって、本発明によるアレイの単一呼掛けによって生じる出力パルス列の完全なサイクル（個々のパッケージからの１つの出力パルス列を有している）は、直列に配置された同じ数の光ファイバ検知パッケージを有するアレイからの完全なサイクルより短い継続期間を有しており、したがって従来技術による場合より高い周波数での呼掛けが提供される。
【０００５】
光ファイバセンサアレイは、さらに、アレイｉ／ｏファイバを備えており、また、光ファイババスは、アレイｉ／ｏファイバに並列に光結合された、ラインアレイの長手に沿って延びているＮ個のバスファイバを備えており、ラインアレイのｎ番目の光ファイバセンサパッケージのパッケージｉ／ｏファイバは、ｎ／Ｎ＝Ｍ＋ｋ／Ｎであり、かつ、Ｍが正の整数またはゼロである場合、ｋ番目のバスファイバ（ｋ＝１からＮ）に光結合されることが好ましい。たとえばＮ＝４の場合、アレイに沿った１０番目の光ファイバセンサパッケージは、第２のバスファイバに結合される。それにより、アレイｉ／ｏファイバ上に多重化された場合、異なるバスファイバ上に結合された出力パルス列の複数のグループを交互配置することができ、アレイの単一呼掛けによって生じる出力パルス列の完全なサイクルの継続期間がさらに短縮され、延いてはアレイの最大呼掛け周波数をさらに速くすることができる。また、複数のバスファイバのうちの１つが損傷した場合のアレイの性能に対する影響は、すべてのパッケージが単一のバスファイバに結合されている場合より小さく、あるいはＮ個のバスファイバが存在し、かつ、ラインアレイがＮ個の連続するパッケージの複数のセットで構築され、所与のセットのパッケージが同じバスファイバに結合されている場合より小さい。
【０００６】
所与のバスファイバに沿った、パッケージｉ／ｏファイバが結合される位置は、同じ長さのバスファイバによって分離され、また、少なくとも１つのバスファイバの、アレイｉ／ｏファイバと、バスファイバに沿った、そのバスファイバの第１のパッケージのパッケージｉ／ｏファイバが結合される位置との間には、遅延長さの光ファイバが組み込まれていることが好ましい。それにより、特定の検知要求事項に合致し、かつ、遅延ファイバの長さを適切に選択することによって異なるバスファイバ上に出力される出力パルス列の複数のグループを交互配置することができるよう、アレイに沿ったパッケージの物理位置を独立して選択することができる。
【０００７】
光ファイバセンサパッケージの各々は、出力パルス列の光パルスを１／τの周波数で出力するようになされ、個々のパルスはτ／Ｎの継続期間を有し、ファイバの１つまたは複数の遅延長さは、アレイを使用している間、それぞれのバスファイバ中に結合された出力パルス列の複数のグループがアレイｉ／ｏファイバ中に多重化出力列を形成する長さであり、該多重化出力列は、連続するグループがτ／Ｎの相対遅延を有する複数のグループからなっていることが好ましい。この場合、連続するパルスセットを形成するために、異なるバスファイバに結合された対応するパッケージからの出力パルス列中の個々のパルスがアレイｉ／ｏファイバ内で交互配置され、それにより、アレイからの出力データの単一サイクル内における、有用な出力が存在していない時間の長さがさらに短縮される。
【０００８】
アレイの個々のパッケージが、呼掛けに応じて１／τの周波数でｍ個の個別パルスの出力パルス列を生成し、個々のパルスがτ／Ｎの継続期間を有し、かつ、有用な情報を担っている場合、任意の特定のバスファイバ上の隣接するパッケージを接続しているファイバの長さは、ｃｐｍτ／２の長さを有していることが好ましい。ｐはｐ≧１の整数であり、ｃはファイバ内の光の速さである。それにより、特定のバスファイバに結合された隣接するパッケージによって生じる出力パルス列と、単一の呼掛けに応答して生成される出力パルス列との間にｐｍτの遅延が生成される。ｐ＝１の場合、特定のバスファイバに結合された隣接するパッケージによって生じる出力パルス列は時間的に連続している。ｐ＞１の場合、１つのパッケージからの出力パルス列の終わりと、同じバスファイバに結合された隣接するパッケージからの出力パルス列の開始との間に遅延が存在し、これらの２つの出力パルス列は、単一の呼掛けによって生じる。しかしながら、アレイの呼掛け周波数を適切に選択することによって任意のバスファイバから連続する出力パルス列を得ることができるのは、この遅延の継続期間によるものである。バスファイバに結合されるパッケージの物理的な分離を選択して特定の検知要求事項に合致させ、かつ、この利点を維持することができるようにするために、任意の特定のバスファイバ上の隣接するパッケージを接続しているファイバに、それぞれ遅延長さのファイバを組み込むことができる。
【０００９】
