光ファイバセンサ
【課題】光干渉信号出力をセンサ信号とするセンサでは、光干渉信号方式としてホモダイン干渉方式があり、センサの構成は簡単であるが、安定な動作を得るには、使用部品に対し厳しい工作精度と熱膨張対策が必要であると共に、センサ信号として変動できる位相範囲は±９０度以内に限られていた。
【解決手段】干渉計の入力を周期性光パルスとし、参照光パルスの前半と後半で位相を９０度ずらせて、計測光パルスと干渉させることにより、２つの干渉出力ｉ、ｊを得て、その参照光と計測光とから２つの余弦信号ｃｏｓθｉ、ｃｏｓθｊを算出して余弦曲線上に位置を定め、その角度θｉ、θｊを求めることにより、干渉光のレベル、位相変動の影響を除外するとともに、１周期前との角度の差分を積算して出力することにより、センサ信号として変動できる位相範囲が±９０度を超えることを許容する光ファイバセンサを提供する。
【解決手段】干渉計の入力を周期性光パルスとし、参照光パルスの前半と後半で位相を９０度ずらせて、計測光パルスと干渉させることにより、２つの干渉出力ｉ、ｊを得て、その参照光と計測光とから２つの余弦信号ｃｏｓθｉ、ｃｏｓθｊを算出して余弦曲線上に位置を定め、その角度θｉ、θｊを求めることにより、干渉光のレベル、位相変動の影響を除外するとともに、１周期前との角度の差分を積算して出力することにより、センサ信号として変動できる位相範囲が±９０度を超えることを許容する光ファイバセンサを提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバが外圧により、そこを通過する光信号の位相に変化を及ぼす特性を利用した光ファイバセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバセンサは、電磁的影響を受けないことから、従来の電気信号センサに比べて、センサ信号を安定に長距離伝送することができる。光センサに利用される光干渉方式としては、同じ周波数の光を干渉させるホモダイン方式と、異なる周波数の光を干渉させるヘテロダイン方式がある。前者のホモダイン方式は構成が簡単、かつセンサ部分を無電源とすることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のホモダイン方式では、干渉入力となる参照光と計測光の強度変動及び干渉出力の光の強度変動は干渉出力信号の誤差となる欠点があった。また、従来のホモダイン方式では、参照光と計測光の位相関係が、位相差９０度に動作点を置くことが最も直線性の良い設定となるが、参照光と計測光の光路長を一定に保つには、高い工作精度を要すとともに、熱膨張に対しても一定関係を保つ必要があるなど、製造上の難しさがあった。さらに、従来のホモダイン方式では、参照光と計測光の位相差を９０度に置き、位相変動の最大は±９０度であり、これを超えることは原理上不可能であった。
【０００４】
本発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、干渉させる光の強度変動及び干渉させた後の光の強度変動による干渉出力に与える影響を除外することが可能になると共に、センサ信号として変動できる位相範囲が±９０度を超えることを許容する光ファイバセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、光干渉信号出力をセンサ信号とする光ファイバセンサに関するものであり、本発明の上記目的は、光パルス幅ｔの周期性光パルスを光分波器により参照光パルスと計測光パルスの２波に分波し、前記参照光パルスのパルス幅ｔの前半を０度、後半を９０度位相変調してｔ時間遅延させた後の参照光パルスと前記計測光パルスとを光合波器により合波し、前方に計測光、後方に９０度位相変調された参照光パルスが時分割光多重化された光パルスを計測用光多重パルスとして出力する計測用光信号発生部を備えることによって達成される。
【０００６】
さらに、本発明の上記目的は、前記計測用光多重パルスを光分波器により２波に分波し、一方の分波にセンサ信号として取り込む位相変化を与えてｔ時間遅延させた後に他方の分波と合波することにより、前方に前記他方の分波の前半分（Ｒ）、中間に前記他方の分波の中の参照光前半（０度）部分と前記一方の分波の中の計測光部分とが重なった第１光干渉部分（Ｉ１）並びに前記他方の分波の中の参照光後半（９０度）部分と前記一方の分波の中の計測光部分とが重なった第２光干渉部分（Ｉ２）、及び後方に前記一方の分波の後半分（Ｓ）を多重化させて、時分割多重光４信号（Ｒ、Ｉ１、Ｉ２、Ｓ）として出力するセンサ部を備えること、
前記時分割多重光４信号（Ｒ、Ｉ１、Ｉ２、Ｓ）を電気信号に変換し、電気信号値ｒ、ｉ１、ｉ２、ｓを得て、干渉時の計測光と参照光との位相差をθとして、参照光位相０度におけるｃｏｓθ１＝（ｉ１−ｒ−ｓ）／２√（ｒ・ｓ）と参照光位相９０度におけるｃｏｓθ２＝（ｉ２−ｒ−ｓ）／２√（ｒ・ｓ）を算出し、前記ｃｏｓθ１と前記ｃｏｓθ２との大きさ比較と、前記ｃｏｓθ１と前記ｃｏｓθ２との絶対値比較とにより、余弦曲線上に前記ｃｏｓθ１及び前記ｃｏｓθ２の位置を定め、角度変換によりθ１及びθ２を求め、１周期前に求めた角度変換をθ１ａ、θ２ａとして、１周期前との前記位相差θの差分Δθ１＝θ１−θ１ａ、Δθ２＝θ２−θ２ａを求めて、Δθ１とΔθ２のうち、前記ｃｏｓθ１と前記ｃｏｓθ２の絶対値比較で小さい方の差分をΔθとして選択し、毎周期の前記Δθの積算値θｓをセンサ出力とする演算処理部を備えること、
によってそれぞれ一層効果的に達成される。
【０００７】
本発明では、測定用の光信号として周期性光パルスを使用して、その周期ごとに参照光、計測光及びその干渉光から、参照光と計測光の位相差θとして、そのｃｏｓθを求める。
【０００８】
