(57)【要約】【課題】レーザー出力から強度変調信号を除去して精度の高い水位計測が可能な光水位計測システムを提供する。【解決手段】周波数変調されたレーザ光をパルス化した後、光カプラ４で第１の分岐光と第２の分岐光に分岐する。第１の分岐光を光ファイバセンサ５を通過させ、該光ファイバセンサ５から出力される干渉光をＯ／Ｅ変換器７で電気信号に変換して信号Ｉを得る一方、第２の分岐光をＯ／Ｅ変換器１５で電気信号に変換して信号Ａを得る。そして、強度変調信号除去部１６が信号Ｉを信号Ａで除算して強度変調信号を除去する。強度変調信号が除去された信号をＤＦＴ処理し、得られた第１次および第２次高調波成分電圧から前記干渉光の位相差を求めるとともに、第１次および第３次高調波成分電圧とから変調度を算出し、前記逆正接の演算結果が所定条件を満たすときの前記変調度に基づいて水位を求める。【選択図】　　　　図１
2004138395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数変調されたレーザー光を出力するレーザー光源と、
該レーザー光源から出力されるレーザー光をパルス化して出力する光変調器と、
該光変調器からのパルス光を第１の分岐光と第２の分岐光に分岐する光カプラと、
前記第１の分岐光が入力され、該第１の分岐光を分岐したセンシング光とリファレンス光との光路長の変動によって外部からの水位信号を干渉光として検出する光ファイバセンサと、
該光ファイバセンサから出力された干渉光を電気信号に変換する第１のＯ／Ｅ変換器と、
前記第２の分岐光を電気信号に変換する第２のＯ／Ｅ変換器と、
前記第１のＯ／Ｅ変換器の出力と前記第２のＯ／Ｅ変換器の出力とが入力される水位計測処理器とを備え、
該水位計測処理器は、
前記第１のＯ／Ｅ変換器の出力を前記第２のＯ／Ｅ変換器の出力で除算して前記周波数変調に伴って発生する強度変調信号を除去する強度変調信号除去部と、
該強度変調信号除去部から出力される電気信号から第１次高調波成分、第２次高調波成分および第３次高調波成分を抽出する高調波成分抽出部と、
第１次高調波成分電圧を第２次高調波成分電圧で除算した値の逆正接を演算し、前記干渉光の位相差を求める逆正接演算部と、
第１次高調波成分電圧を第３次高調波成分電圧で除算して変調度を算出する変調度算出部と、
変調度−水位変換テーブルを有し、前記逆正接演算部から出力された前記位相差が所定の条件を満たすときの前記変調度算出部からの出力である変調度を前記変調度−水位変換テーブルに基づいて水位に変換する水位変換部と
を備えたことを特徴とする光水位計測システム。
【請求項２】
周波数変調されたレーザー光を出力するレーザー光源と、
該レーザー光源から出力されるレーザー光をパルス化して出力する光変調器と、
該光変調器からのパルス光をｎ個の第１の分岐光と１個の第２の分岐光に分岐する第１の光カプラと、
前記各第１の分岐光がそれぞれ入力され、該第１の分岐光を分岐したセンシング光とリファレンス光との光路長の変動によって外部からの水位信号を干渉光として検出するｎ個の光ファイバセンサと、
該各光ファイバセンサから出力された各干渉光を合成する第２の光カプラと、
前記第２の光カプラで合成された干渉光を電気信号に変換する第１のＯ／Ｅ変換器と、
前記第２の分岐光を電気信号に変換する第２のＯ／Ｅ変換器と、
前記第１のＯ／Ｅ変換器から出力された電気信号を、前記各第１の分岐光が前記各光ファイバセンサを通過後、前記第１のＯ／Ｅ変換器で電気信号に変換された信号Ｉｍ　（ｍ＝１〜ｎ）に分離するデマルチプレクサと、
前記デマルチプレクサから出力された信号Ｉｍ　（ｍ＝１〜ｎ）のぞれぞれと、前記第２の分岐光が前記第２のＯ／Ｅ変換器で電気信号に変換された信号Ａとがそれぞれ供給されるｎ個の水位計測処理器とを備え、
