JP2010096597A - Optical sensor measuring device and optical sensor measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加速度、変位、傾斜などの物理量の測定を行う光センサ測定装置及びその測定方法に関する。 The present invention relates to an optical sensor measurement apparatus that measures physical quantities such as acceleration, displacement, and tilt, and a measurement method thereof.
光ファイバは、主に通信用として広く利用されているが、計測分野においても広範囲にわたり研究が行われており、様々な光ファイバセンサが実用化されている。
その中でも、FBG(ファイバ・ブラッグ・グレーティング)と称される波長変化型光センサは、落雷・電磁ノイズに対して耐性に優れ、さらには、耐候性に優れるといった光ファイバセンサに共通する特長を有し、その上、波長多重伝送(WDM)により複数の光センサが遠隔計測可能であり、かつ、歪計測精度が高くなる、という優れた特徴をも有する。これらの特徴を活かして光ファイバセンサのひずみ・変位計測への応用が数多く検討、さらには実用化されている。
Optical fibers are widely used mainly for communication, but extensive research has been conducted in the measurement field, and various optical fiber sensors have been put into practical use.
Among them, the wavelength change type optical sensor called FBG (Fiber Bragg Grating) has the features common to optical fiber sensors such as excellent resistance to lightning strike and electromagnetic noise, and excellent weather resistance. In addition, a plurality of optical sensors can be remotely measured by wavelength division multiplexing (WDM), and the distortion measurement accuracy is improved. Utilizing these features, many applications of optical fiber sensors to strain and displacement measurement have been studied and put into practical use.
この光ファイバセンサとしては、非特許文献1で示される従来例がある。この非特許文献1の従来例と同様構成の従来例が図10に示されている。
図10において、光センサ測定装置は、広帯域光源10と、この広帯域光源10から出射された光が通過するサーキュレータ20と、このサーキュレータ20で通過した光が入射し被測定物に設置されるFBG等の光センサ30とを備えている。そして、光センサ30で特定波長のみ反射または透過された光は再びサーキュレータ20を通過して反射光を分波する光学素子40に送られて2分岐され、マッハツェンダー干渉計50に入射する。マッハツェンダー干渉計50は、光路差を設けるための2つの光路51,52を有するものであり、異なる光路51,52を通過した光は再びビームスプリッタ60で合波された後、3分岐される。3分岐された光は、それぞれ位相が(2π/3)異なっており、この光をビームスプリッタ60にそれぞれ接続された3つの光電変換器71,72,73で電気信号に変換した後、これらの光電変換器71,72,73にそれぞれ接続された増幅器81,82,83で増幅を行い、AD変換器91,92,93でデジタル信号に変換してMPU100で演算し測定値を求める。
光電変換器71,72,73で検出される光強度は、光センサ30の波長変化に伴い正弦波を描くことになる。この正弦波の位相変化Δφは、数式(1)で示すことができる。
As this optical fiber sensor, there is a conventional example shown in
In FIG. 10, the optical sensor measurement apparatus includes a
The light intensity detected by the
数式(1)において、λは光センサの波長、nは光ファイバ屈折率、dは、マッハツェンダー干渉計50の2本の光路51,52の光路長の差、Δλは光センサ30の波長変化量である。
この数式(1)からわかる通り、位相変化がわかれば、逆に波長変化量を計算することができる。位相変化の復調は、増幅器81,82,83の出力電圧を用いて行われる。増幅器81,82,83は3つあり、それぞれの出力電圧Vnは数式(2)で表すことができる。
In Equation (1), λ is the wavelength of the optical sensor, n is the refractive index of the optical fiber, d is the difference in optical path length between the two
As can be seen from Equation (1), if the phase change is known, the wavelength change amount can be calculated. The phase change is demodulated using the output voltages of the
数式(2)では、αnは光の過渡的な強度変化による外乱成分、Cは光電変換器71,72,73の暗電流と増幅器のDC成分とが合算された数値、nは3つの増幅器81,82,83の番号を示し、n=1〜3である。例えば、V1は増幅器81の電圧値である。数式(3)を用いてこの3つの増幅器81,82,83の出力から位相変化量を算出できる。
In Expression (2), α n is a disturbance component due to a transient intensity change of light, C is a numerical value obtained by adding the dark current of the
従って、MPU100で数式(3)の演算を行い、増幅器81,82,83の3つの出力から位相変化量を算出し、続いて数式(1)の演算を行うことで、波長変化量を算出することができる。この波長変化量を光ファイバセンサが物理量に変換することで、測定値が求められる。
Therefore, the
従来例では、数式(3)の演算を行う前提条件として、増幅器81,82,83からの出力V1,V2,V3は3つとも電圧の振幅量とオフセット位置が揃っている必要がある。
しかし、現実には、図11に示される通り、増幅器81,82,83のゲイン特性のばらつき、ビームスプリッタ60の分岐特性のばらつき、光電変換器71,72,73の特性のばらつき、さらには、測定対象となる光センサ30の反射特性のばらつき等により、3つの電圧出力の振幅量とオフセット位置を揃えることはできず、測定精度の向上が十分に図れるものではない。
そこで、従来では、測定前に測定対象となる光センサ30の波長を数式(1)の位相角度が360°以上回転するまで変化させ、増幅器81,82,83からの出力特性を把握し、数式(3)による演算前に補正を施すことが行われている。
In the conventional example, as a precondition for performing the calculation of Expression (3), the outputs V 1 , V 2 , and V 3 from the
However, in reality, as shown in FIG. 11, the gain characteristics of the
Therefore, conventionally, before the measurement, the wavelength of the
光センサ30の波長を変化させるためには、光センサ30が測定対象とする物理量、例えば、加速度等を変化させる必要があり、そのため、たとえば構造物に設置後の光加速度センサを従来方式の装置で測定しようとした場合、光センサ30の接続後に実際に光センサ30を揺らして、波長を変化させる必要がある。実際には、構造物が大きく光センサ30を大きく加振できないことが多く、その結果、波長変化が不十分で、位相角度が360°以上回転したときの3つの増幅器81,82,83からの出力特性を把握することができないために、数式(3)の演算を行うことができないという課題がある。
In order to change the wavelength of the
本発明の目的は、簡単な方法で、複数の光検出手段の検出誤差を補正して測定精度を向上させることができる光センサ測定装置及び光センサ測定方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an optical sensor measurement device and an optical sensor measurement method that can improve measurement accuracy by correcting detection errors of a plurality of optical detection means by a simple method.
本発明の光センサ測定装置は、光源と、この光源から出射される光が入射するとともに被測定物に設置される波長変化型光センサと、この波長変化型光センサに入射された光の反射光もしくは透過光を入射するとともに前記反射光もしくは前記透過光を干渉させる干渉計と、この干渉計から出力される出力光を位相の異なった光に分岐するビームスプリッタと、このビームスプリッタで分岐された位相の異なる出力光を検出する複数の光検出手段と、前記干渉計で干渉させないように光の強度を変調する光強度変調手段と、この光強度変調手段によって得られた前記干渉計で干渉しない光の検出値を前記光検出手段で求めて補正値とし、この補正値に基づいて前記光検出手段で検出される測定値を補正する演算手段と、を備えたことを特徴とする。 The optical sensor measurement device of the present invention includes a light source, a wavelength change type optical sensor that is incident on the light that is emitted from the light source, and a reflection of the light that is incident on the wavelength change type optical sensor. An interferometer that makes light or transmitted light incident and interferes with the reflected light or transmitted light, a beam splitter that branches output light output from the interferometer into light of different phases, and is branched by the beam splitter. A plurality of light detecting means for detecting output lights having different phases, a light intensity modulating means for modulating light intensity so as not to cause interference by the interferometer, and interference by the interferometer obtained by the light intensity modulating means. And a calculation means for correcting a measurement value detected by the light detection means based on the correction value. That.
