[go: up one dir, main page]

JP2010096597A - Optical sensor measuring device and optical sensor measuring method - Google Patents

Optical sensor measuring device and optical sensor measuring method Download PDF

Info

Publication number
JP2010096597A
JP2010096597A JP2008266910A JP2008266910A JP2010096597A JP 2010096597 A JP2010096597 A JP 2010096597A JP 2008266910 A JP2008266910 A JP 2008266910A JP 2008266910 A JP2008266910 A JP 2008266910A JP 2010096597 A JP2010096597 A JP 2010096597A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
optical sensor
wavelength
interferometer
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008266910A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Keiichi Fujita
圭一 藤田
Keiichi Sugimoto
桂一 杉本
Hiroshi Oshima
容 尾嶋
Naoyuki Oi
直幸 大井
Takahiro Ikui
貴宏 生井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nagano Keiki Co Ltd
Original Assignee
Nagano Keiki Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nagano Keiki Co Ltd filed Critical Nagano Keiki Co Ltd
Priority to JP2008266910A priority Critical patent/JP2010096597A/en
Publication of JP2010096597A publication Critical patent/JP2010096597A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Optical Transform (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical sensor measuring device improving measurement accuracy by correcting each detection error of a plurality of optical detection means by a simple method. <P>SOLUTION: This device includes: a Mach-zehnder interferometer 50 for allowing reflected light of light entering a wavelength changing type optical sensor 30 from a wide band light source 10 to interfere; a beam splitter 60 for splitting output light output from the Mach-zehnder interferometer 50 into each light having each different phase; a first photodetection means 21, a second photodetection means 22 and a third photodetection means 23 for detecting each output light having each different phase splitted by the beam splitter 60; a light intensity modulation means 1 for modulating the intensity of light so as not to interfere by the Mach-zehnder interferometer 50; and an MPU 3 for determining a detection value of incoherent light obtained by the light intensity modulation means 1, by the first photodetection means 21, the second photodetection means 22 and the third photodetection means 23, using it as a correction value, and correcting a measured value based on the correction value. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

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 Non-Patent Document 1. A conventional example having the same configuration as the conventional example of Non-Patent Document 1 is shown in FIG.
In FIG. 10, the optical sensor measurement apparatus includes a broadband light source 10, a circulator 20 through which light emitted from the broadband light source 10 passes, and an FBG installed on the object to be measured after the light passing through the circulator 20 enters. The optical sensor 30 is provided. Then, the light reflected or transmitted only at a specific wavelength by the optical sensor 30 passes through the circulator 20 again, is sent to the optical element 40 that demultiplexes the reflected light, is branched into two, and enters the Mach-Zehnder interferometer 50. The Mach-Zehnder interferometer 50 has two optical paths 51 and 52 for providing an optical path difference. Lights that have passed through the different optical paths 51 and 52 are combined again by the beam splitter 60 and then branched into three. . The three-branched light has a phase difference of (2π / 3), and the light is converted into electric signals by three photoelectric converters 71, 72, 73 connected to the beam splitter 60, respectively. Amplification is performed by amplifiers 81, 82, and 83 connected to photoelectric converters 71, 72, and 73, and digital signals are converted by AD converters 91, 92, and 93, and calculated by MPU 100 to obtain a measured value.
The light intensity detected by the photoelectric converters 71, 72, 73 draws a sine wave as the wavelength of the optical sensor 30 changes. The phase change Δφ of the sine wave can be expressed by Equation (1).

Figure 2010096597
Figure 2010096597

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 optical paths 51 and 52 of the Mach-Zehnder interferometer 50, and Δλ is the wavelength change of the optical sensor 30. Amount.
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 amplifiers 81, 82 and 83. There are three amplifiers 81, 82, and 83, and each output voltage Vn can be expressed by Equation (2).

Figure 2010096597
Figure 2010096597

数式(2)では、α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、V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 photoelectric converters 71, 72, and 73 and the DC component of the amplifier, and n is three amplifiers 81, 82, and 83 are shown, and n = 1-3. For example, V 1 is the voltage value of the amplifier 81. The amount of phase change can be calculated from the outputs of the three amplifiers 81, 82, and 83 using Equation (3).