本発明では、９０度異なる２つの参照光と計測光との２つの干渉出力から、９０度異なる２つのｃｏｓθを得る。また、本発明では、９０度異なる参照光と計測光から２つのｃｏｓθが得られ、そのどちらかは常に直線性の良い領域（±１／√２以内）にある。そして、本発明では、９０度異なる参照光と計測光との２つの干渉光より得られる２つのｃｏｓθの条件比較から、余弦曲線上に２つのｃｏｓθ位置が、正しく定められる。また、本発明では、１周期前の余弦曲線上のｃｏｓθとの位置の変化を位相差で求めることにより、その周期の間のおける位相変動分を検出する。さらに、本発明では、ｃｏｓθの周期ごとの位相変動分を積算するとすることにより、±９０度を超えた出力範囲とすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、前方に計測光、後方に９０度位相変調された参照光パルスが時分割光多重化された光パルスを計測用光多重パルスとして出力する構成としているので、干渉させる光の強度変動及び干渉させた後の光の強度変動による干渉出力に与える影響を除外することが可能になる。そのため、センサ入力となる参照光と計測光のレベルが一定に保つことができると共に、干渉動作点を両光の位相差が９０度に保つことができるなど、安定な動作を得ることが可能になる。さらに、センサ信号として変動できる位相範囲（許容範囲）を、±９０度を超えた範囲とすることが可能となる。
【００１０】
詳しくは、本発明によれば、干渉させる光の強度変動、干渉させた後の光の強度変動による干渉出力に与える影響はｃｏｓθを求めることにより、除外できる。また、本発明によれば、９０度異なる２つの参照光と計測光との２つの干渉出力として、２つのｃｏｓθを得ることにより、参照光と計測光との位相差がどこにあっても、歪の少ない出力を選択できることから、干渉計を構成する部品の精度、熱膨張による光路長の変動などの許容範囲を広げることができるため、製造コストを安くできる。
【００１１】
さらに、本発明によれば、周期ごとの位相変動分を積算して干渉出力にできるため、周期を短くすればするほど、積算数を増やすことができ、従来方式の±９０度の限度を超えて位相変動範囲を広げることができる。また、本発明によれば、位相変動範囲を広げることにより、センサとしての感度を高めること、ダイナミックレンジを広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る光ファイバセンサの構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る光ファイバセンサの動作例を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明では、干渉計の入力を周期性光パルスとし、参照光パルスの前半と後半で位相を９０度ずらせて、計測光パルスと干渉させることにより、２つの干渉出力ｉ、ｊを得て、その参照光と計測光とから２つの余弦信号ｃｏｓθｉ、ｃｏｓθｊを算出して余弦曲線上に位置を定め、その角度θｉ、θｊを求めることにより、干渉光のレベル、位相変動の影響を除外するとともに、１周期前との角度の差分を積算して出力することにより、センサ信号として変動できる位相範囲が±９０度を超えることを許容できるようにしている。
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る光ファイバセンサの構成例を示すブロック図であり、１は計測用光信号発生部、２はセンサ部、３は演算処理部を示している。
【００１６】
本発明に係る光ファイバセンサは、パルス幅ｔの周期性光パルスの前半を０度，後半を９０度位相変調してｔ時間遅延させた後の参照光パルスと上記光パルスを分波して得た計測光パルスとを合波した計測用光多重パルスｆ１を発生する計測用光信号発生部１と、計測用光多重パルスｆ１を第１分波と第２分波とに分波した後に、第２分波にセンサ信号として取り込む位相変化を与えると共にｔ時間遅延させた後の分波と第１分波とを合波した時分割多重光信号ｆ２を出力するセンサ部２と、干渉時の計測光と参照光との位相差をθとして、時分割多重光信号ｆ２から参照光位相０度における余弦信号ｃｏｓθ１と参照光位相９０度における余弦信号ｃｏｓθ２とを算出して余弦曲線上での角度θ１とθ２とを算出し、算出したθ１とθ２を要素とする信号θｓをセンサ出力とする演算処理部３と、を備えている。
【００１７】
上記時分割多重光信号ｆ２は、第１分波の前半分（Ｒ）、第１分波中の位相が０度の参照光部と第２分波中の計測光部分とが重なった第１光干渉部分（Ｉ１）、第１分波中の位相が９０度の参照光部と第２分波中の計測光部分とが重なった第２光干渉部分（Ｉ２）、及び第２分波の後半分（Ｓ）を信号成分として含む時分割多重光４信号（Ｒ、Ｉ１、Ｉ２、Ｓ）であり、演算処理部３では、時分割多重光４信号の４つの成分値（ｒ、ｉ１、ｉ２、ｓ）を得て、後述の演算式（数１、数２）によりｃｏｓθ１とｃｏｓθ２を算出する形態としている。
【００１８】
次に、図１に示される光ファイバセンサの各部１〜３の構成について詳細に説明する。
【００１９】
先ず、計測用光信号発生部１の構成について説明する。
【００２０】
計測用光信号発生部１は、電気信号パルスｇと光パルス信号ｂ（電気信号パルスａを変換した光パルス幅ｔの周期性光パルス）を発生するパルス信号発生手段としての「パルス信号発生器１１及び電気−光変換器１２」と、光パルス信号ｂを２波に分波し、一方を参照光パルスｃ１２、他方を計測光パルスｃ１１として送出する光分波手段としての「光分波器１３」と、上記参照光パルスｃ１２のパルス幅ｔの前半を０度、後半を９０度位相変調する位相変調手段としての「位相変換器１４」と、位相変調された参照光パルスｅ１をｔ時間遅延させる遅延手段としての「遅延ファイバ１５」と、遅延させた後の参照光パルスｄ１と光分波器１３により分波された計測光パルスｃ１１とを合波して出力する光合波手段としての「光合波器１６」と、を有して構成される。図１中の位相信号発生器１７は、パルス信号発生器１１からの電気信号パルスｇを駆動信号（位相信号）ｇ１として送出する位相信号発生手段であり、前述の位相変換器１４は、位相信号発生器１７からの駆動信号ｇにより駆動される構成としている。
【００２１】
本実施の形態では、計測用光信号発生部１は、光合波器１６により前述の参照光パルスｄ１と計測光パルスｃ１１とを合波し、前方に計測光、後方に９０度位相変調された参照光パルスを時分割光多重化して、計測用光多重パルスｆ１として出力する形態としている。
