(57)【要約】      （修正有）【課題】光源１つあたりの最大計測距離を従来よりも長くすることができ、低コスト化を実現できる光ファイバ振動センサを提供する。【解決手段】第１のセンサケーブルはサニャック干渉系を構成する第１の光ファイバループの一部であり、第２のセンサケーブルはサニャック干渉系を構成する第２の光ファイバループの一部であり、１つの光源より出射され第１の光カプラで分岐された２つの信号光が第２の光カプラと第３の光カプラとに入射され、第２の光カプラで更に２つに分岐された信号光が第１の光ファイバループを周回して第１の干渉光となり、第３の光カプラで更に２つに分岐された信号光が第２の光ファイバループを周回して第２の干渉光となり、それぞれの干渉光は第１の光カプラに入射され第１の受光器で受光・光電変換されて第１の電気信号となり、第１の電気信号から第１のセンサケーブルおよび/または前記第２のセンサケーブルでの振動を検出する。【選択図】図２
2011085551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サニャック干渉系を構成した光ファイバ振動センサであって、
前記光ファイバ振動センサは、１つの光源を内蔵する振動センサ本体部と第１のセンサケーブルと第２のセンサケーブルとを有し、
前記第１のセンサケーブルはサニャック干渉系を構成する第１の光ファイバループの一部であり、前記第２のセンサケーブルはサニャック干渉系を構成する第２の光ファイバループの一部であり、
前記１つの光源より出射され第１の光カプラで分岐された２つの信号光が、それぞれ第１の偏光子と第２の偏光子を介して第２の光カプラと第３の光カプラとに入射され、
前記第２の光カプラで更に２つに分岐された前記信号光の一方が第１の位相変調器を介して前記第１の光ファイバループに一方から入射され、前記第２の光カプラで更に２つに分岐された前記信号光の他方が前記第１の光ファイバループに他方から入射され、
前記第３の光カプラで更に２つに分岐された前記信号光の一方が第２の位相変調器を介して前記第２の光ファイバループに一方から入射され、前記第３の光カプラで更に２つに分岐された前記信号光の他方が前記第２の光ファイバループに他方から入射され、
前記第１の光ファイバループを周回してきた２つの信号光は前記第２の光カプラで合波されて第１の干渉光となり、
前記第２の光ファイバループを周回してきた２つの信号光は前記第３の光カプラで合波されて第２の干渉光となり、
前記第１の干渉光と前記第２の干渉光はそれぞれ前記第１の偏光子と前記第２の偏光子を介して前記第１の光カプラに入射され、前記第１の光カプラの一端に配設された第１の受光器で受光・光電変換されて第１の電気信号となり、
前記第１の電気信号から前記第１のセンサケーブルおよび/または前記第２のセンサケーブルでの振動を検出する構成としたことを特徴とする光ファイバ振動センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の光ファイバ振動センサにおいて、
前記第２の光カプラの一端に第２の受光器が配設され、前記第２の受光器で前記第１の干渉光は受光・光電変換されて第２の電気信号となり、
前記第３の光カプラの一端に第３の受光器が配設され、前記第３の受光器で前記第２の干渉光は受光・光電変換されて第３の電気信号となり、
前記第２の電気信号と前記第３の電気信号とから前記振動データが前記第１のセンサケーブルおよび/または前記第２のセンサケーブルで検知されたかを判別する構成としたことを特徴とする光ファイバ振動センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の光ファイバ振動センサにおいて、
前記第２の電気信号および/または前記第３の電気信号から位相変調周波数成分の信号を検出して前記判別に用いることを特徴とする光ファイバ振動センサ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光ファイバ振動センサにおいて、
圧電セラミックスから成る１つの円筒型圧電素子に対して、前記第１の光ファイバループを構成する光ファイバと前記第２の光ファイバループを構成する光ファイバとを同じ長さで巻き付けることによって、前記第１の位相変調器および前記第２の位相変調器を共用の位相変調器で構成したことを特徴とする光ファイバ振動センサ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光ファイバ振動センサにおいて、