Figure 2010096597
Figure 2010096597

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 MPU 100 performs the calculation of the formula (3), calculates the phase change amount from the three outputs of the amplifiers 81, 82, and 83, and then performs the calculation of the formula (1) to calculate the wavelength change amount. be able to. A measured value is obtained by converting the wavelength change amount into a physical quantity by the optical fiber sensor.

M.D.Todd,G.A.Johnson and C.C.Chang, ”Passive, light intensity-independent interferometric method for fiber Bragg grating interrogation” ,ELECTRONINC LETTERS, 1999, Vol.35, No.22, p.1970-1971」(出版元:「Institution of Engineering and Technology; Stevenage」MDTodd, GAJohnson and CCChang, “Passive, light intensity-independent interferometric method for fiber Bragg grating interrogation”, ELECTRONINC LETTERS, 1999, Vol.35, No.22, p.1970-1971 (Publisher: “Institution of Engineering and Technology; Stevenage "

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V,V,V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 amplifiers 81, 82, and 83 need to have the same voltage amplitude amount and offset position. is there.
However, in reality, as shown in FIG. 11, the gain characteristics of the amplifiers 81, 82, and 83, the branch characteristics of the beam splitter 60, the characteristics of the photoelectric converters 71, 72, and 73, Due to variations in reflection characteristics of the optical sensor 30 to be measured, the amplitude amounts and offset positions of the three voltage outputs cannot be made uniform, and the measurement accuracy cannot be improved sufficiently.
Therefore, conventionally, before the measurement, the wavelength of the optical sensor 30 to be measured is changed until the phase angle of the formula (1) is rotated by 360 ° or more, and the output characteristics from the amplifiers 81, 82, 83 are grasped. Correction is performed before the calculation according to (3).

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 optical sensor 30, it is necessary to change a physical quantity that the optical sensor 30 is to measure, for example, acceleration, etc. Therefore, for example, the optical acceleration sensor after being installed in a structure is used as a conventional device. When the measurement is to be performed, it is necessary to actually change the wavelength by shaking the optical sensor 30 after the optical sensor 30 is connected. In practice, the structure is often large and the optical sensor 30 cannot be vibrated greatly. As a result, the wavelength change is insufficient, and the three amplifiers 81, 82, and 83 are rotated when the phase angle is rotated by 360 ° or more. Since the output characteristics cannot be grasped, there is a problem that the calculation of the formula (3) cannot be performed.

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 broadband light source 10, an optical fiber F through which light emitted from the broadband light source 10 passes, a circulator 20 provided in the optical fiber F, and an optical fiber. And a wavelength change type optical sensor 30 provided on the other end side of F. The broadband light source 10 has the same structure as that of the conventional example, and irradiates the laser light into the optical fiber F with a predetermined period over a predetermined wavelength region.

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 optical sensor 30 is a wavelength change type optical sensor called FBG (Fiber Bragg Grating), and is installed on an object not shown.
The circulator 20 is also connected to the optical fiber F. The circulator 20 sends the light emitted from the broadband light source 10 to the wavelength changing optical sensor 30 and reflects the reflected light of a predetermined wavelength reflected by the wavelength changing optical sensor 30 to the optical fiber. Send to F.
The optical fiber F is provided with an optical element 40, a Mach-Zehnder interferometer 50 having two optical paths 51 and 52 for providing an optical path difference, and a beam splitter 60.
The optical element 40 is a beam splitter that branches the reflected light sent from the circulator 20 to the two optical paths 51 and 52 of the Mach-Zehnder interferometer 50.
The Mach-Zehnder interferometer 50 includes two optical paths 51 and 52 each made of an optical fiber, and causes reflected light to interfere by the optical path difference between these optical paths 51 and 52.

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 optical paths 51 and 52 of the Mach-Zehnder interferometer 50, for example, in the optical path 52.
The light intensity modulation means 1 modulates the intensity of light so that the reflected light does not interfere with the Mach-Zehnder interferometer 50, and its specific means is not limited. For example, the configuration shown in FIG. 2 can be employed.
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 optical path 52 formed of an optical fiber is bent in a substantially ring shape and the bending radius ro is adjusted. Pulling means (not shown) is provided on both sides of the optical path 52. When the light intensity modulating means 1 is operated, the light passing through the optical path 52 with a bending radius r (r < ro ) is blocked. When the light intensity modulation means 1 is not operated, the tension means is loosened to allow the passage of light inside the optical path 52. The bending radius r when light is blocked is 10 mm or less, although it depends on the diameter of the optical path 52.

