干渉型光ファイバセンサシステム
【課題】信号の復調を可能とする位相変化速度を向上する。
【解決手段】パルス光を出力するパルス光源１と、物理量を検知するセンシングファイバ１１ａ、およびセンシングファイバ１１ａと伝搬遅延時間（τｄ）が等しい遅延補償ファイバ３０ａを有し、パルス光源１からのパルス光を干渉させる干渉計５と、干渉計５からの干渉光をサンプリングして物理量に対応する信号φを検出する検出部と、を備え、パルス光源１は、センシングファイバ１１ａにパルス光が入力してから出力されるまでの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期で、パルス光を出力し、検出部は、センシングファイバ１１ａの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期で、干渉光をサンプリングする。
【解決手段】パルス光を出力するパルス光源１と、物理量を検知するセンシングファイバ１１ａ、およびセンシングファイバ１１ａと伝搬遅延時間（τｄ）が等しい遅延補償ファイバ３０ａを有し、パルス光源１からのパルス光を干渉させる干渉計５と、干渉計５からの干渉光をサンプリングして物理量に対応する信号φを検出する検出部と、を備え、パルス光源１は、センシングファイバ１１ａにパルス光が入力してから出力されるまでの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期で、パルス光を出力し、検出部は、センシングファイバ１１ａの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期で、干渉光をサンプリングする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、さまざまな物理量を検出することが可能な干渉型光ファイバセンサシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の干渉型光ファイバセンサシステムの一例として、検出する信号をセンシングファイバの歪みに変え、センシングファイバをアームとする光ファイバ干渉計を構成して信号を検出するものがある。前記干渉型光ファイバセンサシステムは、さまざまな物理量を検出することが可能あり、例えば、非特許文献１に記載の磁気信号を検出するセンサや、非特許文献２に記載の音響信号を検出するセンサなどがある。また、干渉型光ファイバセンサシステムの復調方式は、例えば、非特許文献１に示されているＰＧＣ（Phase Generated Carrier）方式や、非特許文献２に示されているヘテロダイン方式などがある。
【０００３】
ここで、ＰＧＣ方式を用いた従来の干渉型光ファイバセンサシステムの動作原理を、図５を用いて説明する。ＰＧＣ方式は、例えば非特許文献１に記載されている復調方式（以下、従来技術１と記す）である。
パルス光源１から出力されるパルス光が光カプラ１０で２つに分割され、ミラー１２ａ、１２ｂで反射する。この際、一方はセンシングファイバ１１ａを通過してセンシング光となり（経路ＡＣ）、もう一方はリファレンスファイバ１１ｂを通過してリファレンス光となる（経路ＡＢ）。センシング光はセンシングファイバ１１ａを通過するときに、センシングファイバに加わる信号φで位相変調される。
光カプラ１０で２つに分割されたパルス光の一方は、センシングファイバ１１ａの伝搬遅延τｄで２つのパルスとなって伝送され、それぞれが光カプラ３２で２つに分割され、ミラー３１ａ、３１ｂで反射する。この際、一方は遅延補償ファイバ３０ａを通過してから反射し、もう一方は光ファイバ３０ｂを通過して反射してＯ／Ｅ変換器３３に入力する。
【０００４】
図５のパルス波形は、各経路を通過したパルス光の波形を示している。Ａは、パルス光源１の出力であるＡの位置を通過するパルス波形である。パルス光源１から出力される順に１，２，３・・・の番号を付与した。パルス波形ＡＢＤＥＧは、Ｏ／Ｅ変換器３３に入力するパルス波形Ｇの内、経路ＡＢＤＥＧを伝搬した成分である。到達する順にａ１，ａ２，ａ３・・・の番号を付与した。パルス波形ＡＢＤＦＧ、パルス波形ＡＣＤＥＧ、パルス波形ＡＣＤＦＧもそれぞれの経路を伝搬してＯ／Ｅ変換器３３に入力するパルスの成分であり、到達する順に番号を付与した。
【０００５】
センシングファイバ１１ａの往復伝搬時間（伝搬遅延時間τｄ）と遅延補償ファイバ３０ａの往復伝搬時間とを等しくすることで、パルスｂｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とが重なり干渉パルスｂｉ＋ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）となる。
遅延補償ファイバ３０ａは圧電子３４で正弦波状の歪みが加えられているため、干渉光にＰＧＣが発生する。復調器７０ではＯ／Ｅ変換器３３から出力されるｂｉ＋ｃｉにタイミングを合わせてサンプリングすることで出力を得て、センシングファイバ１１ａで検出した信号を復調する。干渉パルスｂｉ＋ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）は、パルス光源１から出力した同一のパルスが分岐したパルスであるためレーザの位相雑音が最小になる。
【０００６】
復調器７０では、先ずＰＧＣ信号発生器４０の出力周波数でＯ／Ｅ変換器３３の出力をＡＭ復調するＡＭ復調器５１ａでｓｉｎφを得る。ここでφはセンシングファイバ１１ａを通過した光の位相で位相変調された信号を含んでいる。ＡＭ復調器５１ｂではＰＧＣ信号発生器４０出力周波数の２倍の周波数でＯ／Ｅ変換器３３の出力をＡＭ復調することでｃｏｓφを得る。得られたｓｉｎφとｃｏｓφから逆正接演算器５３で逆正接を演算し、不連続点補償演算器５４で逆正接演算の不連続点を連結することでφを得る。不連続点の連結は複数ある逆正接の解の中から１つ前のパルスの演算結果と比較して最も差が小さい解を選択するもので、例えば逆正接の出力が＋π［ｒａｄ］を越えて−π［ｒａｄ］側に移ったときに２πを加えることでφが連続した出力になるように不連続点を補償するものである。
【０００７】
次に、ヘテロダイン方式を用いた従来の干渉型光ファイバセンサシステムの動作原理を、図６を用いて説明する。ヘテロダイン方式は、例えば非特許文献２に記載されている復調方式（以下、従来技術２と記す）である。
パルス光源１から出力されるパルス光が光カプラ２０で２つに分割され、一方のパルス光を遅延補償ファイバ２０ａにより遅延させ、もう一方のパルス光の周波数を光周波数シフタ２２によりシフトさせてから光カプラ２３で結合する。次に光カプラ１０で２つに分割され、ミラー１２ａ、１２ｂで反射する。この際、一方はセンシングファイバ１１ａを通過してセンシング光となり、もう一方はリファレンスファイバ１１ｂを通過してリファレンス光となる。センシング光はセンシングファイバ１１ａを通過するときに、センシングファイバに加わる信号φで位相変調される。光カプラ１０に戻ったパルス光はＯ／Ｅ変換器３３に入力する。