前記第１の光ファイバループを構成する光ファイバの半分以上の長さを有する第１の遅延用光ファイバコイルが前記第１の位相変調器と前記第１のセンサケーブルとの間に配設され、
前記第２の光ファイバループを構成する光ファイバの半分以上の長さを有する第２の遅延用光ファイバコイルが前記第２の位相変調器と前記第２のセンサケーブルとの間に配設されていることを特徴とする光ファイバ振動センサ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光ファイバ振動センサにおいて、
前記振動センサ本体部、前記第１のセンサケーブルおよび前記第２のセンサケーブルに内蔵される光ファイバが、偏波面保存光ファイバから成ることを特徴とする光ファイバ振動センサ。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の光ファイバ振動センサにおいて、
前記第１の電気信号、前記第２の電気信号および前記第３の電気信号のうちの少なくとも１つを処理する信号処理回路が前記振動センサ本体部に内蔵されていることを特徴とする光ファイバ振動センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動センサに関し、特に光ファイバを用いてサニャック干渉系を構成した光ファイバ振動センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空港・発電所などの重要施設や、工場・研究所など機密性の高い施設内への不審な侵入者を検知する目的で、近年、種々の侵入検知センサが提案されている。侵入検知センサの一つに、サニャック干渉系を構成した光ファイバ振動センサがある。サニャック干渉系を構成した光ファイバ振動センサとは、ループ状の光ファイバに互いに逆回りの信号光を伝搬させて周回した両信号光を干渉させ、その干渉光の強度変化を測定することで光ファイバに加えられた物理的外乱（振動）を検出するセンサである。
【０００３】
例えば、特許文献１や非特許文献１には次のような光ファイバ振動センサが提案されている。図１は、従来の光ファイバ振動センサの構成例を示す模式図である。特許文献１によると、光ファイバ振動センサ10は、振動センサ本体部11と光ファイバループ12とからなり、光ファイバループ12の一部が振動計測用のセンサケーブルとして用いられている。振動センサ本体部11は光源1、受光器2、第１の光カプラ3、偏光子4、第２の光カプラ5及びこれらを光学的に接続する接続用光ファイバ6並びに信号処理ユニット7と、それらを収納する筐体からなっている。また、光ファイバループ12の一端側には、光ファイバループ12内を反対方向に伝搬する光波間で相対的に時間遅れのある位相変調を掛けるための位相変調器8が設けられている。
【０００４】
光源1より出射された信号光L1は第１の光カプラ3、偏光子4、第２の光カプラ5を通り、第２の光カプラ5において信号光L1が２つに分岐されて、光ファイバループ12の互いに異なる端に入射される。光ファイバループ12に入射され互いに反対方向に伝搬する光は、それぞれ位相変調器8で光の位相を変調され、光ファイバループ12を１周して再び第２の光カプラ5へ入射する。互いに反対方向に伝搬してきた光は、第２の光カプラ5で干渉して干渉光L2となる。干渉光L2は偏光子4を伝搬して第１の光カプラ3へ入射し、再び２つの光に分岐され、分岐された光の一方が受光器2で検出される。
【０００５】
光ファイバループ12の一部である振動計測用のセンサケーブルに物理的外乱（例えば、振動）が加わると、振動が生じた箇所では光ファイバの伸縮により伝搬光の位相が変化する。ここで、光ファイバループ12を周回し第２の光カプラ5に入射する２つの光の位相が異なる（位相差が生じる）と、受光器2で受光される干渉光L2の強度は同位相で結合した場合と異なって検出される。センサケーブルに振動がないとき（同位相の場合）は干渉光L2の強度が略一定に検出されることから、その一定の光強度と異なる光強度を識別することによって振動を検知することができる。
