(57)【要約】【課題】復調する帯域の雑音を低減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】パルス光を出力するパルス光源２と、特定の周波数の信号を発生する変調信号発生器２０１、２０２と、入力されたパルス光を特定の周波数だけシフトする光周波数シフタ２１１、２１２と、互いに干渉させることで、光周波数シフタ２１１、２１２でシフタされた複数のパルス光を重畳する光カプラ６と、光カプラ６から出力されたパルス光の位相を、測定信号に基づいて変調して出力することで、測定信号を検出するセンシングファイバ９と、センシングファイバ９から出力された信号から、測定信号を検知する復調器１５とを備えるものである。【選択図】図１
2013181789.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス光を出力する光源と、
特定の周波数の信号を発生する変調信号発生器と、
入力された前記パルス光を前記特定の周波数だけシフトする光周波数シフタと、
前記光周波数シフタでシフトされた複数のパルス光を重畳する光カプラと、
前記光カプラから出力されたパルス光の位相を、測定信号に基づいて変調して出力することで、前記測定信号を検出するセンシングファイバと、
前記センシングファイバから出力された信号から、測定信号を検知する復調器と、
を備え、
各前記変調信号発生器は、
１つのセンシングファイバで検出された信号が、周波数の異なる複数のビートにそれぞれ含まれるように、互いに異なる周波数を発生させ、
前記光カプラは、
前記変調信号発生器から出力された前記互いに異なる周波数に基づいて前記光周波数シフタでシフトされたパルス光を重畳し、前記センシングファイバで検出された信号を含むビートを発生させる
ことを特徴とする干渉型光ファイバセンサ。
【請求項２】
前記復調器は、
前記複数のビートに基づいて演算された複数の信号を合成する
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】
前記復調器は、
前記センシングファイバから出力された信号をサンプリングする参照信号発生器を有し、
前記参照信号発生器は、
複数の周波数のビートに対応し、サンプリング間隔の異なる信号から成る複数の参照信号を生成する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の干渉型光ファイバセンサ。
【請求項４】
前記光カプラは、
前記周波数の異なる複数のビートを発生させる
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の干渉型光ファイバセンサ。
【請求項５】
前記復調器で復調に使わないビートと側波帯の帯域に折り返しで発生したビートと側波帯が重なるようにした
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の干渉型光ファイバセンサ。
【請求項６】
複数のセンシングファイバで検出された複数の信号が１つの周波数のビートに交番して含まれる
ことを特徴とする請求項１〜４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】
前記復調器に入力される時分割多重されたパルス光の列には、周波数が異なる複数のビートが含まれる
ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項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、例えば、復調する帯域の雑音を低減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、物理量を検出する。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することが可能である。
【０００３】
例えば、後述する非特許文献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、後述する非特許文献３には、磁気信号を検出するセンサが記載されている。
【０００４】
図１６は、非特許文献１に示された方式（以下、従来技術１と称する）の説明図である。図１６には、従来技術１の干渉型光ファイバセンサの構成と、そのパルス波形とが図示されている。まず、従来技術１の干渉型光ファイバセンサの構成について説明する。従来技術１の干渉型光ファイバセンサは、オシレータ１、パルス光源２、光カプラ３、光周波数シフタ４、遅延補償ファイバ５、光カプラ６、光アンプ７、光カプラ８、センシングファイバ９、ミラー１０、ミラー１１、Ｏ／Ｅ（Ｏｐｔｏ／Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）変換器１２、及び復調器１３等を備えている。復調器１３は、Ａ／Ｄ変換器２１、参照信号発生器２２、参照信号発生器２３、乗算器２４、乗算器２５、ＬＰＦ（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）２６、ＬＰＦ２７、逆正接演算器２８、及び不連続点補償演算器２９等を備えている。
【０００５】
次に、従来技術１の干渉型光ファイバセンサ内でのパルス光の伝搬経路について説明する。まず、伝搬経路中にある各経路点について説明する。経路点Ａは、パルス光源２と、光カプラ３との間のパルス波形の伝搬経路内に位置する経路点を示すものである。経路点Ｂは、光カプラ３と、光周波数シフタ４との間のパルス波形の伝搬経路内に位置する経路点を示すものである。経路点Ｃは、光カプラ３と、遅延補償ファイバ５との間のパルス波形の伝搬経路内に位置する経路点を示すものである。経路点Ｄは、光アンプ７と、光カプラ８との間のパルス波形の伝搬経路内に位置する経路点を示すものである。経路点Ｅは、ミラー１０に位置するパルス波形の経路点を示すものである。経路点Ｆは、ミラー１１に位置するパルス波形の経路点を示すものである。経路点Ｇは、光カプラ８と、Ｏ／Ｅ変換器１２との間のパルス波形の伝搬経路内に位置する経路点を示すものである。
【０００６】
パルス光源２から出力される光周波数νのパルス光は、光カプラ３で２つに分岐される。光カプラ３で２つに分岐されたパルス光のうち、一方のパルス光は、光周波数シフタ４と光カプラ６とを通過する。そして、光カプラ６を通過したパルス光は、光アンプ７で増幅される。このとき、パルス光は、経路ＡＢＤを伝搬したことになる。ここで、光周波数シフタ４は、オシレータ１から周波数ｆαの信号を受けたとき、光の周波数をｆαシフトするものである。そのため、光カプラ６には、光周波数ν＋ｆαのパルス光が入力される。
【０００７】
光カプラ３で２つに分岐されたパルス光のうち、もう一方のパルス光は、遅延補償ファイバ５を通過する。このため、遅延補償ファイバ５を通過したパルス光は、経路ＡＢＤを通過したパルス光よりも遅れて光カプラ６を通過する。そして、光カプラ６を通過したパルス光は、光アンプ７で増幅される。このとき、パルス光は経路ＡＣＤを伝搬したことになる。
【０００８】
経路点Ｄを通過したパルス光は、光カプラ８で２つに分岐される。光カプラ８で分岐されたパルス光のうち、一方のパルス光は、ミラー１０で反射される。ミラー１０で反射されたパルス光は、再び光カプラ８を通過する。そして、光カプラ８を再度通過したパルス光は、Ｏ／Ｅ変換器１２に入力される。このとき、パルス光は経路ＤＥＧを伝搬したことになる。
【０００９】
光カプラ８で分岐されたパルス光のうち、もう一方のパルス光は、センシングファイバ９を通過する。次に、センシングファイバ９を通過したパルス光は、ミラー１１で反射される。ミラー１１で反射されたパルス光は、再び、センシングファイバ９と、光カプラ８とを通過する。そして、光カプラ８を再度通過したパルス光は、Ｏ／Ｅ変換器１２に入力される。このとき、パルス光は経路ＤＦＧを伝搬したことになる。ここで、パルス光がセンシングファイバ９を往復するとき、信号φ（ｔ）で光の位相が変調されることとなる。
【００１０】
次に、従来技術１の干渉型光ファイバセンサ内を伝搬するパルス光のパルス波形について説明する。図１６に示すパルス波形Ａは、経路点Ａの位置を通過するパルス波形を示すものである。パルス波形Ａに示されている数字は、パルス光源２から出力される順番を示すものであり、例えば、１、２、３、・・・のように昇順に番号が付与されている。
【００１１】
図１６に示すパルス波形ＡＢＤＥＧは、Ｏ／Ｅ変換器１２に入力されるパルス光のうち、経路ＡＢＤＥＧを伝搬したパルス光の成分を図示したパルス波形を示すものである。パルス波形ＡＢＤＥＧに示されている各記号に隣接して付与されている数字は、Ｏ／Ｅ変換器１２に到達する順番を示すものであり、例えば、ａ１、ａ２、ａ３、・・・のように昇順に記号に数字が付与されている。このように、記号と数字とを合わせたものを各々のパルス光に付与することとした。同様にして、図１６に示すパルス波形ＡＢＤＦＧ、パルス波形ＡＣＤＥＧ、及びパルス波形ＡＣＤＦＧは、それぞれ経路ＡＢＤＦＧ、経路ＡＣＤＥＧ、及び経路ＡＣＤＦＧを伝搬したパルス光の成分を図示したパルス波形を示すものである。また、パルス波形ＡＢＤＦＧ、パルス波形ＡＣＤＥＧ、及びパルス波形ＡＣＤＦＧの各々のパルス光には、パルス波形ＡＢＤＥＧと同様のものが付与されている。
【００１２】
ここで、センシングファイバ９の往復伝搬時間を伝搬遅延τとする。伝搬遅延τと、遅延補償ファイバの往復伝搬時間とを等しくすると、パルス波形ＡＢＤＦＧの各パルス光の周期と、パルス波形ＡＣＤＥＧの各パルス光の周期とが等しくなる。つまり、パルス光ｂｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）と、パルス光ｃｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）とが同一周期になるため、パルス光ｂｉと、パルス光ｃｉとが同じタイミングで重なることになる。これにより、干渉パルス光ｂｉ＋ｃｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）が、経路点Ｇで発生する。
【００１３】
また、光周波数シフタ４を通過したパルス光の周波数と、遅延補償ファイバ５を通過したパルス光の周波数とは、周波数ｆαの差がある。このため、干渉パルス光ｂｉ＋ｃｉが、Ｏ／Ｅ変換器１２を出力したときには、中心周波数が周波数ｆαである。このとき、センシングファイバ９で検出された信号φ（ｔ）で位相変調されたビートが発生する。
【００１４】
復調器１３は、Ｏ／Ｅ変換器１２から出力される干渉パルス光ｂｉ＋ｃｉにタイミングを合わせてサンプリングすることにより、式（１）で表される出力を得る。次いで、復調器１３は、センシングファイバ９で検出した信号φ（ｔ）を復調する。図１６に示すΔ（ｔ）はサンプリングを意味する式（２）で表される関数である。
【００１５】
【数１】
2013181789.tif 000003
【００１６】
【数２】
2013181789.tif 000004
【００１７】
ここで、式（２）に示すδはディラックのδ関数を意味するものである。よって、所定の周期間隔で、δ関数と、干渉パルス光ｂｉ＋ｃｉとを乗算することで、干渉パルス光ｂｉ＋ｃｉは、サンプリングされることになる。また、復調器１３のＬＰＦ２６及びＬＰＦ２７の遮断周波数は、ビート周波数と同じｆαにする。このようにすることで、折り返しが重ならない範囲で、最も広い信号帯域を確保している。
【００１８】
図１７は、非特許文献２に示された時分割多重する構成を利用し、従来技術１の方法で復調するように構成した一例（以下、従来技術２と称する）を示す図である。パルス光源２から光アンプ７までのパルス光の伝搬経路は同一である。また、その区間においては、オシレータ１、パルス光源２、光カプラ３、光周波数シフタ４、遅延補償ファイバ５、光カプラ６、及び光アンプ７は、従来技術１と同様に動作する。従来技術１との相違点は、光アンプ７以降の構成と動作である。
【００１９】
