(57)【要約】【課題】  光ファイバリング干渉型センサにおいて、落石や侵入者等によって生ずる局所的な振動と、風雨などによって生ずる光ファイバリングの全体に均等に加わる振動とを判別することができるようにする。【解決手段】複数の光ファイバＬａ，Ｌｂからなるリング状光路を含む光ファイバリングを有し、この光ファイバリングに互いに異なる波長λ１，λ２の光を入射させ、光ファイバリングを経た各波長λ１，λ２の光それぞれの干渉光強度を観測する光ファイバリング干渉型センサであって、光ファイバリングの全体に均等な振動が加わったときに加振位置として算出される位置の近傍における光ファイバの振動を防止する防振機構１１を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光ファイバからなるリング状光路を含む光ファイバリングを有し、この光ファイバリングに互いに異なる波長の光を入射させ、前記光ファイバリングを経た各波長の光それぞれの干渉光強度を観測することにより、光ファイバリング上における加速位置の特定、加振位置の特定、または、加振位置における位相変化量の算出を行う光ファイバリング干渉型センサであって、
前記光ファイバリングの全体に均等な振動が加わったときに加振位置として算出される位置の近傍における光ファイバの振動を防止する防振機構を備えた
ことを特徴とする光ファイバリング干渉型センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを用いて、加速位置、または、加振位置の特定、加速位置での位相変動量（光路長変動量）の算出を行う光ファイバリング干渉型センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特許文献１に記載されているように、光ファイバを用いて構成され、加速位置、または、加振位置の特定や、加振位置における位相変動量（光路長変動量）の算出を行う光ファイバリング干渉型センサが提案されている。
【０００３】
この光ファイバリング干渉型センサは、図４に示すように、一対の光ファイバＬａ，Ｌｂからなる光ファイバリングを用いて、この光ファイバリングの一端側及び他端側より互いに異なる第１及び第２の波長λ１，λ２の光を入射させ、光ファイバリングを経た第１の波長λ１の光同士の干渉光強度及び第２の波長λ２の光同士の干渉光強度を観測することにより、光ファイバリング上における加速位置、または、加振位置の特定や、加振位置における位相変化量（光路長変動量）の算出を行うものである。
【０００４】
すなわち、この光ファイバリング干渉型センサにおいては、図５に示すように、第１の発光素子１０１から発せられた第１の波長λ１の光は、第１の光分岐素子１０２を介して、第１及び第２の波長分割分岐素子１０３，１０４に入射される。第１の波長分割分岐素子１０３に入射された第１の波長λ１の光は、第１の光ファイバＬａを介して、第４の波長分割分岐素子１０６に伝送される。また、第２の波長分割分岐素子１０４に入射された第１の波長λ１の光は、第２の光ファイバＬｂを介して、第３の波長分割分岐素子１０５に伝送される。
【０００５】
第４の波長分割分岐素子１０６に伝送された第１の波長λ１の光は、波長分離されて第３の波長分割分岐素子１０５に送られ、第２の光ファイバＬｂを介して、第２の波長分割分岐素子１０４に伝送される。また、第３の波長分割分岐素子１０５に伝送された第１の波長λ１の光は、波長分離されて第４の波長分割分岐素子１０６に送られ、第１の光ファイバＬａを介して、第１の波長分割分岐素子１０３に伝送される。
【０００６】
このようにして第２の波長分割分岐素子１０４及び第１の波長分割分岐素子１０３に伝送された第１の波長λ１の光は、干渉し、第１の光分岐素子１０２を介して、干渉光強度として第１の受光素子１０９により受光される。
【０００７】
一方、この光ファイバリング干渉型センサにおいては、図６に示すように、第２の発光素子１０８から発せられた第２の波長λ２の光は、第２の光分岐素子１０９を介して、第３及び第４の波長分割分岐素子１０５，１０６に入射される。第３の波長分割分岐素子１０５に入射された第２の波長λ２の光は、第２の光ファイバＬｂを介して、第２の波長分割分岐素子１０４に伝送される。また、第４の波長分割分岐素子１０６に入射された第２の波長λ２の光は、第１の光ファイバＬａを介して、第１の波長分割分岐素子１０３に伝送される。