特定の光ファイバ検知パッケージは、呼掛けに応答して、その出力列の最初の光パルスおよび最後の光パルスが有用な情報を担っていない出力列を生成する。アレイがこのタイプのパッケージを有しており、これらのパッケージの各々が、個々の出力パルス列内で、継続期間がτ／Ｎのｍ個のパルスを１／τの周波数で生成する場合、任意の特定のバスファイバ上の隣接するパッケージを接続しているファイバの長さは、ｃｐ（ｍ−１）τ／２の長さを有していることが好ましい。ｐはｐ≧１の整数であり、ｃはファイバ内の光の速さである。ｐ＝１の場合、単一の呼掛けに応答して、特定のバスファイバに結合された隣接するパッケージからの出力パルス列の間にｐ（ｍ−１）τの遅延が存在する。これは、１つの出力パルス列の最後のパルスと次の出力パルス列の最初のパルスが時間的に重畳し、アレイの完全な出力サイクル内（および任意の単一バスファイバからの出力パルス列のグループ内）における有用な情報を担っていない時間の長さが短縮されることを意味している。ｐ＞１の場合、１つのパッケージからの出力パルス列の終わりと、隣接するパッケージからの出力パルス列の開始との間にｐ（ｍ−１）τの遅延が存在し、これらの２つの出力パルス列は、単一の呼掛けに応答して生成される。この場合も、アレイの呼掛け周波数を適切に選択することによって任意のバスファイバから連続する出力パルス列を得ることができるのは、この遅延によるものである。また、１つの出力パルス列の最後の出力パルスと次の出力パルス列の最初のパルスが重畳する。この場合も、バスファイバに結合されるパッケージの物理的な分離を選択して特定の検知要求事項に合致させ、かつ、この利点を維持することができるようにするために、任意の特定のバスファイバ上の隣接するパッケージを接続しているファイバに、それぞれ遅延長さのファイバを組み込むことができる。
【００１０】
アレイの複数の光ファイバ検知パッケージの各々は、直列に配置されたｍ−２個の、長さがそれぞれｃτ／２の光ファイバ検知コイルを備えることができる。前記コイルの各々は、その入力側に部分反射体を備えており、また、パッケージは終端反射体を備えている。このようなパッケージには、一方のパルスがもう一方のパルスに対してτだけ遅延された、継続期間がτ／Ｎの一対のパルスによって呼び掛けることができ、それによりｍ個のパルスの出力パルス列を生成することができる。第１のパルスおよびｍ番目のパルスは有用な情報を担っていないが、２番目、３番目、．．．（ｍ−１）番目のパルスは、パッケージの近傍の物理状態に関する情報を担うことができる。
【００１１】
反射体は、ファイバ結合反射体であっても、あるいは別法として、インファイバブラッグ格子などのインファイバ反射体であってもよい。
【００１２】
１つまたは複数の個々の光ファイバ加速度計または光ファイバハイドロホンの中に複数の検知コイルのうちの１つまたは複数を備え、振動または圧力の検出に適したアレイを提供することができる。４つの検知コイルを有するパッケージの場合、そのうちの３つのコイルを個々の光ファイバ加速度計の中に備え、また、残りの１つのコイルを光ファイバハイドロホンの中に備えた、水中探査アプリケーションのための光ファイバセンサアレイを提供することができる。
【００１３】
光ファイババスは、敷設中または使用中におけるアレイの損傷を防止するために、保護ケーブルの中に収納されることが好ましい。
【００１４】
本発明による複数の光ファイバセンサアレイは、本発明による個々のアレイがサブアレイとして作用し、個々のサブアレイがそれぞれ異なる波長で動作する大規模光ファイバセンサアレイの中に備えることができる。波長マルチプレクサ／デマルチプレクサを使用して、対応するサブアレイと大規模アレイのｉ／ｏファイバとの間に所与の波長の放射を結合することができる。
【００１５】
本発明は、添付の図面を参照して本明細書において説明されているように、実質的に、方法、装置および／または用法まで拡張される。
【００１６】
本発明による一態様の特徴は、すべて、適切な任意の組合せで本発明による他の態様に適用することができる。詳細には、方法態様を装置態様に適用することができ、あるいはその逆に、装置態様を方法態様に適用することができる。