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 optical path 52 formed of an optical fiber into an optical path 52A and an optical path 52B, and a shielding object 1A is provided between the optical path 52A and the optical path 52B. It is a structure to insert or withdraw. The shield 1A may be of any material or shape as long as it shields light.
The shielding object 1A includes an advancing / retreating mechanism (not shown), for example, a nut fixed to the shielding object 1A, a ball screw screwed to the nut, and a motor connected to the ball screw. When operating, as shown by the imaginary line in FIG. 2B, the shielding object 1A is inserted between the optical path 52A and the optical path 52B, and when the light intensity modulation means 1 is not operated, FIG. As shown by the solid line B), the shield 1A is extracted from between the optical path 52A and the optical path 52B.

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 optical path 52 composed of an optical fiber into an optical path 52A and an optical path 52B, and the optical path 52A and the optical path 52B are respectively separated from the mirror 1B. In this configuration, the angles β1 and β2 are arranged. The mirror 1B can be rotated by a motor (not shown). The light emission angle β1 from the optical path 52A with respect to the mirror 1B and the light reflection angle β2 reflected from the mirror 1B toward the optical path 52B are the rotation angles of the mirror 1B. It depends on. When the light intensity modulation means 1 is operated, as shown by the imaginary line in FIG. 2C, the mirror 1B prevents the angle β1 and the angle β2 from matching. Thereby, even if the light emitted from the optical path 52A is reflected by the mirror 1B, it is not incident on the optical path 52B, and the light is blocked. On the other hand, when the light intensity modulating means 1 is not operated, as shown by the solid line in FIG. 2 (C), the mirror 1B makes the angle β1 and the angle β2 coincide with each other. Thereby, the light emitted from the optical path 52A is reflected by the mirror 1B and then enters the optical path 52B.

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n,nを変化させる構成である。物質1CA,1CBの屈折率n,n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 optical path 52 formed of an optical fiber into an optical path 52A and an optical path 52B, and the refractive index is different between the optical path 52A and the optical path 52B. Two types of substances 1CA and 1CB are provided, and the refractive indexes n A and n B of these substances 1CA and 1CB are changed. In order to change the refractive indexes n A and n B of the substances 1CA and 1CB, the method using the refractive index change due to the electro-optic effect applies an electric field to one of the substances 1CA and 1CB, and the refractive index due to a temperature change. In the method using the change, one of the substances 1CA and 1CB is heated or cooled.

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nと物質1CBの屈折率n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nと物質1CBの屈折率n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 optical path 52A is totally reflected at the boundary surface between the substance 1CA and the substance 1CB and the light intensity modulation means 1 is not operated, the light intensity modulation means 1 is not operated as shown by the solid line in FIG. As shown in the drawing, the light emitted from the optical path 52A with the refractive index n A of the substance 1CA and the refractive index n B of the substance 1CB made the same by utilizing the electro-optic effect and the temperature change is the boundary surface between the substance 1CA and the substance 1CB. Is transmitted and incident on the optical path 52B.
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 beam splitter 60 branches output light output from the Mach-Zehnder interferometer 50 into light having different phases, and includes a first light detection means 21, a second light detection means 22, and a third light detection. Connected to means 23. The first light detection means 21, the second light detection means 22, and the third light detection means 23 are for detecting output light whose phase is branched into three by the beam splitter 60 and is different by (2π / 3). The detection signal is sent to the MPU 3 which is a calculation means.
The first light detection means 21 includes a first photoelectric converter 71 that converts the light transmitted from the beam splitter 60 into an electric signal, and a first amplifier 81 that amplifies the signal output from the first photoelectric converter 71. The first AD converter 91 converts the analog signal output from the first amplifier 81 into a digital signal.
The second light detection means 22 includes a second photoelectric converter 72 that converts the light transmitted from the beam splitter 60 into an electric signal, and a second amplifier 82 that amplifies the signal output from the second photoelectric converter 72. The second AD converter 92 converts the analog signal output from the second amplifier 82 into a digital signal.
The third light detection means 23 includes a third photoelectric converter 73 that converts the light transmitted from the beam splitter 60 into an electric signal, and a third amplifier 83 that amplifies the signal output from the third photoelectric converter 73. The third AD converter 93 converts the analog signal output from the third amplifier 83 into a digital signal.