【０００８】
図６のパルス波形は、各経路を通過したパルス光の波形を示している。Ａは、パルス光源１の出力であるＡの位置を通過するパルス波形である。パルス光源１から出力される順に１，２，３・・・の番号を付与した。パルス波形ＡＢＤＥＧは、Ｏ／Ｅ変換器３３に入力するパルス波形Ｇの内、経路ＡＢＤＥＧを伝搬した成分である。到達する順にａ１，ａ２，ａ３・・・の番号を付与した。パルス波形ＡＢＤＦＧ、パルス波形ＡＣＤＥＧ、パルス波形ＡＣＤＦＧもそれぞれの経路を伝搬してＯ／Ｅ変換器３３に入力するパルスの成分であり、到達する順に番号を付与した。
【０００９】
光カプラ１０に戻ったパルス光の内、経路ＡＢＤＦＧを伝搬した成分と経路ＡＣＤＥＧを伝搬した成分が干渉して干渉パルスとなる。
干渉させるパルス光の一方を周波数シフトさせたことで、Ｏ／Ｅ変換器３３の出力の干渉パルスに現れる光ビート（光周波数シフタでシフトする周波数の成分）を復調器７２で位相復調することでセンシングファイバ１１ａで検出した信号を得る。
干渉パルスｂｉ＋ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）は光源から出力した同一のパルスが分岐したパルスであるためレーザの位相雑音が最小になる。
【００１０】
従来技術２の復調器７２では、オシレータ２６の出力を参照信号とする同期検波器５６ａとオシレータ２６の出力の位相をπ／２［ｒａｄ］シフトさせた参照信号とする同期検波器５６ｂでｓｉｎφとｃｏｓφを得る。逆正接演算器５３と不連続点補償演算器５４は上記従来技術１と同様に動作する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】JJAP Vol. 46, No. 2 “Design of Fiber-Optic Magnetometer Utilizing Magnetostriction"
【非特許文献２】JASA Vol. 115, No. 6 “Acoustic Performance of a lage-aperture, seabed, fiber-optic hydrophone array"
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
センシングファイバ１１ａの感度が高い場合、センシングファイバ１１ａに入力する信号φの振幅が大きい場合、またはセンシングファイバ１１ａに入力する信号φの周波数が高い場合、センシングファイバ１１ａで変調された光の位相変化が速くなる。
復調の際には、Ｏ／Ｅ変換器３３から出力される干渉パルスが繰返し得られる周期でサンプリングして位相復調するため、サンプリング１周期の間の光の位相変化がπ［ｒａｄ］を超えると復調できなくなる。このように復調が正しくできなくなる一例を図７に示す。
図７は正弦波信号が入力した場合の出力波形の例を示す図である。実線は位相φに換算した入力信号、●は離散的に得られる出力である。例１は正常に入力信号を検出している例、例２は入力信号の周波数が高いために復調できなくなった例である。例２の図中に符号Ａで示した２つ目の出力は、図中に矢印で示した２つ目の出力のタイミングの入力が１つ目の出力からπ［ｒａｄ］を超えたため、不連続点の連結が正しく働かなくなり、結果として入力と異なる波形を出力することを示している。
【００１３】
従来の技術においては、正常な復調を補償するため、検出できる信号の振幅や周波数に制限を設けるか、位相変化速度が復調できる範囲におさまるようにセンシングファイバの感度を抑えなければならなかった。特に、センシングファイバを長くして感度を高くする場合に、サンプリング周期は長くなり、信号の位相変化は速くなるため、避けがたい問題となった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明に係る干渉型光ファイバセンサシステムは、パルス光を出力する光源と、物理量を検知するセンシングファイバ、および前記センシングファイバと伝搬遅延時間（τｄ）が等しい遅延補償ファイバを有し、前記光源からのパルス光を干渉させる干渉計と、前記干渉計からの干渉光をサンプリングして前記物理量に対応する測定信号を検出する検出部と、を備え、前記光源は、前記センシングファイバに前記パルス光が入力してから出力されるまでの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期で、前記パルス光を出力し、前記検出部は、前記センシングファイバの前記伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期で、前記干渉光をサンプリングするものである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明に係る干渉型光ファイバセンサシステムは、信号の復調を可能とする位相変化速度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態１に係る干渉型光ファイバセンサシステムの構成とパルス波形を示す図である。
【図２】実施の形態２に係る干渉型光ファイバセンサシステムの構成とパルス波形を示す図である。
【図３】実施の形態３に係る干渉型光ファイバセンサシステムの構成を示す図である。
【図４】実施の形態３に係る干渉型光ファイバセンサシステムのパルス波形を示す図である。
【図５】従来技術１の構成とパルス波形を示す図である。
【図６】従来技術２の構成とパルス波形を示す図である。
【図７】正弦波信号が入力した場合の出力波形の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
（構成）
図１は実施の形態１に係る干渉型光ファイバセンサシステムの構成とパルス波形を示す図である。
本実施の形態１における干渉型光ファイバセンサシステムは、復調方式にＰＧＣ方式を用いるものである。
以下、上述した従来技術１との相違点を中心に説明する。
【００１８】
本実施の形態１における干渉型光ファイバセンサシステムは、従来技術１と同様に、パルス光を発生するパルス光源１と、パルス光源１からのパルス光を干渉させる干渉計５と、ＰＧＣ信号を発生するＰＧＣ信号発生器４０と、干渉光を電気信号に変換するＯ／Ｅ変換器３３と、物理量に対応する信号φの抽出等を行う復調器７０と、を備えている。
【００１９】