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、単なる実施例にすぎないが、添付の図面を参照して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、知られているタイプの光ファイバセンサパッケージを一括して１０で示したもので、直列に配置された４つの個々の光ファイバ検知コイル１、２、３、４を備えている。コイル１、２、３、４は、単一長さ１３の光ファイバから形成されており、その一部１２は、パッケージ入／出力（ｉ／ｏ）ファイバとして機能している。ファイバ結合ミラー５、６、７、８、９は、コイル１、２、３、４の各々がその各々の端に結合されたファイバ結合ミラーを有するように、光ファイバに沿ったそれぞれの位置で光ファイバ１３に結合されている。コイル１、２および３は、たとえば、対応するそれぞれの光ファイバ加速度計部分を形成することができ、また、コイル４はハイドロホン部分を形成することができ、それにより、地震調査アプリケーションに適した４コンポーネントパッケージを形成することができる。（パッケージ１０の機械的な部分は図１には示されていない。）コイル１、２、３、４は、それぞれ４０ｍの長さを有している。したがってセンサ１０のファイバ１３の総合長さは１６０ｍである（ｉ／ｏファイバ１２の微小長さおよび隣接するコイル間のファイバの微小接続長さを無視して）。
【００１９】
図２を参照すると、光パルス２０、２２の呼掛け対をパッケージｉ／ｏファイバ１２中に導入することによって図１のパッケージ１０の単一呼掛けを実行することができる。パルス２０、２２は、それぞれ周波数ω１、ω２を有しており、パルス２２は、パルス２０に対してτ＝２ｌ／ｃだけ遅延されている。ｌはセンサ１０中のコイルの長さ（４０ｍ）であり、また、ｃはファイバ９内における光パルスの速さ（説明用として２×１０８ｍｓ−１であることが仮定されている）であり、したがってτ＝４００ｎｓである。パルス２０、２２は、それぞれτ／４＝１００ｎｓの継続期間を有している。図３を参照すると、パッケージ１０は、パルス２０、２２の入力に応答して６個のパルス３０、３２、３４、３６、３８、４０の出力パルス列を出力している。パルス３０、３２、３４、３６、３８、４０は、それぞれτ／４＝１００ｎｓの継続期間を有しており、連続するパルスとパルスの間にはτの遅延が存在している。パルス３０は、パルス２０の一部がパッケージ１０のファイバ結合ミラー５で反射されることによって生成される。パルス４０は、パルス２２の一部がファイバ結合ミラー９で反射されることによって生成される。パルス３２、３４、３６、３８は、それぞれ、パルス２２の一部と一致するパルス２０の一部からなっている。たとえば、パルス３４は、ファイバ結合ミラー６で反射したパルス２２の一部およびファイバ結合ミラー７で反射したパルス２０の一部からなっている。これらの２つのパルス部分の間の位相差は、パルス２０のその部分が検知コイル２を２回通過する際に遭遇する位相シフトによって生じる。複数の出力パルス列の各々の第２のパルスが光検出器に入射する（複数の呼掛けパルス対に応答して）際に生成されるうなり信号の位相または周波数を観察することにより、パッケージ１０の近傍の物理状態に関する情報を得ることができる。（うなり信号の位相または周波数が正確に何に対応するかは、コイル２がその一部をなしている個別センサのタイプによって決まる。）パルス３４、３６および３８についても同様である。したがって出力パルス３２、３４、３６、３８は、それぞれコイル１、２、３、４を備えた個々のセンサの出力である。出力パルス３０、４０は有用な情報を担っていない。
【００２０】
図４Ａは、本発明による光ファイバセンサアレイ１００の第１の実施例を略図で示したものである。アレイ１００は、それぞれＡ、Ｂ、ＣおよびＤのラベルが振られた４つのバスファイバ１０４、１０６、１０８、１１０に光結合されたアレイ入／出力（ｉ／ｏ）ファイバ１０２を備えている。分岐Ａ、ＢおよびＣには、それぞれ遅延ループ１１３、１１４および１１５が組み込まれている。バスファイバＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、それぞれ、２００ｍの間隔でファイバに光結合された、図１に示されているタイプの３つのパッケージを有している。バスファイバＢ、ＣおよびＤに結合されたパッケージは、それぞれ、アレイ１００の長手に沿って、バスファイバＡに結合されたパッケージからΔｘ１＝５０ｍ、Δｘ２＝１００ｍおよびΔｘ３＝１５０ｍの距離だけオフセットされている。アレイ１００のパッケージは、３つの集合Ｘ、Ｙ、Ｚにグループ化されており、これらの集合の各々には、バスファイバＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄにそれぞれ１つずつ結合された４つのパッケージが含まれている。したがってアレイ１００は、図１に示されているタイプの１２個のパッケージＡＸ、ＢＸ、．．．．ＣＺ、ＤＺを備えている。また、図４Ａには、これらのパッケージがアレイ１００のバスファイバＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに結合されている位置が参照符号ＡＸ、ＢＸ、．．．．ＣＺ、ＤＺで示されている（パッケージ自体は図４Ａには示されていない）。