該各水位計測処理器のそれぞれは、
供給された前記信号Ｉｍ　を、前記信号Ａで除算して前記周波数変調に伴って発生する強度変調信号を除去する強度変調信号除去部と、
該強度変調信号除去部から出力される電気信号から第１次高調波成分、第２次高調波成分および第３次高調波成分を抽出する高調波成分抽出部と、
第１次高調波成分電圧を第２次高調波成分電圧で除算した値の逆正接を演算し、前記干渉光の位相差を求める逆正接演算部と、
第１次高調波成分電圧を第３次高調波成分電圧で除算して変調度を算出する変調度算出部と、
変調度−水位変換テーブルを有し、前記逆正接演算部から出力された前記位相差が所定の条件を満たすときの前記変調度算出部からの出力である変調度を前記変調度−水位変換テーブルに基づいて水位に変換する水位変換部と
を備えたことを特徴とする光水位計測システム。
【請求項３】
周波数変調されたレーザー光を出力するレーザー光源と、
該レーザー光源から出力されるレーザー光をパルス化して出力する光変調器と、
該光変調器からのパルス光を第１の分岐光と第２の分岐光に分岐する第１の光カプラと、
前記第１の分岐光が入力され、該第１の分岐光を分岐したセンシング光とリファレンス光との光路長の変動によって外部からの水位信号を干渉光として検出する光ファイバセンサと、
該光ファイバセンサから出力された干渉光と、前記第２の分岐光とを合成する第２の光カプラと、
該第２の光カプラから出力された合成光を電気信号に変換するＯ／Ｅ変換器と、
前記Ｏ／Ｅ変換器から出力された電気信号を、前記第１の分岐光が前記光ファイバセンサを通過し前記Ｏ／Ｅ変換器で電気信号に変換された信号Ｉと、前記第２の分岐光が前記Ｏ／Ｅ変換器で電気信号に変換された信号Ａとに分離するデマルチプレクサと、
該デマルチプレクサから出力された信号Ｉと信号Ａとが供給される水位計測処理器とを備え、
該水位計測処理器は、前記信号Ｉを前記信号Ａで除算して前記周波数変調に伴って発生する強度変調信号を除去する強度変調信号除去部と、
該強度変調信号除去部から出力される電気信号から第１次高調波成分、第２次高調波成分および第３次高調波成分を抽出する高調波成分抽出部と、
第１次高調波成分電圧を第２次高調波成分電圧で除算した値の逆正接を演算し、前記干渉光の位相差を求める逆正接演算部と、
第１次高調波成分電圧を第３次高調波成分電圧で除算して変調度を算出する変調度算出部と、
変調度−水位変換テーブルを有し、前記逆正接演算部から出力された前記位相差が所定の条件を満たすときの前記変調度算出部からの出力である変調度を前記変調度−水位変換テーブルに基づいて水位に変換する水位変換部と
を備えたことを特徴とする光水位計測システム。
【請求項４】
周波数変調されたレーザー光を出力するレーザー光源と、
該レーザー光源から出力されるレーザー光をパルス化して出力する光変調器と、
該光変調器からのパルス光をｎ個の第１の分岐光と１個の第２の分岐光に分岐する第１の光カプラと、
前記各第１の分岐光がそれぞれ入力され、該第１の分岐光を分岐したセンシング光とリファレンス光との光路長の変動によって外部からの水位信号を干渉光として検出するｎ個の光ファイバセンサと、
該各光ファイバセンサから出力された各干渉光と前記第２の分岐光とを合成する第２の光カプラと、
前記第２の光カプラで合成された合成光を電気信号に変換するＯ／Ｅ変換器と、
前記Ｏ／Ｅ変換器から出力された電気信号を、前記各第１の分岐光が前記各光ファイバセンサを通過後、前記第１のＯ／Ｅ変換器で電気信号に変換された信号Ｉｍ　（ｍ＝１〜ｎ）と、前記第２の分岐光が前記Ｏ／Ｅ変換器で電気信号に変換された信号Ａとに分離するデマルチプレクサと、
前記デマルチプレクサから出力された信号Ｉｍ　（ｍ＝１〜ｎ）のそれぞれと、信号Ａとがそれぞれ供給されるｎ個の水位計測処理器とを備え、