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 MPU 3 performs a predetermined calculation based on signals output from the first AD converter 91, the second AD converter 92, and the third AD converter 93, respectively.
At this time, the light intensity detected by the first photoelectric converter 71, the second photoelectric converter 72, and the third photoelectric converter 73 draws a sine wave with the wavelength change of the wavelength change type photosensor 30. The phase change Δφ of the sine wave can be expressed by the above-described equation (1). Then, the respective output voltages Vn of the first amplifier 81, the second amplifier 82, and the third amplifier 83 can be obtained from the above equation (2). Further, the phase angle φ (t) is calculated based on the voltage output of the first amplifier 81, the second amplifier 82, and the third amplifier 83 from the above equation (3).
The MPU 3 of the present embodiment obtains a detection value of light that does not interfere with the obtained Mach-Zehnder interferometer 50 by using the first light detection means 21, the second light detection means 22, and the third light detection means 23, and uses it as a correction value. A correction process for correcting the measurement value based on the correction value is performed.
Therefore, the light intensity modulation means 1 is operated so that there is no interference in the Mach-Zehnder interferometer 50, and voltage outputs from the first amplifier 81, the second amplifier 82, and the third amplifier 83 in a state without this interference are obtained. Let it be V n-ref .

Figure 2010096597
Figure 2010096597

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 change type photosensor 30 and the branching characteristics of the beam splitter 60 that are different for each wavelength change type photosensor 30. Therefore, the characteristics are grasped using V n-ref , and the voltage output in the MPU 3 is corrected using equations (4-1), (4-2), and (4-3) at the time of actual measurement.

Figure 2010096597
Figure 2010096597

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 first amplifier 81, V 2 -c is the corrected voltage value of the second amplifier 82, and V 3 -c is the corrected third amplifier 83. Is the voltage value. By applying these to Equation (3), the phase angle can be calculated.
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-Zehnder interferometer 50. And the light which does not interfere is calculated | required by the 1st light detection means 21, the 2nd light detection means 22, and the 3rd light detection means 23, and it is set as a correction value.
Thereafter, the Mach-Zehnder interferometer 50 is brought into a state where interference does not occur without operating the light intensity modulation means 1, and a normal measurement operation is performed. The detection values detected by the first light detection means 21, the second light detection means 22, and the third light detection means 23 are corrected by the correction values described above and are calculated by the MPU 3 as correct measurement values.

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 broadband light source 10, a wavelength change optical sensor 30 on which light emitted from the broadband light source 10 is incident and placed on the object to be measured, and reflection of light incident on the wavelength change optical sensor 30 A Mach-Zehnder interferometer 50 that makes light incident and interferes with reflected light, a beam splitter 60 that branches output light output from the Mach-Zehnder interferometer 50 into light having different phases, and a beam splitter 60 that branches the light. Light intensity modulation for modulating the light intensity so as not to interfere with the first light detection means 21, the second light detection means 22, the third light detection means 23, and the Mach-Zehnder interferometer 50. The detected value of the light which does not interfere with the means 1 and the light intensity modulating means 1 is used as the first light detecting means 21, the second light detecting means 22 and the third light detecting means 2. And an MPU 3 that corrects the measurement value based on this correction value, and calculates the correction value by modulating the light intensity so as not to interfere with the Mach-Zehnder interferometer 50 before measurement, Since a correction process for correcting the measurement values obtained by the first light detection means 21, the second light detection means 22, and the third light detection means 23 is performed based on the correction values, the wavelength change type optical sensor to be measured Appropriate measurement values can be easily obtained without changing the 30 wavelengths. Therefore, unlike the conventional case, it is not necessary to change the wavelength of the wavelength change type optical sensor to be measured, and therefore, an appropriate measurement value can be easily obtained.

(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-Zehnder interferometer 50 includes two optical paths 51 and 52, and the light intensity modulation means 1 is provided in one of the optical paths 51 and 52, the non-light of the Mach-Zehnder interferometer 50 Interference can be reliably achieved. Therefore, the measurement accuracy can be improved by correcting the measurement value more accurately.

(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 light shield 1A is used as the light intensity modulating means 1, the structure of the switching element is simplified, and light can be shielded and passed reliably. For this reason, the light intensity modulation means 1 operates reliably, and an accurate correction value can be obtained to improve measurement accuracy.