【００２２】
次に、センサ部２の構成について説明する。
【００２３】
センサ部２は、計測用光信号発生部１から出力される計測用光多重パルスｆ１を入力して一方と他方の２波ｃ２２、ｃ２１に分波する光分波手段としての「光分波器２１」と、一方の分波ｃ２２にセンサ信号として取り込む位相変化を与える位相変調手段としての「位相変換器２２」（及び「位相信号発生器２５」）と、位相変化を受けた分波ｅ２をｔ時間遅延させる遅延手段としての「遅延ファイバ２３」と、遅延させた後の分波ｄ２と他方の分波ｃ２１とを合波する光合波手段としての「光合波器２４」と、を有して構成される。
【００２４】
本実施の形態では、センサ部２は、光合波器２４により、上記分波ｄ２と分波ｃ２１とを合波することにより、前方に他方の分波ｃ２１の前半分（Ｒ）、中間に他方の分波ｃ２１の中の参照光前半部分（位相が０度の参照光部）と一方の分波ｃ２２の中の計測光部分とが重なった第１光干渉部分（Ｉ１）並びに他方の分波ｃ２１の中の参照光後半部分（位相が９０度の参照光部）と一方の分波ｃ２２の中の計測光部分とが重なった第２光干渉部分（Ｉ２）、及び、後方に一方の分波ｃ２２の後半分（Ｓ）を含む「時分割多重光４信号ｆ２（Ｒ、Ｉ１、Ｉ２、Ｓ）」として出力する形態としている。
【００２５】
次に、演算処理部３の構成について説明する。
【００２６】
演算処理部３は、センサ部２から出力される時分割多重光４信号ｆ２（Ｒ、Ｉ１、Ｉ２、Ｓ）を電気信号ｈ１に変換する光−電気変換手段としての「光−電気変換器３１」と、変換された電気信号ｈ１のデジタル値（ｒ、ｉ１、ｉ２、ｓ）をデジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）３２ａ〜３２ｄから得て、ホモダイン干渉時の参照光と計測光との位相差をθ（位相０度での位相差θ１，位相９０度での位相差θ２）として、参照光位相０度におけるｃｏｓθ１と参照光位相９０度におけるｃｏｓθ２を算出する第１信号処理手段としての「余弦回路３３」と、ｃｏｓθ１とｃｏｓθ２との大きさ比較と、ｃｏｓθ１とｃｏｓθ２との絶対値比較とにより、余弦曲線上にｃｏｓθ１とｃｏｓθ２の位置を定め、角度変換によりθ１とθ２を求め、１周期前に求めた角度変換をθ１ａ、θ２ａとして、１周期前との位相差θの差分（変化分）Δθ１＝θ１−θ１ａ、Δθ２＝θ２−θ２ａを求めて、Δθ１とΔθ２のうち、ｃｏｓθ１とｃｏｓθ２の絶対値比較で小さい方の差分をΔθとして選択し、毎周期のΔθの積算値θｓ（θｓ＝ΣΔθ）をセンサ出力とする第２信号処理手段としての「演算回路３４」と、を有して構成される。
【００２７】
本実施の形態では、第１信号処理手段としての余弦回路３３では、前述のｃｏｓθ１とｃｏｓθ２を次の数１、数２によって算出する形態としている。
【００２８】
（数１）
ｃｏｓθ１＝（ｉ１−ｒ−ｓ）／２√（ｒ・ｓ）
【００２９】
（数２）
ｃｏｓθ２＝（ｉ２−ｒ−ｓ）／２√（ｒ・ｓ）
但し、上記数１、数２において、ｒ、ｓ、ｉ１、ｉ２は、時分割多重光４信号ｆ２（Ｒ、Ｉ１、Ｉ２、Ｓ）のデジタル値であり、前述のように、ｒは、前述の分波ｃ２１の前半分（Ｒ）のデジタル値、ｓは、前述の分波ｃ２２の後半分（Ｓ）のデジタル値、ｉ１は、前述の分波ｃ２１の中の参照光前半（０度）部分と分波ｃ２２の中の計測光部分とが重なった第１光干渉部分のデジタル値、ｉ２は、前述の他方の分波ｃ２１の中の参照光後半（９０度）部分と分波ｃ２２の中の計測光部分とが重なった第２光干渉部分のデジタル値をそれぞれ示している。
【００３０】
次に、図１に示した光ファイバセンサの動作例を図２のタイムチャートを参照しながら説明する。以下、計測用光信号発生部１、センサ部２、及び演算処理部３の各動作について、順次説明する。
【００３１】
先ず、計測用光信号発生部１の動作例について説明する。
【００３２】
計測用光信号発生部１では、パルス信号発生器１１より、電気信号パルスａを電気−光変換器１２に、電気信号パルスｇを位相信号発生器１７に送る。
【００３３】
電気信号パルスａは、電気−光変換器１２でパルス幅ｔの光パルス信号ｂに変換され、光分波器１３でｃ１１（計測光パルス）とｃ１２（参照光パルス）の２つに分波される。
【００３４】
ｃ１１は光合波器１６に入力し、ｃ１２は、位相信号発生器１７からの駆動信号ｇ１により位相変換器１４でパルス幅ｔの前半が０度、後半が９０度位相変調され、ｅ１として遅延時間ｔの遅延ファイバ１５を経て、ｄ１として光合波器１６に入る。
【００３５】
光合波器１６の出力は、図２中のｆ１の信号例に示すように、計測光ｃ１１と参照光ｄ１が連なるパルス幅２ｔの時分割光多重パルスとなり、計測用光多重パルスｆ１として、一本の光ファイバを通してセンサ部２に送られる。
【００３６】
次に、センサ部２の動作例について説明する。
【００３７】
センサ部２では、計測用光信号発生部１から出力される上記計測用光多重パルスｆ１を入力する。その計測用光多重パルスｆ１は光分波器２１においてｃ２１とｃ２２に分波され、ｃ２１は参照光として光合波器２４に入力する。
【００３８】
ｃ２２は、位相信号発生器２５でセンサ信号を感知して、その出力ｇ２により位相変換器２２で光位相に変化を受け、ｅ２として遅延時間ｔの遅延ファイバ２３を経て、計測光ｄ２となり、光合波器２４に入る。
【００３９】
光合波器２４の出力は、図２中のｆ２の信号例に示すように、前方にｃ２１の前半部分（Ｒ）、中間にｃ２１の後半参照光部分とｄ２の前半計測光部分とが重なった、参照光０度との干渉部分（Ｉ１）と参照光９０度との干渉部分（Ｉ２）、後方にｄ２の後半部分（Ｓ）が配置された、３ｔ幅の時分割多重光４信号ｆ２として、光ファイバを経て演算処理部３に送られる。なお、図２中のｒ，ｉ１，ｉ２，ｓは、上記時分割多重光４信号ｆ２を構成する光信号Ｒ，Ｉ１，Ｉ２，Ｓのデジタル値（電気信号に変換した後、デジタル化した信号値）を示している。なお、時分割多重光４信号ｆ２は、信号の成分として上記４つの光信号Ｒ，Ｉ１，Ｉ２，Ｓを含んでいれば良く、その配置順序が異なるものも本発明に含まれる。