該各水位計測処理器のそれぞれは、
供給された前記信号Ｉｍ　を、前記信号Ａで除算して前記周波数変調に伴って発生する強度変調信号を除去する強度変調信号除去部と、
該強度変調信号除去部から出力される電気信号から第１次高調波成分、第２次高調波成分および第３次高調波成分を抽出する高調波成分抽出部と、
第１次高調波成分電圧を第２次高調波成分電圧で除算した値の逆正接を演算し、前記干渉光の位相差を求める逆正接演算部と、
第１次高調波成分電圧を第３次高調波成分電圧で除算して変調度を算出する変調度算出部と、
変調度−水位変換テーブルを有し、前記逆正接演算部から出力された前記位相差が所定の条件を満たすときの前記変調度算出部からの出力である変調度を前記変調度−水位変換テーブルに基づいて水位に変換する水位変換部と
を備えたことを特徴とする光水位計測システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ファイバセンサを用いた光水位計測システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は光ファイバセンサを用いた光水位計測システムの使用形態を示す図である。
光水位計測システム３００は、図に示すように例えば事務所内等に設置された屋内処理機器３０から光ファイバ３１を延設し、屋内処理機器３０内に設けた図示しない光源からの光を光ファイバ３１により伝送させる。光ファイバ３１で伝送された光は光カプラ収納容器３２に収納された分岐用光カプラ（図示せず）で分岐され、その分岐光は水位測定対象の水中に複数点在して設置された光ファイバセンサ５へと導光される。なお、光ファイバセンサ５の設置場所や設置間隔等は、当該システム３００の利用者の使用形態によるが、通常、数Ｋｍ間隔で設置され、異なる各場所での水位を計測している。
【０００３】
光ファイバセンサ５は、以下にその構成については詳述するが、簡単に説明すると水圧の影響を受け干渉光を出力するようになっており、各光ファイバセンサ５から出力された各干渉光が光カプラ収納容器３２内の合成用光カプラ（図示せず）で合成される。この合成光が屋内処理機器３０に導かれ、屋内処理機器３０内で各種演算処理されて水位に変換される。以下、光水位計測システムの具体的な構成を図を用いて説明する。
【０００４】
図８は従来の光水位計測システムの構成を示すブロック図である。
従来の光水位計測システム３００は、角周波数ω０　の正弦波信号を発振する正弦波発振器１と、正弦波発振器１から出力された角周波数ω０　の正弦波信号に基づいて電流駆動され、周波数変調されたレーザー光を出力するレーザー光源２と、レーザー光源２から出力された出力光をパルス化して出力する光変調器３と、パルス化された光を光ファイバセンサ数と同数のｎ個に分岐して出力する光カプラ４と、光カプラ４からの分岐光を更に分岐したセンシング光とリファレンス光の光路長の変化によって外部からの水位信号（水圧）を干渉光として出力する複数ｎ個の光ファイバセンサ５（♯１〜♯ｎ）と、各光ファイバセンサ５から出力された干渉光を合成（多重化）する光カプラ６と、光カプラ６で合成された干渉光を電気信号に変換して出力するＯ／Ｅ変換器７と、Ｏ／Ｅ変換器７から出力された干渉出力を分離して出力するデマルチプレクサ８と、デマルチプレクサ８から出力された各干渉出力をそれぞれ処理して水位を出力する複数ｎ個の水位計測処理器９（♯１〜♯ｎ）とを備えている。光ファイバセンサ５と水位計測処理器９はそれぞれ同数設けられており、各光ファイバセンサ５を通過した各光信号は、合成、電気変換処理されてデマルチプレクサ８で分離された後、それぞれ対応する水位計測処理器９に入力されるようになっている。
【０００５】