【００２１】
図４Ｂは、アレイ１００の物理構造を示したものである。パッケージＡＸ、ＢＸ、．．．．ＣＺ、ＤＺはラインアレイを形成している。バスファイバＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、ラインアレイの長手に沿って延びており、保護ケーブル１０１の中に収納されている。ラインアレイに沿った１番目、５番目および９番目のパッケージ（それぞれＡＸ、ＡＹ、ＡＺ）は、バスファイバＡに結合されている。ラインアレイに沿った２番目、６番目および１０番目のパッケージ（それぞれＢＸ、ＢＹ、ＢＺ）は、バスファイバＢに結合されている。ラインアレイに沿った３番目、７番目および１１番目のパッケージ（それぞれＣＸ、ＣＹ、ＣＺ）は、バスファイバＣに結合されている。４番目、８番目および１２番目のパッケージ（ＤＸ、ＤＹ、ＤＺ）は、バスファイバＤに結合されている。あるバスファイバの第１のパッケージの前の１つのバスファイバが破損した場合、そのバスファイバに取り付けられているパッケージのセットに呼び掛けることはできないが、アレイ１００の性能に対するこのような破損の影響は、４つの隣接するパッケージのグループが隣接するグループと８００ｍの間隔を隔てて３つのバスファイバの各々に結合された場合より軽微である。
【００２２】
使用中、それぞれ図２に示されている、アレイ入／出力（ｉ／ｏ）ファイバ１０２に導入される一連のパルス対によってアレイ１００が呼び掛けられる。ｉ／ｏファイバ１０２に入力されると、個々の対が４つの部分に分割され、分割された個々の部分がそれぞれバスファイバＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに入力される。所与のバスファイバ中に結合された出力パルス列が、そのバスファイバ中に出力パルス列のグループを形成し、それぞれのバスファイバからのこれらのグループが、アレイｉ／ｏファイバ１０２内で多重化され、多重化出力列が形成される。
【００２３】
図５は、遅延コイル１１３、１１４、１１５の長さがゼロである場合の単一呼掛けパルス対に応答した、４つのバスファイバ１０４、１０６、１０８、１１０（それぞれ図４ＡにＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのラベルが振られている）の各々からの出力パルス列のグループ１５０、１５２、１５４、１５６のタイミングを示したものである。図５の時間は、一対の呼掛け入力パルスの最初の一部がパッケージＡＸから戻った時点を原点としている。バスファイバＡからの出力列は、１６個のパルス列からなっている。これらのパルスのうちの特定のパルスｊ（ｊ＝１．．．１６）が、第１のパルスに遅れること時間（ｊ−１）τで戻る。パッケージＡＸ、ＡＹ、ＡＺは、バスファイバＡに沿って、２００ｍ＝５ｃτ（２μｓの往復遅延に対応している）の間隔を隔てて配置されているため、パッケージＡＸの出力パルス列の６番目のパルスとパッケージＡＹからの出力パルス列の第１のパルスが重畳し、また、パッケージＡＹから出力される出力パルス列の６番目のパルスとパッケージＡＺからの出力パルス列の第１のパルスが重畳する。出力列のグループ１５０の個々の出力パルスには、それらがどの個別の検知コイルに対応しているかを示すためにラベルが振られており、たとえばＡＸ３は、パッケージＡＸの第３の検知コイルからの情報を担っているパルスを表している。バスファイバＢ、ＣおよびＤからの出力パルス列のグループ１５２、１５４、１５６も、バスファイバＡから出力される出力パルス列と同じフォーマットを有しているが、それらは、バスファイバＡからのグループ１５０に対して、それぞれ５００ｎｓ、１０００ｎｓおよび１５００ｎｓだけ遅延されている。バスファイバＢ、ＣおよびＤ上のパッケージがバスファイバＡ上のパッケージに対して、それぞれ、パッケージのラインアレイに沿って、５０ｍ、１００ｍおよび１５０ｍの距離だけオフセットされているためである。
【００２４】
アレイ１００のバスファイバＡ、ＢおよびＣにそれぞれ組み込まれている遅延コイル１１３、１１４、１１５の長さが、それぞれ１２０ｍ、８０ｍおよび４０ｍである場合、バスファイバＡ、ＢおよびＣからの出力パルス列のグループ１５０、１５２、１５４は、それぞれ１２００ｎｓ（３τ）、８００ｎｓ（２τ）および４００ｎｓ（τ）だけ遅延される。これらの遅延は図５に示されている。したがってバスファイバＢ、ＣおよびＤからの出力パルス列のグループ１５２、１５４、１５６は、バスファイバＡからのグループ１５０に対して、それぞれ１００ｎｓ（τ／４）、２００ｎｓ（τ／２）および３００ｎｓ（３τ／４）だけ遅延されることになる。