【００４０】
次に、演算処理部３の動作例について説明する。
【００４１】
演算処理部３では、センサ部２から出力される時分割多重光４信号ｆ２を入力する。その時分割多重光４信号ｆ２は、光−電気変換器３１において、包絡線検波され、電気信号ｈ１としてＲ、Ｉ１、Ｉ２、Ｓ相当部分は各デジタル変換器３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄでデジタル値ｒ、ｉ１、ｉ２、ｓに変換されて、余弦回路３３に入る。
【００４２】
余弦回路３３において、ｒ、ｉ１、ｉ２、ｓの入力から、ホモダイン干渉時の参照光と計測光との位相差をθとして、ｃｏｓθ１とｃｏｓθ２を算出し（前述の演算式（数１、数２）を参照）、演算回路３４に送る。
【００４３】
演算回路３４では、ｃｏｓθ１とｃｏｓθ２を用いて次の（１）〜（７）の処理を実行する。
（１）ｃｏｓθ１、ｃｏｓθ２について、絶対値が０に近い方を識別する。
（２）ｃｏｓθ１、ｃｏｓθ２について、その大小を比較、識別する。
（３）ｃｏｓθ１、ｃｏｓθ２が参照光位相で９０度離れていること、絶対値が０に近い側を基準として、２つの大小の条件から、余弦曲線上に２つの位置を定める。
（４）余弦曲線上の定められたｃｏｓθ１、ｃｏｓθ２位置を角度変換によりその角度θ１、θ２を求める。
（５）１周期前のｃｏｓθ１、ｃｏｓθ２の角度変換で得られた角度をθ１ａ、θ２ａとする。
（６）１周期前との位相変化の差分ΔθをΔθ１＝θ１−θ１ａ、Δθ２＝θ２−θ２ａとして求める。
（７）絶対値が０に近いとして基準とした側から求めたΔθを毎周期積算θｓ＝ΣΔθとし、センサ信号出力θｓとして出力する。
【００４４】
なお、本発明では、センサ信号による位相変動速度は、計測用光パルス幅に比べて、十分遅く計測用光パルス内では、位相変動は無視できるものとする。
【００４５】
（作用効果）
本発明では、１周期前との位相変化の差分Δθが±９０度以内であれば、ｃｏｓθ１、ｃｏｓθ２は余弦曲線上に正しく位置を定めることができる。
【００４６】
また、本発明では、周期の位相変化が±９０度以内であれば、それを積算することにより、位相変化の総変化量が復元できることから、積算回数を増やすことにより、従来方式の±９０度制限を超した位相変化量を出力でき、ダイナミックレンジを広げることができる。
【００４７】
なお、上述した実施の形態においては、参照光を９０度位相変化させる場合を例としたが、計測光を９０度位相変化させても同様の効果が得られる。また、上述した実施の形態においては、参照光の位相変化を９０度としたが、９０度前後で一定であれば、同様の効果が得られる。さらに、上述した実施の形態においては、光パルス幅ｔ、遅延ファイバの遅延時間ｔとしたが、近い値であれば同様の効果が得られる。
【００４８】
また、本発明の計測用光信号発生部の構成では、光パルスを２つに分波し、それを合波して光多重する構成を例としたが、その出力が０°、９０°に位相変化した部分と、位相が一定の部分とが連なる光信号を構成するものであれば、同様の効果を生むことができる。
【００４９】
また、上述した実施の形態においては、センサ部における干渉計の構成は、マッハ・ツェンダー方式で説明したが、マイケルソン方式の干渉計で構成しても、同様の動作が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、海底地震観測など、離れた場所、電源供給ができない場所、電磁雑音の影響を受け易い場所、温度環境が厳しい場所などに設置するセンサシステムに適する。
【符号の説明】
【００５１】
１ 計測用光信号発生部
２ センサ部
３ 演算処理部
１１ パルス信号発生器
１２ 電気−光変換器
１３，２１ 光分波器
１４，２２ 位相変換器
１５，２３ 遅延ファイバ
１６，２４ 光合波器
１７，２５ 位相信号発生器
３１ 光−電気変換器
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）
３３ 余弦回路
３４ 演算回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバが外圧により、そこを通過する光信号の位相に変化を及ぼす特性を利用した光ファイバセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバセンサは、電磁的影響を受けないことから、従来の電気信号センサに比べて、センサ信号を安定に長距離伝送することができる。光センサに利用される光干渉方式としては、同じ周波数の光を干渉させるホモダイン方式と、異なる周波数の光を干渉させるヘテロダイン方式がある。前者のホモダイン方式は構成が簡単、かつセンサ部分を無電源とすることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のホモダイン方式では、干渉入力となる参照光と計測光の強度変動及び干渉出力の光の強度変動は干渉出力信号の誤差となる欠点があった。また、従来のホモダイン方式では、参照光と計測光の位相関係が、位相差９０度に動作点を置くことが最も直線性の良い設定となるが、参照光と計測光の光路長を一定に保つには、高い工作精度を要すとともに、熱膨張に対しても一定関係を保つ必要があるなど、製造上の難しさがあった。さらに、従来のホモダイン方式では、参照光と計測光の位相差を９０度に置き、位相変動の最大は±９０度であり、これを超えることは原理上不可能であった。
【０００４】
本発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、干渉させる光の強度変動及び干渉させた後の光の強度変動による干渉出力に与える影響を除外することが可能になると共に、センサ信号として変動できる位相範囲が±９０度を超えることを許容する光ファイバセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、光干渉信号出力をセンサ信号とする光ファイバセンサに関するものであり、本発明の上記目的は、光パルス幅ｔの周期性光パルスを光分波器により参照光パルスと計測光パルスの２波に分波し、前記参照光パルスのパルス幅ｔの前半を０度、後半を９０度位相変調してｔ時間遅延させた後の参照光パルスと前記計測光パルスとを光合波器により合波し、前方に計測光、後方に９０度位相変調された参照光パルスが時分割光多重化された光パルスを計測用光多重パルスとして出力する計測用光信号発生部を備えることによって達成される。