【０００６】
特許文献１や非特許文献１によると、上記光ファイバ振動センサは、例えばフェンス等に取り付けて不審な侵入者を検知する侵入者検知用センサとして好適に利用できるとされている。さらに、該光ファイバ振動センサの特長として、（1）フェンスの乗り越えや切断・破壊による振動を検知できる、（2）電磁誘導や雷に強い、（3）応答が早くデジタル処理が可能であるため誤報を防止できる、（4）不法侵入された区間を瞬時に特定できる、（5）監視カメラや赤外線センサ等との組み合わせが可能である、（6）入り組んだ外周フェンスに設置できフェンスや外周防護柵と同色にできる、などが挙げられている。
【０００７】
また、特許文献２では、改良した光ファイバ振動センサとして、光ファイバ全長の少なくとも半分の長さを有する遅延用光ファイバを光ファイバループ内に備えた光ファイバ振動センサが提案されている。特許文献２によれば、遅延用光ファイバを配設することによって、センサケーブルのどの箇所に振動が生じても従来よりも高感度かつ安定して振動を検知することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２０８０８０号公報
【特許文献２】特開２００８−３０９７７６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】熊谷達也，佐藤知典：「侵入者警報用光ファイバ振動センサ」，超音波TECHNO，第20巻第4号，日本工業出版，2008年，31-36頁．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の光ファイバ振動センサは、光源１つあたりの最大計測距離が300 m程度と言われており、敷地の外周フェンス全周に敷設するためにも、より長い計測距離の実現が望まれている。加えて、低コストであることが望まれている。
【００１１】
したがって本発明の目的は、光源１つあたりの最大計測距離を従来よりも長くすることができ、低コスト化を実現できる光ファイバ振動センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記目的を達成するため、サニャック干渉系を構成した光ファイバ振動センサであって、
前記光ファイバ振動センサは、１つの光源を内蔵する振動センサ本体部と第１のセンサケーブルと第２のセンサケーブルとを有し、
前記第１のセンサケーブルはサニャック干渉系を構成する第１の光ファイバループの一部であり、前記第２のセンサケーブルはサニャック干渉系を構成する第２の光ファイバループの一部であり、
前記１つの光源より出射され第１の光カプラで分岐された２つの信号光が、それぞれ第１の偏光子と第２の偏光子を介して第２の光カプラと第３の光カプラとに入射され、
前記第２の光カプラで更に２つに分岐された前記信号光の一方が第１の位相変調器を介して前記第１の光ファイバループに一方から入射され、前記第２の光カプラで更に２つに分岐された前記信号光の他方が前記第１の光ファイバループに他方から入射され、
前記第３の光カプラで更に２つに分岐された前記信号光の一方が第２の位相変調器を介して前記第２の光ファイバループに一方から入射され、前記第３の光カプラで更に２つに分岐された前記信号光の他方が前記第２の光ファイバループに他方から入射され、
前記第１の光ファイバループを周回してきた２つの信号光は前記第２の光カプラで合波されて第１の干渉光となり、
前記第２の光ファイバループを周回してきた２つの信号光は前記第３の光カプラで合波されて第２の干渉光となり、
前記第１の干渉光と前記第２の干渉光はそれぞれ前記第１の偏光子と前記第２の偏光子を介して前記第１の光カプラに入射され、前記第１の光カプラの一端に配設された第１の受光器で受光・光電変換されて第１の電気信号となり、
前記第１の電気信号から前記第１のセンサケーブルおよび/または前記第２のセンサケーブルでの振動を検出する構成としたことを特徴とする光ファイバ振動センサを提供する。
【００１３】
また、本発明は上記目的を達成するため、上記の本発明に係る光ファイバ振動センサにおいて、以下のような改良や変更を加えることができる。
（１）前記第２の光カプラの一端に第２の受光器が配設され、前記第２の受光器で前記第１の干渉光は受光・光電変換されて第２の電気信号となり、