具体的には、光アンプ７を出力したパルス光は、光カプラ４１で分岐する。光カプラ４１で分岐した一方のパルス光は、光カプラ３１を通過後、センシングファイバ７１に送られる。光カプラ４１で分岐したもう一方のパルス光は、遅延ファイバ８１でタイミングをずらされた後、光カプラ４２で分岐する。光カプラ４２で分岐した一方のパルス光は、光カプラ３２を通過後、センシングファイバ７２に送られる。光カプラ４２で分岐したもう一方のパルス光は、遅延ファイバ８２でタイミングをずらされた後、光カプラ３３を通過し、センシングファイバ７３に送られる。その後、パルス光は、光カプラ５２、光カプラ５１で１本の光ファイバに結合される。これにより、信号１〜３が時分割多重で伝送されることになる。
【００２０】
図１７に示された復調器１３は、Ｏ／Ｅ変換器１２から出力されるパルス列から、信号φ1（ｔ）、信号φ2（ｔ）、及び信号φ3（ｔ）を含むパルス光を、別々にサンプリングし、そのサンプリング結果に基づいて位相復調する。図１７においては、位相復調のリファレンスとなるｓｉｎ２πｆβｔまたはｃｏｓ２πｆβｔの乗算と、式（３）〜（５）で表されるサンプリングとを同時に行う一例が示されている。
【００２１】
【数３】
2013181789.tif 000005
【００２２】
【数４】
2013181789.tif 000006
【００２３】
【数５】
2013181789.tif 000007
【００２４】
図１７に示されるように、従来技術２は、従来技術１に示された乗算器２４、乗算２５、ＬＰＦ２６、ＬＰＦ２７、逆正接演算器２８、及び不連続点補償演算器２９と同様の機能を有するものを３組用いることにより、信号φ1（ｔ）、信号φ2（ｔ）、及び信号φ3（ｔ）を復調するものである。具体的には、従来技術２は、乗算器１０１〜１０６、ＬＰＦ１１１〜１１６、逆正接演算器１２１〜１２３、及び不連続点補償演算器１３１を用いることにより、信号φ1（ｔ）、信号φ2（ｔ）、及び信号φ3（ｔ）を復調する。
【００２５】
図１８は、従来技術２の干渉型光ファイバセンサ内を伝搬するパルス光のパルス波形の一例を示す図である。センシングファイバ７１、センシングファイバ７２、及びセンシングファイバ７３の往復伝搬時間がそれぞれτであるとする。このとき、遅延補償ファイバ５、遅延補償ファイバ８１、及び遅延補償ファイバ８２の片道伝搬時間が３τであるとする。また、パルス光源２のパルス繰返し周期が９τであるとする。このように各パラメータが仮定されると、経路点Ｇでは、信号φ1（ｔ）、信号φ2（ｔ）、及び信号φ3（ｔ）を含むパルス列が得られることとなる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２６】
【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】
【００２７】
図１９は、従来技術１、２のＡ／Ｄ変換器２１でＡ／Ｄ変換した後のパワースペクトルの一例を示す概念図である。図１９に示されるパワースペクトルは、Ｏ／Ｅ変換器１２の出力結果が、Ａ／Ｄ変換器２１でＡ／Ｄ変換されたものである。Ｏ／Ｅ変換器１２は、受光したパルス光が分別可能となる通過帯域を有する必要がある。例えば、従来技術１のＯ／Ｅ変換器１２は、サンプリング周波数１／（３τ）が通過帯域上限より低くなる必要がある。また、従来技術２のＯ／Ｅ変換器１２は、サンプリング周波数１／（９τ）が通過帯域上限より低くなる必要がある。
【００２８】
ここで、パルス光がサンプリングされると、サンプリングによる折り返し現象が生じることがある。このため、ビートと側波帯（上側波帯及び下側波帯）や光アンプ７等で発生した雑音が、Ｏ／Ｅ変換器１２の通過帯域全体にわたって多数発生することとなる。このとき、折り返しで発生するビートと側波帯は、光ファイバコイルの周波数特性による制限で、復調する帯域までは影響しにくい。これに対して、光アンプ７等で発生した雑音は、周波数帯域が広い。よって、Ｏ／Ｅ変換器１２の通過帯域全体にわたって、折り返しが多数重なることとなる。これにより、復調する帯域の雑音を増加させていた。
【００２９】
また、従来技術２に示すように時分割多重した場合、多重化する信号が多くなるにつれ、サンプリング周波数を低くすることになる。そのため、サンプリング周波数が低くなった分だけ折り返し雑音が増加してしまう。このような場合には、使用上許容できる雑音レベルを超えないように多重化の数が制限を受けており、復調する帯域の雑音も増加させていた。
【００３０】
以上のことから、従来技術１、２では、折り返し雑音を低減することにより、復調する帯域の雑音を低減することができないという問題点があった。
【００３１】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、折り返し雑音を低減することにより、復調する帯域の雑音を低減することができる干渉型光ファイバセンサを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
本発明の干渉型光ファイバセンサは、パルス光を出力する光源と、特定の周波数の信号を発生する変調信号発生器と、入力された前記パルス光を前記特定の周波数だけシフトする光周波数シフタと、前記光周波数シフタでシフトされた複数のパルス光を重畳する光カプラと、前記光カプラから出力されたパルス光の位相を、測定信号に基づいて変調して出力することで、前記測定信号を検出するセンシングファイバと、前記センシングファイバから出力された信号から、測定信号を検知する復調器と、を備え、各前記変調信号発生器は、１つのセンシングファイバで検出された信号が、周波数の異なる複数のビートにそれぞれ含まれるように、互いに異なる周波数を発生させ、前記光カプラは、前記変調信号発生器から出力された前記互いに異なる周波数に基づいて前記光周波数シフタでシフトされたパルス光を重畳し、前記センシングファイバで検出された信号を含むビートを発生させるものである。
【発明の効果】
【００３３】
本発明は、折り返し雑音を低減することにより、復調する帯域の雑音を低減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】
【００３４】
【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の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるパルス光の光周波数とそのタイミングの一例について説明する図である。
【図３】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の動作を説明するパルス波形を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１におけるＩA、ＩB、ＩCをＡ／Ｄ変換した後のパワースペクトルの概念図である。
【図５】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の構成の一例を示すブロック図である。
【図６】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の構成の一例を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態３におけるパルス光の光周波数とそのタイミングの一例について説明する図である。
【図８】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の動作を説明するパルス波形を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態３におけるＩA、ＩB、ＩCをＡ／Ｄ変換した後のパワースペクトルの概念図である。
【図１０】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の構成の一例を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施の形態４におけるパルス光の光周波数とそのタイミングの一例について説明する図である。
【図１２】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の動作を説明するパルス波形を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態５における干渉型光ファイバセンサの構成の一例を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施の形態５におけるパルス光の光周波数とそのタイミングの一例について説明する図である。
【図１５】本発明の実施の形態５における干渉型光ファイバセンサの動作を説明するパルス波形を示す図である。
【図１６】非特許文献１に示された方式（以下、従来技術１と称する）の説明図である。
【図１７】非特許文献２に示された方式（以下、従来技術２と称する）を示す図である。
【図１８】従来技術２の干渉型光ファイバセンサ内を伝搬するパルス光のパルス波形の一例を示す図である。
【図１９】従来技術１、２のＡ／Ｄ変換器２１でＡ／Ｄ変換した後のパワースペクトルの一例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００３６】
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の構成の一例を示すブロック図である。まず、干渉型光ファイバセンサの構成について説明する。干渉型光ファイバセンサは、パルス光源２、光カプラ３、変調信号発生器２０１、変調信号発生器２０２、光周波数シフタ２１１、光周波数シフタ２１２、遅延補償ファイバ５、光カプラ６、光アンプ７、光カプラ８、センシングファイバ９、ミラー１０、ミラー１１、Ｏ／Ｅ（Ｏｐｔｏ／Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）変換器１２、及び復調器１３等を備えている。復調器１３は、Ａ／Ｄ変換器２１、参照信号発生器９１、参照信号発生器９２、参照信号発生器９３、参照信号発生器９４、参照信号発生器９５、参照信号発生器９６、乗算器１０１、乗算器１０２、乗算器１０３、乗算器１０４、乗算器１０５、乗算器１０６、ＬＰＦ（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）１１１、ＬＰＦ１１２、ＬＰＦ１１３、ＬＰＦ１１４、ＬＰＦ１１５、ＬＰＦ１１６、逆正接演算器１２１、逆正接演算器１２２、逆正接演算器１２３、不連続点補償演算器１３１、不連続点補償演算器１３２、不連続点補償演算器１３３及び加算器２２１を備えている。
【００３７】
パルス光源２は、一定波長のパルス光を生成し、光カプラ３に入射させるものである。光カプラ３、６、８は、入射し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。変調信号発生器２０１、２０２は、特定の周波数の信号を発生させるものである。光周波数シフタ２１１、２１２は、変調信号発生器２０１、２０２から入力された特定の周波数の信号に基づいて、周波数をシフトするものである。遅延補償ファイバ５は、遅延時間差を補償するものである。
【００３８】
光アンプ７は、入力されたパルス光を増幅し、光カプラ８に入力するものである。センシングファイバ９は、加わる物理量により歪みが生じるものであり、これによりセンシングファイバを通過する光が位相変調される。このため、センシングファイバ９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１０、１１は、入射光を反射するものである。Ｏ／Ｅ変換器１２は、パルス光の信号を光電変換することで、電気信号を生成するものである。復調器１３は、入力される電気信号に基づいて復調を行うものであり、位相φ（ｔ）を算出するものである。すなわち、復調器１３は、センシングファイバ９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。
【００３９】