【０００６】
さらに、本発明の上記目的は、前記計測用光多重パルスを光分波器により２波に分波し、一方の分波にセンサ信号として取り込む位相変化を与えてｔ時間遅延させた後に他方の分波と合波することにより、前方に前記他方の分波の前半分（Ｒ）、中間に前記他方の分波の中の参照光前半（０度）部分と前記一方の分波の中の計測光部分とが重なった第１光干渉部分（Ｉ１）並びに前記他方の分波の中の参照光後半（９０度）部分と前記一方の分波の中の計測光部分とが重なった第２光干渉部分（Ｉ２）、及び後方に前記一方の分波の後半分（Ｓ）を多重化させて、時分割多重光４信号（Ｒ、Ｉ１、Ｉ２、Ｓ）として出力するセンサ部を備えること、
前記時分割多重光４信号（Ｒ、Ｉ１、Ｉ２、Ｓ）を電気信号に変換し、電気信号値ｒ、ｉ１、ｉ２、ｓを得て、干渉時の計測光と参照光との位相差をθとして、参照光位相０度におけるｃｏｓθ１＝（ｉ１−ｒ−ｓ）／２√（ｒ・ｓ）と参照光位相９０度におけるｃｏｓθ２＝（ｉ２−ｒ−ｓ）／２√（ｒ・ｓ）を算出し、前記ｃｏｓθ１と前記ｃｏｓθ２との大きさ比較と、前記ｃｏｓθ１と前記ｃｏｓθ２との絶対値比較とにより、余弦曲線上に前記ｃｏｓθ１及び前記ｃｏｓθ２の位置を定め、角度変換によりθ１及びθ２を求め、１周期前に求めた角度変換をθ１ａ、θ２ａとして、１周期前との前記位相差θの差分Δθ１＝θ１−θ１ａ、Δθ２＝θ２−θ２ａを求めて、Δθ１とΔθ２のうち、前記ｃｏｓθ１と前記ｃｏｓθ２の絶対値比較で小さい方の差分をΔθとして選択し、毎周期の前記Δθの積算値θｓをセンサ出力とする演算処理部を備えること、
によってそれぞれ一層効果的に達成される。
【０００７】
本発明では、測定用の光信号として周期性光パルスを使用して、その周期ごとに参照光、計測光及びその干渉光から、参照光と計測光の位相差θとして、そのｃｏｓθを求める。
【０００８】
本発明では、９０度異なる２つの参照光と計測光との２つの干渉出力から、９０度異なる２つのｃｏｓθを得る。また、本発明では、９０度異なる参照光と計測光から２つのｃｏｓθが得られ、そのどちらかは常に直線性の良い領域（±１／√２以内）にある。そして、本発明では、９０度異なる参照光と計測光との２つの干渉光より得られる２つのｃｏｓθの条件比較から、余弦曲線上に２つのｃｏｓθ位置が、正しく定められる。また、本発明では、１周期前の余弦曲線上のｃｏｓθとの位置の変化を位相差で求めることにより、その周期の間のおける位相変動分を検出する。さらに、本発明では、ｃｏｓθの周期ごとの位相変動分を積算するとすることにより、±９０度を超えた出力範囲とすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、前方に計測光、後方に９０度位相変調された参照光パルスが時分割光多重化された光パルスを計測用光多重パルスとして出力する構成としているので、干渉させる光の強度変動及び干渉させた後の光の強度変動による干渉出力に与える影響を除外することが可能になる。そのため、センサ入力となる参照光と計測光のレベルが一定に保つことができると共に、干渉動作点を両光の位相差が９０度に保つことができるなど、安定な動作を得ることが可能になる。さらに、センサ信号として変動できる位相範囲（許容範囲）を、±９０度を超えた範囲とすることが可能となる。
【００１０】
詳しくは、本発明によれば、干渉させる光の強度変動、干渉させた後の光の強度変動による干渉出力に与える影響はｃｏｓθを求めることにより、除外できる。また、本発明によれば、９０度異なる２つの参照光と計測光との２つの干渉出力として、２つのｃｏｓθを得ることにより、参照光と計測光との位相差がどこにあっても、歪の少ない出力を選択できることから、干渉計を構成する部品の精度、熱膨張による光路長の変動などの許容範囲を広げることができるため、製造コストを安くできる。
【００１１】
さらに、本発明によれば、周期ごとの位相変動分を積算して干渉出力にできるため、周期を短くすればするほど、積算数を増やすことができ、従来方式の±９０度の限度を超えて位相変動範囲を広げることができる。また、本発明によれば、位相変動範囲を広げることにより、センサとしての感度を高めること、ダイナミックレンジを広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る光ファイバセンサの構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る光ファイバセンサの動作例を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明では、干渉計の入力を周期性光パルスとし、参照光パルスの前半と後半で位相を９０度ずらせて、計測光パルスと干渉させることにより、２つの干渉出力ｉ、ｊを得て、その参照光と計測光とから２つの余弦信号ｃｏｓθｉ、ｃｏｓθｊを算出して余弦曲線上に位置を定め、その角度θｉ、θｊを求めることにより、干渉光のレベル、位相変動の影響を除外するとともに、１周期前との角度の差分を積算して出力することにより、センサ信号として変動できる位相範囲が±９０度を超えることを許容できるようにしている。
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る光ファイバセンサの構成例を示すブロック図であり、１は計測用光信号発生部、２はセンサ部、３は演算処理部を示している。
【００１６】