本発明の光センサ測定方法は、光源から出射される光を被測定物に設置される波長変化型光センサに入射し、この波長変化型光センサに入射された光の反射光もしくは透過光を干渉計で干渉させ、この干渉計から出力される出力光をビームスプリッタで位相の異なった光に分岐し、このビームスプリッタで分岐された位相の異なる出力光を複数の光検出手段で検出する光センサ測定方法であって、測定前に、前記干渉計で干渉させないように光の強度を変調し、この干渉しない光を前記光検出手段で求めて補正値とし、この補正値に基づいて前記光検出手段で求められる測定値を補正することを特徴とする。 In the optical sensor measurement method of the present invention, light emitted from a light source is incident on a wavelength-variable optical sensor installed on an object to be measured, and reflected or transmitted light of the light incident on the wavelength-variable optical sensor is used. Light that interferes with an interferometer, splits the output light output from the interferometer into light with different phases by a beam splitter, and detects output light with different phases branched by the beam splitter by a plurality of light detection means A sensor measurement method, wherein before measurement, the intensity of light is modulated so as not to interfere with the interferometer, the light that does not interfere is obtained by the light detection means as a correction value, and the light is calculated based on the correction value. The measurement value obtained by the detection means is corrected.
以上の構成の本発明では、測定の前に、光強度変調手段によって、干渉計での光の干渉をしないようにする。この状態で、光源から光を波長変化型光センサに入射し、この波長変化型光センサに入射された光の反射光もしくは透過光を干渉させない状態で干渉計を通過させる。そして、この干渉計から出力される出力光をビームスプリッタで分岐した後、複数の光検出手段で検出し、この検出値を補正値とする。
実際の測定にあたっては、まず、光強度変調手段によって、干渉計での光の干渉をさせるように設定し、その後、通常通り、測定作業を行う。つまり、光源から光を波長変化型光センサに入射し、この波長変化型光センサに入射された光の反射光もしくは透過光を干渉計で干渉させる。この干渉計から出力される出力光をビームスプリッタで位相差の異なった光に分岐した後、それぞれ分岐された光を光検出手段で検出する。この検出値は演算手段で演算されるが、この演算に際しては、補正値に基づいて補正された数値が算出される。
従って、本発明では、光強度変調手段によって、干渉計での光の干渉をさせないようにし、この状態で光検出手段で検出した検出値を補正値とし、この補正値に基づいて光検出手段で求められる測定値を補正するようにしたから、測定対象となる波長変化型光センサの波長を変化させることなく、適正な測定値を簡単に得ることができる。
なお、本発明において、干渉計として、マッハツェンダー干渉計やマイケルソン型干渉計(トワイマングリーン干渉計)を例示できる。
In the present invention having the above configuration, light is not interfered by the interferometer by the light intensity modulation means before the measurement. In this state, light from the light source is incident on the wavelength-variable optical sensor, and the reflected light or transmitted light incident on the wavelength-variable optical sensor is allowed to pass through the interferometer. Then, after the output light output from the interferometer is branched by a beam splitter, it is detected by a plurality of light detection means, and this detection value is used as a correction value.
In actual measurement, first, the light intensity modulation means is set so as to cause light interference with the interferometer, and then the measurement operation is performed as usual. That is, the light from the light source is incident on the wavelength change type optical sensor, and the reflected light or transmitted light of the light incident on the wavelength change type optical sensor is caused to interfere with the interferometer. After the output light output from the interferometer is branched into light having different phase differences by the beam splitter, the branched light is detected by the light detection means. The detected value is calculated by the calculation means, and in this calculation, a corrected numerical value is calculated based on the correction value.
Therefore, in the present invention, the light intensity modulation means prevents light interference by the interferometer, and the detection value detected by the light detection means in this state is used as a correction value, and the light detection means based on this correction value. Since the required measurement value is corrected, an appropriate measurement value can be easily obtained without changing the wavelength of the wavelength-changing optical sensor to be measured.
In the present invention, examples of the interferometer include a Mach-Zehnder interferometer and a Michelson interferometer (Twiman Green interferometer).
ここで、本発明では、前記干渉計はマッハツェンダー干渉計であり、このマッハツェンダー干渉計は複数の光路を備え、これらの光路のうち一方の光路に前記光強度変調手段を設けた構成が好ましい。
この構成の発明では、マッハツェンダー干渉計の一つの光路に光強度調節手段を設けるので、マッハツェンダー干渉計での光の非干渉を確実に達成することができることになり、より正確な測定値の補正をして測定精度の向上を図ることができる。
Here, in the present invention, the interferometer is a Mach-Zehnder interferometer, and the Mach-Zehnder interferometer preferably includes a plurality of optical paths, and the light intensity modulation means is provided in one of the optical paths. .
In the invention of this configuration, since the light intensity adjusting means is provided in one optical path of the Mach-Zehnder interferometer, it is possible to reliably achieve non-interference of light in the Mach-Zehnder interferometer, and to obtain a more accurate measurement value. Correction can improve the measurement accuracy.
前記光源は広帯域の波長の光を照射する光源であり、前記波長変化型光センサは異なる波長の光を反射あるいは透過させるものが複数あり、前記複数の光検出手段から1つの測定ユニットが構成され、これらの測定ユニットと前記光源との間には一定の波長領域で区切って分岐する分岐手段が設けられている構成が好ましい。
この構成の発明では、光源から広帯域の波長の光が照射される。すると、それぞれ所定の波長において複数の波長変化型光センサが反応し、その波長に対応した光を反射あるいは透過する。反射あるいは透過された光はビームスプリッタで所定の領域毎に分岐され、例えば、高い波長領域と低い波長領域とに分岐され、それぞれの測定ユニットに入射される。各測定ユニットでは、高い波長領域と低い波長領域とで、それぞれ検出が行われる。そのため本発明では、波長領域を区分けして検出が行われるので、測定精度がより向上する。
The light source is a light source that irradiates light having a broad wavelength, and the wavelength change type optical sensor includes a plurality of light reflecting or transmitting lights having different wavelengths, and one measuring unit is constituted by the plurality of light detecting means. A configuration is preferably provided in which a branching unit is provided between these measurement units and the light source so as to divide and branch in a certain wavelength region.
In the invention of this configuration, light having a broad wavelength is emitted from the light source. Then, each of the plurality of wavelength change type optical sensors reacts at a predetermined wavelength, and reflects or transmits light corresponding to the wavelength. The reflected or transmitted light is branched for each predetermined region by a beam splitter, for example, branched into a high wavelength region and a low wavelength region, and is incident on each measurement unit. In each measurement unit, detection is performed in a high wavelength region and a low wavelength region, respectively. Therefore, in the present invention, detection is performed by dividing the wavelength region, so that the measurement accuracy is further improved.