前記第３の光カプラの一端に第３の受光器が配設され、前記第３の受光器で前記第２の干渉光は受光・光電変換されて第３の電気信号となり、
前記第２の電気信号と前記第３の電気信号とから前記振動データが前記第１のセンサケーブルおよび/または前記第２のセンサケーブルで検知されたかを判別する構成とする。
（２）前記第２の電気信号および/または前記第３の電気信号から位相変調周波数成分の信号を検出して前記判別に用いる。
（３）圧電セラミックスから成る１つの円筒型（円柱状も含むものとする）圧電素子に対して、前記第１の光ファイバループを構成する光ファイバと前記第２の光ファイバループを構成する光ファイバとを同じ長さで巻き付けることによって、前記第１の位相変調器および前記第２の位相変調器を共用の位相変調器で構成する。
（４）前記第１の光ファイバループを構成する光ファイバの半分以上の長さを有する第１の遅延用光ファイバコイルが前記第１の位相変調器と前記第１のセンサケーブルとの間に配設され、
前記第２の光ファイバループを構成する光ファイバの半分以上の長さを有する第２の遅延用光ファイバコイルが前記第２の位相変調器と前記第２のセンサケーブルとの間に配設されている。
（５）前記振動センサ本体部、前記第１のセンサケーブルおよび前記第２のセンサケーブルに内蔵される光ファイバが、偏波面保存光ファイバ（PMF）から成る。
（６）前記第１の電気信号、前記第２の電気信号および前記第３の電気信号のうちの少なくとも１つを処理する信号処理回路が前記振動センサ本体部に内蔵されている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、光源１つあたりの最大計測距離が従来よりも長い光ファイバ振動センサを提供することができる。また、従来の光ファイバ振動センサを用いて本発明と同じ計測距離を実現しようとする場合に比して低コスト化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の光ファイバ振動センサの構成例を示す模式図である。
【図２】本発明に係る光ファイバ振動センサの一構成例を示す模式図である。
【図３】本発明に係る光ファイバ振動センサの信号処理回路において、侵入者の有無を判定する流れの１例を表すフローチャートである。
【図４】本発明に係る光ファイバ振動センサの信号処理回路の１例を示すブロック線図である。
【図５Ａ】楕円ジャケット型PMFの断面模式図である。
【図５Ｂ】楕円コア型PMFの断面模式図である。
【図６】本発明に係る光ファイバ振動センサのセンサケーブルの構造例を示す断面模式図である。
【図７】本発明に係る光ファイバ振動センサの敷設例を示す平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る実施の形態について詳細に説明する。ただし、本発明はここで取り上げた実施の形態に限定されることはなく、要旨を変更しない範囲で適宜組み合わせや改良が可能である。
【００１７】
図２は本発明に係る光ファイバ振動センサの一構成例を示す模式図である。図２に示すように、本発明に係る光ファイバ振動センサ100は、振動センサ本体部120と、振動センサ本体部120に光コネクタ113で接続される第１のセンサケーブル114と第２のセンサケーブル115とを有する。第１のセンサケーブル114はサニャック干渉系を構成する第１の光ファイバループ121の一部であり、第２のセンサケーブル115はサニャック干渉系を構成する第２の光ファイバループ122の一部である。
【００１８】
１つの光源101から出射された信号光L1は、２入力２出力（以下2×2と記す）の第１の光カプラ102で２つの信号光L11，L12に分岐される。第１の光カプラ102の光源101側には第１の受光器103も接続されている。第１の光カプラ102で分岐された２つの信号光L11，L12は、それぞれ第１の偏光子104と第２の偏光子107を介して、2×2の第２の光カプラ105と2×2の第３の光カプラ108とに入射される。第２の光カプラ105の第１の偏光子104側には第２の受光器106も接続されている。また、第３の光カプラ108の第２の偏光子107側には第３の受光器109も接続されている。
【００１９】