光ファイバセンサ５は、センシングファイバ５ａおよびリファレンスファイバ５ｂを有し、光カプラ４からの分岐光を２つに分岐してセンシングファイバ５ａおよびリファレンスファイバ５ｂをそれぞれ通過させ、その２つの通過光を合成して出力する。ここで、センシングファイバ５ａに水圧が付加された場合、センシングファイバ５ａの屈折率およびファイバ長が変化する。一方、リファレンスファイバ５ｂは変化を受けないため、リファレンス光とセンシング光との間に位相差の変動が生じる。このように、位相差の変動が生じたセンシング光とリファレンス光とを合成することで干渉光が生じ、この干渉光が光ファイバセンサ５から出力されることになる。
【０００６】
各光ファイバセンサ５から出力された各干渉光は、上述したように光カプラ６で合成（多重化）された後、Ｏ／Ｅ変換器７で電気変換され、電気信号である干渉出力として出力される。デマルチプレクサ８は、多重化されて入力される各干渉出力を分離し、それぞれを対応する各水位計測処理器９へと供給する。
【０００７】
水位計測処理器９は、供給された干渉出力に各種演算を行って水位を出力する処理部で、高調波成分抽出部１０と、逆正接演算部１１（図中、ＡＴＡＮと示す）と、変調度算出部１２と、判定部１３と、水位変換部１４とを備えた構成となっている。
【０００８】
高調波成分抽出部１０は、例えばＤＦＴ（離散フーリエ変換　Ｄｉｓｃｒｅｔｅ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ　以下ＤＦＴと記す）等で構成され、デマルチプレクサ８から供給された干渉出力（電気信号）から第１次高調波成分ω０　、第２次高調波成分２ω０　、第３次高調波成分３ω０　を抽出する。逆正接演算部１１は、第１次高調波成分電圧Ｊ１を第２次高調波成分電圧Ｊ２で除算した値の逆正接（ＡＴＡＮ：　ＡｒｃＴＡＮｇｅｎｔ）を演算し、位相φを算出する。ここで、この位相φとは、光ファイバセンサ５における光路長の変動による位相差に相当する。変調度算出部１２は、第１次高調波成分電圧Ｊ１を第３次高調波成分電圧Ｊ３で除算して変調度Ｃを算出する。
【０００９】
判定部１３は、逆正接演算部１１での演算結果である位相φが所定の条件を満たすか否かを判定し、満たす場合にそのときの変調度算出部１２で得られた変調度Ｃを水位変換部１４に出力する。ここで、この所定の条件とは、位相φが１．４ｒａｄ以上であるということで、この数値は、計測実験を複数回行い、位相φとその位相φが得られたときの変調度Ｃとを複数求め、変調度Ｃの値のばらつきが小さくなるときの位相φの値に相当する。このように、逆正接演算部１１での演算結果が、変調度Ｃの値のばらつきが小さくなるときの位相φの条件を満たすか否かを判定し、条件を満たす場合のみ、そのときの変調度Ｃを水位変換部１４に出力するようにすることにより、信頼性の高い水位計測値だけが水位変換部１４から出力されるようになっている。
【００１０】
水位変換部１４は、変調度Ｃ−水位変換テーブルを有し、判定部１３から出力された変調度Ｃを変調度Ｃ−水位変換テーブルに基づいて水位ψに変換して出力する。
【００１１】
各水位計測処理器９は上記のように構成され、それぞれ対応する光ファイバセンサ５からの干渉出力に基づいて水位ψを出力する。
【００１２】
ところで、光ファイバセンサとしては、他に例えば特許文献１に示すものがある。
【００１３】
【特許文献１】
特開２０００−１１１３６１号公報（第２頁〜第５頁）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の光水位計測システム３００では、レーザー光源２から周波数変調された光が出力されるが、周波数変調される際に強度変調も発生する。強度変調された信号で水位計測処理（水位計測処理器９内での処理）を実施すると、水位出力のばらつきが大きくなり水位精度が劣化するという問題点がある。