前記光強度変調手段は、光ファイバのベンドロスを利用したスイッチング素子、ミラーによるスイッチングを利用したスイッチング素子、電気光学効果による屈折率変化を利用したスイッチング素子、音響光学効果によるスイッチングを利用したスイッチング素子、温度変化による屈折率変化を利用したスイッチング素子、遮光物の挿入によるスイッチング素子のいずれかでもよいが、このうち、遮光物の挿入によるスイッチング素子が好ましい。
遮光物の挿入によるスイッチング素子を用いれば、スイッチング素子の構造が簡易であり、かつ、確実に光のスイッチングが行える。
The light intensity modulation means includes a switching element using bend loss of an optical fiber, a switching element using switching by a mirror, a switching element using refractive index change by an electro-optic effect, a switching element using switching by an acousto-optic effect, Either a switching element using a change in refractive index due to a temperature change or a switching element by inserting a light shielding material may be used, and among these, a switching element by inserting a light shielding material is preferable.
If a switching element by inserting a light shield is used, the structure of the switching element is simple and light switching can be performed reliably.
前記光強度変調手段は、前記一方の光路を完全に遮断する構成が好ましい。
この構成の発明では、マッハツェンダー干渉計の一つの光路を完全に遮断する構成であるため、マッハツェンダー干渉計での光の非干渉をより確実に達成することができることになり、測定精度の向上を図ることができる。
The light intensity modulating means preferably has a configuration that completely blocks the one optical path.
In the invention of this configuration, since one optical path of the Mach-Zehnder interferometer is completely blocked, light non-interference in the Mach-Zehnder interferometer can be achieved more reliably, and measurement accuracy is improved. Can be achieved.
前記光源は光強度変調機能を有する構成が好ましい。
この構成の発明では、光検出手段で検出される値(電圧値)に光電変換器及び増幅器のオフセットレベルに変化がある場合には、精度の高い測定を行うことができる。
The light source preferably has a light intensity modulation function.
In the invention of this configuration, when there is a change in the offset level of the photoelectric converter and the amplifier in the value (voltage value) detected by the light detection means, it is possible to perform highly accurate measurement.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ここで、各実施形態の説明において、同一の構成要素は同一符号を付して説明を省略もしくは簡略にする。
[第1実施形態]
図1には本発明の第1実施形態が示されている。
図1において、第1実施形態の光センサ測定装置は、広帯域光源10と、この広帯域光源10から照射された光が通過する光ファイバFと、光ファイバFに設けられたサーキュレータ20と、光ファイバFの他端部側に設けられた波長変化型光センサ30とを備えている。広帯域光源10は従来例と同様の構造であり、所定の波長領域に渡って光ファイバFの内部にレーザ光を所定の周期をもって照射する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, in the description of each embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the optical sensor measurement apparatus of the first embodiment includes a
波長変化型光センサ30はFBG(ファイバ・ブラッグ・グレーティング)と称される波長変化型光センサであり、図示しない被測定物に設置される。
サーキュレータ20は光ファイバFにも接続されており、広帯域光源10から照射された光を波長変化型光センサ30に送るとともに波長変化型光センサ30で反射された所定の波長の反射光を光ファイバFに送る。
この光ファイバFには光学素子40と、光路差を設けるための2つの光路51,52を有するマッハツェンダー干渉計50と、ビームスプリッタ60とが設けられている。
光学素子40は、サーキュレータ20から送られる反射光をマッハツェンダー干渉計50の2つの光路51,52に分岐して送るビームスプリッタである。
マッハツェンダー干渉計50はそれぞれ光ファイバからなる2つの光路51,52を備え、これらの光路51,52の光路差によって反射光を干渉させるものである。
The wavelength change type
The
The optical fiber F is provided with an
The
The Mach-
マッハツェンダー干渉計50の2つの光路51,52のうちいずれか一方、例えば、光路52には光強度変調手段1が設けられている。
この光強度変調手段1はマッハツェンダー干渉計50で反射光を干渉させないように光の強度を変調するものであり、その具体的な手段は問われない。例えば、図2に示される構成を採用することができる。
図2には光強度変調手段1の概略構成が示されている。
図2(A)に示される光強度変調手段1は光ファイバのベンドロスを利用したスイッチング素子の例である。
図2(A)において、光強度変調手段1は、光ファイバから構成される光路52を略リング状に曲げておき、この曲げ半径roを調整する構成である。光路52の両側には図示しない引張手段が設けられており、光強度変調手段1を作動させる場合には、曲げ半径をr(r<ro)にして光路52の内部を通過する光は遮断し、光強度変調手段1を作動させない場合には、引張手段を緩めて光路52の内部の光の通過を許容する。光が遮断される場合の曲げ半径rは光路52の直径にもよるが、10mm以下である。
The light intensity modulation means 1 is provided in one of the two
The light intensity modulation means 1 modulates the intensity of light so that the reflected light does not interfere with the Mach-
FIG. 2 shows a schematic configuration of the light intensity modulation means 1.
The light intensity modulation means 1 shown in FIG. 2A is an example of a switching element using a bend loss of an optical fiber.
In FIG. 2A, the light intensity modulation means 1 has a configuration in which an
図2(B)で示される光強度変調手段1は遮光物の挿入によるスイッチング素子の例である。
図2(B)において、光強度変調手段1は、光ファイバから構成される光路52を、光路52Aと光路52Bとに2分割し、これらの光路52Aと光路52Bとの間に遮蔽物1Aを挿入あるいは抜出する構成である。遮蔽物1Aは光を遮るものであれば、その材質や形状を問わない。
遮蔽物1Aは図示しない進退機構、例えば、遮蔽物1Aに固定されるナットと、このナットに螺合されるボールねじと、このボールねじに連結されるモータとを備え、光強度変調手段1を作動させる場合には、図2(B)の想像線に示される通り、遮蔽物1Aを光路52Aと光路52Bとの間に挿入し、光強度変調手段1を作動させない場合には、図2(B)の実線に示される通り、遮蔽物1Aを光路52Aと光路52Bとの間から抜き出す構成である。
The light intensity modulation means 1 shown in FIG. 2B is an example of a switching element by inserting a light shielding object.
In FIG. 2B, the light intensity modulation means 1 divides an
The shielding
図2(C)で示される光強度変調手段1はミラーによるスイッチングを利用したスイッチング素子の例である。
図2(C)において、光強度変調手段1は、光ファイバから構成される光路52を、光路52Aと光路52Bとに2分割し、これらの光路52Aと光路52Bとをミラー1Bに対してそれぞれ角度β1,β2をもって配置した構成である。ミラー1Bは図示しないモータによって回動可能とされ、ミラー1Bに対する光路52Aからの光の出射角β1と、ミラー1Bから反射されて光路52Bへ向かう光の反射角β2とはミラー1Bの回動角によって相違する。光強度変調手段1を作動させる場合には、図2(C)の想像線に示される通り、ミラー1Bは角度β1と角度β2とが一致しないようにする。これにより、光路52Aから出射された光はミラー1Bで反射されても光路52Bに入射されることがなく、光を遮断する。これに対して、光強度変調手段1を作動させない場合には、図2(C)の実線に示される通り、ミラー1Bは角度β1と角度β2とが一致するようにする。これにより、光路52Aから出射された光はミラー1Bで反射された後光路52Bに入射されることになる。
The light intensity modulation means 1 shown in FIG. 2C is an example of a switching element using switching by a mirror.