信号光L11は第２の光カプラ105で更に２つの信号光L111，L112に分岐され、一方の信号光（例えば、信号光L111）は第１の光ファイバループ121にその一方から入射される。また、他方の信号光（例えば、信号光L112）は共用の位相変調器110と第１の遅延用光ファイバコイル111を経由しながら第１の光ファイバループ121にその他方から（信号光L111と反対回りになるように）入射される。
【００２０】
信号光L12は第３の光カプラ108で更に２つの信号光L121，L122に分岐され、一方の信号光（例えば、信号光L122）は第２の光ファイバループ122にその一方から入射される。また、他方の信号光（例えば、信号光L121）は共用の位相変調器110と第２の遅延用光ファイバコイル112を経由しながら第２の光ファイバループ122にその他方から（信号光L121と反対回りになるように）入射される。
【００２１】
第１の光ファイバループ121を周回してきた２つの信号光L111，L112は第２の光カプラ105で合波されて第１の干渉光C11となる。干渉光C11はその一部が分岐されて第２の受光器106で受光され、他の部分が第１の偏光子104を介して第１の光カプラ102に入射される。同様に、第２の光ファイバループ122を周回してきた２つの信号光L121，L122は第３の光カプラ108で合波されて第２の干渉光C12となる。干渉光C12はその一部が分岐されて第３の受光器109で受光され、他の部分が第２の偏光子107を介して第１の光カプラ102に入射される。
【００２２】
第１の光カプラ102に入射された干渉光C11と干渉光C12は、第３の干渉光C1となりその一部が分岐されて第１の受光器103で受光・光電変換されて第１の電気信号E1となる。電気信号E1は信号処理回路116に送られてデータ処理され、第１のセンサケーブル114および/または第２のセンサケーブル115での振動が検出される。
【００２３】
また、第２の光カプラ105に入射された第1の干渉光C11の一部は、第２の受光器106で受光・光電変換されて第２の電気信号E2となる。同様に、第３の光カプラ108に入射された第２の干渉光C12の一部は、第３の受光器109で受光・光電変換されて第３の電気信号E3となる。電気信号E2，E3は信号処理回路116に送られてデータ処理される。なお、図２においては、信号処理回路116が振動センサ本体部120に内蔵されている場合を図示したが、本発明はそれに限定されることはなく、信号処理回路116全体またはその一部が振動センサ本体部120と別体に形成されていてもよい。例えば、信号処理回路116の一部がセキュリティ監視室内に設置されていてもよい。
【００２４】
通常、光カプラは入射光を透過光と結合光とに1 : 1のパワー比で分岐する。このとき、透過光は入射光に対して位相シフトが生じないが、結合光は入射光に対して「π/2＋α」（ラジアン）の位相シフトが生じる。なお、αは製造上の非理想性（ゆらぎ等）に起因して生じる位相シフトであり環境温度によって変動する。
【００２５】
ここで、例えば、第２の光カプラ105において信号光L11から分岐された信号光L111が透過光であった場合、第１の光ファイバループ121を周回して第２の光カプラ105に戻ってきた信号光L111は、第２の受光器106に対しては再度の透過光として到達する。すなわち、第２の受光器106で受光される信号光L111は、透過を２回経ていることから入射光L11に対して位相シフトが生じていない。
【００２６】
一方、第２の光カプラ105を介して信号光L11から分岐された信号光L112は、結合光として第１の光ファイバループ121を周回し、第２の光カプラ105において再度の結合光として第２の受光器106に到達する。この場合、第２の受光器106で受光される信号光L112は、結合を２回経ていることから入射光L11に対して 「π＋2α」の位相シフトが生じる。すなわち、第２の受光器106で受光される信号光L111と信号光L112との間（いわゆる「左右回り光の間」）には位相シフトによる位相差が存在する。このように位相シフトにより左右回り光の間に位相差を内在する干渉光を用いた光学系を非相反な光学系と称する。
【００２７】
また、上記と同様に第３の光カプラ108において信号光L12から分岐され第２の光ファイバループ122を周回した信号光L121と信号光L122との間（左右回り光の間）には位相シフトによる位相差が存在する。すなわち、第３の受光器109で受光する光学系も非相反な光学系となる。