【００１５】
この点について、以下に説明する。
レーザー光源２から出力されるレーザー出力は次式（１）で表され、強度変調度αを含んだ式となる。
Ｅ＝（１＋α・ｃｏｓω０ｔ）　・ｅｘｐ（２πνｔ＋φｍ・ｓｉｎω０ｔ＋θ）・・・　（１）
但し、α：強度変調度、ν：光周波数、φｍ　：レーザー周波数偏移量、θ：レーザー初期位相である。
【００１６】
この光が光ファイバセンサ５を通り、Ｏ／Ｅ変換器７で電気信号に変換されると、次式（２）で表される信号Ｉとなる。
Ｉ＝（１＋α・ｃｏｓω０ｔ）２＋（１＋α・ｃｏｓω０ｔ）２・ｃｏｓ（Ｃ０　・ｃｏｓω０ｔ＋θ）　　　　　・・・　（２）
但し、Ｃ０：変調度である。
【００１７】
上記（２）式において、（１＋α・ｃｏｓω０ｔ）２が強度変調信号であり、当該強度変調信号を除去すれば、水位出力のばらつきを抑えることができる。
【００１８】
このようなことから、レーザー出力から強度変調信号を除去して精度の高い水位計測が可能な光水位計測システムの開発が望まれていた。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光水位計測システムは、周波数変調されたレーザー光を出力するレーザー光源と、レーザー光源から出力されるレーザー光をパルス化して出力する光変調器と、光変調器からのパルス光を第１の分岐光と第２の分岐光に分岐する光カプラと、第１の分岐光が入力され、第１の分岐光を分岐したセンシング光とリファレンス光との光路長の変動によって外部からの水位信号を干渉光として検出する光ファイバセンサと、光ファイバセンサから出力された干渉光を電気信号に変換する第１のＯ／Ｅ変換器と、第２の分岐光を電気信号に変換する第２のＯ／Ｅ変換器と、第１のＯ／Ｅ変換器の出力と第２のＯ／Ｅ変換器の出力とが入力される水位計測処理器とを備え、水位計測処理器は、第１のＯ／Ｅ変換器の出力を第２のＯ／Ｅ変換器の出力で除算して周波数変調に伴って発生する強度変調信号を除去する強度変調信号除去部と、強度変調信号除去部から出力される電気信号から第１次高調波成分、第２次高調波成分および第３次高調波成分を抽出する高調波成分抽出部と、第１次高調波成分電圧を第２次高調波成分電圧で除算した値の逆正接を演算し、干渉光の位相差を求める逆正接演算部と、第１次高調波成分電圧を第３次高調波成分電圧で除算して変調度を算出する変調度算出部と、変調度−水位変換テーブルを有し、逆正接演算部から出力された位相差が所定の条件を満たすときの変調度算出部からの出力である変調度を変調度−水位変換テーブルに基づいて水位に変換する水位変換部とを備えたものである。
【００２０】
本発明においては、周波数変調されたレーザー光をパルス化した後、光カプラで第１の分岐光と第２の分岐光に分岐する。第１の分岐光を光ファイバセンサに通過させ、該光ファイバセンサから出力される干渉光をＯ／Ｅ変換器で電気信号に変換して信号Ｉを得る一方、第２の分岐光をＯ／Ｅ変換器で電気信号に変換して信号Ａを得る。そして、強度変調信号除去部が信号Ｉを信号Ａで除算して強度変調信号を除去する。強度変調信号が除去された信号から第１次、第２次および第３次高調波成分を抽出し、第１および第２次高調波成分電圧から前記干渉光の位相差を求めるとともに、第１次および第３次高調波成分電圧から変調度を算出し、前記位相差が所定条件を満たすときの前記変調度に基づいて水位を求める。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１の光水位計測システムの構成を示すブロック図である。なお、図１において図８に示した従来の光水位計測システム３００と同一機能部分については同一符号を付し、説明を省略する。