In FIG. 2C, the light intensity modulation means 1 divides an
図2(D)で示される光強度変調手段1は、電気光学効果による屈折率変化を利用したスイッチング素子または温度変化による屈折率変化を利用したスイッチング素子である。
図2(D)において、光強度変調手段1は、光ファイバから構成される光路52を、光路52Aと光路52Bとに2分割し、これらの光路52Aと光路52Bとの間に屈折率が異なる2種類の物質1CA,1CBを設け、これらの物質1CA,1CBの屈折率nA,nBを変化させる構成である。物質1CA,1CBの屈折率nA,nBを変化させるために、電気光学効果による屈折率変化を利用する方法は、物質1CA,1CBの一方に電場をかけるものであり、温度変化による屈折率変化を利用した方法は、物質1CA,1CBの一方を加熱又は冷却するものである。
The light intensity modulation means 1 shown in FIG. 2D is a switching element that uses a change in refractive index due to an electro-optic effect or a switching element that uses a change in refractive index due to a temperature change.
In FIG. 2D, the light intensity modulation means 1 divides an
光強度変調手段1を作動させる場合には、図2(D)の想像線に示される通り、電気光学効果や温度変化を利用して、物質1CAの屈折率nAと物質1CBの屈折率nBとを相違させて光路52Aから出射した光を物質1CAと物質1CBとの境界面で全反射させるようにし、光強度変調手段1を作動させない場合には、図2(D)の実線に示される通り、電気光学効果や温度変化を利用して、物質1CAの屈折率nAと物質1CBの屈折率nBとを同じにして光路52Aから出射した光を物質1CAと物質1CBとの境界面を透過させて光路52Bに入射させる。
なお、本実施形態では、図2で示される以外にも、光強度変調手段1として音響光学効果によるスイッチングを利用したスイッチング素子を採用することもできる。
When the light intensity modulating means 1 is operated, the refractive index n A of the substance 1CA and the refractive index n of the substance 1CB are utilized using the electro-optic effect and the temperature change, as shown by the imaginary line in FIG. When the light emitted from the
In the present embodiment, besides the one shown in FIG. 2, a switching element using switching due to the acousto-optic effect can be adopted as the light intensity modulation means 1.
図1において、ビームスプリッタ60はマッハツェンダー干渉計50から出力される出力光を位相の異なった光に分岐するものであり、第1光検出手段21、第2光検出手段22及び第3光検出手段23に接続されている。これらの第1光検出手段21、第2光検出手段22及び第3光検出手段23はビームスプリッタ60で3つに分岐された位相が(2π/3)ずつ異なる出力光を検出するものであり、その検出信号は演算手段であるMPU3に送られる。
第1光検出手段21は、ビームスプリッタ60から送られた光を電気信号に変換する第1光電変換器71と、この第1光電変換器71から出力される信号を増幅する第1増幅器81と、この第1増幅器81で出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する第1AD変換器91とを備えている。
第2光検出手段22は、ビームスプリッタ60から送られた光を電気信号に変換する第2光電変換器72と、この第2光電変換器72から出力される信号を増幅する第2増幅器82と、この第2増幅器82で出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する第2AD変換器92とを備えている。
第3光検出手段23は、ビームスプリッタ60から送られた光を電気信号に変換する第3光電変換器73と、この第3光電変換器73から出力される信号を増幅する第3増幅器83と、この第3増幅器83で出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する第3AD変換器93とを備えている。
In FIG. 1, a
The first light detection means 21 includes a first
The second light detection means 22 includes a second
The third light detection means 23 includes a third
MPU3は、第1AD変換器91、第2AD変換器92及び第3AD変換器93からそれぞれ出力された信号に基づいて所定の演算を行う。
この際、第1光電変換器71、第2光電変換器72及び第3光電変換器73で検出される光強度は、波長変化型光センサ30の波長変化に伴って正弦波を描くことになり、この正弦波の位相変化Δφは、前述の数式(1)で示すことができる。そして、前述の数式(2)から第1増幅器81、第2増幅器82及び第3増幅器83のそれぞれの出力電圧Vnを求めることができる。さらに、前述の数式(3)から、第1増幅器81、第2増幅器82及び第3増幅器83の電圧出力に基づいて位相角度φ(t)の算出を行う。
本実施形態のMPU3は、得られたマッハツェンダー干渉計50で干渉しない光の検出値を第1光検出手段21、第2光検出手段22及び第3光検出手段23で求めて補正値とし、この補正値に基づいて測定値を補正する補正工程を実施する。
そのため、光強度変調手段1を作動させてマッハツェンダー干渉計50での干渉がないようにし、この干渉がない状態での第1増幅器81、第2増幅器82及び第3増幅器83からの電圧出力をVn-refとする。
The
At this time, the light intensity detected by the first
The
Therefore, the light intensity modulation means 1 is operated so that there is no interference in the Mach-
変調の結果算出された出力電圧Vn-refは、そのまま、波長変化型光センサ30からの反射光の強度及び波長変化型光センサ30毎に異なるビームスプリッタ60の分岐特性を示すものである。そのため、Vn-refを用いて特性を把握し、実際の測定時には、数式(4−1)(4−2)(4−3)を用いてMPU3での電圧出力の補正を行う。
The output voltage V n-ref calculated as a result of the modulation indicates the intensity of the reflected light from the wavelength
数式(4)において、Vn-cは補正後の電圧値を示す。つまり、V1-cは補正後の第1増幅器81の電圧値であり、V2-cは補正後の第2増幅器82の電圧値であり、V3-cは補正後の第3増幅器83の電圧値である。これらを数式(3)に適用することにより位相角度を算出することができる。
第1実施形態では、測定前に、光強度変調手段1を作動させてマッハツェンダー干渉計50で干渉させないように光の強度を変調する。そして、干渉しない光を第1光検出手段21、第2光検出手段22及び第3光検出手段23で求めて補正値とする。
その後、光強度変調手段1を作動させないでマッハツェンダー干渉計50で干渉が生じる状態とし、通常の測定作業を行う。第1光検出手段21、第2光検出手段22及び第3光検出手段23で検出された検出値は前述の補正値で補正されて正しい測定値としてMPU3で演算される。
In Equation (4), V nc represents the corrected voltage value. That is, V 1-c is the corrected voltage value of the
In the first embodiment, before the measurement, the light intensity modulation means 1 is operated to modulate the light intensity so as not to interfere with the Mach-
Thereafter, the Mach-
ここで、本実施形態では、通常は、完全に光を遮断して強度変調後の電圧レベルをVn-refとして、数式(4−1)(4−2)(4−3)を直接適用するが、完全に光を遮断できない変調方法、例えば、光強度変調手段1として図2(A)に示されるベンドロスを利用する場合では、数式(5)を用いて数式(4−1)(4−2)(4−3)に使用する系数Vn-refを求めることができる。数式(5)において、Vn-refは干渉がない時の出力電圧(n=1,2,3)であり、Vnは強度変調を行う前の電圧値であり、Vn-attは強度変調を行ったときの電圧値であり、Attrは、強度変調比を示すものであり、その変化範囲は、0<Attr≦1である。
つまり、数式(5)を用いることで、完全に干渉をなくさなくても、数式(4−1)(4−2)(4−3)を適用することが可能である。
Here, in this embodiment, normally, the light intensity is completely blocked and the voltage level after intensity modulation is V n-ref , and the equations (4-1), (4-2), and (4-3) are directly applied. However, in a modulation method that cannot completely block light, for example, when the bendross shown in FIG. 2A is used as the light intensity modulation means 1, Equations (4-1) (4) using Equation (5) -2) The coefficient V n-ref used in (4-3) can be obtained. In Equation (5), V n-ref is an output voltage (n = 1, 2, 3) when there is no interference, Vn is a voltage value before intensity modulation, and V n-att is intensity modulation. , Attr indicates the intensity modulation ratio, and its change range is 0 <Attr ≦ 1.