【００２８】
これらに対し、第１の受光器103で干渉光C1を検出する場合をみると、信号光L1からスタートして第１の光ファイバループ121または第２の光ファイバループ122をそれぞれ周回した信号光L111，L112，L121，L122は、いずれの場合も結合と透過を２回ずつ経験して第１の受光器103に到達する。すなわち、信号光L111，L112，L121，L122の間には位相シフトによる位相差が存在しない（言い換えると、干渉光C1は左右回り光の間に位相差を内在しない）。このような光学系を相反な光学系と称する。
【００２９】
非相反な光学系の場合、環境温度の変化により位相ドリフトが発生するため、振動の種類を判定するような精密な計測は困難であるが、振動の有無を判定するには十分な感度・精度を有する。そこで本発明においては、第２の受光器106及び第３の受光器109で検出した干渉光を、振動がどちらのセンサケーブルで検出されたものかを判別することに利用するようにした。一方、相反な光学系の場合は位相ドリフトを発生させないため、第１の受光器103で検出した干渉光を、振動の種類を解析して侵入者の有無を判定するための精密測定に利用するようにした。
【００３０】
図３は、本発明に係る光ファイバ振動センサの信号処理回路において、侵入者の有無を判定する流れの１例を表すフローチャートである。はじめに、第１の受光器103で受光する干渉光C1の強度に変化が生じたことを第１の電気信号E1から検出する。次に、第２の受光器106で受光する干渉光C11の強度変化と第３の受光器109で受光する干渉光C12の強度変化とをそれぞれ第２の電気信号E2と第３の電気信号E3とから比較する。
【００３１】
干渉光C11の強度変化の方が干渉光C12の強度変化よりも大きい場合、振動が第１のセンサケーブル114で検出されたものとして処理される。一方、干渉光C12の強度変化の方が干渉光C11の強度変化よりも大きい場合、振動が第２のセンサケーブル115で検出されたものとして処理される。すなわち、この処理によって信号処理回路116は振動がどちらのセンサケーブルで検出されたものかを判別する（振動検出の場所が特定される）。
【００３２】
次に、第１の受光器103で受光された干渉光C1の強度変化における振動レベルが解析される。振動レベルが所定の閾値以上である場合、検出された振動が人為的行為であるかどうかは振動の頻度、間隔、継続時間などを解析することで判定することができる。解析の結果、侵入者があると判断された場合にはアラームが出力される。
【００３３】
図４は、本発明に係る光ファイバ振動センサの信号処理回路の１例を示すブロック線図である。図４に示すように、第２の受光器106および第３の受光器109からの信号（電気信号E2と電気信号E3）は、トランスインピーダンスアンプ201、増幅器202を介してロックインアンプ203に入力され、ロックインアンプ203において位相変調周波数成分が検出される。ロックインアンプ203からの出力と第１の受光器103からの信号（電気信号E1）に基づく出力204とがマルチプレクサ205に入力され、A/Dコンバータ206を経由してCPU 207において演算処理される。これにより、振動検出場所の特定と振動の種別（侵入者の有無）が判定される。
【００３４】
サニャック干渉系は、干渉光強度が「cosφ（φ：サニャック位相差）」に比例するため、一般的に小さな位相差に対して検出感度が低くなりやすいという弱点がある。そこで、小さな位相差に対する検出感度を高めるために位相変調器110を設けた。位相変調器110は、光ファイバループを逆方向に伝搬する２つの信号光（左右回り光）の間に相対的な時間遅れのある位相変調（例えば、π/2相当）を掛けるためのものである。
【００３５】
位相変調器110としては、円筒形をした圧電セラミックス製の円筒型圧電素子に光ファイバループの一部を巻き付けたものを使用することができる。圧電セラミックス製の円筒型圧電素子としては、特に、チタン酸ジルコン酸鉛（Lead Titanate Zirconate: PZT）を使用することが好ましい。また１つの円筒型圧電素子に対して、第１の光ファイバループ121と第２の光ファイバループ122を同じ長さで巻き付けることによって、２系統（第１の光ファイバループ121と第２の光ファイバループ122）で使用される位相変調器を共用とすることもできる。本発明に係る光ファイバ振動センサの構成において、２系統の光ファイバループの位相変調器は共用としてもしなくてもその性能は変わらないが、共用にすることでコスト削減の効果がある。