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 optical element 40. An optical element 41 for branching the reflected light sent from the circulator 20 to the optical element 40 and the fourth photoelectric exchanger 74 is provided. The fourth photoelectric exchanger 74 converts the light sent from the optical element 41 into an electric signal. Therefore, the light emitted from the broadband light source 10 passes through the circulator 20 and enters the wavelength change optical sensor 30, but the light reflected by the wavelength change optical sensor 30 only through the specific wavelength passes through the circulator 20 again. Then, the optical element 41 branches the light toward the fourth photoelectric converter 74 and the optical element 40. The light traveling toward the optical element 40 is branched into two by the optical element 40 and enters the Mach-Zehnder interferometer 50. The light that has passed through the Mach-Zehnder interferometer 50 is combined by the beam splitter 60 and split into two again. The bifurcated light has a phase difference of (2π / 3), and the light having different phases is converted by the first light detection means 21 and the second light detection means 22 and is calculated by the MPU 3.

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φ及びφを算出する。
At this time, the light intensity detected by the first photoelectric converter 71 of the first light detection means 21 and the second photoelectric converter 72 of the second light detection means 22 is the wavelength change in the wavelength change type photosensor 30. Along with this, a sine wave is drawn. The phase change Δφ of the sine wave can be expressed using Equations (6-1) (6-2) and Equation (7).
The DC offsets of the output signals of the first amplifier 81 and the second amplifier 82 are set to Voffset-1 and Voffset-2, the amplitudes are set to Vpp1 and Vpp2, and at the time of measurement, the MPU 3 uses the equations (6-1) and (6-2). The measurement data is processed by the method, and the phase angles φ 1 and φ 2 are calculated by the method shown in Equation (7).

Figure 2010096597
Figure 2010096597

Figure 2010096597
Figure 2010096597

Figure 2010096597
Figure 2010096597

数式(6−1)(6−2)において、Vadiは処理後のデータを示し、Vは第1増幅器81の出力電圧を示し、V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φ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 first amplifier 81, and V 2 indicates the output voltage of the second amplifier 82. In Equation (7), V pp represents the amplitude of V adi , and V ref represents the output of the fourth photoelectric converter 74.
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 photoelectric converter 74 monitors and corrects the amount of light.
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 light detecting means 21 and the second light detecting means 22, and the light is branched between the circulator 20 and the optical element 40 to the optical element 40 and the fourth photoelectric exchanger 74. Since the optical element 41 to be provided is provided, the third light detection means 23 required in the first embodiment is not required, and the structure of the apparatus is simplified.

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 broadband light source 10, and the other configurations are the same as those in the first embodiment. .

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 photosensor 31 that reacts in the region of the high wavelength λ1 and a wavelength-changing photosensor 32 that reacts at the low wavelength λ2. Is provided.
In the third embodiment, one measurement is performed from the optical element 40, the Mach-Zehnder interferometer 50, the light intensity modulation means 1, the beam splitter 60, the first light detection means 21, the second light detection means 22, and the third light detection means 23. A unit is configured, and these measurement units are provided with two types of first measurement unit 2A and second measurement unit 2B.
Between the first measurement unit 2A and the second measurement unit 2B and the circulator 20, a WDM coupler 4 is provided as a branching unit that branches into two parts in a certain wavelength region.

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 WDM coupler 4 separates the reflected light of wavelength λ1 that reacts with the wavelength-changing optical sensor 31 and the reflected light of wavelength λ2 that reacts with the wavelength-changing optical sensor 32, and reflects the reflected light of wavelength λ1 on the measurement unit 2A side. The reflected light having the wavelength λ2 is sent to the optical element 40 and sent to the optical element 40 on the measurement unit 2B side. In the measurement unit 2A and the measurement unit 2B, correction and measurement are performed in the same procedure as in the first embodiment. In the third embodiment, two wavelength change type optical sensors and two measurement units are used. However, the present invention is not limited to this, and may be three or more according to the measurement target.

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 photosensors 31 and 32 having different reacting wavelengths are provided, and the reflected light of wavelength λ1 reflected from the wavelength-changing photosensor 31 and the reflected light of wavelength λ2 reflected from the wavelength-changing photosensor 32 are provided. An optical element 40, a Mach-Zehnder interferometer 50, a light intensity modulation means 1, a beam splitter 60, and a WDM coupler 4 for branching the reflected light are provided, and measurement is performed based on the wavelength λ1 branched by the WDM coupler 4. In order to configure the measurement unit 2A from the first light detection means 21, the second light detection means 22, and the third light detection means 23 and perform measurement based on the wavelength λ2 branched by the WDM coupler 4, the optical element 40, Mach-Zehnder interferometer 50, light intensity modulating means 1, beam splitter 60, first light detecting means 21, second light detecting means 22 and third light detecting means 23 to measuring unit 2B Configuration was. Therefore, the wavelength change type optical sensors 31 and 32 can be connected in series to one optical fiber F to perform measurement.