干渉計５は、光ファイバ１ａ、光カプラ１０、センシングファイバ１１ａ、リファレンスファイバ１１ｂ、ミラー１２ａ、１２ｂ、光ファイバ１０ａ、遅延補償ファイバ３０ａ、光ファイバ３０ｂ、ミラー３１ａ、３１ｂ、光カプラ３２、圧電子３４、および光ファイバ３２ａにより構成される。
センシングファイバ１１ａは、物理量によってパルス光を位相変調する。
遅延補償ファイバ３０ａは、その伝搬遅延時間が、センシングファイバ１１ａにパルス光が入力してから出力されるまでの伝搬遅延時間（τｄ）と等しく設定されている。
干渉計５は、パルス光源１から出力されるパルス光を光カプラ１０で分岐して、センシングファイバ１１ａを経たパルス光（経路ＡＢＤＦＧ）と、遅延補償ファイバ３０ａを経たパルス光（経路ＡＣＤＥＧ）とを干渉させ、干渉光（以下「干渉パルス」ともいう）をＯ／Ｅ変換器３３に出力する。また、センシングファイバ１１ａと遅延補償ファイバ３０ａとの何れも経ていないパルス光（経路ＡＢＤＥＧ）、および、センシングファイバ１１ａと遅延補償ファイバ３０ａとの何れも経たパルス光（経路ＡＣＤＦＧ）もＯ／Ｅ変換器３３に出力する。パルス波形の詳細は後述する。
【００２０】
復調器７０は、ＡＭ復調器５１ａ、ＡＭ復調器５１ｂ、逆正接演算器５３、不連続点補償演算器５４を備える。復調器７０では、Ｏ／Ｅ変換器３３の出力から、干渉光に含まれる信号φの正弦波成分（ｓｉｎφ）および余弦波成分（ｃｏｓφ）を抽出し、正弦波成分および余弦波成分を用いて逆正接演算を行い、逆正接演算結果が不連続となっている場合、不連続点を連結して信号φを検出する。
【００２１】
なお、「信号φ」は、本発明における「測定信号」に相当する。
なお、「Ｏ／Ｅ変換器３３」および「復調器７０」は、本発明における「検出部」を構成する。
【００２２】
本実施の形態におけるパルス光源１は、従来技術１と比較して、パルス繰返し周期が速いものを用いる。
また、Ｏ／Ｅ変換器３３は、従来技術１と比較して、繰返し周期の速いパルスに対応するため出力周波数帯域が広いものを用いる。
また、復調器７０は、従来技術１と比較して、干渉パルスを速くサンプリングして処理できるものを用いる。
また、ＰＧＣ信号発生器４０、圧電子３４、および復調器７０は、従来技術１と比較して、高い周波数のＰＧＣが扱えるものを用いる。
本実施の形態におけるセンシングファイバ１１ａおよび遅延補償ファイバ３０ａには、従来技術１と比較して、長いものを用いることができる。即ち、従来技術１と比較して、感度が高いものを用いることができる。
【００２３】
ここで、本実施の形態におけるパルス光源１が出力するパルス光の周期と、センシングファイバ１１ａの伝搬遅延時間（τｄ）との関係は次のように設定している。
パルス光源１は、センシングファイバ１１ａにパルス光が入力してから出力されるまでの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期で、パルス光を出力する。そして、復調器７０では、センシングファイバ１１ａの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期で、干渉光をサンプリングする。
例えば、復調器７０での干渉光のサンプリングは、上記伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期であって、且つ、１周期におけるパルス光の位相変化量がπ［ｒａｄ］以下となるサンプリング周期（τｃ）とする。
このサンプリング周期（τｃ）は、物理量に応じて設定される周期である。例えば、測定対象の物理量においての使用環境等で想定される、センシングファイバ１１ａでの位相変化速度が最高となるときに、１周期におけるパルス光の位相変化量がπ［ｒａｄ］以下となる周期である。
【００２４】
また、復調器７０で干渉パルスの一つ一つを検出する時間幅（τｓ）を、次式（１）を満たすように設定する。
【数１】
【００２５】
また、センシングファイバ１１ａの伝搬遅延時間（τｄ）の間に干渉光をサンプルする数（Ｎi）を、次式（２ａ）または（２ｂ）を満たすように設定する。
【数２】
ここで、ＮTは、２以上の整数である。
τｃは、物理量に応じて設定される周期であって、１周期におけるパルス光の位相変化量がπ［ｒａｄ］以下となるサンプリング周期である。
τｄは、センシングファイバ１１ａの伝搬遅延時間である。
【００２６】
また、パルス光源１から出力するパルス光のパルス幅は通常、時間幅（τｓ）以下にする。
【００２７】
図１に示したパルス波形は（２ａ）式の条件でＮT＝２、Ｎi＝３とした一例である。
次に、図１のパルス波形例により本実施の形態における動作を説明する。
【００２８】
（動作）
図１のパルス波形は、各経路を通過したパルス光の波形を示している。Ａは、パルス光源１の出力であるＡの位置を通過するパルス波形である。パルス光源１から出力される順に１，２，３・・・の番号を付与した。パルス波形ＡＢＤＥＧは、Ｏ／Ｅ変換器３３に入力するパルス波形Ｇの内、経路ＡＢＤＥＧを伝搬した成分である。到達する順にａ１，ａ２，ａ３・・・の番号を付与した。パルス波形ＡＢＤＦＧ、パルス波形ＡＣＤＥＧ、パルス波形ＡＣＤＦＧもそれぞれの経路を伝搬してＯ／Ｅ変換器３３に入力するパルスの成分であり、到達する順に番号を付与した。
【００２９】
パルス光源１からＯ／Ｅ変換器３３までの各構成部の動作は従来技術１と同様に動作する。
ただし、本実施の形態においては、パルス光源１から出力の繰返し周期がセンシングファイバ１１ａおよび遅延補償ファイバ３０ａの伝搬遅延時間（τｄ）より短いため、最初は経路ＡＢＤＥＧを伝搬したパルスａｉ（ｉ＝１，２，３・・・）だけがＯ／Ｅ変換器３３から出力される。
次にＡＢＤＦＧを伝搬したパルスｂｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とＡＣＤＥＧを伝搬したパルスｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とが干渉した干渉パルスｂｉ＋ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）が出力される。
次にＡＣＤＦＧを伝搬したパルスｄｉ（ｉ＝１，２，３・・・）がａｉに重なり、重畳したパルス光ａ（ｉ＋７）＋ｄｉ（ｉ＝１，２，３・・・）が出力される。
パルスｄ１が出力された後は長い空き時間がないパルス列が構成される。
【００３０】
このように、本実施の形態におけるパルス光源１が出力するパルス光の周期は、干渉光のパルス間に、センシングファイバ１１ａと遅延補償ファイバ３０ａとの何れも経ていないパルス光（経路ＡＢＤＥＧ）と、センシングファイバ１１ａと遅延補償ファイバ３０ａとの何れも経たパルス光（経路ＡＣＤＦＧ）とが重畳されるように設定している。
【００３１】