Ａ／Ｄ変換器２１は、アナログ信号をデジタル信号に変換するものである。参照信号発生器９１〜９６は、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を発生するものである。乗算器１０１〜１０６は、Ａ／Ｄ変換器２１の出力信号と、参照信号発生器９１〜９６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。ＬＰＦ１１１〜１１６は、乗算器１０１〜１０６の出力信号の高周波成分をカットするものである。逆正接演算器１２１〜１２３は、位相を求めるものである。不連続点補償演算器１３１〜１３３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。加算器２２１は、不連続点補償演算器１３１〜１３３を加算することにより、［ΔA（ｔ）＋ΔB（ｔ）＋ΔC（ｔ）］Φ（ｔ）を出力するものである。
【００４０】
次に、干渉型光ファイバセンサ内でのパルス光の伝搬経路について説明する。まず、伝搬経路中にある各経路点について説明する。経路点Ａは、パルス光源２と、光カプラ３との間のパルス波形の伝搬経路内に位置する経路点を示すものである。経路点Ｂは、光カプラ６と、光周波数シフタ２１１との間のパルス波形の伝搬経路内に位置する経路点を示すものである。経路点Ｃは、光カプラ６と、遅延補償ファイバ５との間のパルス波形の伝搬経路内に位置する経路点を示すものである。経路点Ｄは、光アンプ７と、光カプラ８との間のパルス波形の伝搬経路内に位置する経路点を示すものである。経路点Ｅは、ミラー１０に位置するパルス波形の経路点を示すものである。経路点Ｆは、ミラー１１に位置するパルス波形の経路点を示すものである。経路点Ｇは、光カプラ８と、Ｏ／Ｅ変換器１２との間のパルス波形の伝搬経路内に位置する経路点を示すものである。
【００４１】
パルス光源２から出力される光周波数νのパルス光は、光カプラ３で２つに分岐される。光カプラ３で２つに分岐されたパルス光のうち、一方のパルス光は、光周波数シフタ２１１と光カプラ６とを通過する。そして、光カプラ６を通過したパルス光は、光アンプ７で増幅される。このとき、パルス光は、経路ＡＢＤを伝搬したことになる。ここで、光周波数シフタ２１１は、変調信号発生器２０１から周波数ｆf（ｔ）の信号を受けたとき、光の周波数をｆf（ｔ）シフトするものである。そのため、光カプラ６には、光周波数ν＋ｆf（ｔ）のパルス光が入力される。
【００４２】
光カプラ３で２つに分岐されたパルス光のうち、もう一方のパルス光は、光周波数シフタ２１２と遅延補償ファイバ５とを順に通過する。そして、光カプラ６を通過したパルス光は、光アンプ７で増幅される。このとき、パルス光は、経路ＡＣＤを伝搬したことになる。ここで、光周波数シフタ２１２は、変調信号発生器２０２から周波数ｆb（ｔ）の信号を受けたとき、光の周波数をｆb（ｔ）シフトするものである。そのため、光カプラ６には、光周波数ν＋ｆb（ｔ）のパルス光が入力される。
【００４３】
経路点Ｄを通過したパルス光は、光カプラ８で２つに分岐される。光カプラ８で分岐されたパルス光のうち、一方のパルス光は、ミラー１０で反射される。ミラー１０で反射されたパルス光は、再び光カプラ８を通過する。そして、光カプラ８を再度通過したパルス光は、Ｏ／Ｅ変換器１２に入力される。このとき、パルス光は経路ＤＥＧを伝搬したことになる。
【００４４】
光カプラ８で分岐されたパルス光のうち、もう一方のパルス光は、センシングファイバ９を通過する。次に、センシングファイバ９を通過したパルス光は、ミラー１１で反射される。ミラー１１で反射されたパルス光は、再び、センシングファイバ９と、光カプラ８とを通過する。そして、光カプラ８を再度通過したパルス光は、Ｏ／Ｅ変換器１２に入力される。このとき、パルス光は経路ＤＦＧを伝搬したことになる。ここで、パルス光がセンシングファイバ９を往復するとき、信号φ（ｔ）で光の位相が変調されることとなる。なお、図１においては、信号φ（ｔ）の（ｔ）を省略して図示することとした。
【００４５】
次に、干渉型光ファイバセンサの要部構成について図１を用いて説明する。図１に示すように、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は、光カプラ３で分岐したパルス光の両方が、周波数シフト可能な構成となっている。具体的には、光カプラ３で分岐したパルス光のうち、一方のパルス光は、光周波数シフタ２１１に入力される。光カプラ３で分岐したパルス光のうち、もう一方のパルス光は、光周波数シフタ２１２に入力される。
【００４６】
光周波数シフタ２１１には、変調信号発生器２０１が接続されている。光周波数シフタ２１１は、入力されたパルス光を所定の周波数だけシフトするものである。そのシフトする周波数は、変調信号発生器２０１から光周波数シフタ２１１に入力される。例えば、変調信号発生器２０１から光周波数シフタ２１１に周波数ｆf（ｔ）が入力されたと想定する。このとき、パルス光源２からは、光カプラ３を介して光周波数シフタ２１１に光周波数νのパルス光が入力されている。よって、光周波数シフタ２１１に入力されたパルス光は、その周波数が周波数ν＋ｆf（ｔ）だけシフトされて出力されることになる。
【００４７】
一方、光周波数２１２には、変調信号発生器２０２が接続されている。光周波数シフタ２１２は、入力されたパルス光を所定の周波数だけシフトするものである。そのシフトする周波数は、変調信号発生器２０２から光周波数シフタ２１２に入力される。例えば、変調信号発生器２０２から光周波数シフタ２１２に周波数ｆb（ｔ）が入力されたと想定する。このとき、パルス光源２からは、光カプラ３を介して光周波数シフタ２１２に光周波数νのパルス光が入力されている。よって、光周波数シフタ２１２に入力されたパルス光は、その周波数が周波数ν＋ｆb（ｔ）だけシフトされて出力されることになる。
【００４８】
また、１つのセンシングファイバ９に対して、参照信号発生器９１〜９６、乗算器１０１〜１０６、ＬＰＦ１１１〜１１６、逆正接演算器１２１〜１２３、及び不連続点補償演算器１３１〜１３３が用いられている。そして、不連続点補償演算器１３１〜１３３の出力は、加算器２２１で加算される。
【００４９】
すなわち、参照信号発生器９１、９２、乗算器１０１、１０２、ＬＰＦ１１１、１１２、逆正接演算器１２１、及び不連続点補償演算器１３１が一つの組となる。また、参照信号発生器９３、９４、乗算器１０３、１０４、ＬＰＦ１１３、１１４、逆正接演算器１２２、及び不連続点補償演算器１３２が一つの組となる。また、参照信号発生器９５、９６、乗算器１０５、１０６、ＬＰＦ１１５、１１６、逆正接演算器１２３、及び不連続点補償演算器１３３が一つの組となる。よって、１つのセンシングファイバ９でセンシングされた信号φは、これらの組でそれぞれ演算されることで、信号φがセンシングされることになる。
【００５０】
次に、干渉型光ファイバセンサ内を伝搬するパルス光のパルス波形と、光周波数シフタ２１１、２１２で周波数シフトされるパルス光の周波数との相関関係について説明する。図２は、本発明の実施の形態１におけるパルス光の光周波数とそのタイミングの一例について説明する図である。パルス光源２の出力波形であるパルス光と、光周波数シフタ２１１、２１２の略矩形波とは、同期が取れている。すなわち、光周波数シフタ２１１、２１２が出力するパルス光の周波数は、パルス光源２のパルス光の出力タイミングに合わせて、ステップ状にその大きさを変化させる。
【００５１】
図２に示すように、横軸は時間であり、縦軸は、光周波数である。そして、３τごとにステップ状の周波数の変動は元に戻る。つまり、光周波数シフタ２１１、２１２の略矩形波の周期は３τであり、周波数は１／（３τ）である。また、パルス光源２から出力されるパルス光は、光周波数シフタ２１１、２１２に到達する順番に数字が付与されている。例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、・・・のように昇順に番号が付与されている。
【００５２】
ここで、ｆf1−ｆb1の差を１とする。すなわち、（ν＋ｆb1）−（ν＋ｆf1）の差を１と想定する。次に、ｆf2−ｆb2の差を３とする。すなわち、（ν＋ｆf2）−（ν＋ｆb2）の差を３とする。また、ｆf3−ｆb3の差を５とする。すなわち、（ν＋ｆf3）−（ν＋ｆb3）の差を５とする。また、ｆb3−ｆf2の差及びｆb2−ｆf1の差がそれぞれ７とする。すなわち、（ν＋ｆb3）−（ν＋ｆf2）の差を７とし、（ν＋ｆb2）−（ν＋ｆf1）の差を７とする。また、ｆf1−ｆb1は周波数１／（３τ）の１／３０とする。すなわち、（ν＋ｆf1）−（ν＋ｆb1）の差を１／（３τ）の１／３０とする。このように、１、３、５、７ととびとびの値で出力周波数の大きさの割合を設定するのは、折り返し雑音を低減させるためである。すなわち、エイリアシングを発生させないようにするために、とびとびの値が設定されるのである。なお、１、３、５、７といった数字は、一例を示すものであり、これに限定されるものではない。
【００５３】
なお、図２において、周波数のパラメータｔの記載については、省略することとする。
【００５４】
次に、Ｏ／Ｅ変換器１２の帯域幅は、受光したパルス列の分別が可能な範囲にし、他のパルスからの漏れ込みが問題とならない範囲にし、帯域幅の狭いものを用いることとする。ここで、復調器１３の参照信号発生器９１、９２のΔA（ｔ）、復調器１３の参照信号発生器９３、９４のΔB（ｔ）、及び復調器１３の参照信号発生器９５、９６のΔC（ｔ）は、次式（６）〜（８）で表される。
【００５５】
【数６】
2013181789.tif 000008
【００５６】
【数７】
2013181789.tif 000009
【００５７】
【数８】
2013181789.tif 000010
【００５８】
（動作の説明）
図３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の動作を説明するパルス波形を示す図である。図３に示すように、経路点Ａを通過するパルス光については、パルス光源２から出力される順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。また、各パルス光の光周波数についても、νというように付与されている。
【００５９】
また、経路点ＡＢを通過するパルス光については、経路点ＡＢを通過するパルス光に順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢを通過するパルス光の光周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、ν＋ｆf3、・・・というように付与されている。
【００６０】
また、経路点ＡＣを通過するパルス光については、経路点ＡＣを通過するパルス光に順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣを通過するパルス光の光周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、ν＋ｆb3、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣには、経路点ＡＢと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣでは、パルス光は、遅延補償ファイバ５を通過するためである。
【００６１】
また、経路点ＡＢＤＥＧを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＥＧを通過するパルス光に順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＥＧを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、ν＋ｆf3、・・・というように付与されている。
【００６２】
また、経路点ＡＢＤＦＧを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＦＧを通過するパルス光に順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＦＧを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、ν＋ｆf3、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＢＤＦＧには、経路点ＡＢＤＥＧと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＢＤＦＧでは、パルス光が、センシングファイバ９を通過するためである。