本発明に係る光ファイバセンサは、パルス幅ｔの周期性光パルスの前半を０度，後半を９０度位相変調してｔ時間遅延させた後の参照光パルスと上記光パルスを分波して得た計測光パルスとを合波した計測用光多重パルスｆ１を発生する計測用光信号発生部１と、計測用光多重パルスｆ１を第１分波と第２分波とに分波した後に、第２分波にセンサ信号として取り込む位相変化を与えると共にｔ時間遅延させた後の分波と第１分波とを合波した時分割多重光信号ｆ２を出力するセンサ部２と、干渉時の計測光と参照光との位相差をθとして、時分割多重光信号ｆ２から参照光位相０度における余弦信号ｃｏｓθ１と参照光位相９０度における余弦信号ｃｏｓθ２とを算出して余弦曲線上での角度θ１とθ２とを算出し、算出したθ１とθ２を要素とする信号θｓをセンサ出力とする演算処理部３と、を備えている。
【００１７】
上記時分割多重光信号ｆ２は、第１分波の前半分（Ｒ）、第１分波中の位相が０度の参照光部と第２分波中の計測光部分とが重なった第１光干渉部分（Ｉ１）、第１分波中の位相が９０度の参照光部と第２分波中の計測光部分とが重なった第２光干渉部分（Ｉ２）、及び第２分波の後半分（Ｓ）を信号成分として含む時分割多重光４信号（Ｒ、Ｉ１、Ｉ２、Ｓ）であり、演算処理部３では、時分割多重光４信号の４つの成分値（ｒ、ｉ１、ｉ２、ｓ）を得て、後述の演算式（数１、数２）によりｃｏｓθ１とｃｏｓθ２を算出する形態としている。
【００１８】
次に、図１に示される光ファイバセンサの各部１〜３の構成について詳細に説明する。
【００１９】
先ず、計測用光信号発生部１の構成について説明する。
【００２０】
計測用光信号発生部１は、電気信号パルスｇと光パルス信号ｂ（電気信号パルスａを変換した光パルス幅ｔの周期性光パルス）を発生するパルス信号発生手段としての「パルス信号発生器１１及び電気−光変換器１２」と、光パルス信号ｂを２波に分波し、一方を参照光パルスｃ１２、他方を計測光パルスｃ１１として送出する光分波手段としての「光分波器１３」と、上記参照光パルスｃ１２のパルス幅ｔの前半を０度、後半を９０度位相変調する位相変調手段としての「位相変換器１４」と、位相変調された参照光パルスｅ１をｔ時間遅延させる遅延手段としての「遅延ファイバ１５」と、遅延させた後の参照光パルスｄ１と光分波器１３により分波された計測光パルスｃ１１とを合波して出力する光合波手段としての「光合波器１６」と、を有して構成される。図１中の位相信号発生器１７は、パルス信号発生器１１からの電気信号パルスｇを駆動信号（位相信号）ｇ１として送出する位相信号発生手段であり、前述の位相変換器１４は、位相信号発生器１７からの駆動信号ｇにより駆動される構成としている。
【００２１】
本実施の形態では、計測用光信号発生部１は、光合波器１６により前述の参照光パルスｄ１と計測光パルスｃ１１とを合波し、前方に計測光、後方に９０度位相変調された参照光パルスを時分割光多重化して、計測用光多重パルスｆ１として出力する形態としている。
【００２２】
次に、センサ部２の構成について説明する。
【００２３】
センサ部２は、計測用光信号発生部１から出力される計測用光多重パルスｆ１を入力して一方と他方の２波ｃ２２、ｃ２１に分波する光分波手段としての「光分波器２１」と、一方の分波ｃ２２にセンサ信号として取り込む位相変化を与える位相変調手段としての「位相変換器２２」（及び「位相信号発生器２５」）と、位相変化を受けた分波ｅ２をｔ時間遅延させる遅延手段としての「遅延ファイバ２３」と、遅延させた後の分波ｄ２と他方の分波ｃ２１とを合波する光合波手段としての「光合波器２４」と、を有して構成される。
【００２４】
本実施の形態では、センサ部２は、光合波器２４により、上記分波ｄ２と分波ｃ２１とを合波することにより、前方に他方の分波ｃ２１の前半分（Ｒ）、中間に他方の分波ｃ２１の中の参照光前半部分（位相が０度の参照光部）と一方の分波ｃ２２の中の計測光部分とが重なった第１光干渉部分（Ｉ１）並びに他方の分波ｃ２１の中の参照光後半部分（位相が９０度の参照光部）と一方の分波ｃ２２の中の計測光部分とが重なった第２光干渉部分（Ｉ２）、及び、後方に一方の分波ｃ２２の後半分（Ｓ）を含む「時分割多重光４信号ｆ２（Ｒ、Ｉ１、Ｉ２、Ｓ）」として出力する形態としている。
【００２５】
次に、演算処理部３の構成について説明する。
【００２６】
演算処理部３は、センサ部２から出力される時分割多重光４信号ｆ２（Ｒ、Ｉ１、Ｉ２、Ｓ）を電気信号ｈ１に変換する光−電気変換手段としての「光−電気変換器３１」と、変換された電気信号ｈ１のデジタル値（ｒ、ｉ１、ｉ２、ｓ）をデジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）３２ａ〜３２ｄから得て、ホモダイン干渉時の参照光と計測光との位相差をθ（位相０度での位相差θ１，位相９０度での位相差θ２）として、参照光位相０度におけるｃｏｓθ１と参照光位相９０度におけるｃｏｓθ２を算出する第１信号処理手段としての「余弦回路３３」と、ｃｏｓθ１とｃｏｓθ２との大きさ比較と、ｃｏｓθ１とｃｏｓθ２との絶対値比較とにより、余弦曲線上にｃｏｓθ１とｃｏｓθ２の位置を定め、角度変換によりθ１とθ２を求め、１周期前に求めた角度変換をθ１ａ、θ２ａとして、１周期前との位相差θの差分（変化分）Δθ１＝θ１−θ１ａ、Δθ２＝θ２−θ２ａを求めて、Δθ１とΔθ２のうち、ｃｏｓθ１とｃｏｓθ２の絶対値比較で小さい方の差分をΔθとして選択し、毎周期のΔθの積算値θｓ（θｓ＝ΣΔθ）をセンサ出力とする第２信号処理手段としての「演算回路３４」と、を有して構成される。
【００２７】
本実施の形態では、第１信号処理手段としての余弦回路３３では、前述のｃｏｓθ１とｃｏｓθ２を次の数１、数２によって算出する形態としている。
【００２８】
（数１）
ｃｏｓθ１＝（ｉ１−ｒ−ｓ）／２√（ｒ・ｓ）
【００２９】
（数２）
ｃｏｓθ２＝（ｉ２−ｒ−ｓ）／２√（ｒ・ｓ）
但し、上記数１、数２において、ｒ、ｓ、ｉ１、ｉ２は、時分割多重光４信号ｆ２（Ｒ、Ｉ１、Ｉ２、Ｓ）のデジタル値であり、前述のように、ｒは、前述の分波ｃ２１の前半分（Ｒ）のデジタル値、ｓは、前述の分波ｃ２２の後半分（Ｓ）のデジタル値、ｉ１は、前述の分波ｃ２１の中の参照光前半（０度）部分と分波ｃ２２の中の計測光部分とが重なった第１光干渉部分のデジタル値、ｉ２は、前述の他方の分波ｃ２１の中の参照光後半（９０度）部分と分波ｃ２２の中の計測光部分とが重なった第２光干渉部分のデジタル値をそれぞれ示している。