【００２２】
本実施の形態１の光水位計測システム１００と、図８に示した従来の光水位計測システム３００との相違点は、Ｏ／Ｅ変換器１５と強度変調信号除去部１６とを追加したことにある。本実施の形態１の動作概略を説明すると、従来、各光ファイバセンサ５から出力された各干渉光を合成し、電気信号に変換してデマルチプレクサ８で分離した後、水位計測処理器９で水位計測処理を実施していた処理手順を、本実施の形態１では光変調器３からのパルス光を、従来と同様に光カプラ４にて光ファイバセンサ５へのｎ個の分岐光（以下、第１の分岐光という）に分岐することに加えて更にＯ／Ｅ変換器１５への１個の分岐光（以下、第２の分岐光という）に分岐するようにし、第１の分岐光が光ファイバセンサ５を通過して電気信号に変換された信号Ｉと、第２の分岐光が電気信号に変換された信号Ａとを強度変調信号除去部１６に入力し、強度変調信号除去部１６で信号Ｉを信号Ａで除算することで強度変調信号を除去してから、従来と同様の水位計測処理を実施するもので、これにより計測精度の向上を図ったものである。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態１の光水位計測システム１００の動作について更に詳しく説明する。なお、従来の光水位計測システム３００の構成と異なる動作部分を中心に説明する。
レーザー光源２に正弦波発振器１からの角周波数ω０　の正弦波が入力されると、正弦波により周波数変調、強度変調がかけられたレーザー光がレーザー光源２から出力される。このレーザー光は光変調器３でパルス化され、光カプラ４でｎ個の第１の分岐光と１個の第２の分岐光に分岐され、各第１の分岐光がそれぞれ各光ファイバセンサ５に入力される。
【００２４】
各第１の分岐光が入力された各光ファイバセンサ５からは、それぞれ外部からの水位信号（水圧）が干渉光として出力される。各干渉出力はＯ／Ｅ変換器７にて電気信号に変換され、次式（３）で表される信号Ｉｍ　（ｍ＝１〜ｎ）となる。
【００２５】
Ｉｍ　＝（１＋α・ｃｏｓω０ｔ）２＋（１＋α・ｃｏｓω０ｔ）２・ｃｏｓ（Ｃｍ　・ｃｏｓω０ｔ＋θ）　　　　　・・・　（３）
但し、α：強度変調度、θ：レーザー初期位相、Ｃｍ　（ｍ＝１〜ｎ）：変調度である。
【００２６】
ここで、各光ファイバセンサ５それぞれを通過してＯ／Ｅ変換器７で電気信号に変換されたｎ個の信号Ｉｍ　は、光カプラ６で多重化されてデマルチプレクサ８に供給され、デマルチプレクサ８によりｎ個の信号Ｉｍ　に分離され、それぞれ対応の水位計測処理器９に入力されることになる。例えば、信号Ｉ１　は水位計測処理器９（♯１）に入力される。
【００２７】
一方、光カプラ４で分岐された第２の分岐光は、Ｏ／Ｅ変換器１５で電気信号に変換され、次式（４）で表される信号Ａとなる。
【００２８】
Ａ＝（１＋α・ｃｏｓω０ｔ）２　　　　・・・　（４）
【００２９】
この信号Ａは各水位計測処理器９それぞれに供給され、以上により、各水位計測処理器９には、それぞれ対応の光ファイバセンサ５を通過して電気信号に変換された信号Ｉｍ　と、信号Ａとがそれぞれ供給されることになる。
【００３０】
各水位計処理器９では、それぞれ供給された信号Ｉｍ　を信号Ａで除算する処理を強度変調信号除去部１６が行い、強度変調信号を除去する。除算後の信号ＩＨ　は次式（５）で表される。
【００３１】
ＩＨ＝Ｉｍ　／Ａ＝１＋ｃｏｓ（Ｃ０・ｃｏｓω０ｔ＋θ）　・・・　（５）
【００３２】
（５）式から明らかなように、除算後の信号ＩＨ　は、強度変調信号（１＋α・ｃｏｓω０ｔ）２が除去された信号となる。これにより強度変調が補正される。
【００３３】