【００２５】
図６を参照すると、遅延コイル１１２、１１４、１１６によって導入される遅延が、バスファイバＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄからの出力パルス列のグループ１５０、１５２、１５４、１５６が交互配置され、それぞれ継続期間が４τ＝１６００ｎｓの有用な（つまりデータを担っている）出力パルスの３つの連続ブロック１７０、１７２、１７４と、それぞれ継続期間がτ＝４００ｎｓの４つの期間１６２、１６４、１６６、１６８とを形成している多重化出力列１６０をアレイｉ／ｏファイバ１０２内にもたらしている。これらのブロックには、特定のパッケージの最初および／または最後のファイバ結合反射体からのパルス、つまり有用な情報のないパルスが含まれている。ブロック１７０、１７２、１７４は、特定の集合内の個々のパッケージ中の同じ位置を有する検知コイルに対応する出力パルスが時間的に連続的にグループ化されるように配置されている。期間１６８には有用な情報が含まれていないため、連続出力をアレイ１００から生成するために、１／１５τ≒１６７ｋＨｚの周波数でアレイ１００に呼び掛けることができる。また、この周波数は、多重化出力列がアレイｉ／ｏファイバ１０２から出力される周波数である。
【００２６】
距離Δｘ１、Δｘ２、Δｘ３が５０ｍ、１００ｍおよび１５０ｍ以外の値を有するように図４Ａのアレイ１００を修正することによって本発明の他の実施形態を得ることができる。その場合、遅延コイル１１２、１１４および１１６は、それらの個々の長さがそれぞれΔｘ３−３ｃτ／８、Δｘ２−ｃτ／４およびΔｘ１−ｃτ／８に等しい長さを維持するようにその長さを調整しなければならない。したがって、遅延コイル１１２、１１４、１１６の長さを適切に選択することにより、バスファイバＢ、ＣおよびＤ上のパッケージがバスファイバＡ上のパッケージから所望の距離Δｘ１、Δｘ２、Δｘ３だけオフセットされた特定の実施形態を単純に得ることができる。また、個々のパッケージの個々の検知コイルが４０ｍ以外の長さを有するようにアレイ１００を修正することによって本発明のさらに他の実施形態を得ることができる。その場合、コイルの長さがたとえばｌの場合、τが２ｌ／ｃに等しい継続期間を維持するように呼掛けパルスの継続期間τを調整しなければならない。
【００２７】
図７を参照すると、本発明による光ファイバセンサアレイの第２の実施例が一括して２００で示されている。図４Ａのアレイ１００の部分に対応するアレイ２００の部分には、アレイ１００の対応する部分に振られているラベルの参照数表示より１００の値だけ大きい参照数表示のラベルが振られている。所与のバスファイバに結合された隣接するパッケージは、図４Ａのアレイ１００の２００ｍに対して、８００ｍの距離で分離されている。アレイ２００の物理的なレイアウトは、図４Ｂに示されているアレイ１００のレイアウトに類似している。つまり、個々のパッケージがラインアレイを形成し、そのラインアレイの長手に沿ってアレイ２００のバスファイバが延びている。アレイ２００の個々のパッケージは、図１に示されている構造を有している。
【００２８】
図８は、図２に示されている波形を有する単一呼掛けパルス対を入力することによって得られるアレイ２００のバスファイバＡの出力パルス列のグループ２５０を示したものである。呼掛け対の第１のパルス２０が位置ＡＸから戻った時点が時間の原点である。パッケージＡＸ、ＡＹ、ＡＺの各々は、図３に示されているように６つの光出力パルスの出力パルス列を生成している。図８には３つの出力パルス列がＡＸ、ＡＹおよびＡＺで示されている（出力パルス列の構造は示されていない）。出力パルス列ＡＸ、ＡＹ、ＡＺの各々は、図３に示されているように２１τ／４＝２．１μｓの継続期間を有している。パッケージＡＸ、ＡＹ、ＡＺは８００ｍのバスファイバによって間隔を隔てているため、連続する出力パルス列と出力パルス列の間の遅延は２０τ＝８μｓである。
【００２９】
図９は、図２に示されている波形の複数のパルス対を使用して１／１５τの周波数で連続的に呼び掛けた場合のバスファイバＡからの出力パルス列のグループ２４９を示したものである。グループ２４９は、連続する一連の呼掛けパルス対ｎ、ｎ＋１、ｎ＋２、．．．．．ｎ＋９によって生成される、パッケージＡＸ、ＡＹ、ＡＺからの出力パルス列からなっている。対ｎ＋２の第１のパルスがパッケージＡＸから戻った時点が時間の原点である。特定の呼掛けパルス対によって生じる連続する出力パルス列間の遅延は２０τであり、また、個々の出力パルス列の最後のτ／４には有用な出力は含まれていないため、他の呼掛けパルス対によって生成される３つの他の出力パルス列を、単一の呼掛けパルス対によって生成される連続する出力パルス列の間に交互配置する可能性が存在している。したがって、たとえば出力パルス列のグループ２４９の場合、以下に示す出力パルス列が、（ｎ＋２）番目の呼掛けパルス対によって生成されるパッケージＡＸの出力パルス列とパッケージＡＹの出力パルス列との間に出現する。