【００３０】
次に、図１に示した光ファイバセンサの動作例を図２のタイムチャートを参照しながら説明する。以下、計測用光信号発生部１、センサ部２、及び演算処理部３の各動作について、順次説明する。
【００３１】
先ず、計測用光信号発生部１の動作例について説明する。
【００３２】
計測用光信号発生部１では、パルス信号発生器１１より、電気信号パルスａを電気−光変換器１２に、電気信号パルスｇを位相信号発生器１７に送る。
【００３３】
電気信号パルスａは、電気−光変換器１２でパルス幅ｔの光パルス信号ｂに変換され、光分波器１３でｃ１１（計測光パルス）とｃ１２（参照光パルス）の２つに分波される。
【００３４】
ｃ１１は光合波器１６に入力し、ｃ１２は、位相信号発生器１７からの駆動信号ｇ１により位相変換器１４でパルス幅ｔの前半が０度、後半が９０度位相変調され、ｅ１として遅延時間ｔの遅延ファイバ１５を経て、ｄ１として光合波器１６に入る。
【００３５】
光合波器１６の出力は、図２中のｆ１の信号例に示すように、計測光ｃ１１と参照光ｄ１が連なるパルス幅２ｔの時分割光多重パルスとなり、計測用光多重パルスｆ１として、一本の光ファイバを通してセンサ部２に送られる。
【００３６】
次に、センサ部２の動作例について説明する。
【００３７】
センサ部２では、計測用光信号発生部１から出力される上記計測用光多重パルスｆ１を入力する。その計測用光多重パルスｆ１は光分波器２１においてｃ２１とｃ２２に分波され、ｃ２１は参照光として光合波器２４に入力する。
【００３８】
ｃ２２は、位相信号発生器２５でセンサ信号を感知して、その出力ｇ２により位相変換器２２で光位相に変化を受け、ｅ２として遅延時間ｔの遅延ファイバ２３を経て、計測光ｄ２となり、光合波器２４に入る。
【００３９】
光合波器２４の出力は、図２中のｆ２の信号例に示すように、前方にｃ２１の前半部分（Ｒ）、中間にｃ２１の後半参照光部分とｄ２の前半計測光部分とが重なった、参照光０度との干渉部分（Ｉ１）と参照光９０度との干渉部分（Ｉ２）、後方にｄ２の後半部分（Ｓ）が配置された、３ｔ幅の時分割多重光４信号ｆ２として、光ファイバを経て演算処理部３に送られる。なお、図２中のｒ，ｉ１，ｉ２，ｓは、上記時分割多重光４信号ｆ２を構成する光信号Ｒ，Ｉ１，Ｉ２，Ｓのデジタル値（電気信号に変換した後、デジタル化した信号値）を示している。なお、時分割多重光４信号ｆ２は、信号の成分として上記４つの光信号Ｒ，Ｉ１，Ｉ２，Ｓを含んでいれば良く、その配置順序が異なるものも本発明に含まれる。
【００４０】
次に、演算処理部３の動作例について説明する。
【００４１】
演算処理部３では、センサ部２から出力される時分割多重光４信号ｆ２を入力する。その時分割多重光４信号ｆ２は、光−電気変換器３１において、包絡線検波され、電気信号ｈ１としてＲ、Ｉ１、Ｉ２、Ｓ相当部分は各デジタル変換器３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄでデジタル値ｒ、ｉ１、ｉ２、ｓに変換されて、余弦回路３３に入る。
【００４２】
余弦回路３３において、ｒ、ｉ１、ｉ２、ｓの入力から、ホモダイン干渉時の参照光と計測光との位相差をθとして、ｃｏｓθ１とｃｏｓθ２を算出し（前述の演算式（数１、数２）を参照）、演算回路３４に送る。
【００４３】
演算回路３４では、ｃｏｓθ１とｃｏｓθ２を用いて次の（１）〜（７）の処理を実行する。
（１）ｃｏｓθ１、ｃｏｓθ２について、絶対値が０に近い方を識別する。
（２）ｃｏｓθ１、ｃｏｓθ２について、その大小を比較、識別する。
（３）ｃｏｓθ１、ｃｏｓθ２が参照光位相で９０度離れていること、絶対値が０に近い側を基準として、２つの大小の条件から、余弦曲線上に２つの位置を定める。
（４）余弦曲線上の定められたｃｏｓθ１、ｃｏｓθ２位置を角度変換によりその角度θ１、θ２を求める。
（５）１周期前のｃｏｓθ１、ｃｏｓθ２の角度変換で得られた角度をθ１ａ、θ２ａとする。
（６）１周期前との位相変化の差分ΔθをΔθ１＝θ１−θ１ａ、Δθ２＝θ２−θ２ａとして求める。
（７）絶対値が０に近いとして基準とした側から求めたΔθを毎周期積算θｓ＝ΣΔθとし、センサ信号出力θｓとして出力する。
【００４４】
なお、本発明では、センサ信号による位相変動速度は、計測用光パルス幅に比べて、十分遅く計測用光パルス内では、位相変動は無視できるものとする。
【００４５】
（作用効果）
本発明では、１周期前との位相変化の差分Δθが±９０度以内であれば、ｃｏｓθ１、ｃｏｓθ２は余弦曲線上に正しく位置を定めることができる。
【００４６】
また、本発明では、周期の位相変化が±９０度以内であれば、それを積算することにより、位相変化の総変化量が復元できることから、積算回数を増やすことにより、従来方式の±９０度制限を超した位相変化量を出力でき、ダイナミックレンジを広げることができる。
【００４７】
なお、上述した実施の形態においては、参照光を９０度位相変化させる場合を例としたが、計測光を９０度位相変化させても同様の効果が得られる。また、上述した実施の形態においては、参照光の位相変化を９０度としたが、９０度前後で一定であれば、同様の効果が得られる。さらに、上述した実施の形態においては、光パルス幅ｔ、遅延ファイバの遅延時間ｔとしたが、近い値であれば同様の効果が得られる。
【００４８】
また、本発明の計測用光信号発生部の構成では、光パルスを２つに分波し、それを合波して光多重する構成を例としたが、その出力が０°、９０°に位相変化した部分と、位相が一定の部分とが連なる光信号を構成するものであれば、同様の効果を生むことができる。
【００４９】
また、上述した実施の形態においては、センサ部における干渉計の構成は、マッハ・ツェンダー方式で説明したが、マイケルソン方式の干渉計で構成しても、同様の動作が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、海底地震観測など、離れた場所、電源供給ができない場所、電磁雑音の影響を受け易い場所、温度環境が厳しい場所などに設置するセンサシステムに適する。