【００６３】
また、経路点ＡＣＤＥＧを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＥＧを通過するパルス光に順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＥＧを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、ν＋ｆb3、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＥＧには、経路点ＡＢＤＥＧと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＥＧでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５を通過するためである。
【００６４】
また、経路点ＡＣＤＦＧを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＦＧを通過するパルス光に順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＦＧを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、ν＋ｆb3、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＦＧには、経路点ＡＢＤＦＧ、経路点ＡＣＤＥＧと比較して、２τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＦＧでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５とセンシングファイバ９とを通過するためである。
【００６５】
また、ここでは、遅延補償ファイバ５による遅延時間と、センシングファイバ９による遅延時間とは、同じであるとする。例えば、遅延時間はτである。これにより、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、ν＋ｆf3、・・・と、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、ν＋ｆb3、・・・とは同期することになる。よって、正確に（ν＋ｆf1）−（ν＋ｆb1）、（ν＋ｆf2）−（ν＋ｆb2）、（ν＋ｆf3）−（ν＋ｆb3）等を求めることができる。よって、経路点Ｇでは、始動直後の４つのパルス光を除くと、パルス光は、ＩA、ＩB、ＩCの３種類となり、ＩA、ＩB、ＩC、ＩA、ＩB、・・・と続いていくことになる。
【００６６】
図４は、本発明の実施の形態１におけるＩA、ＩB、ＩCをＡ／Ｄ変換した後のパワースペクトルの概念図である。ＩAの場合、センシングファイバ９で検出した信号を含むビートと側波帯の中心周波数は、ｆf1−ｆb1である。すなわち、ＩAでは、中心周波数ｆf1−ｆb1のビートに信号φ（ｔ）が変調されている。また、ＩBの場合、センシングファイバ９で検出した信号を含むビートと側波帯の中心周波数は、ｆf2−ｆb2である。すなわち、ＩBでは、中心周波数ｆf2−ｆb2のビートに信号φ（ｔ）が変調されている。また、ＩCの場合、センシングファイバ９で検出した信号を含むビートと側波帯の中心周波数は、ｆf3−ｆb3である。すなわち、ＩCでは、中心周波数ｆf3−ｆb3のビートに信号φ（ｔ）が変調されている。復調器１３は、ＩA、ＩB、ＩCのそれぞれから信号φ（ｔ）を復調し、加算器２２１で加算後に出力する。
【００６７】
（効果の説明）
周波数が異なる複数のビートを発生させ、サンプリングの数を増やして合成することにより、折り返し雑音を低減することができる。これは、合成する信号には相関があり、雑音は無相関であることから得られる効果である。具体的には、相関がある合成する信号同士は、信号が強め合う度合いが大きい。一方、無相関である雑音同士は、信号が強め合う度合いが小さい。よって、合成する信号と、雑音とは、相関関係の有無により、相対的に大きな差が生じることとなる。つまり、雑音が低減されることになる。
【００６８】
出力波形では、従来技術１と同じ帯域幅のフィルタに通すことにより雑音低減効果を確認することができる。さらに、サンプリングを細かくしたことにより、例えば、信号のタイミングを精密に測る必要がある用途では、従来よりも細かく測ることができる。
【００６９】
本実施の形態１では、経路が異なる多くのパルス光が干渉する。しかし、図４に示されるように、ｆf1−ｆb1はＩAでのみ発生する。ｆf2−ｆb2はＩBでのみ発生する。ｆf3−ｆb3はＩCでのみ発生する。よって、Ｏ／Ｅ変換器の帯域制限で他のパルス光の成分が、復調するパルス光に多少漏れ込んだとしても、復調出力への影響を少なくすることができる。
【００７０】
発生するビートを全て復元するには、標本化定理により、１／（３τ）≧２×２４（ｆf1−ｆb1）にすることになる。本実施の形態１では、図４に示されるように、復調する３つの周波数が、低い側から順に３つとなる。また、折り返しで発生したビートの最も低い周波数は、復調する帯域に重ならない限界のｆf1−ｆb1の７倍になる。つまり、折り返しが発生したとき、復調に使う帯域には折り返しで発生したビートと側波帯が入らないように、復調に使わないビートと側波帯の帯域には折り返しで発生したビートと側波帯が重なるようにする。これにより、サンプリング周波数は低くなり、その分、Ｏ／Ｅ変換器の帯域幅は狭くなる。帯域幅が狭くなれば、折り返しが多数重なることにはならないため、折り返し雑音を抑制することができる。
【００７１】
実施の形態２．
図５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の構成の一例を示すブロック図である。
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本発明の実施の形態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。
【００７２】
（構成の説明）
本実施の形態１との相違点は、参照信号発生器９７、９８の出力が異なること、乗算器１０１、１０２、ＬＰＦ１１１、１１２、逆正接演算器１２１、及び不連続点補償演算器１３１の処理器構成を１組しか使わないこと、加算器２２１を使わないことである。本発明の実施の形態２の参照信号発生器９７の出力は、本発明の実施の形態１の参照信号発生器９１、参照信号発生器９３、及び参照信号発生器９５の各出力を加算した波形としている。また、本発明の実施の形態２の参照信号発生器９８の出力は、本発明の実施の形態１の参照信号発生器９２、参照信号発生器９４、及び参照信号発生器９６の各出力を加算した波形としている。そのために、加算器２２１は不要なのである。
【００７３】
（動作の説明）
パルス光源２の出力から復調器１３のＡ／Ｄ変換器の出力までは、本発明の実施の形態１と同様の動作をする。これに対して、参照信号発生器９７及び参照信号発生器９８から出力される波形は、本発明の実施の形態１とは異なる出力となる。具体的には、参照信号発生器９７から出力される波形は、ΔA（ｔ）ｓｉｎ２π（ｆ1f−ｆ1b）ｔ、ΔB（ｔ）ｓｉｎ２π（ｆ2f−ｆ2b）ｔ、及びΔC（ｔ）ｓｉｎ２π（ｆ3f−ｆ3b）の３つの波形を重ね合わせたものとなるため、正弦波ではなく不連続な波形となる。また、参照信号発生器９８から出力される波形は、ΔA（ｔ）ｃｏｓ２π（ｆ1f−ｆ1b）ｔ、ΔB（ｔ）ｃｏｓ２π（ｆ2f−ｆ2b）ｔ、及びΔC（ｔ）ｃｏｓ２π（ｆ3f−ｆ3b）の３つの波形を重ね合わせたものとなるため、正弦波ではなく不連続な波形となる。
【００７４】
ここで、式（６）〜（８）によると、ΔA（ｔ）とΔB（ｔ）との差は、τであり、ΔB（ｔ）とΔC（ｔ）との差は、τであり、ΔC（ｔ）とΔA（ｔ）との差は、τである。よって、ΔA（ｔ）ｓｉｎ２π（ｆ1f−ｆ1b）ｔ、ΔB（ｔ）ｓｉｎ２π（ｆ2f−ｆ2b）ｔ、及びΔC（ｔ）ｓｉｎ２π（ｆ3f−ｆ3b）の３つの波形を重ね合わせることで、周期が３τから１τになる。同様に、ΔA（ｔ）ｃｏｓ２π（ｆ1f−ｆ1b）ｔ、ΔB（ｔ）ｃｏｓ２π（ｆ2f−ｆ2b）ｔ、及びΔC（ｔ）ｃｏｓ２π（ｆ3f−ｆ3b）の３つの波形を重ね合わせることで、周期が３τから１τになる。従って、Ａ／Ｄ変換器２１の出力と、参照信号発生器９７、９８との出力を乗算し、ＬＰＦ１１１、１１２に通した後には、従来技術１と比較して、３倍の周波数でサンプリングした波形が形成される。次いで、逆正接演算器１２１を経て、不連続点補償演算器１３１で出力される波形は、本発明の実施の形態１の加算器２２１で出力される波形と同じ波形が得られることになる。
【００７５】
（効果の説明）
本実施の形態１の復調器１５より簡素な機能構成の復調器１６でありつつも、本実施の形態１と同様の効果が得られる。つまり、ΔA（ｔ）ｓｉｎ２π（ｆ1f−ｆ1b）ｔ、ΔB（ｔ）ｓｉｎ２π（ｆ2f−ｆ2b）ｔ、及びΔC（ｔ）ｓｉｎ２π（ｆ3f−ｆ3b）の３つの波形を重ね合わせた波形を出力する参照信号発生器９７と、ΔA（ｔ）ｃｏｓ２π（ｆ1f−ｆ1b）ｔ、ΔB（ｔ）ｃｏｓ２π（ｆ2f−ｆ2b）ｔ、及びΔC（ｔ）ｃｏｓ２π（ｆ3f−ｆ3b）の３つの波形を重ね合わせた波形を出力する参照信号発生器９８とを用いることにより、復調器１６の他の機能を簡素化することができる。これにより、低コストでありつつも、周波数が異なる複数のビートを発生させ、サンプリングの数を増やして合成することにより、折り返し雑音を低減することができる。
【００７６】
実施の形態３．
図６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の構成の一例を示すブロック図である。
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。
【００７７】
（構成の説明）
本実施の形態１、２との相違点は、変調信号発生器２０１、２０２の出力周波数の大きさの割合が異なること、参照信号発生器２３１、２３２の出力波形が異なることである。図７は、本発明の実施の形態３におけるパルス光の光周波数とそのタイミングの一例について説明する図である。図７に示すように、パルス光源２の出力波形であるパルス光と、光周波数シフタ２１１、２１２の略矩形波とは、同期が取れている。すなわち、光周波数シフタ２１１、２１２が出力するパルス光の周波数は、パルス光源２のパルス光の出力タイミングに合わせて、ステップ状にその大きさを変化させる。
【００７８】
図７に示すように、横軸は時間であり、縦軸は、光周波数である。そして、２τごとにステップ状の周波数の変動は元に戻る。つまり、光周波数シフタ２１１、２１２の略矩形波の周期は２τであり、周波数は１／（２τ）である。また、パルス光源２から出力されるパルス光は、光周波数シフタ２１１、２１２に到達する順番に数字が付与されている。例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、・・・のように昇順に番号が付与されている。
【００７９】
ここで、ｆf1−ｆb1の差を１とする。すなわち、（ν＋ｆb1）−（ν＋ｆf1）の差を１と想定する。次に、ｆf2−ｆb2の差を３とする。すなわち、（ν＋ｆf2）−（ν＋ｆb2）の差を３とする。また、ｆb2−ｆf1の差を５とする。すなわち、（ν＋ｆb2）−（ν＋ｆf1）の差を５とする。また、ｆf1−ｆb1は周波数１／（３τ）の１／１４とする。すなわち、（ν＋ｆf1）−（ν＋ｆb1）の差を１／（３τ）の１／１４とする。このように、１、３、５ととびとびの値で出力周波数の大きさの割合を設定するのは、折り返し雑音を低減させるためである。すなわち、エイリアシングを発生させないようにするために、とびとびの値が設定されるのである。なお、１、３、５といった数字は、一例を示すものであり、これに限定されるものではない。