・（ｎ＋１）番目の呼掛けパルス対によって生成されるパッケージＡＹからの出力パルス列
・ｎ番目の呼掛けパルス対によって生成されるパッケージＡＺからの出力パルス列
・（ｎ＋３）番目の呼掛けパルス対によって生成されるパッケージＡＸからの出力パルス列
【００３０】
異なる呼掛けパルス対によって生成される出力パルス列を交互配置することにより、特定の呼掛けパルス対によって生成されるバスファイバに結合された最後のパッケージからの出力パルス列を、次の呼掛けパルス対によって生成される第１のパッケージからの出力パルス列の前に受け取る場合と比較すると、より高い周波数でサンプリングすることができる。
【００３１】
図１０は、遅延コイル２１２、２１４、２１６の長さがゼロである場合の連続する呼掛け入力パルス対ｎ、ｎ＋１、ｎ＋２に応答して出力される、４つのバスファイバ２０４、２０６、２０８、２１０（それぞれ図７にＡ、Ｂ、ＣおよびＤのラベルが振られている）からの出力パルス列のグループ２５０、２５２、２５４、２５６のタイミングを示したものである。図７の時間は、呼掛けパルス対ｎ＋２の第１のパルスの一部がパッケージＡＸから戻った時点を原点としている。バスファイバＢ、ＣおよびＤに結合されたパッケージは、バスファイバＡに結合された対応するパッケージに対して、それぞれ、アレイ２００に沿って、５０ｍ、１００ｍおよび１５０ｍの距離だけ変位しているため、グループ２５２、２５４、２５６は、グループ２５０に対して、それぞれ５００ｎｓ、１０００ｎｓおよび１５００ｎｓだけ遅延されている。
【００３２】
アレイ２００のバスファイバＡ、ＢおよびＣにそれぞれ組み込まれている遅延コイル２１２、２１４、２１６は、これらの分岐からの出力パルス列のグループ２５０、２５２、２５４をそれぞれ３τ、２τおよびτだけ遅延させている。（したがって遅延コイル２１２、２１４および２１６は、それぞれ１２０ｍ、８０ｍおよび４０ｍの長さを有している。）したがって、それぞれバスファイバＢ、ＣおよびＤからの出力パルス列のグループ２５２、２５４、２５６は、バスファイバＡからの出力パルス列のグループ２５０に対して、それぞれτ／４、τ／２および３τ／４だけ（つまりそれぞれ１００ｎｓ、２００ｎｓおよび３００ｎｓだけ）遅延されることになる。
【００３３】
図１１は、アレイ２００のアレイｉ／ｏファイバ２０２から出力される多重化出力列の完全な１サイクル２６０を示したものである。サイクル２５０は、図６のサイクル１６０と同じ基本構造を有しているが、有用なデータである個々のブロック２７０、２７２、２７４が、単一の呼掛けパルス対によってではなく、連続する複数の呼掛けパルス対によって生成される点だけが異なっている。アレイ２００のサンプリング周波数は１／１５τである（呼掛けパルス対がアレイｉ／ｏファイバ２０２内に導入される周波数に等しい）。
【００３４】
バスファイバＢ、ＣおよびＤに結合されているパッケージが、アレイ２００の長手に沿って、バスファイバＡに結合されているパッケージに対してオフセットされている距離は、所望する任意の値を取ることができるが、その場合、アレイ１００に関連して上で説明したように、遅延コイルの長さが調整されなければならない。
【００３５】
もう一度図９を参照すると、所与のバスファイバに結合された隣接するパッケージの分離が８００ｍであるため、バスファイバＡ上に出力される、異なる呼掛けパルス対によって生じる出力パルス列の複数のグループの交互配置が可能である。それにより、特定の呼掛けパルス対によって生成される連続する出力パルス列間に２０τの遅延が提供される。個々の出力パルス列内の有用な情報は、個々の出力パルス列の最初の５τの間に生じるため、この２０τの遅延によって、３つの他の出力パルス列（３×５τ）に適応するために使用することができる１５τの時間窓が提供される。他のスキームも可能である。たとえば、図１２は、１／１５τの反復周波数で呼び掛けた場合に、単一バスファイバ（３つのパッケージＡＸ、ＡＹ、ＡＺがこのバスファイバに沿って１０００ｍの間隔で結合されている）から得られる出力パルス列のグループ３４９を示したものである。グループ３４９は、連続する１３個の呼掛けパルス対ｎ、ｎ＋１、ｎ＋２、．．．．．ｎ＋１２によって生成される出力パルス列からなっている。