That is, by using Expression (5), Expressions (4-1), (4-2), and (4-3) can be applied without completely eliminating interference.
従って、第1実施形態は次の作用効果を奏することができる。
(1)広帯域光源10と、この広帯域光源10から出射される光が入射するとともに被測定物に設置される波長変化型光センサ30と、この波長変化型光センサ30に入射された光の反射光を入射するとともに反射光を干渉させるマッハツェンダー干渉計50と、このマッハツェンダー干渉計50から出力される出力光を位相の異なった光に分岐するビームスプリッタ60と、このビームスプリッタ60で分岐された位相の異なる出力光を検出する第1光検出手段21、第2光検出手段22及び第3光検出手段23と、マッハツェンダー干渉計50で干渉させないように光の強度を変調する光強度変調手段1と、この光強度変調手段1によって得られた干渉しない光の検出値を第1光検出手段21、第2光検出手段22及び第3光検出手段23で求めて補正値とし、この補正値に基づいて測定値を補正するMPU3とを備え、測定前に、マッハツェンダー干渉計50で干渉させないように光の強度を変調して補正値を算出し、この補正値に基づいて第1光検出手段21、第2光検出手段22及び第3光検出手段23で求められる測定値を補正する補正工程を実施するから、測定対象となる波長変化型光センサ30の波長を変化させることなく、適正な測定値を簡単に得ることができる。そのため、従来のように、測定対象となる波長変化型光センサの波長を変化させることを要しないので、適正な測定値を簡単に得ることができる。
Therefore, 1st Embodiment can have the following effects.
(1) A
(2)マッハツェンダー干渉計50は2つの光路51,52を備え、これらの光路51,52のうち一方の光路52に光強度変調手段1を設けたから、マッハツェンダー干渉計50での光の非干渉を確実に達成することができる。そのため、より正確な測定値の補正をして測定精度の向上を図ることができる。
(2) Since the Mach-
(3)光強度変調手段1として、遮光物1Aの挿入によるスイッチング素子を用いれば、スイッチング素子の構造が簡易となり、かつ、確実に光の遮蔽及び通過が行える。そのため、光強度変調手段1が確実に作動することになり、正確な補正値を求めて測定精度を向上させることができる。
(3) If a switching element by insertion of the
次に、本発明の第2実施形態について図3に基づいて説明する。
[第2実施形態]
図3には本発明の第2実施形態が示されている。第2実施形態は第1実施形態とは光検出手段の構成が相違するものであるが、他の構成は第1実施形態と同じである。
図3において、第2実施形態の光センサ測定装置は、光検出手段が第1光検出手段21と第2光検出手段22とから構成されており、サーキュレータ20と光学素子40との間にはサーキュレータ20から送られる反射光を光学素子40と第4光電交換器74とに分岐する光学素子41が設けられている。第4光電交換器74は、光学素子41から送られた光を電気信号に変換するものである。そのため、広帯域光源10から出射された光は、サーキュレータ20を通過し、波長変化型光センサ30に入射するが、波長変化型光センサ30で特定波長のみ反射された光は再びサーキュレータ20を通過し、光学素子41で第4光電変換器74と光学素子40に向かう光とに分岐される。光学素子40に向かった光は、光学素子40で2つに分岐され、マッハツェンダー干渉計50に入射する。マッハツェンダー干渉計50を通過した光はビームスプリッタ60で合波され、再び2分岐される。2分岐された光は、それぞれ位相が(2π/3)異なっており、この位相の異なる光が第1光検出手段21と第2光検出手段22とで変換されてMPU3で演算される。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[Second Embodiment]
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. The second embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the light detection means, but the other configurations are the same as those in the first embodiment.
In FIG. 3, in the optical sensor measurement device of the second embodiment, the light detection means is composed of a first light detection means 21 and a second light detection means 22, and between the circulator 20 and the
この際、第1光検出手段21の第1光電変換器71と第2光検出手段22の第2光電変換器72とで検出される光強度は、波長変化型光センサ30での波長変化に伴い、正弦波を描くことになる。この正弦波の位相変化Δφは、数式(6−1)(6−2)及び数式(7)を用いて示すことができる。
第1増幅器81と第2増幅器82の出力信号のDCオフセットをVoffset-1とVoffset-2とし、振幅をVpp1とVpp2とし、測定時にはMPU3にて、数式(6−1)(6−2)の方法で測定データを処理し、数式(7)に示す方法で位相角度φ1及びφ2を算出する。
At this time, the light intensity detected by the first
The DC offsets of the output signals of the
数式(6−1)(6−2)において、Vadiは処理後のデータを示し、V1は第1増幅器81の出力電圧を示し、V2は第2増幅器82の出力電圧を示す。数式(7)において、VppはVadiの振幅、Vrefは第4光電変換器74の出力を示す。
φ1及びφ2のうちどちらを測定データとして採用するかは、数式(8)のSelectFlag値が0以上であるか否かで決定する。
測定時に光量が変化すると誤差になってしまうため、第4光電変換器74にて、光量をモニターし補正する。
第2実施形態では、第1実施形態と同様な手順で、補正、測定が実施される。
In Equations (6-1) and (6-2), V adi indicates data after processing, V 1 indicates the output voltage of the
Which of φ 1 and φ 2 is used as measurement data is determined by whether or not the SelectFlag value in Expression (8) is 0 or more.
If the amount of light changes during measurement, an error occurs. Therefore, the fourth
In the second embodiment, correction and measurement are performed in the same procedure as in the first embodiment.
従って、第2実施形態では、第1実施形態の(1)〜(3)と同様の作用効果を奏する他、次の作用効果を奏することができる。
(4)光検出手段が第1光検出手段21と第2光検出手段22とから構成され、サーキュレータ20と光学素子40との間に光学素子40と第4光電交換器74とに光を分岐する光学素子41を設けたから、第1実施形態で必要とされた第3光検出手段23が不要とされるので、装置の構造が簡易となる。
Therefore, in 2nd Embodiment, there can exist the following effect other than the same effect as (1)-(3) of 1st Embodiment.