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 WDM coupler 4, and the other configurations are the same as those of the third embodiment.
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 second measurement unit 2D are provided.
A WDM coupler 4 is provided between the first measurement unit 2 </ b> C and the second measurement unit 2 </ b> D and the beam splitter 60.

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 WDM coupler 4 separates the reflected light of wavelength λ1 and the reflected light of wavelength λ2, sends the reflected light of wavelength λ1 to measurement unit 2C, and sends the reflected light of wavelength λ2 to measurement unit 2D. In the measurement unit 2C and the measurement unit 2D, correction and measurement are performed in the same procedure as in the first embodiment.

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 WDM coupler 4 is provided between the first measurement unit 2C and the second measurement unit 2D and the beam splitter 60, the optical element 40, the Mach-Zehnder interferometer 50, the light intensity modulation means 1, and the beam splitter 60. Therefore, the structure of the apparatus is simpler than that of the third embodiment.

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 broadband light source 10 to one end of the optical fiber F reacts and is transmitted by the wavelength change type optical sensor 33, and this transmitted light enters the optical element 40. In this optical element 40, similarly to the first embodiment, the transmitted light is branched into two, and after the branched transmitted light passes through the Mach-Zehnder interferometer 50, the beam splitter 60 changes the phase to (2 / 3π). It is shifted and sent to the first light detection means 21, the second light detection means 22, and the third light detection means 23. In the first light detection means 21, the second light detection means 22, and the third light detection means 23, correction and measurement are performed in the same procedure as in the first embodiment.

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 MPU 3, and the other configurations are the same as those in the first embodiment.
In FIG. 7, the broadband light source 11 of the sixth embodiment is a light source having a light intensity modulation function. The light emitted from the broadband light source 11 passes through the circulator 20, the light of a specific wavelength reacts with the wavelength change type optical sensor 30, and is sent to the optical element 40 and the Mach-Zehnder interferometer 50 by the circulator 20 as reflected light. Then, the beam splitter 60 splits the light into three lights by shifting the phase by (2π / 3), and the branched light is supplied to the first light detection means 21, the second light detection means 22, and the third light detection means 23. Sent to be processed by the MPU 3.

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 photoelectric converter 71, the second photoelectric converter 72, and the third photoelectric converter 73. Only under conditions where no change occurs. When the offset level changes, an offset level correction value is obtained by applying intensity modulation to the broadband light source 11, and is set to V n-ref obtained by Equations (4-1), (4-2), and (4-3). Subtract the offset level correction value. This correction value is obtained from Equation (9).

Figure 2010096597
Figure 2010096597

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。
n-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 photoelectric converter 71, n = 2 is the offset level correction value of the second photoelectric converter 72, and n = 3 is the offset level correction value of the third photoelectric converter 73. Value.
V n-san represents the voltage values of the first amplifier 81, the second amplifier 82, and the third amplifier 83 after the intensity modulation of the broadband light source 11, SA ttr represents the intensity modulation ratio of the light source, and 0 <SA ttr <1. It is.
Using the correction values described above, the calculation in the MPU 3 is performed.

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 broadband light source 11 is a light source having light intensity modulation means, the voltage offset levels of the amplifier circuits of the first photoelectric converter 71, the second photoelectric converter 72, and the third photoelectric converter 73 are changed. However, it is possible to perform highly accurate measurement by calculating the correction value based on Equation (9).