図１３は、単一バスファイバ（３つのパッケージＡＸ、ＡＹ、ＡＺがこのバスファイバに沿ってパッケージ間に１４００ｍの間隔を隔てて結合されている）から得られる出力パルス列のグループ４４９を示したものである。呼掛け周波数は１／１５τである。一般に、個々のバスファイバが、そのバスファイバに結合されたｑ個のパッケージを有し、かつ、単一のパッケージからの出力パルス列中の有用な出力の継続期間がＴ（この目的のため、１つの出力パルス列中の最後のパルスではなく、最初のパルスを「有用な」パルスとする）である場合、バスファイバに結合されている隣接するパッケージ間のファイバの長さｘが２ｘ／ｃ＝ｓＴであるような長さであることを条件として、個々のバスファイバから連続する出力パルス列を得るために、ｑＴのサンプリング期間を使用してアレイに呼び掛けることができる。ここで、ｓ＝ｒｑ＋１であり、ｒは整数である。ｒ＝０は、２ｘ／ｃ＝Ｔで、特定の呼掛けパルス対によって生成される分岐からの出力パルス列が連続している平凡な場合を表している。図９および１３は、それぞれｒ＝１およびｒ＝２の場合の解を示したものである。また、条件ｓ＝ｒｑ＋１を満足しないｓ、ｒおよびｑのいくつかの組合せも可能であり、図１２はそのうちの１つを示したものである。
【００３６】
図９、図１２および図１３は、それぞれ８００ｍ、１０００ｍおよび１４００ｍの長さのバスファイバによって分離されたパッケージに関しているが、特定の呼掛けパルス対によって生成されるバスファイバの出力パルス列間に所望の遅延を付与するために、バスファイバ上のパッケージ間に追加遅延コイルを使用することができるため、パッケージの物理的な分離を選択する柔軟性が存在している。たとえば、図７のアレイ２００のバスファイバに結合された隣接するパッケージは、８００ｍの長さのバスファイバによって接続されているが、７００ｍの物理的分離しか必要としない場合、１００ｍの長さの遅延コイルを２本使用し、そのうちの１本をパッケージＡＸとＡＹの間に使用し、また、別の１本をパッケージＡＹとＡＺの間に使用して、図９のタイミングスキームを得ることができる。パッケージの所望の物理的分離が１１００ｍである場合、３００ｍの長さの遅延コイルを２本使用して、図１２のタイミングスキームを使用することができる。
【００３７】
また、特定のパルス対に応答して生成されるアレイのすべてのパッケージからの出力パルス列を、次の呼掛けパルス対が導入される前に検索することができるほど低い周波数で、複数の呼掛けパルス対をアレイｉ／ｏファイバ２０２に導入することによって図７のアレイ２００に呼び掛けることも可能である。遅延コイルを使用して、異なるバスファイバ上に結合された出力パルス列のグループを交互配置することも可能ではあるが、その場合、最大呼掛け周波数は１／４５τ≒５５ｋＨｚになる。また、個々のサンプル期間における約６１％は、アレイからの出力を受け取らないことになる。
【００３８】
図１４は、バスファイバの数および分岐毎のパッケージの数がより多く、また、より複雑なパッケージを有するアレイを論ずるために上記の着想をいかに容易に拡張することができるかを示すために、それぞれ４つのパッケージが結合された５つのバスファイバ５０４、５０６、５０８、５１０、５１１（それぞれＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅのラベルが振られている）を備えた、本発明による他の光ファイバセンサアレイ５００を示したものである。したがってアレイ５００は、２０個のパッケージＡＷ、ＡＸ、．．．．ＥＹ、ＥＺを有している。パッケージの各々は、それぞれ長さが４０ｍの５つの検知コイルを備えている。これらのパッケージは、それぞれ５つのパッケージを有する４つの集合Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚに配置されている（５つのバスファイバＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの各々にそれぞれ１つずつ結合されている）。所与の任意のバスファイバに結合された隣接するパッケージの物理的な分離は１０００ｍである。バスファイバＢ、Ｃ、ＤおよびＥに結合されたパッケージは、アレイ５００に沿って、バスファイバＡに結合された対応するパッケージに対して、それぞれ５０ｍ、７５ｍ、１５０ｍおよび１７５ｍの距離だけ変位している。遅延コイル５１２、５１４、５１６、５１８は、それぞれ１４３ｍ、１０１ｍ、８４ｍおよび１７ｍの長さを有している。遅延コイル５１３Ａ、ＢおよびＣ、５１５Ａ、ＢおよびＣ、５１７Ａ、ＢおよびＣ、５１９Ａ、ＢおよびＣ、５２１Ａ、ＢおよびＣは、それぞれ２００ｍの長さを有している。アレイ５００の物理的なレイアウトは、図４Ｂに示されているレイアウトに類似している。つまり、アレイの個々のパッケージがラインアレイに配置され、そのラインアレイの長手に沿ってバスファイバが延びている。バスファイバは保護ケーブルの中に収納されていることが好ましい。