【０００８】
第２の波長分割分岐素子１０４に伝送された第２の波長λ２の光は、波長分離されて第１の波長分割分岐素子１０３に送られ、第１の光ファイバＬａを介して、第４の波長分割分岐素子１０６に伝送される。また、第１の波長分割分岐素子１０３に伝送された第２の波長λ２の光は、波長分離されて第２の波長分割分岐素子１０４に送られ、第２の光ファイバＬｂを介して、第３の波長分割分岐素子１０５に伝送される。
【０００９】
このようにして第４の波長分割分岐素子１０６及び第３の波長分割分岐素子１０５に伝送された第２の波長λ２の光は、干渉し、第２の光分岐素子１０９を介して、干渉光強度として第２の受光素子１１０により受光される。
【００１０】
このようにして、異なる波長λ１，λ２の光によるリング干渉計が構成され、光ファイバリングをなす各光ファイバＬａ，Ｌｂにおける加速や加振が生ずると、第１及び第２の受光素子１０７，１１０により検出される干渉光強度に変化が生じ、この変化に基づいて、加速位置、または、加振位置の特定や、加振位置における位相変化量（光路長変動量）の算出を行うことができる。
【００１１】
このような光ファイバリング干渉型センサは、特許文献２に記載されているように、例えば、フェンスなどに光ファイバリングを敷設し、落石や侵入者の検知等に用いることができる。
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−３６５０５８公報
【特許文献２】特開２００５−４３０８７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、前述したような光ファイバリング干渉型センサにおいては、特許文献２に記載されているように、落石や侵入者の検知等のために、フェンスなどに光ファイバリングを敷設して構成した場合、風雨などにより光ファイバリングの全体に均等に加わる振動と、落石や侵入者等により局所的に生ずる振動とを区別することができなかった。
【００１４】
そのため、風雨などによって光ファイバリングの全体が均等に振動された場合においても、落石や侵入者等があったかどうかを確認しなければならず、煩雑であった。また、逆に、落石や侵入者等により光ファイバリングが局所的に振動された場合においても、風雨などによるものと思ってしまい、落石や侵入者等への対応が遅れてしまったり、また、これらを見逃してしまう虞れがあった。
【００１５】
そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、光ファイバリング干渉型センサにおいて、落石や侵入者等によって生ずる局所的な振動と、風雨などによって生ずる光ファイバリングの全体に均等に加わる振動とを判別することができる光ファイバリング干渉型センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明に係る光ファイバリング干渉型センサは、以下の構成のいずれか一を有するものである。
【００１７】
〔構成１〕
複数の光ファイバからなるリング状光路を含む光ファイバリングを有しこの光ファイバリングに互いに異なる波長の光を入射させ光ファイバリングを経た各波長の光それぞれの干渉光強度を観測することにより光ファイバリング上における加速位置の特定、加振位置の特定、または、加振位置における位相変化量の算出を行う光ファイバリング干渉型センサであって、光ファイバリングの全体に均等な振動が加わったときに加振位置として算出される位置の近傍における光ファイバの振動を防止する防振機構を備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
この光ファイバリング干渉型センサにおいては、検出された信号から加振位置が特定され、その位置に基づいて、光ファイバリングにおける局所的な振動か、光ファイバリングの全体の均等な振動かを判別することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る光ファイバリング干渉型センサにおいては、光ファイバリングの全体に均等な振動が加わったときに加振位置として算出される位置の近傍における光ファイバの振動を防止する防振機構を備えているので、光ファイバリングにおける局所的な振動か、光ファイバリングの全体の均等な振動かを判別することができる。