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 optical sensor 30, and the other configurations are the same as those in the first embodiment.
In FIG. 8, the light source of the seventh embodiment is an excitation light source 12. In the middle of the optical fiber F, a rare earth-doped optical fiber EDF is provided. In this rare earth-doped optical fiber EDF, the rare earth is excited by the pumping light, and broadband spontaneous emission light is generated. The generated spontaneous emission light is incident on the wavelength change type optical sensor 30. The light reflected by the wavelength change type optical sensor 30 only at a specific wavelength is incident on the rare earth-doped optical fiber EDF doped with a rare earth such as erbium. Here, since the rare earth-doped optical fiber EDF is in an excited state, stimulated emission occurs when reflected light of a specific wavelength is incident. The reflected light from the wavelength-change optical sensor 30 whose light intensity has increased due to stimulated emission is incident on the circulator 20, the optical element 40, and the Mach-Zehnder interferometer 50, and then is branched into three by the beam splitter 60. After being converted into an electric signal by the means 21, the second light detection means 22, and the third light detection means 23, it is processed by the MPU 3.

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 light source 12 is used as the light source, an expensive broadband light source is unnecessary, and the cost of the apparatus can be reduced. Since an increase in the amount of reflected light of 10 dB or more can be expected as compared with the use of a broadband light source, an optical system with a large SN ratio can be constructed.

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 Michelson interferometer 53. The Michelson interferometer 53 reflects two light paths 51 and 52 and light emitted from these light paths 51 and 52, respectively. And a mirror 54 for returning to the optical paths 51 and 52. The light path 52 is provided with the light intensity modulation means 1. In the present embodiment, the Michelson interferometer includes an interferometer called a Twiman Green interferometer.
An optical element 40 composed of a beam splitter is provided at the ends of the optical paths 51 and 52. The optical element 40 is connected to the first light detection means 21 via the circulator 20, and further, the second light detection means 22 and the second light detection means 22 The three light detection means 23 are respectively connected.

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 broadband light source 10 passes through the circulator 20 and enters the wavelength change type optical sensor 30. The light reflected only at a specific wavelength by the wavelength change type optical sensor 30 passes through the circulator 20 again, is branched into two by the optical element 40 composed of a beam splitter, and enters the Michelson interferometer 53. The light incident on the Michelson interferometer 53 passes through the optical paths 51 and 52, is reflected by the mirror 54, and returns to the optical element 40. In this optical element 40, the lights incident from the optical path 51 and the optical path 52 are combined and then branched into three. The three-branched light is different in phase by (2π / 3), and one of these lights is sent to the first photoelectric converter 71 of the first light detection means 21 via the circulator 20, and the remaining two are Directly sent to the second photoelectric converter 72 of the second light detection means 22 and the third photoelectric converter 73 of the third light detection means 23. Then, similarly to the first embodiment, calculation processing is performed by the MPU 3.

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 Michelson interferometer 53 is used as the interferometer, the yield is improved when all are constructed with an optical fiber optical system. Usually, when the optical path difference of a Mach-Zehnder interferometer is specified and manufactured, the intersection of the optical path differences is about 0.5 mm. However, it is difficult to produce a Mach-Zehnder interferometer with a 0.5 mm intersection by connecting beam splitters by fusion splicing. On the other hand, when the Michelson interferometer is used, the fusion splicing step is not necessary, and it is easy to suppress the crossing to 0.5 mm.

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 circulator 20 used in each of the above embodiments may be replaced with a beam splitter (coupler). Since the circulator 20 has a larger light quantity than the beam splitter, an optical system having a large S / N ratio can be constructed. On the other hand, since the beam splitter is cheaper than the circulator, the cost of the apparatus can be reduced. In the present invention, the circulator and the beam splitter are properly used depending on the apparatus.
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.

本発明の第1実施形態の概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of a first embodiment of the present invention. (A)から(D)は異なる光強度変調手段を示す概略構成図。(A) to (D) are schematic configuration diagrams showing different light intensity modulation means. 本発明の第2実施形態の概略構成図。The schematic block diagram of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態の概略構成図。The schematic block diagram of 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態の概略構成図。The schematic block diagram of 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態の概略構成図。The schematic block diagram of 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6実施形態の概略構成図。The schematic block diagram of 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7実施形態の概略構成図。The schematic block diagram of 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8実施形態の概略構成図。The schematic block diagram of 8th Embodiment of this invention. 従来例の概略構成図。The schematic block diagram of a prior art example. 従来例における増幅器からの出力と時間との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the output from the amplifier in conventional example, and time.