【符号の説明】
【００５１】
１ 計測用光信号発生部
２ センサ部
３ 演算処理部
１１ パルス信号発生器
１２ 電気−光変換器
１３，２１ 光分波器
１４，２２ 位相変換器
１５，２３ 遅延ファイバ
１６，２４ 光合波器
１７，２５ 位相信号発生器
３１ 光−電気変換器
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）
３３ 余弦回路
３４ 演算回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光パルス幅ｔの周期性光パルスを光分波器により参照光パルスと計測光パルスの２波に分波し、前記参照光パルスのパルス幅ｔの前半を０度、後半を９０度位相変調してｔ時間遅延させた後の参照光パルスと前記計測光パルスとを光合波器により合波し、前方に計測光、後方に９０度位相変調された参照光パルスが時分割光多重化された光パルスを計測用光多重パルスとして出力する計測用光信号発生部を備えたことを特徴とする光ファイバセンサ。
【請求項２】
前記計測用光多重パルスを光分波器により２波に分波し、一方の分波にセンサ信号として取り込む位相変化を与えてｔ時間遅延させた後に他方の分波と合波することにより、前方に前記他方の分波の前半分（Ｒ）、中間に前記他方の分波の中の参照光前半（０度）部分と前記一方の分波の中の計測光部分とが重なった第１光干渉部分（Ｉ１）並びに前記他方の分波の中の参照光後半（９０度）部分と前記一方の分波の中の計測光部分とが重なった第２光干渉部分（Ｉ２）、及び後方に前記一方の分波の後半分（Ｓ）を多重化させて、時分割多重光４信号（Ｒ、Ｉ１、Ｉ２、Ｓ）として出力するセンサ部を備えることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバセンサ。
【請求項３】
前記時分割多重光４信号（Ｒ、Ｉ１、Ｉ２、Ｓ）を電気信号に変換し、電気信号値ｒ、ｉ１、ｉ２、ｓを得て、干渉時の計測光と参照光との位相差をθとして、参照光位相０度におけるｃｏｓθ１＝（ｉ１−ｒ−ｓ）／２√（ｒ・ｓ）と参照光位相９０度におけるｃｏｓθ２＝（ｉ２−ｒ−ｓ）／２√（ｒ・ｓ）を算出し、前記ｃｏｓθ１と前記ｃｏｓθ２との大きさ比較と、前記ｃｏｓθ１と前記ｃｏｓθ２との絶対値比較とにより、余弦曲線上に前記ｃｏｓθ１及び前記ｃｏｓθ２の位置を定め、角度変換によりθ１及びθ２を求め、１周期前に求めた角度変換をθ１ａ、θ２ａとして、１周期前との前記位相差θの差分Δθ１＝θ１−θ１ａ、Δθ２＝θ２−θ２ａを求めて、Δθ１とΔθ２のうち、前記ｃｏｓθ１と前記ｃｏｓθ２の絶対値比較で小さい方の差分をΔθとして選択し、毎周期の前記Δθの積算値θｓをセンサ出力とする演算処理部を備えることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバセンサ。
【請求項１】
光パルス幅ｔの周期性光パルスを光分波器により参照光パルスと計測光パルスの２波に分波し、前記参照光パルスのパルス幅ｔの前半を０度、後半を９０度位相変調してｔ時間遅延させた後の参照光パルスと前記計測光パルスとを光合波器により合波し、前方に計測光、後方に９０度位相変調された参照光パルスが時分割光多重化された光パルスを計測用光多重パルスとして出力する計測用光信号発生部を備えたことを特徴とする光ファイバセンサ。
【請求項２】
前記計測用光多重パルスを光分波器により２波に分波し、一方の分波にセンサ信号として取り込む位相変化を与えてｔ時間遅延させた後に他方の分波と合波することにより、前方に前記他方の分波の前半分（Ｒ）、中間に前記他方の分波の中の参照光前半（０度）部分と前記一方の分波の中の計測光部分とが重なった第１光干渉部分（Ｉ１）並びに前記他方の分波の中の参照光後半（９０度）部分と前記一方の分波の中の計測光部分とが重なった第２光干渉部分（Ｉ２）、及び後方に前記一方の分波の後半分（Ｓ）を多重化させて、時分割多重光４信号（Ｒ、Ｉ１、Ｉ２、Ｓ）として出力するセンサ部を備えることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバセンサ。
【請求項３】
前記時分割多重光４信号（Ｒ、Ｉ１、Ｉ２、Ｓ）を電気信号に変換し、電気信号値ｒ、ｉ１、ｉ２、ｓを得て、干渉時の計測光と参照光との位相差をθとして、参照光位相０度におけるｃｏｓθ１＝（ｉ１−ｒ−ｓ）／２√（ｒ・ｓ）と参照光位相９０度におけるｃｏｓθ２＝（ｉ２−ｒ−ｓ）／２√（ｒ・ｓ）を算出し、前記ｃｏｓθ１と前記ｃｏｓθ２との大きさ比較と、前記ｃｏｓθ１と前記ｃｏｓθ２との絶対値比較とにより、余弦曲線上に前記ｃｏｓθ１及び前記ｃｏｓθ２の位置を定め、角度変換によりθ１及びθ２を求め、１周期前に求めた角度変換をθ１ａ、θ２ａとして、１周期前との前記位相差θの差分Δθ１＝θ１−θ１ａ、Δθ２＝θ２−θ２ａを求めて、Δθ１とΔθ２のうち、前記ｃｏｓθ１と前記ｃｏｓθ２の絶対値比較で小さい方の差分をΔθとして選択し、毎周期の前記Δθの積算値θｓをセンサ出力とする演算処理部を備えることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバセンサ。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−２４２３８３（Ｐ２０１１−２４２３８３Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３０４２２（Ｐ２０１１−３０４２２）
【出願日】平成２３年２月１６日（２０１１．２．１６）
【出願人】（５０８３６０９０３）白山工業株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１６日（２０１１．２．１６）
【出願人】（５０８３６０９０３）白山工業株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
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