(4) The light detecting means is composed of the first
次に、本発明の第3実施形態について図4に基づいて説明する。
[第3実施形態]
図4には本発明の第3実施形態が示されている。第3実施形態は第1実施形態とは波長変化型光センサが異なる波長の光を反射するものが複数ある点並びに第1光検出手段21、第2光検出手段22及び第3光検出手段23から1つの測定ユニットが構成され、これらの測定ユニットと広帯域光源10との間に分岐手段が設けられている点で第1実施形態と相違し、その他の構成は第1実施形態と同じである。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[Third Embodiment]
FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention. The third embodiment is different from the first embodiment in that there are a plurality of wavelength-changing optical sensors that reflect light of different wavelengths, and the first light detection means 21, the second light detection means 22, and the third light detection means 23. Are different from the first embodiment in that one measuring unit is configured, and a branching unit is provided between these measuring units and the
図4において、第3実施形態では、波長変化型光センサは、高い波長λ1の領域で反応する波長変化型光センサ31と、低い波長λ2で反応する波長変化型光センサ32との2種類が設けられている。
第3実施形態では、光学素子40、マッハツェンダー干渉計50、光強度変調手段1、ビームスプリッタ60、第1光検出手段21、第2光検出手段22及び第3光検出手段23から1つの測定ユニットが構成され、これらの測定ユニットは第1測定ユニット2Aと、第2測定ユニット2Bとの2種類が設けられている。
これらの第1測定ユニット2A及び第2測定ユニット2Bとサーキュレータ20との間には一定の波長領域で2つに区切って分岐する分岐手段としてのWDMカプラ4が設けられている。
In FIG. 4, in the third embodiment, there are two types of wavelength-changing photosensors: a wavelength-changing
In the third embodiment, one measurement is performed from the
Between the
このWDMカプラ4は波長変化型光センサ31で反応する波長λ1の反射光と波長変化型光センサ32で反応する波長λ2の反射光とを分離し、波長λ1の反射光を測定ユニット2A側の光学素子40に送り、波長λ2の反射光を測定ユニット2B側の光学素子40に送る。測定ユニット2Aと測定ユニット2Bとでは、それぞれ第1実施形態と同様な手順で、補正、測定が実施される。なお、第3実施形態では、波長変化型光センサと測定ユニットとをそれぞれ2つとしたが、これに限定されるものではなく、測定対象に応じて3つ以上としてもよい。
The
従って、第3実施形態では、第1実施形態の(1)〜(3)と同様の作用効果を奏する他、次の作用効果を奏することができる。
(5)反応する波長が異なる複数の波長変化型光センサ31,32を設け、波長変化型光センサ31から反射された波長λ1の反射光と波長変化型光センサ32から反射された波長λ2の反射光とを分岐するWDMカプラ4を設け、このWDMカプラ4で分岐された波長λ1に基づいて測定を行うために光学素子40、マッハツェンダー干渉計50、光強度変調手段1、ビームスプリッタ60、第1光検出手段21、第2光検出手段22及び第3光検出手段23から測定ユニット2Aを構成し、WDMカプラ4で分岐された波長λ2に基づいて測定を行うために、光学素子40、マッハツェンダー干渉計50、光強度変調手段1、ビームスプリッタ60、第1光検出手段21、第2光検出手段22及び第3光検出手段23から測定ユニット2Bを構成した。そのため、1つの光ファイバFに波長変化型光センサ31,32を直列接続して測定を行うことができる。
Therefore, in the third embodiment, the following operational effects can be achieved in addition to the same operational effects as (1) to (3) of the first embodiment.
(5) A plurality of wavelength-changing
次に、本発明の第4実施形態について図5に基づいて説明する。
[第4実施形態]
図5には本発明の第4実施形態が示されている。第4実施形態は第3実施形態とはWDMカプラ4の配置位置が相違するもので、他の構成は第3実施形態と同じである。
図5において、第4実施形態では、第1光検出手段21、第2光検出手段22及び第3光検出手段23から1つの測定ユニットが構成され、これらの測定ユニットは第1測定ユニット2Cと、第2測定ユニット2Dとの2種類が設けられている。
これらの第1測定ユニット2C及び第2測定ユニット2Dとビームスプリッタ60との間にはWDMカプラ4が設けられている。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[Fourth Embodiment]
FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention. The fourth embodiment differs from the third embodiment in the arrangement position of the
In FIG. 5, in the fourth embodiment, one measurement unit is constituted by the first light detection means 21, the second light detection means 22, and the third light detection means 23. These measurement units are the first measurement unit 2C and the first measurement unit 2C. Two types of
A
このWDMカプラ4は波長λ1の反射光と波長λ2の反射光とを分離し、波長λ1の反射光を測定ユニット2Cに送り、波長λ2の反射光を測定ユニット2Dに送る。測定ユニット2Cと測定ユニット2Dとでは、それぞれ第1実施形態と同様な手順で、補正、測定が実施される。
This
従って、第4実施形態では、第3実施形態の(1)〜(3)(5)と同様の作用効果を奏する他、次の作用効果を奏することができる。
(6)第1測定ユニット2C及び第2測定ユニット2Dとビームスプリッタ60との間にはWDMカプラ4を設けたので、光学素子40、マッハツェンダー干渉計50、光強度変調手段1及びビームスプリッタ60を1セット用意すればよいから、第3実施形態に比べて、装置の構造が簡易なものとなる。
Therefore, in the fourth embodiment, the following operational effects can be achieved in addition to the same operational effects as (1) to (3) and (5) of the third embodiment.
(6) Since the
次に、本発明の第5実施形態について図6に基づいて説明する。
[第5実施形態]
図6には本発明の第5実施形態が示されている。第5実施形態は第1実施形態とは波長変化型光センサの構成が異なり、他の構成は第1実施形態と同じである。
図6において、第5実施形態の波長変化型光センサ33はファブリペロー干渉を利用したセンサであり、この波長変化型光センサ33は光ファイバFの所定位置に設けられている。
第5実施形態では、光ファイバFの一端に広帯域光源10から照射された光は波長変化型光センサ33で反応して透過し、この透過光が光学素子40に入ることになる。この光学素子40では第1実施形態と同様に、透過光を2つに分岐し、この分岐された透過光がマッハツェンダー干渉計50を通った後、ビームスプリッタ60で(2/3π)位相をずらして第1光検出手段21、第2光検出手段22及び第3光検出手段23に送られる。これらの第1光検出手段21、第2光検出手段22及び第3光検出手段23において、第1実施形態と同様な手順で、補正、測定が実施される。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[Fifth Embodiment]
FIG. 6 shows a fifth embodiment of the present invention. The fifth embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the wavelength change optical sensor, and the other configurations are the same as those in the first embodiment.
In FIG. 6, the wavelength change type optical sensor 33 of the fifth embodiment is a sensor using Fabry-Perot interference, and the wavelength change type optical sensor 33 is provided at a predetermined position of the optical fiber F.
In the fifth embodiment, the light emitted from the
従って、第5実施形態では、第1実施形態の(1)〜(3)と同様の作用効果を奏する他、次の作用効果を奏することができる。
(7)波長変化型光センサ33はファブリペロー干渉を利用したセンサとし、このセンサの透過光を利用して測定を行ったので、第1実施形態に比べて、サーキュレータが不要とされるので、装置の構造が簡易となる。
Therefore, in the fifth embodiment, in addition to the same operational effects as (1) to (3) of the first embodiment, the following operational effects can be achieved.