復調器７０は、パルス波形Ｇで表されるパルス列から、ｂｉ＋ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）の干渉パルスを抽出して復調する。そして、物理量に対応する信号φを出力する。復調の動作は例えば従来技術１と同様である。
なお、ＰＧＣの周波数は検出する信号の振幅と周波数に応じて設定する。
【００３２】
（効果）
以上のように本実施の形態においては、センシングファイバ１１ａの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期でパルス光源１からパルス光を出力し、センシングファイバ１１ａの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期で、干渉光をサンプリングする。
このため、信号φの復調を可能とする位相変化速度を向上することができる。
よって、振幅が大きく周波数が高い信号を検出できる。また、センシングファイバ１１ａの感度を高くすることができる。
【００３３】
また、１周期におけるパルス光の位相変化量がπ［ｒａｄ］以下となるサンプリング周期（τｃ）で干渉光をサンプリングするので、信号φの復調を正常に行うことができる。
【００３４】
また、干渉光のパルス間に、センシングファイバ１１ａと遅延補償ファイバ３０ａとの何れも経ていないパルス光と、センシングファイバ１１ａと遅延補償ファイバ３０ａとの何れも経たパルス光とが重畳されるように、パルス光を出力する周期を設定した。
このため、信号φの復調に用いる干渉光（ｂｉ＋ｃｉ）以外のパルス光を重畳させることができ、復調に必要な干渉パルスが得られる周期を最短にできるため、復調できる振幅および周波数を最大にできる。
【００３５】
また、干渉光を検出する時間幅（τｓ）が、上記式（１）を満たすように設定し、センシングファイバ１１ａの伝搬遅延時間（τｄ）の間に干渉光をサンプルする数（Ｎi）が、上記式（２ａ）または（２ｂ）を満たすように設定した。また、パルス光源１から出力するパルス光のパルス幅が、時間幅（τｓ）以下である。
このため、センシングファイバの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期でパルス光源１からパルス光を出力して復調器７０でサンプリングしても、ＡＢＤＦＧを伝搬したパルス光とＡＣＤＥＧを伝搬したパルス光とが干渉した干渉パルス（ｂｉ＋ｃｉ）に、当該パルス光以外の別のパルス光が干渉することがない。よって、雑音が発生したり正常に動作しなくなることを防止でき、振幅が大きく周波数が高い信号を検出できる。
また、ＮT＝２とすることで、ＡＢＤＥＧを伝搬したパルスａｉとＡＣＤＦＧを伝搬したパルスｄｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とが重なり、復調に必要な干渉パルス（ｂｉ＋ｃｉ）が得られる周期を最短にできるため、復調できる振幅および周波数を向上することができる。
【００３６】
また、干渉パルスｂｉ＋ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）は光源から出力した同一のパルスが分岐したパルスであるため、レーザの位相雑音が最小になる条件を満たしている。
【００３７】
また、干渉パルスｂｉ＋ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）のパルス間（前後）には、パルス光源１から出力した、別のパルス（パルスａｉ＋ｄｉ）が配置されるため、パルス列においてパルスがない空き時間を短くすることができ、パルス光源１、Ｏ／Ｅ変換器３３などの構成部が応答する出力周波数帯域の範囲内で、効率の良い干渉パルスのサンプリングが成されている。
【００３８】
実施の形態２．
（構成）
図２は実施の形態２に係る干渉型光ファイバセンサシステムの構成とパルス波形を示す図である。
本実施の形態２における干渉型光ファイバセンサシステムは、復調方式にヘテロダイン方式を用いるものである。
以下、上述した従来技術２との相違点を中心に説明する。
【００３９】
本実施の形態２における干渉型光ファイバセンサシステムは、従来技術２と同様に、パルス光を発生するパルス光源１と、パルス光源１からのパルス光を干渉させる干渉計５と、オシレータ２６と、干渉光を電気信号に変換するＯ／Ｅ変換器３３と、物理量に対応する信号φの抽出等を行う復調器７２と、を備えている。
【００４０】
干渉計５は、光ファイバ１ａ、光カプラ２０、遅延補償ファイバ２０ａ、光周波数シフタ２２、光カプラ２３、光ファイバ２３ａ、光カプラ１０、センシングファイバ１１ａ、リファレンスファイバ１１ｂ、ミラー１２ａ、１２ｂ、および光ファイバ１０ａにより構成される。
センシングファイバ１１ａは、物理量によってパルス光を位相変調する。
遅延補償ファイバ２０ａは、その伝搬遅延時間が、センシングファイバ１１ａにパルス光が入力してから出力されるまでの伝搬遅延時間（τｄ）と等しく設定されている。
干渉計５は、パルス光源１から出力されるパルス光を光カプラ２０で分岐して、一方のパルス光を遅延補償ファイバ２０ａにより遅延させ、もう一方のパルス光の周波数を光周波数シフタ２２によりシフトさせてから光カプラ２３で結合する。さらに光カプラ１０でパルス光を分岐して、センシングファイバ１１ａを経たパルス光（経路ＡＢＤＦＧ）と、遅延補償ファイバ２０ａを経たパルス光（経路ＡＣＤＥＧ）とを干渉させ、干渉光（以下「干渉パルス」ともいう）をＯ／Ｅ変換器３３に出力する。また、センシングファイバ１１ａと遅延補償ファイバ２０ａとの何れも経ていないパルス光（経路ＡＢＤＥＧ）、および、センシングファイバ１１ａと遅延補償ファイバ２０ａとの何れも経たパルス光（経路ＡＣＤＦＧ）もＯ／Ｅ変換器３３に出力する。パルス波形の詳細は後述する。
【００４１】
復調器７２は、同期検波器５６ａ、同期検波器５６ｂ、逆正接演算器５３、不連続点補償演算器５４を備える。復調器７２では、Ｏ／Ｅ変換器３３の出力から、干渉光に含まれる信号φの正弦波成分（ｓｉｎφ）および余弦波成分（ｃｏｓφ）を抽出し、正弦波成分および余弦波成分を用いて逆正接演算を行い、逆正接演算結果が不連続となっている場合、不連続点を連結して信号φを検出する。
【００４２】
なお、「Ｏ／Ｅ変換器３３」および「復調器７２」は、本発明における「検出部」を構成する。
【００４３】
本実施の形態におけるパルス光源１は、従来技術２と比較して、パルス繰返し周期が速いものを用いる。
また、Ｏ／Ｅ変換器３３は、従来技術２と比較して、繰返し周期の速いパルスに対応するため出力周波数帯域が広いものを用いる。
また、復調器７２は、従来技術２と比較して、干渉パルスを速くサンプリングして処理できるものを用いる。