【００３６】
光ファイバループ内の位相変調器とセンサケーブルとの間に、遅延用光ファイバコイルを配設することができる。遅延用光ファイバコイルの捲回長さは、光ファイバループの長さの半分以上であることが好ましい。サニャック干渉系においては、サニャック位相差φが伝搬遅延時間差に比例するため、振動検知用光ファイバ（センサケーブル）の場所によって振動を検知する感度が不均一になりやすい（特に、光ファイバループの中間点では感度がゼロになる）という弱点がある。光ファイバループの半分以上の長さを捲回した遅延用光ファイバコイルを設けることにより、センサケーブルの任意の箇所に振動が生じても一定の感度で検出することができる。本発明に係る光ファイバ振動センサにおいて、遅延用光ファイバコイルは配設されてもされなくても、最大計測距離の長距離化や低コスト化を達成することができるが、上述したように振動検出の感度・精度の観点から、配設されることが望ましい。
【００３７】
本発明に係る光ファイバ振動センサに用いる光ファイバ（特に、第１のセンサケーブル114および第２のセンサケーブル115に内蔵される光ファイバ）としては、偏波面保存光ファイバ（Polarization Maintaining Fiber: PMF）を用いることが好ましい。PMFは、振動センサを設置するフェンス等の揺れを感度よく捉え、しかもダイナミックレンジも広いため、風による振動は小さく、人為的な振動は大きな振動として検知することができる。また、振動波形をほぼ同じ波形として捉えるため、振動検知の再現性が高い。それらのことから、的確な閾値設定を行うことができる。
【００３８】
また偏波面保存光ファイバは上記の他に、光源101、受光器（103，106，109）、光カプラ（102，105，108）に接続される光ファイバ、および遅延用光ファイバコイル（111，112）にも用いることができる。接続するために使用する光コネクタとしては、偏波面が一致する専用の光コネクタを用いることが好ましい。このような光コネクタを使用することで、偏光した光のクロストークを低減することができ、安定した特性を得ることができる。
【００３９】
偏波面保存光ファイバには楕円ジャケット型と楕円コア型の２種類の構造がある。図５Ａは楕円ジャケット型PMFの断面模式図であり、図５Ｂは楕円コア型PMFの断面模式図である。楕円ジャケット型PMFは、コア、クラッド、楕円ジャケット、サポートから構成され、楕円ジャケットは所望の複屈折が得られるようにコアに対して応力を付与するものである。また、楕円コア型PMFは、コアの断面形状を楕円形としたものである。楕円ジャケット型PMFは伝送損失が低く、かつ高い偏波保持特性を有することから長距離用のセンサケーブルと偏光子に用いることが好ましい。一方、楕円コア型PMFは、長距離での特性が楕円ジャケット型PMFに比して若干劣るが低コストであるため、比較的短距離のセンサケーブルや振動センサ本体部120の内部に用いることが好ましい。
【００４０】
図６は、本発明に係る光ファイバ振動センサのセンサケーブルの構造例を示す断面模式図である。図６に示したように、一条のセンサケーブルでループが構成できるように光ファイバを２芯挿入し、センサケーブルに振動が加わると内部の光ファイバが振れてフェンス面の振動が感度よく検出できるようにルース構造としている。センサケーブル（外径4 mm）の構成は、光ファイバとしてPMFを用い、ケーブル外皮をポリエチレン製とし、抗張力体に繊維強化プラスチック（Fiber Reinforced Plastics: FRP、外径0.4 mm×１本）、補強繊維にポリアラミド繊維を用いている。２芯の光ファイバと抗張力体とは、断面視で一直線状に配置されている。ケーブル外皮をフェンスと同色にすることが好ましい。上記のような構成の場合、概算重量は11 kg/kmである。
【００４１】