(7) Since the wavelength change type optical sensor 33 is a sensor using Fabry-Perot interference and measurement is performed using the transmitted light of this sensor, a circulator is not required compared to the first embodiment. The structure of the device is simplified.
次に、本発明の第6実施形態について図7に基づいて説明する。
[第6実施形態]
図7には本発明の第6実施形態が示されている。第6実施形態は第1実施形態とは広帯域光源の構成並びにMPU3での補正方法が異なり、他の構成は第1実施形態と同じである。
図7において、第6実施形態の広帯域光源11は光強度変調機能を有する光源である。この広帯域光源11から照射された光はサーキュレータ20を通過して特定波長の光が波長変化型光センサ30で反応し、反射光としてサーキュレータ20によって光学素子40及びマッハツェンダー干渉計50に送られる。そして、ビームスプリッタ60で(2π/3)ずつ位相をずらして3つの光に分岐され、この分岐された光は第1光検出手段21、第2光検出手段22及び第3光検出手段23に送られてMPU3で演算処理される。
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[Sixth Embodiment]
FIG. 7 shows a sixth embodiment of the present invention. The sixth embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the broadband light source and the correction method in the
In FIG. 7, the
第6実施形態では、MPU3での演算には数式(5)及び数式(4−1)(4−2)(4−3)を用いる。ここで、数式(4−1)(4−2)(4−3)の演算は第1光電変換器71、第2光電変換器72及び第3光電変換器73の増幅回路が電圧のオフセットレベルに変化が発生しない条件でのみ成りたつ。オフセットレベルが変化する場合には、広帯域光源11に強度変調を加えることによりオフセットレベル補正値を求め、数式(4−1)(4−2)(4−3)で求めたVn-refにオフセットレベルの補正値を減算する。この補正値は数式(9)から求められる。
In the sixth embodiment, Expression (5) and Expressions (4-1), (4-2), and (4-3) are used for the calculation in the MPU3. Here, the calculations of the mathematical expressions (4-1), (4-2), and (4-3) are performed by the voltage offset levels of the amplifier circuits of the first
数式(9)において、Vn-offsetはオフセットレベル補正値を示し、n=1,2,3である。n=1は第1光電変換器71のオフセットレベル補正値であり、n=2は第2光電変換器72のオフセットレベル補正値であり、n=3は第3光電変換器73のオフセットレベル補正値である。
Vn-sanは広帯域光源11の強度変調後の第1増幅器81、第2増幅器82及び第3増幅器83の電圧値を示し、SAttrは光源の強度変調比を表し、0<SAttr<1である。
以上の補正値を用いて、MPU3での演算を実施する。
In Equation (9), V n-offset represents an offset level correction value, and n = 1, 2, 3. n = 1 is the offset level correction value of the first
V n-san represents the voltage values of the
Using the correction values described above, the calculation in the
従って、第6実施形態では、第1実施形態の(1)〜(3)と同様の作用効果を奏する他、次の作用効果を奏することができる。
(8)広帯域光源11を光強度変調手段を有する光源としたから、第1光電変換器71、第2光電変換器72及び第3光電変換器73の増幅回路が電圧のオフセットレベルに変化があっても、数式(9)に基づいて補正値を演算することで、精度の高い測定を行うことができる。
Therefore, in the sixth embodiment, in addition to the same operational effects as (1) to (3) of the first embodiment, the following operational effects can be achieved.
(8) Since the
次に、本発明の第7実施形態について図8に基づいて説明する。
[第7実施形態]
図8には本発明の第7実施形態が示されている。第7実施形態は第1実施形態とは光源と波長変化型光センサ30が設けられる光ファイバとの構成が異なるもので、他の構成は第1実施形態と同じである。
図8において、第7実施形態の光源は励起光源12である。光ファイバFの途中には希土類添加光ファイバEDFが設けられており、この希土類添加光ファイバEDFでは希土類が励起光により励起され、広帯域な自然放出光を発生させる。発生した自然放出光は波長変化型光センサ30に入射する。この波長変化型光センサ30で特定波長のみ反射された光は再びエルビウム等の希土類を添加した希土類添加光ファイバEDFに入射する。ここで、希土類添加光ファイバEDFは励起状態にあるので、特定波長の反射光が入射することにより誘導放出が起こる。誘導放出により光強度が増えた波長変化型光センサ30からの反射光はサーキュレータ20、光学素子40及びマッハツェンダー干渉計50に入射した後、ビームスプリッタ60で3つに分岐され、第1光検出手段21、第2光検出手段22及び第3光検出手段23で電気信号に変換された後、MPU3で演算処理される。
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[Seventh Embodiment]
FIG. 8 shows a seventh embodiment of the present invention. The seventh embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the light source and the optical fiber provided with the wavelength change type
In FIG. 8, the light source of the seventh embodiment is an
従って、第7実施形態では、第1実施形態の(1)〜(3)と同様の作用効果を奏する他、次の作用効果を奏することができる。
(9)光ファイバFの途中には希土類添加光ファイバEDFを設けることで、光源として励起光源12を用い、高価な広帯域光源が不要とされ、装置のコストを低くできる。そして、広帯域光源を使用するのと比較して、10dB以上の反射光量の増加が見込めるために、SN比の大きな光学系を構築することができる。
Therefore, in the seventh embodiment, in addition to the same operational effects as (1) to (3) of the first embodiment, the following operational effects can be achieved.
(9) By providing the rare earth doped optical fiber EDF in the middle of the optical fiber F, the pumping
次に、本発明の第8実施形態について図9に基づいて説明する。
[第8実施形態]
図9には本発明の第8実施形態が示されている。第8実施形態は第1実施形態とは干渉計の構成が異なるもので、他の構成は第1実施形態と同じである。
図9において、第8実施形態の干渉計はマイケルソン干渉計53であり、このマイケルソン干渉計53は2つの光路51,52と、これらの光路51,52から照射される光をそれぞれ反射させて光路51,52に戻すミラー54とを備えている。光路52には光強度変調手段1が設けられている。なお、本実施形態では、マイケルソン干渉計にはトワイマングリーン干渉計と称される干渉計も含まれる。
光路51,52の端部にはビームスプリッタからなる光学素子40が設けられ、この光学素子40はサーキュレータ20を介して第1光検出手段21に接続され、さらに、第2光検出手段22及び第3光検出手段23にそれぞれ接続される。
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[Eighth Embodiment]
FIG. 9 shows an eighth embodiment of the present invention. The eighth embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the interferometer, and the other configurations are the same as those in the first embodiment.