【００８０】
換言すれば、各周波数の差が、１、３、及び５の割合になるようにする。なお、図７において、周波数のパラメータｔの記載については、省略することとする。
【００８１】
ここで、復調器１３の参照信号発生器２３１、２３２のΔA（ｔ）及びΔB（ｔ）は、次式（９）及び（１０）で表される。
【００８２】
【数９】
2013181789.tif 000011
【００８３】
【数１０】
2013181789.tif 000012
【００８４】
式（９）、（１０）に示されるように周期は２τとなっている。すなわち、サンプリング間隔が、周期３τのときに比べて細かくなっている。
【００８５】
（動作の説明）
図８は、本実施の形態３における干渉型光ファイバセンサの動作を説明するパルス波形を示す図である。図８に示すように、経路点Ａを通過するパルス光については、パルス光源２から出力される順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。また、各パルス光の光周波数についても、νというように付与されている。
【００８６】
また、経路点ＡＢを通過するパルス光については、経路点ＡＢを通過するパルス光に順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢを通過するパルス光の光周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、・・・というように付与されている。
【００８７】
また、経路点ＡＣを通過するパルス光については、経路点ＡＣを通過するパルス光に順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣを通過するパルス光の光周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣには、経路点ＡＢと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５を通過するためである。
【００８８】
また、経路点ＡＢＤＥＧを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＥＧを通過するパルス光に順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＥＧを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、・・・というように付与されている。
【００８９】
また、経路点ＡＢＤＦＧを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＦＧを通過するパルス光に順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＦＧを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＢＤＦＧには、経路点ＡＢＤＥＧと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＢＤＦＧでは、パルス光が、センシングファイバ９を通過するためである。
【００９０】
また、経路点ＡＣＤＥＧを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＥＧを通過するパルス光に順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＥＧを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＥＧには、経路点ＡＢＤＥＧと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＥＧでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５を通過するためである。
【００９１】
また、経路点ＡＣＤＦＧを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＦＧを通過するパルス光に順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＦＧを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＦＧには、経路点ＡＢＤＦＧ、経路点ＡＣＤＥＧと比較して、２τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＦＧでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５とセンシングファイバ９とを通過するためである。
【００９２】
また、ここでは、遅延補償ファイバ５による遅延時間と、センシングファイバ９による遅延時間とは、同じであるとする。例えば、遅延時間はτである。これにより、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、・・・と、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、・・・とは同期することになる。よって、正確に（ν＋ｆf1）−（ν＋ｆb1）及び（ν＋ｆf2）−（ν＋ｆb2）等を求めることができる。よって、経路点Ｇでは、始動直後の４つのパルス光を除くと、パルス光は、ＩA、ＩBの２種類となり、ＩA、ＩB、ＩA、ＩB、・・・と続いていくことになる。
【００９３】
図９は、本発明の実施の形態３におけるＩA、ＩBをＡ／Ｄ変換した後のパワースペクトルの概念図である。ＩAの場合、センシングファイバ９で検出した信号を含むビートと側波帯の中心周波数は、ｆf1−ｆb1である。すなわち、ＩAでは、中心周波数ｆf1−ｆb1のビートに信号φ（ｔ）が変調されている。また、ＩBの場合、センシングファイバ９で検出した信号を含むビートと側波帯の中心周波数は、ｆf2−ｆb2である。すなわち、ＩBでは、中心周波数ｆf2−ｆb2のビートに信号φ（ｔ）が変調されている。復調器１７は、ＩA、ＩBのそれぞれから信号φ（ｔ）を復調し、復調したものを出力する。
【００９４】
（効果の説明）
本実施の形態１と同様に、周波数が異なる複数のビートを発生させ、サンプリングの数を増やしたことにより、折り返し雑音を低減することができる。さらに、式（９）、（１０）に示されるように、サンプリングの間隔をより細かくしたことにより、信号のタイミングを精密に測る必要があるような用途においては、従来よりも細かく測ることができる。
【００９５】
また、本実施の形態１よりサンプリング周波数を低くできることにより、本実施の形態１よりもＯ／Ｅ変換器１２の帯域幅を狭くすることができる。これにより、折り返し雑音を抑制することができる。ただし、本発明の実施の形態３においては、復調するパルス光の周波数と同じ周波数のビートが、ＩAとＩBの両方で発生する。具体的には、図９に示されるように、ＩAでは、ｆf1−ｆb1とｆf2−ｆb2が発生している。このうち、ＩAでは、ｆf1−ｆb1が、センシングファイバ９で検出した信号を含むビートと側波帯の周波数である。また、ＩBでは、ｆf1−ｆb1とｆf2−ｆb2が発生している。このうち、ＩBでは、ｆf2−ｆb2が、センシングファイバ９で検出した信号を含むビートと側波帯の周波数である。よって、Ｏ／Ｅ変換器１２による帯域制限で、復調するパルス光への時間的に前のパルス光の漏れ込みにより、別の雑音が発生しやすくなることがある。
【００９６】
実施の形態４．
図１０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の構成の一例を示すブロック図である。
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。
【００９７】
（構成の説明）
本発明の実施の形態１〜３との相違点は、変調信号発生器２０５から出力される周波数信号の出力タイミングと、変調信号発生器２０６から出力する周波数信号の出力タイミングと、参照信号発生器２３３〜２３８の出力波形である。
【００９８】
図１１は、本発明の実施の形態４におけるパルス光の光周波数とそのタイミングの一例について説明する図である。図１１に示されるように、変調信号発生器２０５、２０６から出力される周波数信号は、周期３τで出力される。このため、本発明の実施の形態１〜３の変調信号発生器２０１〜２０４の周期τの場合と比較して、３倍長い間隔となっている。また、パルス光源２の出力波形であるパルス光と、光周波数シフタ２１１、２１２の略矩形波とは、同期が取れている。すなわち、光周波数シフタ２１１、２１２が出力するパルス光の周波数は、パルス光源２のパルス光の出力タイミングに合わせて、ステップ状にその大きさを変化させる。図１１に示すように、横軸は時間であり、縦軸は、光周波数である。そして、９τごとにステップ状の周波数の変動は元に戻る。つまり、光周波数シフタ２１１、２１２の略矩形波の周期は９τであり、周波数は１／（9τ）である。また、パルス光源２から出力されるパルス光は、光周波数シフタ２１１、２１２に到達する順番に数字が付与されている。例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、・・・のように昇順に番号が付与されている。
【００９９】
また、参照信号発生器２３３〜２３８は、ΔA（ｔ）、ΔB（ｔ）、ΔC（ｔ）の定義が異なっている。具体的には、式（１１）〜（１３）に表されるように、サンプリング間隔が異なっている。
【０１００】
【数１１】
2013181789.tif 000013
【０１０１】
【数１２】
2013181789.tif 000014
【０１０２】
【数１３】
2013181789.tif 000015
【０１０３】
すなわち、ｆ1f−ｆ1b、ｆ2f−ｆ2b、ｆ3f−ｆ3bの各間隔が３τであるため、ΔA（ｔ）、ΔB（ｔ）、ΔC（ｔ）の各間隔も３τとなるように定義されている。要するに、変調信号発生器２０５、２０６の出力タイミングと、参照信号発生器２３３〜２３８とのサンプリング間隔とは、同一になるようにするのである。ここで、ｆf1−ｆb1の差を１とする。すなわち、（ν＋ｆb1）−（ν＋ｆf1）の差を１と想定する。次に、ｆf2−ｆb2の差を３とする。すなわち、（ν＋ｆf2）−（ν＋ｆb2）の差を３とする。また、ｆf3−ｆb3の差を５とする。すなわち、（ν＋ｆf3）−（ν＋ｆb3）の差を５とする。このように、１、３、５ととびとびの値で出力周波数の大きさの割合を設定するのは、折り返し雑音を低減させるためである。すなわち、エイリアシングを発生させないようにするために、とびとびの値が設定されるのである。なお、１、３、５といった数字は、一例を示すものであり、これに限定されるものではない。
【０１０４】
（動作の説明）
図１２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の動作を説明するパルス波形を示す図である。図１２に示すように、経路点Ａを通過するパルス光については、パルス光源２から出力される順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。
【０１０５】
また、経路点ＡＢＤＥ１Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＥ１Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ａ１、２ａ１、３ａ１、４ａ１、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＥ１Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、ν＋ｆf3、・・・というように付与されている。
【０１０６】