符号の説明Explanation of symbols

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 SYMBOLS 1 ... Light intensity | strength modulation means, 1A ... Light shielding object, 2A, 2B, 2C, 2D ... Measurement unit, 3 ... MPU (calculation means), 4 ... WDM coupler (branch means), 10 ... Broadband light source, 11 ... Light intensity modulation Light source having function, 20 ... circulator, 21 ... first light detecting means, 22 ... second light detecting means, 23 ... third light detecting means, 30, 31, 32, 33 ... wavelength change type optical sensor, 50 ... Mach Zender interferometer, 51, 52, 52A, 52B ... optical path, 53 ... Michelson interferometer, 60 ... beam splitter, 71 ... first photoelectric converter, 72 ... second photoelectric converter, 73 ... third photoelectric converter, 74 ... 4th photoelectric exchanger, 81 ... 1st amplifier, 82 ... 2nd amplifier, 83 ... 3rd amplifier, 91 ... 1st AD converter, 92 ... 2nd AD converter, 93 ... 3rd AD converter, F ... light Fiber, EDF ... rare earth added Fiber

Claims (7)

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光センサ測定装置。   A light source, a wavelength-variable optical sensor that is incident on the object to be measured while the light emitted from the light source is incident, and the reflected or transmitted light of the light incident on the wavelength-variable optical sensor is incident on the light source. An interferometer that interferes with reflected light or the transmitted light, a beam splitter that branches output light output from the interferometer into light of different phases, and output light of different phases branched by the beam splitter are detected. A plurality of light detection means; a light intensity modulation means for modulating the light intensity so as not to interfere with the interferometer; and a light detection value obtained by the light intensity modulation means that does not interfere with the interferometer. An optical sensor measurement apparatus comprising: a calculation unit that calculates a correction value obtained by the unit and corrects a measurement value detected by the light detection unit based on the correction value. 請求項1に記載された光センサ測定装置において、
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.
請求項1又は請求項2に記載された光センサ測定装置において、
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.
請求項2又は請求項3のいずれかに記載された光センサ測定装置において、
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.
請求項4に記載された光センサ測定装置において、
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.
請求項1に記載された光センサ測定装置において、
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.
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:
JP2008266910A 2008-10-15 2008-10-15 Optical sensor measuring device and optical sensor measuring method Pending JP2010096597A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008266910A JP2010096597A (en) 2008-10-15 2008-10-15 Optical sensor measuring device and optical sensor measuring method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008266910A JP2010096597A (en) 2008-10-15 2008-10-15 Optical sensor measuring device and optical sensor measuring method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010096597A true JP2010096597A (en) 2010-04-30

Family

ID=42258390

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008266910A Pending JP2010096597A (en) 2008-10-15 2008-10-15 Optical sensor measuring device and optical sensor measuring method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010096597A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7628531B2 (en) Methods and apparatus for dual source calibration for distributed temperature systems
JP7265057B2 (en) Method and Apparatus for OFDR Interrogation Monitoring and Optimization
US7333680B2 (en) Fiber Bragg grating sensor system
AU2010252746B2 (en) Optical sensor and method of use
US8243369B2 (en) Wavelength monitored and stabilized source
US9759585B2 (en) TDM- and WDM-based FBG sensor array system
US20250216248A1 (en) Distributed optical fibre sensor
KR101889351B1 (en) Spatially-selective brillouin distributed optical fiber sensor with increased effective sensing points and sensing method using brillouin scattering
US20140050473A1 (en) Sagnac interferometer event sensing and locating device
US11162821B2 (en) Fibre optic sensing device
CA2646312C (en) Dual source calibration for distributed temperature systems
CA2997350C (en) Active error correction in an optical sensor system
JP5053120B2 (en) Method and apparatus for measuring backward Brillouin scattered light of optical fiber
JP2010096597A (en) Optical sensor measuring device and optical sensor measuring method
KR100810145B1 (en) Strain Measurement System Using Double Pass Mach-Zehnder Interferometer and Fiber Grating Sensor
WO2017026896A1 (en) Optical fiber-based sensor system
US10520338B2 (en) Optical fiber-based sensor system having dual optical fibers providing measurements of a first and a second phase difference
WO2022191201A1 (en) Physical quantity measurement device
JP5124223B2 (en) Optical chirp characteristic measuring device
Dey et al. Interrogation-based fiber optic sensors: A comprehensive review of techniques, trends, and applications
US20160146642A1 (en) Optical fiber sensing optical system and optical fiber sensing system
WO2021192717A1 (en) Physical quantity measurement device
Kim et al. Demodulation of FBG sensors embedded in a fiber optic Sagnac loop