その後の水位計測処理器９内での水位計測処理は上記従来と同様であるため、ここではその詳細説明は省略するが、強度変調信号が除去されが信号で水位計測処理を行うことで、精度の高い水位出力を得ることが可能となる。
【００３４】
図２は、強度変調を補正する前の水位出力結果、図３は強度変調を補正した後の水位出力結果を示す図で、横軸に位相φ［ｒａｄ］を、縦軸に水位出力をとって示したものである。この実験結果は、１つの水位計測処理器９において所定時間内において複数回、水位計測を行った場合の位相φと水位出力ψとの関係をプロットしたものである。両図より明らかなように、強度変調信号除去前の水位出力ψは、位相φの広範囲に渡ってばらつきがあるのに対し、強度変調補正後は、ばらつきが低減されている。特に、従来技術でも述べたが、横軸の位相φ［ｒａｄ］が１．４ｒａｄ以上においてばらつき格段に低減されている。したがって、この閾値以上の位相φのときの水位出力ψは精度の高い計測値と認められる。
【００３５】
以上のように本実施の形態１によれば、光変調器３から出力されたパルス光を光カプラ４でｎ個の第１の分岐光と１個の第２の分岐光に分岐し、ｎ個の第１の分岐光をそれぞれ各光ファイバセンサ５に伝送する一方で、第２の分岐光をＯ／Ｅ変換器７に伝送し、光ファイバセンサ５を通過して電気変換された信号Ｉを、Ｏ／Ｅ変換器７に伝送されて電気変換された信号Ａで除算して強度変調信号を除去し、強度変調信号除去後の信号で水位計測処理を実施するので、水位出力のばらつきが低減され、水位出力の精度を向上することが可能となる。
【００３６】
なお、上記実施の形態１では、光ファイバセンサ５を複数有し、それに伴い、水位計測処理器９を複数設けた場合を例示して説明したが、光ファイバセンサ５および水位計測処理器９をそれぞれ１つずつとした構成でも良く、この場合も上記と同様の効果が得られる。なお、この場合、光カプラ６およびデマルチプレクサ８は省略された構成となる。
【００３７】
実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２の光水位計測システムの構成を示すブロック図である。本実施の形態２の光水位計測システム２００は、図１に示した実施の形態１の光水位計測システム１００において、Ｏ／Ｅ変換器１５を除去し、光カプラ４で分岐された第２の分岐光をそのまま光カプラ６に送出するようにして、上記実施の形態１と略同様の効果を得ながらも、実施の形態１に比べてＯ／Ｅ変換器の数を削減して製造コストの低減を図ったものである。
【００３８】
以下、本発明の実施の形態２の光水位計測システム２００の動作を説明する。レーザー光源２に正弦波発振器１からの角周波数ω０　の正弦波が入力されると、正弦波により周波数変調、強度変調がかけられた連続波としてのレーザー光がレーザー光源２から出力される。このレーザー光は光変調器３でパルス化され、光カプラ４でｎ個の第１の分岐光と１個の第２の分岐光に分岐され、各第１の分岐光がそれぞれ各光ファイバセンサ５に入力される。
【００３９】
第１の分岐光が入力された光ファイバセンサ５からは、外部からの水位信号（水圧）が干渉光として出力される。一方、第２の分岐光は、何ら処理されることなく各光ファイバセンサ５からの各干渉光とともに光カプラ６で合成（多重化）される。そして、光カプラ６からの合成光は、Ｏ／Ｅ変換器７で電気信号に変換され、デマルチプレクサ８に供給される。
【００４０】
ここで、光ファイバセンサ５を通過し、Ｏ／Ｅ変換器７にて電気信号に変換された信号Ｉｍ　は実施の形態１で説明したように上記（３）で表される。一方、光カプラ４で分岐され、何ら処理されることなく光カプラ６に供給された第２の分岐光は、Ｏ／Ｅ変換器７で電気信号に変換されることにより上記（４）と同様の信号Ａとなる。
【００４１】