また、経路点ＡＢＤＦ１Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＦ１Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｂ１、２ｂ１、３ｂ１、４ｂ１、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＦ１Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、ν＋ｆf3、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＢＤＦ１Ｇには、経路点ＡＢＤＥ１Ｇと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＢＤＦ１Ｇでは、パルス光が、センシングファイバ７１を通過するためである。
【０１０７】
また、経路点ＡＣＤＥ１Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＥ１Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｃ１、２ｃ１、３ｃ１、４ｃ１、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＥ１Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、ν＋ｆb3、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＥ１Ｇには、経路点ＡＢＤＥ１Ｇと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＥ１Ｇでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５を通過するためである。
【０１０８】
また、経路点ＡＣＤＦ１Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＦ１Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｄ１、２ｄ１、３ｄ１、４ｄ１、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＦ１Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、ν＋ｆb3、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＦ１Ｇには、経路点ＡＢＤＥ１Ｇと比較して、２τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＦ１Ｇでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５とセンシングファイバ７１を通過するためである。
【０１０９】
また、経路点ＡＢＤＥ２Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＥ２Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ａ２、２ａ２、３ａ２、４ａ２、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＥ２Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、ν＋ｆf3、・・・というように付与されている。
【０１１０】
また、経路点ＡＢＤＦ２Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＦ２Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｂ２、２ｂ２、３ｂ２、４ｂ２、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＦ２Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、ν＋ｆf3、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＢＤＦ２Ｇには、経路点ＡＢＤＥ２Ｇと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＢＤＦ２Ｇでは、パルス光が、センシングファイバ７２を通過するためである。
【０１１１】
また、経路点ＡＣＤＥ２Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＥ２Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｃ２、２ｃ２、３ｃ２、４ｃ２、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＥ２Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、ν＋ｆb3、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＥ２Ｇには、経路点ＡＢＤＥ２Ｇと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＥ２Ｇでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５を通過するためである。
【０１１２】
また、経路点ＡＣＤＦ２Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＦ２Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｄ２、２ｄ２、３ｄ２、４ｄ２、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＦ２Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、ν＋ｆb3、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＦ２Ｇには、経路点ＡＢＤＥ２Ｇと比較して、２τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＦ２Ｇでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５とセンシングファイバ７２を通過するためである。
【０１１３】
また、経路点ＡＢＤＥ３Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＥ３Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ａ３、２ａ３、３ａ３、４ａ３、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＥ３Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、ν＋ｆf3、・・・というように付与されている。
【０１１４】
また、経路点ＡＢＤＦ３Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＦ３Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｂ３、２ｂ３、３ｂ３、４ｂ３、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＦ３Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、ν＋ｆf3、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＢＤＦ３Ｇには、経路点ＡＢＤＥ３Ｇと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＢＤＦ３Ｇでは、パルス光が、センシングファイバ７３を通過するためである。
【０１１５】
また、経路点ＡＣＤＥ３Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＥ３Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｃ３、２ｃ３、３ｃ３、４ｃ３、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＥ３Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、ν＋ｆb3、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＥ３Ｇには、経路点ＡＢＤＥ３Ｇと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＥ３Ｇでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５を通過するためである。
【０１１６】
また、経路点ＡＣＤＦ３Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＦ３Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｄ３、２ｄ３、３ｄ３、４ｄ３、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＦ３Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、ν＋ｆb3、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＦ３Ｇには、経路点ＡＢＤＥ３Ｇと比較して、２τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＦ３Ｇでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５とセンシングファイバ７３を通過するためである。
【０１１７】
なお、経路点ＡＢＤＥ１Ｇを通過するパルス光と、経路点ＡＢＤＥ２Ｇを通過するパルス光とは、３τの時間差が設定されている。また、経路点ＡＢＤＥ２Ｇを通過するパルス光と、経路点ＡＢＤＥ３Ｇを通過するパルス光とは、３τの時間差が設定されている。
【０１１８】
また、ここでは、遅延補償ファイバ５、８１、８２による遅延時間と、センシングファイバ７１、７２、７３による遅延時間とは、同じであるとする。例えば、遅延時間はτである。これにより、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、ν＋ｆf3、・・・と、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、ν＋ｆb3、・・・とは同期することになる。よって、正確に（ν＋ｆf1）−（ν＋ｆb1）、（ν＋ｆf2）−（ν＋ｆb2）及び（ν＋ｆf3）−（ν＋ｆb3）等を求めることができる。よって、経路点Ｇでは、始動直後の１０個のパルス光を除くと、パルス光は、ＩA、ＩB、Ｉc、の３種類となり、ＩA、ＩB、Ｉc、ＩA、ＩB、Ｉc、・・・と続いていくことになる。そして、復調器１８は、ＩA、ＩB、Ｉcから信号φ1（ｔ）、φ2（ｔ）、φ3（ｔ）を復調している。
【０１１９】
（効果の説明）
本発明の実施の形態４では、センシングファイバ７１、７２、７３を用い、各パルス光のタイミングをずらしていくことにより、１つのパルス光から３つの信号が得られる。すなわち、ｆf1とｆf2との時間差が３τに設定され、ｆf2とｆf3との時間差が３τに設定され、ｆf3とｆf1との時間差が３τに設定され、ｆb1とｆb2との時間差が３τに設定され、ｆb2とｆb3との時間差が３τに設定され、ｆb3とｆb1との時間差が３τに設定されることで、ｆf1−ｆb1、ｆf2−ｆb2、ｆf3−ｆb3が同時に出現していくようになる。そして、１つの周波数のビートに複数のセンシングファイバで検出された複数の信号が交番して含まれる。例えば、ｆf1−ｆb1の周波数のビートの内、ＩAのパルス光には信号φ1（ｔ）、ＩBのパルス光には信号φ2（ｔ）、ＩCのパルス光には信号φ3（ｔ）が含まれる。３つの周波数のビートを同時に復調することで３つの信号が同時に得られる。