【００３９】
アレイ５００の呼掛けは、図１５に示されている波形の複数の呼掛けパルス対をアレイ５００のアレイｉ／ｏファイバ５０２中に導入することによって実行される。一対の個々のパルス間の遅延は、τ＝２×４０／ｃ＝４００ｎｓであり、アレイ５００には５つのバスファイバが存在しているため、個々の呼掛けパルスの幅はτ／５である。図６は、単一の呼掛けパルス対に応答して、単一のパッケージによって出力される７つのパルスの出力パルス列を示したものである。出力パルス列の継続期間は３１τ／５である。
【００４０】
図１７は、バスファイバＡ上に結合された、１０個の連続する呼掛けパルス対ｎ、ｎ＋１、ｎ＋２、．．．．．ｎ＋９によって生成された出力パルス列を交互配置するためのタイミングスキームを示したものである。他のバスファイバにも同じスキームが使用される。２００ｍの遅延コイル５１３、５１５、５１７、５１９、５２１と１０００ｍの物理的な集合分離が相俟って、単一の呼掛けパルス対によって生成される特定のバスファイバからの連続する出力パルス列間に３０τの遅延が生成される。連続する出力パルス列は、１／２４τ＝１０４ｋＨｚの周波数の呼掛けに応答してバスファイバから出力される。
【００４１】
図１８は、４つの連続する呼掛けパルス対ｎ、ｎ＋１、ｎ＋２、ｎ＋３によって生成された、アレイ５００の多重化出力列の完全なサイクル５６０を示したものである。サイクルの継続期間は２４τであり、したがってアレイ５００の出力周波数は１０４ｋＨｚである。
【００４２】
以上、本発明を単に例として説明してきたが、本発明の範囲内で細部に修正を加えることができることは理解されよう。
【００４３】
説明の中で開示されている個々の特徴、（適切である場合）特許請求の範囲および図面は、個別に提供することができ、あるいは適切な任意の組合せで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】知られているタイプの光ファイバセンサパッケージを示す図である。
【図２】図１のパッケージに対する呼掛けに適した一対のパルスを示すグラフである。
【図３】図２のパルス対の入力に応答する図１のパッケージから得られる出力パルス列を示すグラフである。
【図４Ａ】本発明による光ファイバセンサアレイの第１の実施例を示す略図である。
【図４Ｂ】図４Ａのアレイの物理構造を示す図である。
【図５】アレイの遅延コイルの長さがゼロである場合の図４Ａのアレイのバスファイバ中に結合された出力パルス列の複数のグループのタイミングを示す図である。
【図６】アレイの遅延コイルが適切な長さを有している場合の図４Ａのアレイから得られる多重化出力列を示す図である。
【図７】本発明による光ファイバセンサアレイの第２の実施例を示す略図である。
【図８】単一呼掛けパルス対の入力に応答する図７のアレイのバスファイバから得られる３つの出力パルス列のグループを示す図である。
【図９】バスファイバに対する繰返し呼掛けに応答する図７のアレイのバスファイバから得られる出力パルス列のグループを示す図である。
【図１０】アレイの遅延コイルの長さがゼロである場合の図７のアレイのバスファイバからの出力パルス列の複数のグループのタイミングを示す図である。
【図１１】アレイの遅延コイルが適切な長さを有している場合の図７のアレイから得られる多重化出力列を示す図である。
【図１２】バスファイバに対する繰返し呼掛けに応答する本発明による他のアレイのバスファイバから得られる出力パルス列のグループを示す図である。
【図１３】バスファイバに対する繰返し呼掛けに応答する本発明によるさらに他のアレイのバスファイバから得られる出力パルス列のグループを示す図である。
【図１４】本発明による光ファイバセンサアレイの第３の実施例を示す略図である。
【図１５】図１４のアレイに対する呼掛けに適した一対の入力パルスを示すグラフである。
【図１６】図１５のパルス対の入力に応答する図１４のアレイのパッケージから得られる出力パルス列を示すグラフである。
【図１７】バスファイバに対する繰返し呼掛けに応答する図１４のアレイのバスファイバから得られる出力パルス列のグループを示す図である。
【図１８】アレイの遅延コイルが適切な長さを有している場合の図１４のアレイから得られる多重化出力列を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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