また、光周波数シフタ２２、および復調器は、従来技術２と比較して、高い周波数の光ビートが扱えるものを用いる。
本実施の形態におけるセンシングファイバ１１ａおよび遅延補償ファイバ２０ａには、従来技術２と比較して、長いものを用いることができる。即ち、従来技術１と比較して、感度が高いものを用いることができる。
【００４４】
パルス光源１が出力するパルス光の周期の条件は、上記実施の形態１と同様である。
復調器７２で干渉パルスの一つ一つを検出する時間幅（τｓ）、および、センシングファイバ１１ａの伝搬遅延時間（τｄ）の間に干渉光をサンプルする数（Ｎi）の設定は、上記実施の形態１と同様である。ただし、ＮTは３以上に設定する。
パルス光源１から出力するパルス光のパルス幅は通常、時間幅（τｓ）以下にする。
【００４５】
図２に示したパルス波形は（２ａ）式の条件でＮT＝３、Ｎi＝３とした一例である。
次に、図２のパルス波形例により本実施の形態における動作を説明する。
【００４６】
（動作）
図２のパルス波形は、各経路を通過したパルス光の波形を示している。Ａは、パルス光源１の出力であるＡの位置を通過するパルス波形である。パルス光源１から出力される順に１，２，３・・・の番号を付与した。パルス波形ＡＢＤＥＧは、Ｏ／Ｅ変換器３３に入力するパルス波形Ｇの内、経路ＡＢＤＥＧを伝搬した成分である。到達する順にａ１，ａ２，ａ３・・・の番号を付与した。パルス波形ＡＢＤＦＧ、パルス波形ＡＣＤＥＧ、パルス波形ＡＣＤＦＧもそれぞれの経路を伝搬してＯ／Ｅ変換器３３に入力するパルスの成分であり、到達する順に番号を付与した。
【００４７】
パルス光源１からＯ／Ｅ変換器３３までの各構成部の動作は従来技術２と同様に動作する。
ただし、本実施の形態においては、パルス光源１から出力の繰返し周期がセンシングファイバ１１ａおよび遅延補償ファイバ２０ａの伝搬遅延時間（τｄ）より短いため、最初は経路ＡＢＤＥＧを伝搬したパルスａｉ（ｉ＝１，２，３・・・）だけがＯ／Ｅ変換器３３から出力される。
次にＡＢＤＦＧを伝搬したパルスｂｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とＡＣＤＥＧを伝搬したパルスｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とが干渉した干渉パルスｂｉ＋ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）が出力される。
次にＡＣＤＦＧを伝搬したパルスｄｉ（ｉ＝１，２，３・・・）が出力される。
【００４８】
上記実施の形態１のパルス列との違いは、経路ＡＢＤＥＧを伝搬したパルスと経路ＡＣＤＥＧを伝搬したパルスとが重ならないことである。
このように、本実施の形態におけるパルス光源１が出力するパルス光の周期は、干渉光のパルス間に、センシングファイバ１１ａと遅延補償ファイバ２０ａとの何れも経ていないパルス光（経路ＡＢＤＥＧ）と、センシングファイバ１１ａと遅延補償ファイバ２０ａとの何れも経たパルス光（経路ＡＣＤＦＧ）とが重畳しないように設定している。
【００４９】
復調器７２は、パルス波形Ｇで表されるパルス列から、ｂｉ＋ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）の干渉パルスを抽出して復調する。そして、物理量に対応する信号φを出力する。復調の動作は例えば従来技術２と同様である。
なお、光ビート（光周波数シフタ２２でシフトする周波数の成分）の周波数は検出する信号の振幅と周波数に応じて高い周波数に設定する。
【００５０】
（効果）
本実施の形態においても、上記実施の形態１と同様に、信号φの復調を可能とする位相変化速度を向上することができる。
よって、振幅が大きく周波数が高い信号を検出できる。また、センシングファイバ１１ａの感度を高くすることができる。
【００５１】
また、１周期におけるパルス光の位相変化量がπ［ｒａｄ］以下となるサンプリング周期（τｃ）で干渉光をサンプリングするので、信号φの復調を正常に行うことができる。
【００５２】
また、センシングファイバの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期でパルス光源１からパルス光を出力して復調器７２でサンプリングしても、ＡＢＤＦＧを伝搬したパルス光とＡＣＤＥＧを伝搬したパルス光とが干渉した干渉パルス（ｂｉ＋ｃｉ）に、当該パルス光以外の別のパルス光が干渉することがない。よって、雑音が発生したり正常に動作しなくなることを防止でき、振幅が大きく周波数が高い信号を検出できる。
【００５３】
また、干渉パルスｂｉ＋ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）は光源から出力した同一のパルスが分岐したパルスであるため、レーザの位相雑音が最小になる条件を満たしている。
【００５４】
また、干渉パルスｂｉ＋ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）のパルス間（前後）には、パルス光源１から出力した、別のパルス（パルスａｉ、ｄｉ）が配置されるため、パルス列においてパルスがない空き時間を短くすることができ、パルス光源１、Ｏ／Ｅ変換器３３などの構成部が応答する出力周波数帯域の範囲内で、効率の良い干渉パルスのサンプリングが成されている。
【００５５】
また本実施の形態においては、ＮTを３以上に設定することで、ＡＢＤＥＧを伝搬したパルスａｉとＡＣＤＦＧを伝搬したパルスｄｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とが重畳しない。
このため、復調器７２での抽出対象ではないパルス（パルスａｉ、ｄｉ）が干渉して光ビートを発生することがなく、Ｏ／Ｅ変換器３３の群遅延で抽出対象ではないパルスが抽出対象のパルスに漏れることによる復調出力の雑音を低減することができる。
【００５６】
実施の形態３．
本実施の形態３では、上記実施の形態１におけるセンシングファイバを複数備え、時分割多重を用いた例を説明する。
【００５７】
（構成）
図３は実施の形態３に係る干渉型光ファイバセンサシステムの構成を示す図である。
本実施の形態３における干渉計５は、パルス光源１から出力されるパルス光を、センシングファイバ１１１ａ、１１２ａのそれぞれに分岐し、各センシングファイバを経たパルス光のそれぞれと、遅延補償ファイバ３０ａを経たパルス光とを干渉させ、それぞれの干渉光を時分割多重してＯ／Ｅ変換器３３に出力する。そして、時分割多重化された干渉光は、復調器７３によって、順次復調される。
【００５８】