In FIG. 9, the interferometer of the eighth embodiment is a
An
第8実施形態では、広帯域光源10から出射された光はサーキュレータ20を通過して波長変化型光センサ30に入射する。この波長変化型光センサ30で特定波長のみ反射された光は再びサーキュレータ20を通過し、ビームスプリッタからなる光学素子40で2つに分岐されて、マイケルソン干渉計53に入射する。マイケルソン干渉計53に入射した光は光路51,52を通りそれぞれミラー54で反射して光学素子40に戻る。この光学素子40では光路51と光路52とから入射した光を合波した後、3つに分岐する。3分岐された光は位相が(2π/3)ずつ異なり、これらの光の1つはサーキュレータ20を経由して第1光検出手段21の第1光電変換器71に送られ、残り2つは直接第2光検出手段22の第2光電変換器72及び第3光検出手段23の第3光電変換器73に送られる。そして、第1実施形態と同様に、MPU3で演算処理される。
In the eighth embodiment, the light emitted from the
従って、第8実施形態では、第1実施形態の(1)〜(3)と同様の作用効果を奏することができる他、次の作用効果を奏することができる。
(10)干渉計としてマイケルソン干渉計53を用いたので、全てを光ファイバ光学系で構築する場合に歩留まりが向上する。通常、マッハツェンダー干渉計の光路差を規定して作製する場合に光路差の交差は0.5mm程度である。しかし、融着接続によりビームスプリッタ同士を接続して0.5mmの交差でマッハツェンダー干渉計を作製することは難しい。これに対して、マイケルソン干渉計を用いた場合には、融着接続工程が不要となり、0.5mmの交差に抑えることは容易である。
Therefore, in the eighth embodiment, the same operational effects as the (1) to (3) of the first embodiment can be achieved, and the following operational effects can be achieved.
(10) Since the
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、本発明では、前記各実施形態で用いられているサーキュレータ20をビームスプリッタ(カプラ)に置き換えてもよい。サーキュレータ20はビームスプリッタに比べて光量が増えるので、SN比の大きな光学系を構築することができる。これに対して、ビームスプリッタはサーキュレータに比べて価格が安いので、装置のコストを低くすることができる。本発明では、装置によってサーキュレータとビームスプリッタとを使い分ける。
また、本発明の干渉計は、波長変化型光センサに入射された光の反射光もしくは透過光を入射するとともに反射光もしくは透過光を干渉させる構成であれば、その具体的な構造は問わず、前述のマッハツェンダー干渉計やマイケルソン干渉計(トワイマングリーン干渉計)に限定されない。
さらに、波長変化型光センサを、第1実施形態から第4実施形態、第6実施形態、第7実施形態ではFBG(ファイバ・ブラッグ・グレーティング)を利用したセンサとし、第5実施形態ではファブリペロー干渉を利用したセンサとしたが、本発明では、この逆、つまり、第1実施形態から第4実施形態、第6実施形態、第7実施形態ではファブリペロー干渉を利用したセンサとし、第5実施形態ではFBGを利用したセンサとしてもよい。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, etc. within a scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, in the present invention, the
Further, the interferometer of the present invention is not limited to a specific structure as long as it is configured to enter the reflected light or transmitted light of the light incident on the wavelength change type optical sensor and to interfere with the reflected light or transmitted light. The Mach-Zehnder interferometer and the Michelson interferometer (Twiman Green interferometer) are not limited to the above.
Furthermore, the wavelength change type optical sensor is a sensor using FBG (fiber Bragg grating) in the first to fourth embodiments, the sixth embodiment, and the seventh embodiment, and the Fabry-Perot in the fifth embodiment. In the present invention, the reverse, that is, in the first embodiment to the fourth embodiment, the sixth embodiment, and the seventh embodiment are sensors that use Fabry-Perot interference, and the fifth embodiment. In a form, it is good also as a sensor using FBG.
本発明は、ひずみ、温度、加速度、変位、傾斜、圧力、音波等の物理量の測定に利用できる。 The present invention can be used for measuring physical quantities such as strain, temperature, acceleration, displacement, inclination, pressure, and sound wave.
1…光強度変調手段、1A…遮光物、2A,2B,2C,2D…測定ユニット、3…MPU(演算手段)、4…WDMカプラ(分岐手段)、10…広帯域光源、11…光強度変調機能を有する光源、20…サーキュレータ、21…第1光検出手段、22…第2光検出手段、23…第3光検出手段、30,31,32,33…波長変化型光センサ、50…マッハツェンダー干渉計、51,52,52A,52B…光路、53…マイケルソン干渉計、60…ビームスプリッタ、71…第1光電変換器、72…第2光電変換器、73…第3光電変換器、74…第4光電交換器、81…第1増幅器、82…第2増幅器、83…第3増幅器、91…第1AD変換器、92…第2AD変換器、93…第3AD変換器、F…光ファイバ、EDF…希土類添加光ファイバ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記干渉計はマッハツェンダー干渉計であり、このマッハツェンダー干渉計は複数の光路を備え、これらの光路のうち一方の光路に前記光強度変調手段を設けたことを特徴とする光センサ測定装置。 The optical sensor measurement apparatus according to claim 1,
The interferometer is a Mach-Zehnder interferometer, and the Mach-Zehnder interferometer includes a plurality of optical paths, and the optical intensity modulation means is provided in one of the optical paths.
前記光源は広帯域の波長の光を照射する光源であり、前記波長変化型光センサは異なる波長の光を反射あるいは透過させるものが複数あり、前記複数の光検出手段から1つの測定ユニットが構成され、これらの測定ユニットと前記光源との間には一定の波長領域で区切って分岐する分岐手段が設けられていることを特徴とする光センサ測定装置。 In the optical sensor measurement device according to claim 1 or 2,
The light source is a light source that irradiates light having a broad wavelength, and the wavelength change type optical sensor includes a plurality of light reflecting or transmitting lights having different wavelengths, and one measuring unit is constituted by the plurality of light detecting means. An optical sensor measuring apparatus, wherein a branching unit that branches in a predetermined wavelength region is provided between the measuring unit and the light source.
前記光強度変調手段は、遮光物の挿入によるスイッチング素子を有することを特徴とする光センサ測定装置。 In the optical sensor measurement device according to claim 2 or 3,
The optical sensor measuring device, wherein the light intensity modulating means has a switching element by inserting a light blocking object.
前記光強度変調手段は、前記一方の光路を完全に遮断することを特徴とする光センサ測定装置。 The optical sensor measurement device according to claim 4,
The optical sensor measuring device, wherein the light intensity modulating means completely blocks the one optical path.
前記光源は光強度変調機能を有することを特徴とする光センサ測定装置。 The optical sensor measurement apparatus according to claim 1,
The optical sensor measurement apparatus, wherein the light source has a light intensity modulation function.
測定前に、前記干渉計で干渉させないように光の強度を変調し、この干渉しない光を前記光検出手段で求めて補正値とし、この補正値に基づいて前記光検出手段で求められる測定値を補正することを特徴とする光センサ測定方法。 The light emitted from the light source is incident on a wavelength change optical sensor installed on the object to be measured, and the reflected or transmitted light of the light incident on the wavelength change optical sensor is caused to interfere with the interferometer. The output light output from the light beam is split into light beams having different phases by a beam splitter, and the output light beams having different phases branched by the beam splitter are detected by a plurality of light detection means,
Before the measurement, the intensity of light is modulated so as not to interfere with the interferometer, the light that does not interfere is obtained as a correction value by the light detection means, and the measurement value obtained by the light detection means based on the correction value A method for measuring an optical sensor, wherein:
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|---|---|---|---|---|
| JP2013148475A (en) * | 2012-01-19 | 2013-08-01 | Nagano Keiki Co Ltd | Physical quantity measurement device and physical quantity measurement method |
| JP2016191659A (en) * | 2015-03-31 | 2016-11-10 | 沖電気工業株式会社 | Optical fiber strain measuring device and optical fiber strain measuring method |
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2008
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