【００２０】
すなわち、本発明は、光ファイバリング干渉型センサにおいて、落石や侵入者等によって生ずる局所的な振動と、風雨などによって生ずる光ファイバリングの全体に均等に加わる振動とを判別することができる光ファイバリング干渉型センサを提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明に係る光ファイバリング干渉型センサの構成を示すブロック図である。
【００２３】
本発明に係る光ファイバリング干渉型センサは、図１に示すように、複数の光ファイバＬａ，Ｌｂからなるリング状光路を含む光ファイバリングを用いて、この光ファイバリングの一端側及び／又は他端側より互いに異なる複数の波長λ１，λ２の光を入射させ、光ファイバリングを経た各波長λ１，λ２の光それぞれの干渉光強度を観測することにより、光ファイバリング上における加速位置、または、加振位置の特定や、加振位置における位相変化量（光路長変動量）の算出を行うものである。
【００２４】
この光ファイバリング干渉型センサにおいては、第１の発光素子１（または、光入力端子）から発せられた第１の波長λ１の光は、第１の光分岐素子２を介して、第１及び第２の波長分割分岐素子３，４に入射される。第１の波長分割分岐素子３に入射された第１の波長λ１の光は、第１の光ファイバＬａの一端側に入射され、第１の光ファイバＬａを介して、第４の波長分割分岐素子６に伝送される。また、第２の波長分割分岐素子４に入射された第１の波長λ１の光は、第２の光ファイバＬｂの一端側に入射され、第２の光ファイバＬｂを介して、第３の波長分割分岐素子５に伝送される。
【００２５】
第４の波長分割分岐素子６に伝送された第１の波長λ１の光は、波長分離されて第３の波長分割分岐素子５に送られ、第２の光ファイバＬｂを介して、第２の波長分割分岐素子４に伝送される。また、第３の波長分割分岐素子５に伝送された第１の波長λ１の光は、波長分離されて第４の波長分割分岐素子６に送られ、第１の光ファイバＬａを介して、第１の波長分割分岐素子３に伝送される。
【００２６】
このようにして第２の波長分割分岐素子４及び第１の波長分割分岐素子３に伝送された第１の波長λ１の光は、干渉し、第１の光分岐素子２を介して、干渉光強度として第１の受光素子９（または、光出力端子）により受光される。
【００２７】
一方、この光ファイバリング干渉型センサにおいては、第２の発光素子８（または、光入力端子）から発せられた第２の波長λ２の光は、第２の光分岐素子９を介して、第３及び第４の波長分割分岐素子５，６に入射される。第３の波長分割分岐素子５に入射された第２の波長λ２の光は、第２の光ファイバＬｂの他端側に入射され、第２の光ファイバＬｂを介して、第２の波長分割分岐素子４に伝送される。また、第４の波長分割分岐素子６に入射された第２の波長λ２の光は、第１の光ファイバＬａの他端側に入射され、第１の光ファイバＬａを介して、第１の波長分割分岐素子３に伝送される。
【００２８】
第２の波長分割分岐素子４に伝送された第２の波長λ２の光は、波長分離されて第１の波長分割分岐素子３に送られ、第１の光ファイバＬａを介して、第４の波長分割分岐素子６に伝送される。また、第１の波長分割分岐素子３に伝送された第２の波長λ２の光は、波長分離されて第２の波長分割分岐素子４に送られ、第２の光ファイバＬｂを介して、第３の波長分割分岐素子５に伝送される。
【００２９】
このようにして第４の波長分割分岐素子６及び第３の波長分割分岐素子５に伝送された第２の波長λ２の光は、干渉し、第２の光分岐素子９を介して、干渉光強度として第２の受光素子１０（または、光出力端子）により受光される。
【００３０】
このようにして、異なる波長λ１，λ２の光によるリング干渉計が構成され、光ファイバリングをなす各光ファイバＬａ，Ｌｂにおける加速や加振が生ずると、第１及び第２の受光素子７，１０により検出される干渉光強度に変化が生じ、この変化に基づいて、以下に述べるようにして、加速位置、または、加振位置の特定や、加振位置における位相変化量（光路長変動量）の算出を行うことができる。