パルス光源１から出力されるパルス光は、光ファイバ１ａを介して光カプラ１４１に入り、二つに分割される。分割された一方のパルス光は、光ファイバ１４１ａを経由し、光カプラ１０１に入る。光カプラ１０１に入った光は、二つに分割され、一方はセンシングファイバ１１１ａを通りセンシング光となり、もう一方は光ファイバ１１１ｂを通りリファレンス光となる。センシング光はセンシングファイバ１１１ａを通過するときに、センシングファイバ１１１ａに加わる信号φ１で位相変調される。この信号φ１は、前述のように、音響信号、磁気信号および加速度等がある。そして、センシング光はミラー１２１ａで反射し、リファレンス光はミラー１２１ｂで反射する。反射したセンシング光とリファレンス光は、光カプラ１０１を経由して、光カプラ１５１に伝送される。ここで、センシング光はセンシングファイバ１１１ａによる伝搬遅延のため、リファレンス光より遅延している。
【００５９】
一方、光カプラ１４１で分割されたもう一方の光は、遅延ファイバ１６１により遅延し、光カプラ１０２に入った光は、二つに分割される。一方はセンシングファイバ１１２ａを通りセンシング光となり、もう一方は光ファイバ１１２ｂを通りリファレンス光となる。
ここで、光カプラ１０２から送られたセンシング光とリファレンス光は、遅延ファイバ１６１を通過しているため、光カプラ１０１から送られたセンシング光とリファレンス光より遅延している。これにより、各センシングファイバの信号を含み、時分割多重により分割された光が生成される。
なお、本実施の形態３では、センシングファイバが２つの例で説明したが、センシングファイバが３つ以上ある場合も同様であり、多重化の数が増えるだけである。
【００６０】
光カプラ３２、遅延補償ファイバ３０ａ、圧電子３４、ミラー３１ａ、３１ｂ、ＰＧＣ信号発生器４０、Ｏ／Ｅ変換器３３の構成は、上記実施の形態１と同様である。
復調器７３は、ＡＭ復調器５１ａ、ＡＭ復調器５１ｂ、逆正接演算器５３、不連続点補償演算器５４を備える。本実施の形態３の復調器７３は、各センシングファイバ１１１ａ、１１２ａの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期で、時分割多重された各干渉光をそれぞれサンプリングする。そして、時分割多重された各信号をそれぞれ復調する。復調動作は上記実施の形態１と同様である。
【００６１】
なお、「信号φ１」、「信号φ２」は、本発明における「測定信号」に相当する。
なお、「Ｏ／Ｅ変換器３３」および「復調器７３」は、本発明における「検出部」を構成する。
【００６２】
本実施の形態におけるパルス光源１は、従来技術１と比較して、パルス繰返し周期が速いものを用いる。
また、Ｏ／Ｅ変換器３３は、従来技術１と比較して、繰返し周期の速いパルスに対応するため出力周波数帯域が広いものを用いる。
また、復調器７３は、従来技術１と比較して、干渉パルスを速くサンプリングして処理できるものを用いる。
また、ＰＧＣ信号発生器４０、圧電子３４、および復調器７３は、従来技術１と比較して、高い周波数のＰＧＣが扱えるものを用いる。
本実施の形態におけるセンシングファイバ１１１ａ、１１２ａおよび遅延補償ファイバ３０ａには、従来技術１と比較して、長いものを用いることができる。即ち、従来技術１と比較して、感度が高いものを用いることができる。
【００６３】
ここで、本実施の形態におけるパルス光源１が出力するパルス光の周期と、センシングファイバ１１１ａ、１１２ａの伝搬遅延時間（τｄ）と、遅延ファイバ１６１の伝搬遅延時間の関係は次のように設定している。
パルス光源１は、上記実施の形態１と同様に、センシングファイバ１１１ａ、１１２ａの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期で、パルス光を出力する。また、パルス光源１は、一方の干渉光のパルス間に、他方の干渉光が配置されるように、パルス光を出力する周期を設定する。
また、復調器７３では、センシングファイバ１１１ａ、１１２ａの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期で、各干渉光のそれぞれをサンプリングする。
例えば、復調器７３での干渉光のサンプリングは、上記伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期であって、且つ、１周期におけるパルス光の位相変化量がπ［ｒａｄ］以下となるサンプリング周期（τｃ）とする。
なお、遅延ファイバ１６１の伝搬遅延時間は、通常、センシングファイバ１１１ａ、１１２ａよりも短く設定する。
【００６４】
また、復調器７３で干渉パルスの一つ一つを検出する時間幅（τｓ）を、次式（３）を満たすように設定する。
【数３】
ここで、Ｎmは、時分割多重する数である。
【００６５】
また、センシングファイバ１１１ａ、１１２ａの伝搬遅延時間（τｄ）の間に干渉光をサンプルする数（Ｎi）を、次式（４ａ）または（４ｂ）を満たすように設定する。
【数４】
ここで、ＮTは、２以上の整数である。
τｃは、物理量に応じて設定される周期であって、１周期におけるパルス光の位相変化量がπ［ｒａｄ］以下となるサンプリング周期である。
τｄは、センシングファイバ１１１ａ、１１２ａの伝搬遅延時間である。
【００６６】
また、パルス光源１から出力するパルス光のパルス幅は通常、時間幅（τｓ）以下にする。
次に、図４のパルス波形例により本実施の形態における動作を説明する。
【００６７】
（動作）
図４は実施の形態３に係る干渉型光ファイバセンサシステムのパルス波形を示す図である。
図４に示したパルス波形は（４ａ）式の条件でＮm＝２、ＮT＝２、Ｎi＝３とした一例である。
図４のパルス波形は、各経路を通過したパルス光の波形を示している。Ａは、パルス光源１の出力であるＡの位置を通過するパルス波形である。パルス光源１から出力される順に１，２，３・・・の番号を付与した。パルス波形ＡＢ１ＤＥＧは、Ｏ／Ｅ変換器３３に入力するパルス波形Ｇの内、経路ＡＢ１ＤＥＧを伝搬した成分である。到達する順に１ａ１，１ａ２，１ａ３・・・の番号を付与した。パルス波形ＡＢ１ＤＦＧ、パルス波形ＡＣ１ＤＥＧ、パルス波形ＡＣ１ＤＦＧ、パルス波形ＡＢ２ＤＥＧ、パルス波形ＡＢ２ＤＦＧ、パルス波形ＡＣ２ＤＥＧ、パルス波形ＡＣ２ＤＦＧもそれぞれの経路を伝搬してＯ／Ｅ変換器３３に入力するパルスの成分であり、到達する順に番号を付与した。
【００６８】
本実施の形態３においても、パルス光源１から出力の繰返し周期がセンシングファイバ１１１ａ、１１２ａおよび遅延補償ファイバ３０ａの伝搬遅延時間（τｄ）より短いため、最初は経路ＡＢ１ＤＥＧを伝搬したパルス１ａｉ（ｉ＝１，２，３・・・）と、経路ＡＢ２ＤＥＧを伝搬したパルス２ａｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とがＯ／Ｅ変換器３３から出力される。ただし、パルス２ａｉは、遅延ファイバ１６１により、パルス１ａｉより遅延している。