【０１２０】
要するに、周波数の異なるパルス光が、時間的に少しずつずらされて経路内を伝搬していくことにより、同じ時間では、同時並行的に多くのパルス光が伝搬されている状態となる。これにより、１度に多くの信号が得られるのである。よって、従来技術２においては、１度得た信号を再度得るには９τの時間間隔が必要であったのに対し、本発明の実施の形態４においては、１度得た信号を再度得るには３τの時間間隔で済むようになった。そのため、周期が短くなった。したがって、サンプリング周波数が高くなり、折り返し雑音を低減することができる。
【０１２１】
実施の形態５．
図１３は、本発明の実施の形態５における干渉型光ファイバセンサの構成の一例を示すブロック図である。
なお、本実施の形態５において、特に記述しない項目については実施の形態１〜４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。
【０１２２】
（構成の説明）
本発明の実施の形態１〜４との相違点は、変調信号発生器２０７、２０８から出力される周波数信号の出力タイミングと、変調信号発生器２０７、２０８から出力される各周波数信号の大きさの割合と、複数のセンシングファイバがＮ個にグループ化されて構成されている点と、参照信号の出力波形である。
【０１２３】
図１４は、本発明の実施の形態５におけるパルス光の光周波数とそのタイミングの一例について説明する図である。図１４に示されるように、変調信号発生器２０７、２０８から出力される周波数信号は、半周期ｋＭτで出力される。このため、パルス光源２の出力波形であるパルス光の周期は、ｋＭτとなるように設定される。また、変調信号発生器２０７、２０８は、ν＋ｆf1とν＋ｆb1との差が２ｉ−１であり、ν＋ｆf2とν＋ｆb2との差が２ｉ−１であり、ν＋ｆb2とν＋ｆf1との差が２Ｎ＋１である。つまり、ｆf1−ｆb1と、ｆf2−ｆb2と、ｆb2−ｆf1との割合が、２ｉ−１、２ｉ−１、２Ｎ＋１となるようにする。ただし、ｉは、１、２、・・・、Ｎと自然数であるとする。
【０１２４】
ここで、Ｎは、復調するビート周波数の数であり、Ｍは、自分割多重する信号の数であるとする。本発明の実施の形態４では、Ｎ＝２、Ｍ＝２の場合について説明する。ｋは、パルス光源２から出力するパルス繰返し周期とセンシングファイバ往復伝搬時間τの係数の１つであり、通常、２または３が設定される。本発明の実施の形態４では、ｋ＝３の場合について説明する。そして、パルス光源２から順次出力されるパルス光が分岐され、伝搬経路を経て、Ｏ／Ｅ変換器に送られた際、各パルス光が同一時間で重ならないようにするために、各経路点間に遅延ファイバ５、８３、８４、８５を取り付ける。
【０１２５】
このような前提で、光アンプ７の出力は、光カプラ３０１で分岐され、Ｎ個のグループに送られ、各グループのミラー、例えば、グループ１の場合にはミラー３３１等、グループ２の場合にはミラー３３５等で反射される。このような伝搬経路により多重伝送されたパルス光は、Ｏ／Ｅ変換器１２で受光され、復調器１９のＡ／Ｄ変換器に入力される。
【０１２６】
復調器１９は、参照信号発生器２３９〜２４６を有している。参照信号発生器２３９〜２４６は、ｓｉｎ２π（ｆ1f−ｆ1b）〜ｓｉｎ２π（ｆNf−ｆNb）の参照信号及び式（１４）〜（１９）等で表されるサンプリング関数を掛け合わせたＮ×Ｍ対の参照信号並びにｃｏｓ２π（ｆ1f−ｆ1b）〜ｃｏｓ２π（ｆNf−ｆNb）の参照信号及び式（１４）〜（１９）等で表されるサンプリング関数を掛け合わせたＮ×Ｍ対の参照信号の内、復調する信号を含んだビート周波数のタイミングに対応した参照信号が加算された参照信号を出力する。そして、復調器１９は、それぞれの信号に対応した参照信号とＡ／Ｄ変換器２１の出力とを乗算し、位相復調する。
【０１２７】
【数１４】
2013181789.tif 000016
【０１２８】
【数１５】
2013181789.tif 000017
【０１２９】
【数１６】
2013181789.tif 000018
【０１３０】
【数１７】
2013181789.tif 000019
【０１３１】
【数１８】
2013181789.tif 000020
【０１３２】
【数１９】
2013181789.tif 000021
【０１３３】
（動作の説明）
図１５は、本発明の実施の形態５における干渉型光ファイバセンサの動作を説明するパルス波形を示す図である。図１５に示すように、経路点Ａを通過するパルス光については、パルス光源２から出力される順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。
【０１３４】
また、経路点ＡＢＤＥ１１Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＥ１１Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ａ１１、２ａ１１、３ａ１１、４ａ１１、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＥ１１Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、・・・というように付与されている。
【０１３５】
また、経路点ＡＢＤＦ１１Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＦ１１Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｂ１１、２ｂ１１、３ｂ１１、４ｂ１１、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＦ１Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＢＤＦ１１Ｇには、経路点ＡＢＤＥ１１Ｇと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＢＤＦ１１Ｇでは、パルス光が、センシングファイバ３２１を通過するためである。
【０１３６】
また、経路点ＡＣＤＥ１１Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＥ１１Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｃ１１、２ｃ１１、３ｃ１１、４ｃ１１、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＥ１１Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＥ１１Ｇには、経路点ＡＢＤＥ１１Ｇと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＥ１１Ｇでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５を通過するためである。
【０１３７】
また、経路点ＡＣＤＦ１１Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＦ１１Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｄ１１、２ｄ１１、３ｄ１１、４ｄ１１、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＦ１１Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＦ１１Ｇには、経路点ＡＢＤＥ１１Ｇと比較して、２τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＦ１１Ｇでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５とセンシングファイバ３２１を通過するためである。
【０１３８】
また、経路点ＡＢＤＥ１２Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＥ１２Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ａ１２、２ａ１２、３ａ１２、４ａ１２、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＥ１２Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、・・・というように付与されている。
【０１３９】
また、経路点ＡＢＤＦ１２Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＦ１２Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｂ１２、２ｂ１２、３ｂ１２、４ｂ１２、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＦ１２Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＢＤＦ１２Ｇには、経路点ＡＢＤＥ１２Ｇと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＢＤＦ１２Ｇでは、パルス光が、センシングファイバ３２２を通過するためである。
【０１４０】
また、経路点ＡＣＤＥ１２Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＥ１２Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｃ１２、２ｃ１２、３ｃ１２、４ｃ１２、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＥ１２Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＥ１２Ｇには、経路点ＡＢＤＥ１２Ｇと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＥ１２Ｇでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５を通過するためである。
【０１４１】
また、経路点ＡＣＤＦ１２Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＦ１２Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｄ１２、２ｄ１２、３ｄ１２、４ｄ１２、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＦ１２Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＦ１２Ｇには、経路点ＡＢＤＥ１２Ｇと比較して、２τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＦ１２Ｇでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５とセンシングファイバ３２２を通過するためである。
【０１４２】
また、経路点ＡＢＤＥ２１Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＥ２１Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ａ２１、２ａ２１、３ａ２１、４ａ２１、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＥ２１Ｇを通過するパルス光の周波数については、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、・・・となるが図示は省略する。
【０１４３】