【００３１】
ここで、この光ファイバリング干渉型センサにおける光路長を以下のように定義する。
(1)第１の光ファイバＬａの光路長をＬａ
(2)第２の光ファイバＬｂの光路長をＬｂ
(3)第１の光分岐素子２と第１の波長分割分岐素子３との間の光路長をＬｃ
(4)第１の波長分割分岐素子３と第２の波長分割分岐素子４との間の光路長をＬｄ
(5)第１の光分岐素子２と第２の波長分割分岐素子４との間の光路長をＬｅ
(6)第２の光分岐素子９と第３の波長分割分岐素子５との間の光路長をＬｆ
(7)第３の波長分割分岐素子５と第４の波長分割分岐素子６との間の光路長をＬｇ
(8)第２の光分岐素子９と第４の波長分割分岐素子６との間の光路長をＬｈ
(9)第１の発光素子１と第１の光分岐素子２との間の光路長をＬｉ
(10)第１の受光素子７と第１の光分岐素子２との間の光路長をＬｊ
(11)第２の発光素子８と第２の光分岐素子９との間の光路長をＬｋ
(12)第２の受光素子１０と第２の光分岐素子９との間の光路長をＬｌ
【００３２】
この光ファイバリング干渉型センサにおいて、第１の発光素子１（または、光入力端子）から入力された第１の波長λ１の光は、第１の光分岐素子２を介して、長さ〔Ｌａ＋Ｌｂ＋Ｌｃ＋Ｌｅ＋Ｌｇ〕のループとなるリング干渉計を構成する。同様に、第２の発光素子８（または、光入力端子）から入力された第２の波長λ２の光は、第２の光分岐素子９を介して、長さ〔Ｌａ＋Ｌｂ＋Ｌｄ＋Ｌｆ＋Ｌｈ〕のループとなるリング干渉計を構成する。
【００３３】
第１の光ファイバＬａにおいて第１の光分岐素子２から距離Ｌｐの位置に加振点ｐがあるとき、第１の受光素子７で観測される第１の波長λ１の光の時計回り光と反時計回り光との位相差θ１は、以下のように示される。以下の式において、φ１，φ２は、それぞれ加振点ｐにおける第１の波長λ１の光及び第２の波長λ２の光の位相変動量、ｎは各光ファイバＬａ，Ｌｂの屈折率、Ｃは光の速度である。
θ１(t)＝φ１（ｔ−（Ｌｐ＋Ｌｃ＋Ｌｊ）・ｎ／Ｃ）−φ１（ｔ−（Ｌａ−Ｌｐ＋Ｌｇ＋Ｌｂ＋Ｌｅ＋Ｌｊ）・ｎ／Ｃ）＋θ０            ・・・・・・（式１）
【００３４】
同様に、第２の受光素子１０で観測される第２の波長λ２の光の時計回り光と反時計回り光との位相差θ２は、以下のように示される。
θ２(t)＝φ２（ｔ−（Ｌｐ＋Ｌｄ＋Ｌｂ＋Ｌｆ＋Ｌｌ）・ｎ／Ｃ）−φ２（ｔ−（Ｌａ−Ｌｐ＋Ｌｈ＋Ｌｌ）・ｎ／Ｃ）＋θ０            ・・・・・・（式２）
【００３５】
また、φ１とφ２とは、同一の光路長変動によって起こるため、以下が成立する。
λ１φ１＝λ２φ２                             ・・・・・・（式３）
【００３６】
（式１）、（式２）及び（式３）の中で、未知数は、φ１、φ２だけであるから、測定系が定まれば、他の数は既知となる。したがって、この連立方程式を解くことにより、Ｌｐ、φ１、φ２を得ることができる。
【００３７】
簡略化のために、光がリング干渉計を通過する時間内では、φ１（φ２）の時間微分値がほとんど変動しない、すなわち、加振周波数をｆとし、以下の２条件が成立するとする。
ｆ≪ｃ／｛ｎ・（Ｌａ＋Ｌｂ＋Ｌｃ＋Ｌｅ＋Ｌｇ＋Ｌｉ＋Ｌｊ）｝
ｆ≪ｃ／｛ｎ・（Ｌａ＋Ｌｂ＋Ｌｄ＋Ｌｆ＋Ｌｈ＋Ｌｋ＋Ｌｌ）｝
【００３８】
すると、Ｌｐ、φ１、φ２については、以下のように示すことができる。
【００３９】
【数１】
2007093517.tif 000003
【００４０】
そして、この光ファイバリング干渉型センサにおいては、以下のようにして、落石や侵入者等による局所的な振動と、風雨などによる光ファイバリングの全体に均等に加わる振動とを判別する。
【００４１】
すなわち、（式１）及び（式２）から、光ファイバリングの全体に均等に振動が加った場合には、θ１(t)及びθ２(t)は、以下のように示される。
【００４２】
【数２】
2007093517.tif 000004
【００４３】
この値と（式４）とから、光ファイバリングの全体ヘ均等に振動が加わったときのＬｐ、φ１、φ２が得られる。
【００４４】
このＬｐをＬｐｆと定義すると、図１に示すように、〔Ｌｐ＝Ｌｐｆ〕となる位置の近傍の光ファイバに対して、局所的な振動が物理的に加わらないように防振機構１１を設置することにより、局所的な振動と光ファイバリングの全体の均等な振動との判別が可能になる。