次にＡＢ１ＤＦＧを伝搬したパルス１ｂｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とＡＣ１ＤＥＧを伝搬したパルス１ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とが干渉した干渉パルス１ｂｉ＋１ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）が出力される。
次に遅延ファイバ１６１の遅延時間だけ遅れて、ＡＢ２ＤＦＧを伝搬したパルス２ｂｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とＡＣ２ＤＥＧを伝搬したパルス２ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とが干渉した干渉パルス２ｂｉ＋２ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）が出力される。
次にＡＢ１ＤＥＧを伝搬したパルス１ａｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とＡＣ２ＤＦＧを伝搬したパルス２ｄｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とが重なり、重畳したパルス光（ｉ＋５）＋ｄｉ（ｉ＝１，２，３・・・）が出力される。
パルス２ｄ１が出力された後は長い空き時間がないパルス列が構成される。
【００６９】
復調器７３は、パルス波形Ｇで表されるパルス列から、１ｂｉ＋１ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）の干渉パルスを抽出して信号φ１を復調する。また、復調器７３は、パルス波形Ｇで表されるパルス列から、２ｂｉ＋２ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）の干渉パルスを抽出して信号φ２を復調する。そして、各物理量に対応する信号φ１、信号φ２を出力する。復調の動作は実施の形態１と同様である。
なお、ＰＧＣの周波数は検出する信号の振幅と周波数に応じて設定する。
【００７０】
（効果）
以上のように本実施の形態においては、各センシングファイバの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期で、時分割多重された各干渉光をそれぞれサンプリングする。
このため、複数の干渉光を時分割多重で伝送する構成において、各信号の復調を可能とする位相変化速度を向上することができる。
よって、振幅が大きく周波数が高い信号を検出できる。また、各センシングファイバの感度を高くすることができる。
【００７１】
また、１周期におけるパルス光の位相変化量がπ［ｒａｄ］以下となるサンプリング周期（τｃ）で、時分割多重された各干渉光をそれぞれサンプリングするので、信号φの復調を正常に行うことができる。
【００７２】
また、干渉光を検出する時間幅（τｓ）が、上記式（３）を満たすように設定し、センシングファイバ１１１ａ、１１２ａの伝搬遅延時間（τｄ）の間に干渉光をサンプルする数（Ｎi）が、上記式（４ａ）または（４ｂ）を満たすように設定した。また、パルス光源１から出力するパルス光のパルス幅が、時間幅（τｓ）以下である。
このため、時分割多重で伝送される構成において、センシングファイバの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期でパルス光源１からパルス光を出力して復調器７３でサンプリングしても、各干渉パルス（１ｂｉ＋１ｃｉおよび２ｂｉ＋２ｃｉ）に、当該パルス光以外の別のパルス光が干渉することがない。よって、雑音が発生したり正常に動作しなくなることを防止でき、振幅が大きく周波数が高い信号を検出できる。
【００７３】
また、干渉パルス１ｂｉ＋１ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）、干渉パルス２ｂｉ＋２ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）、は光源から出力した同一のパルスが分岐したパルスであるため、レーザの位相雑音が最小になる条件を満たしている。
【００７４】
また、干渉パルス１ｂｉ＋１ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）、干渉パルス２ｂｉ＋２ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）の前後には、パルス光源１から出力した、別のパルス（パルス１ａｉ、１ｄｉ、２ａｉ、２ｄｉ）が配置されるため、パルス列においてパルスがない空き時間を短くすることができ、パルス光源１、Ｏ／Ｅ変換器３３などの構成部が応答する出力周波数帯域の範囲内で、効率の良い干渉パルスのサンプリングおよび時分割多重が成されている。
【００７５】
また、干渉光のパルス間に、他の干渉光が配置されるように、パルス光を出力する周期を設定した。
このため、信号φの復調に用いる干渉光（ｂｉ＋ｃｉ）以外のパルス光を重畳させることができ、復調に必要な干渉パルスが得られる周期を最短にできるため、復調できる振幅および周波数を最大にできる。
【００７６】
以上に実施の形態１〜３までを説明したが、本発明における干渉型光ファイバセンサシステムは、以上に説明した構成に限られるものではない。次に、実施の形態１〜３の変形例について説明する。
【００７７】
実施の形態１、３では圧電子によるＰＧＣ復調方式、実施の形態２では周波数シフタを用いるヘテロダイン方式で信号を復調する例を示した。本発明はこれに限るものではなく、他の変調方法でも、（１）式と（２ａ）式、（１）式と（２ｂ）式、（３）式と（４ａ）式、または（３）式と（４ｂ）式を満たすように構成することで同じ効果を得ることができる。
【００７８】
また、実施の形態２では、１つの光周波数シフタ２２を用いる例を説明したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、非特許文献２に示されたように２つの光周波数シフタ（ＡＯＭ）を用いても良い。
【００７９】
また、全ての実施の形態において、センシングファイバに光カプラとミラーを取り付けてマイケルソン干渉計を構成する例で説明したが、本発明はこれに限るものではなく、マッハ・ツェンダ干渉計など他の干渉計を用いることもできる。
【００８０】