図７は、本発明に係る光ファイバ振動センサの敷設例を示す平面模式図である。フェンス300の適当な箇所に収納ボックス123を設け、収納ボックス123内に振動センサ本体部120を収納する。振動センサ本体部120には、光コネクタ113を介して第１のセンサケーブル114と第２のセンサケーブル115とが接続される。センサケーブル114，115は、フェンス300の振動を検知しやすい場所（例えば、金網部分301）に固定される。本発明において、センサケーブル114，115を固定する際、センサケーブル114，115に均一な張力を付与する必要はなく、フェンス300の振動に追従してセンサケーブル114，115が振動する程度に一体に固定すればよい。
【００４２】
従来の光ファイバ振動センサは、１つの光源に対してセンサケーブルが１系統のみであったため、図中の区間Ａに振動センサ１台を設置する必要があった。本発明に係る光ファイバ振動センサは、１つの光源に対して２系統分のセンサケーブルを有するため、振動センサ１台で区間Ａの２つ分の距離をカバーすることができる。したがって本発明に係る光ファイバ振動センサは、従来技術よりも計測距離を長距離化することができる。
【００４３】
従来技術の光ファイバ振動センサ２台分と比較すると、本発明に係る光ファイバ振動センサは、光源が１つ減少し（従来技術の２つに対して本発明が１つ）、光カプラが１つ減少し（従来技術の４つに対して本発明が３つ）、受光器が１つ増加した（従来技術の２つに対して本発明が３つ）構成となっている。また、受光器の増加に伴ってトランスインピーダンスアンプ、増幅器、ロックインアンプが増設されるが、マルチプレクサ、A/Dコンバータ、CPUは共用することができる。
【００４４】
ここにおいて部品コストを考慮すると、光学系においては、コストの高い順に「光源 >位相変調器 > 光カプラ >> 受光器」であり、受光器は他の部品と比較して非常に安価である。また、信号処理系に関しても、マルチプレクサ、A/Dコンバータ、CPUなどと比較してトランスインピーダンスアンプ、増幅器、ロックインアンプは非常に安価である。すなわち、本発明に係る光ファイバ振動センサは、安価な部品を増設する代わりに高価な部品を共用としている。結果として、本発明は従来よりも大幅にコストを削減することができる。
【００４５】
以上説明してきたように、本発明は、光源１つあたりの最大計測距離が従来よりも長い光ファイバ振動センサを提供することができる。また、従来の光ファイバ振動センサを用いて本発明と同じ計測距離を実現しようとする場合に比して、部品、アッセンブリ、メンテナンス費用の低減、サイズの縮小化、部品点数が少ないことによる故障確率を低減することができ、低コスト化を実現できる。なお、本発明に係る光振動センサは、侵入者検知の用途の他に、地震、落石を検知する防災センサとして使用することもできる。
【符号の説明】
【００４６】
1…光源、2…受光器、3…第１の光カプラ、4…偏光子、5…第２の光カプラ、
6…接続用光ファイバ、7…信号処理ユニット、8…位相変調器、
10…光ファイバ振動センサ、11…振動センサ本体部、12…光ファイバループ、
100…光ファイバ振動センサ、101…光源、
102…第１の光カプラ、103…第１の受光器、104…第１の偏光子、
105…第２の光カプラ、106…第２の受光器、107…第２の偏光子、
108…第３の光カプラ、109…第３の受光器、110…位相変調器、
111…第１の遅延用光ファイバコイル、112…第２の遅延用光ファイバコイル、
113…光コネクタ、114…第１のセンサケーブル、115…第２のセンサケーブル、
116…信号処理回路、120…振動センサ本体部、
121…第１の光ファイバループ、122…第２の光ファイバループ、123…収納ボックス、
201…トランスインピーダンスアンプ、202…増幅器、203…ロックインアンプ、
204…第１の受光器103からの信号（電気信号E1）に基づく出力、
205…マルチプレクサ、206…A/Dコンバータ、207…CPU、
300…フェンス、301…金網部分、
L1，L11，L12，L111，L112，L121，L122…信号光、C1，C11，C12…干渉光、
E1，E2，E3…電気信号。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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