【００４５】
すなわち、防振機構１１の長さを±ΔＬとすると、以下のように算出された場合には、センサファイバ全体ヘの均等な振動であると判別する。
Ｌｐｆ−ΔＬ≦Ｌｐ≦Ｌｐｆ＋ΔＬ
【００４６】
また、以下のいずれかが算出された場合には、局所的な振動であると判別する。
Ｌｐ＜Ｌｐｆ−ΔＬ
Ｌｐｆ＋ΔＬ＜Ｌｐ
【００４７】
防振機構１１としては、〔Ｌｐｆ±ΔＬ〕の領域の光ファイバの周囲を緩衝材で覆ったり、また、光ファイバリングをフェンスなどの固定物に設置する場合においては、〔Ｌｐｆ±ΔＬ〕の領域の光ファイバを固定物から離間させ、地中など振動が加わらない個所に設置することが考えられる。また、防振機構１１としては、〔Ｌｐｆ〕の位置に、防振対策を施した光遅延素子を設けることとしてもよい（なお、防振対策を施した光遅延素子は、特開２００４−２１９１３９公報中の図２及び図３等に記載されており、公知技術である）。
【００４８】
〔第２の実施の形態〕
図２は、本発明に係る光ファイバリング干渉型センサの構成の他の実施の形態を示すブロック図である。
【００４９】
この実施の形態においては、図２に示すように、前述の第１の実施の形成において、第１及び第２の光ファイバＬａ，Ｌｂと、第１の発光素子１から第１の光分岐素子２までの光路と、第１の光分岐素子２から第１の受光素子７までの光路とを、１本の光ファイバケーブル１２としてまとめて構成したものである。
【００５０】
この光ファイバリング干渉型センサにおいては、光ファイバリングを１本の光ファイバケーブルとして扱うことができ、また、各光素子を光ファイバケーブルの両端において光クロージャなどにまとめることができるので、扱いが容易となる。
【００５１】
なお、この実施の形態においては、〔Ｌａ＝Ｌｂ〕となり、第１及び第２の光ファイバＬａ，Ｌｂに加わる振動や位置関係がほぼ等しくなるので、検出される位相差が小さくなるように思われるが、第１及び第２の光ファイバＬａ，Ｌｂは光ファイバケーブル内の別線路であり、これらの振動状態が完全に一致するわけではないので、実用上の問題はない。
【００５２】
図３は、前記光ファイバリング干渉型センサの構成のさらに他の実施の形態を示すブロック図である。
【００５３】
図２に示した光ファイバリング干渉型センサにおいて、〔Ｌｃ，Ｌｄ，Ｌｅ，Ｌｆ，Ｌｇ，Ｌｈ〕を、無視できるほどに短くすると、〔Ｌｐｆ〕は、〔Ｌａ／２〕、つまり、各光ファイバＬａ，Ｌｂの中点となる。したがって、この場合には、図３に示すように、各光ファイバＬａ，Ｌｂの中点の付近に防振機構１１を設ければよい。なお、この図３においては、防振機構１１として遅延素子を設けた例を示している。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る光ファイバリング干渉型センサの構成を示すブロック図である。
【図２】前記光ファイバリング干渉型センサの構成の他の実施の形態を示すブロック図である。
【図３】前記光ファイバリング干渉型センサの構成のさらに他の実施の形態を示すブロック図である。
【図４】従来の光ファイバリング干渉型センサの構成を示すブロック図である。
【図５】前記従来の光ファイバリング干渉型センサにおける第１の波長λ１の光路を示すブロック図である。
【図６】前記従来の光ファイバリング干渉型センサにおける第２の波長λ２の光路を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５５】
１    第１の発光素子
２    第１の光分岐素子
３    第１の波長分割分岐素子
４    第２の波長分割分岐素子
５    第３の波長分割分岐素子
６    第４の波長分割分岐素子
７    第１の受光素子
８    第２の発光素子
９    第２の光分岐素子
１０  第２の受光素子
１１  防振機構
【図１】
2007093517.tif 000005
【図２】
2007093517.tif 000006
【図３】
2007093517.tif 000007
【図４】
2007093517.tif 000008
【図５】
2007093517.tif 000009
【図６】
2007093517.tif 000010