これにより、ｎ個の信号Ｉｍ　と１つの信号Ａが多重化されてデマルチプレクサ８に供給されることになる。デマルチプレクサ８は、多重化されて入力された電気信号をｎ個の信号Ｉｍ　と１個の信号Ａに分岐し、各信号Ｉｍ　についてはそれぞれ対応する水位計測処理器９に供給し、信号Ａは全ての水位計測処理器９に供給する。
【００４２】
その後の処理は、実施の形態１と同様であり、強度変調信号除去部１６で信号Ｉｍ　を信号Ａで除算して強度変調信号を除去し、強度変調信号除去後の信号で水位計測処理を実施する。これにより、水位のばらつきが低減されて精度の高い水位測定が実現される。
【００４３】
図５は、強度変調を補正する前の水位出力結果、図６は強度変調を補正した後の水位出力結果を示す図で、横軸に位相φ［ｒａｄ］を、縦軸に水位出力をとって示したものである。この実験結果は、上記実施の形態１の図２、図４で示した場合と同様に、１つの水位計測処理器９において所定時間内において複数回、水位計測を行った場合の位相φと水位出力ψとの関係をプロットしたものである。両図より明らかなように、強度変調信号除去前の水位出力ψは、位相φの広範囲に渡ってばらつきがあるのに対し、強度変調補正後は、ばらつきが低減されている。特に、従来技術でも述べたが、横軸の位相φ［ｒａｄ］が１．４ｒａｄ以上においてばらつき格段に低減されており、この閾値以上の位相φのときの水位出力ψは精度の高い計測値と認められる。
【００４４】
以上のように、本実施の形態２によれば、実施の形態１と略同様の作用効果が得られると共に、実施の形態１と比較してＯ／Ｅ変換器の数を削減することが可能であり、製造コストを低減することが可能となる。また、システム構成上、水位計測処理器９への入力装置をデマルチプレクサ８の１つとすることができるため、実施の形態１に比べてハード構成を単純化することができ、更なる低コスト化が期待できる。
【００４５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、強度変調信号を除去してから水位計測処理を行うようにしたため、精度の高い水位計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の光水位計測システムの構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１の構成において強度変調を補正する前の水位出力結果を示す図である。
【図３】実施の形態１の構成において強度変調を補正した後の水位出力結果を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２の光水位計測システムの構成を示すブロック図である。
【図５】実施の形態２の構成において強度変調を補正する前の水位出力結果を示す図である。
【図６】実施の形態２の構成において強度変調を補正した後の水位出力結果を示す図である。
【図７】光ファイバセンサを用いた光水位計測システムの使用形態を示す図である。
【図８】従来の光水位計測システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
２　レーザー光源
３　光変調器
４　光カプラ（第１の光カプラ）
５　光ファイバセンサ
６　光カプラ（第２の光カプラ）
７　Ｏ／Ｅ変換器（第１のＯ／Ｅ変換器）
８　デマルチプレクサ
９　水位計測処理器
１０　高調波成分抽出部
１１　逆正接演算部
１２　変調度算出部
１４　水位変換部
１５　Ｏ／Ｅ変換器（第２のＯ／Ｅ変換器）
１６　強度変調信号除去部
【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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