また、経路点ＡＢＤＦ２１Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＦ２１Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｂ２１、２ｂ２１、３ｂ２１、４ｂ２１、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＦ２１Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＢＤＦ２１Ｇには、経路点ＡＢＤＥ２１Ｇと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＢＤＦ２１Ｇでは、パルス光が、センシングファイバ３２３を通過するためである。
【０１４４】
また、経路点ＡＣＤＥ２１Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＥ２１Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｃ２１、２ｃ２１、３ｃ２１、４ｃ２１、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＥ２１Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＥ２１Ｇには、経路点ＡＢＤＥ２１Ｇと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＥ２１Ｇでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５を通過するためである。
【０１４５】
また、経路点ＡＣＤＦ２１Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＦ２１Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｄ２１、２ｄ２１、３ｄ２１、４ｄ２１、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＦ２１Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＦ２１Ｇには、経路点ＡＢＤＥ２１Ｇと比較して、２τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＦ２１Ｇでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５とセンシングファイバ３２３を通過するためである。
【０１４６】
また、経路点ＡＢＤＥ２２Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＥ２２Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ａ２２、２ａ２２、３ａ２２、４ａ２２、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＥ２２Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、・・・というように付与されている。
【０１４７】
また、経路点ＡＢＤＦ２２Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＦ２２Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｂ２２、２ｂ２２、３ｂ２２、４ｂ２２、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＦ２２Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＢＤＦ２２Ｇには、経路点ＡＢＤＥ２２Ｇと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＢＤＦ２２Ｇでは、パルス光は、センシングファイバ３２４を通過するためである。
【０１４８】
また、経路点ＡＣＤＥ２２Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＥ２２Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｃ２２、２ｃ２２、３ｃ２２、４ｃ２２、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＥ２２Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＥ２２Ｇには、経路点ＡＢＤＥ２２Ｇと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＥ２２Ｇでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５を通過するためである。
【０１４９】
また、経路点ＡＣＤＦ２２Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＦ２２Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｄ２２、２ｄ２２、３ｄ２２、４ｄ２２、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＦ２２Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＦ２２Ｇには、経路点ＡＢＤＥ２２Ｇと比較して、２τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＦ２２Ｇでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５とセンシングファイバ３２４を通過するためである。
【０１５０】
なお、経路点ＡＢＤＥ１１Ｇを通過するパルス光と、経路点ＡＢＤＥ１２Ｇを通過するパルス光とは、３τの時間差が設定されている。また、経路点ＡＢＤＥ１２Ｇを通過するパルス光と、経路点ＡＢＤＥ２１Ｇを通過するパルス光とは、３τの時間差が設定されている。また、経路点ＡＢＤＥ２１Ｇと、ＡＢＤＥ２２Ｇを通過するパルス光とは、３τの時間差が設定されている。
【０１５１】
よって、経路点Ｇでは、始動直後のｋＭＮ＋１個のパルス光を除くと、パルス光は、ｋＭＮ種類となり、Ｉ11、Ｉ12、Ｉ21、Ｉ22、・・・と続いていくことになる。そして、復調器１９は、それぞれのセンシングファイバ３２１、３２２、３２３、３２４で検出した信号をサンプリングして位相復調する。
【０１５２】
（効果の説明）
従来技術２では、時分割多重されたＭ個のみの多重伝送となる。これに対して、本発明の実施の形態５では、時分割多重されたＭ個と、ビート周波数の違いで多重化されたＮ個とを掛け合わせたＭ×Ｎ個の信号を多重伝送することができる。
【０１５３】
（利用形態の説明）
（１）全ての実施例で光の周波数を変化させる方法に変調信号発生器の周波数を変化させる方法で説明したが、光周波数シフタの通過回数、多段の周波数シフタの経路切り替えなと他の方法で光の周波数を変化させることもできる。
（２）全ての実施例で光の周波数をステップ状に変化させる例を示したが、ステップ状ではなくても、２つの光の周波数の差が変化することにより、同様に動作させることができる。
（３）本発明の実施の形態１では、周波数ごとに位相復調してから加算する例を示した。本発明の実施の形態２〜５では、複数の周波数の参照信号を加算した参照信号を用いる例を示した。このほかにも、位相復調過程の他の位置で加算することもできる。
【０１５４】
（４）本発明の実施の形態１、２、４では、３つのビート周波数を用いる一例をそれぞれ示した。本発明の実施の形態３、５では、２つのビート周波数を用いる一例をそれぞれ示した。このほかにも、使用されるビート周波数の数は、他の数で行うことができる。つまり、ビート周波数の数は、任意でよく、限定されるものではない。
（５）本発明の実施の形態５では、ビート周波数の多重化数が２で設定され、時分割多重の多重化数が２で設定される一例について説明したが、ＭとＮの数を変えることで、多重化数を変えることもできる。
（６）本発明の実施の形態１、２、３では、全てのパルス光に信号が含まれるようにした一例について、それぞれ示したが、信号を含まないパルス光がある構成にしても、サンプリング数を増やしただけの効果を得ることができる。
【０１５５】
（７）本発明の実施の形態１〜５において、センシングファイバに光カプラとミラーを取り付けてマイケルソン干渉計を構成する例で説明したが、マッハ・ツェンダ干渉計、ミラーの代わりにＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  ｇｒａｔｉｎｇ）を用いた干渉計等を用いることもできる。
（８）本発明の実施の形態１〜５において、光カプラでパルス光を分岐する一例を示したが、部分反射ミラー、ＦＢＧ等で分岐させることもできる。
（９）本発明の実施の形態１〜５において、ビート周波数に対応した参照信号とサンプリングするタイミング信号とを掛け合わせた参照信号を用いる一例で説明したが、サンプリングとビート周波数に対応した参照信号の乗算を別々に行うこともできる。
（１０）本発明の実施の形態１〜５において、Ａ／Ｄ変換してからデジタル処理で復調する一例を示したが、一部または全てをアナログ処理の復調器にすることもできる。
（１１）本発明の実施の形態１〜５において、同じ位相復調方法を示したが、他の位相復調方法を用いることもできる。
【０１５６】
（１２）本発明の実施の形態５では、ビート周波数を多重化する干渉計及び光カプラを並列に接続し、時分割多重する干渉計及び光カプラを直列に接続する一例を示したが、並列と直列とを入れ替えるか、または、並列と直列とを組み合わせる等の他の形に接続することもできる。
（１３）本発明の実施の形態５では、ビート周波数の多重化と時分割多重とを併用した一例を示したが、波長分岐多重等の他の多重化方法と併用することもできる。
【符号の説明】
【０１５７】
１  オシレータ、２  パルス光源、３、６、８、３１、３２、３３、４１、４２、５１、５２、３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６、３０７、３０８、３０９、３１０  光カプラ、４  光周波数シフタ、５、８１、８２、８３、８４、８５  遅延補償ファイバ、７  光アンプ、９、７１、７２、７３、３２１、３２２、３２３、３２４  センシングファイバ、１０、１１、６１、６２、６３、６４、６５、６６、３３１、３３２、３３３、３３４、３３５、３３６、３３７、３３８  ミラー、１２  Ｏ／Ｅ変換器、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９  復調器、２１  Ａ／Ｄ変換器、２２、２３、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、２３１、２３２、２３３、２３４、２３５、２３６、２３７、２３８、２３９、２４０、２４１、２４２、２４３、２４４、２４５、２４６  参照信号発生器、２４、２５、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８  乗算器、２６、２７、１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８  ＬＰＦ、２８、１２１、１２２、１２３、１２４  逆正接演算器、２９、１３１、１３２、１３３、１３４  不連続点補償演算器、２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７、２０８  変調信号発生器、２１１、２１２  光周波数シフタ、２２１  加算器。
【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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