また、実施の形態１、３において、遅延補償ファイバに光カプラとミラーを取り付けてマイケルソン干渉計を構成する例を示し、実施の形態２では光カプラを２つ取り付けてマッハ・ツェンダ干渉計を構成する例を示したが、他の干渉計を用いることもできる。
【００８１】
また、実施の形態３では、実施の形態１のＰＧＣ方式を時分割多重構成にした例を示したが、実施の形態２のヘテロダイン方式でも同様に構成することができる。
【００８２】
また、実施の形態１では、ＰＧＣ方式において変調を行うために圧電子３４を用いる例で説明したが、電磁アクチュエータで遅延補償ファイバ３０ａを歪ませて光の周波数を変調しても良いし、非特許文献１と同様に、レーザ光源（パルス光源１）の周波数を変調するなど、他の手段で光の位相を変化させても良い。
【符号の説明】
【００８３】
１ パルス光源、１ａ 光ファイバ、５ 干渉計、１０ 光カプラ、１０ａ 光ファイバ、１１ａ センシングファイバ、１１ｂ リファレンスファイバ、１２ａ ミラー、１２ｂ ミラー、２０ 光カプラ、２０ａ 遅延補償ファイバ、２２ 光周波数シフタ、２３ 光カプラ、２３ａ 光ファイバ、２６ オシレータ、３０ａ 遅延補償ファイバ、３０ｂ 光ファイバ、３１ａ ミラー、３１ｂ ミラー、３２ 光カプラ、３２ａ 光ファイバ、３３ Ｏ／Ｅ変換器、３４ 圧電子、４０ ＰＧＣ信号発生器、５１ａ ＡＭ復調器、５１ｂ ＡＭ復調器、５３ 逆正接演算器、５４ 不連続点補償演算器、５６ａ 同期検波器、５６ｂ 同期検波器、７０ 復調器、７２ 復調器、７３ 復調器、１０１ 光カプラ、１０２ 光カプラ、１１１ａ センシングファイバ、１１１ｂ 光ファイバ、１１２ａ センシングファイバ、１１２ｂ 光ファイバ、１２１ａ ミラー、１２１ｂ ミラー、１４１ 光カプラ、１４１ａ 光ファイバ、１５１ 光カプラ、１６１ 遅延ファイバ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、さまざまな物理量を検出することが可能な干渉型光ファイバセンサシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の干渉型光ファイバセンサシステムの一例として、検出する信号をセンシングファイバの歪みに変え、センシングファイバをアームとする光ファイバ干渉計を構成して信号を検出するものがある。前記干渉型光ファイバセンサシステムは、さまざまな物理量を検出することが可能あり、例えば、非特許文献１に記載の磁気信号を検出するセンサや、非特許文献２に記載の音響信号を検出するセンサなどがある。また、干渉型光ファイバセンサシステムの復調方式は、例えば、非特許文献１に示されているＰＧＣ（Phase Generated Carrier）方式や、非特許文献２に示されているヘテロダイン方式などがある。
【０００３】
ここで、ＰＧＣ方式を用いた従来の干渉型光ファイバセンサシステムの動作原理を、図５を用いて説明する。ＰＧＣ方式は、例えば非特許文献１に記載されている復調方式（以下、従来技術１と記す）である。
パルス光源１から出力されるパルス光が光カプラ１０で２つに分割され、ミラー１２ａ、１２ｂで反射する。この際、一方はセンシングファイバ１１ａを通過してセンシング光となり（経路ＡＣ）、もう一方はリファレンスファイバ１１ｂを通過してリファレンス光となる（経路ＡＢ）。センシング光はセンシングファイバ１１ａを通過するときに、センシングファイバに加わる信号φで位相変調される。
光カプラ１０で２つに分割されたパルス光の一方は、センシングファイバ１１ａの伝搬遅延τｄで２つのパルスとなって伝送され、それぞれが光カプラ３２で２つに分割され、ミラー３１ａ、３１ｂで反射する。この際、一方は遅延補償ファイバ３０ａを通過してから反射し、もう一方は光ファイバ３０ｂを通過して反射してＯ／Ｅ変換器３３に入力する。
【０００４】
図５のパルス波形は、各経路を通過したパルス光の波形を示している。Ａは、パルス光源１の出力であるＡの位置を通過するパルス波形である。パルス光源１から出力される順に１，２，３・・・の番号を付与した。パルス波形ＡＢＤＥＧは、Ｏ／Ｅ変換器３３に入力するパルス波形Ｇの内、経路ＡＢＤＥＧを伝搬した成分である。到達する順にａ１，ａ２，ａ３・・・の番号を付与した。パルス波形ＡＢＤＦＧ、パルス波形ＡＣＤＥＧ、パルス波形ＡＣＤＦＧもそれぞれの経路を伝搬してＯ／Ｅ変換器３３に入力するパルスの成分であり、到達する順に番号を付与した。
【０００５】
センシングファイバ１１ａの往復伝搬時間（伝搬遅延時間τｄ）と遅延補償ファイバ３０ａの往復伝搬時間とを等しくすることで、パルスｂｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とが重なり干渉パルスｂｉ＋ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）となる。
遅延補償ファイバ３０ａは圧電子３４で正弦波状の歪みが加えられているため、干渉光にＰＧＣが発生する。復調器７０ではＯ／Ｅ変換器３３から出力されるｂｉ＋ｃｉにタイミングを合わせてサンプリングすることで出力を得て、センシングファイバ１１ａで検出した信号を復調する。干渉パルスｂｉ＋ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）は、パルス光源１から出力した同一のパルスが分岐したパルスであるためレーザの位相雑音が最小になる。
【０００６】
復調器７０では、先ずＰＧＣ信号発生器４０の出力周波数でＯ／Ｅ変換器３３の出力をＡＭ復調するＡＭ復調器５１ａでｓｉｎφを得る。ここでφはセンシングファイバ１１ａを通過した光の位相で位相変調された信号を含んでいる。ＡＭ復調器５１ｂではＰＧＣ信号発生器４０出力周波数の２倍の周波数でＯ／Ｅ変換器３３の出力をＡＭ復調することでｃｏｓφを得る。得られたｓｉｎφとｃｏｓφから逆正接演算器５３で逆正接を演算し、不連続点補償演算器５４で逆正接演算の不連続点を連結することでφを得る。不連続点の連結は複数ある逆正接の解の中から１つ前のパルスの演算結果と比較して最も差が小さい解を選択するもので、例えば逆正接の出力が＋π［ｒａｄ］を越えて−π［ｒａｄ］側に移ったときに２πを加えることでφが連続した出力になるように不連続点を補償するものである。
【０００７】
次に、ヘテロダイン方式を用いた従来の干渉型光ファイバセンサシステムの動作原理を、図６を用いて説明する。ヘテロダイン方式は、例えば非特許文献２に記載されている復調方式（以下、従来技術２と記す）である。
パルス光源１から出力されるパルス光が光カプラ２０で２つに分割され、一方のパルス光を遅延補償ファイバ２０ａにより遅延させ、もう一方のパルス光の周波数を光周波数シフタ２２によりシフトさせてから光カプラ２３で結合する。次に光カプラ１０で２つに分割され、ミラー１２ａ、１２ｂで反射する。この際、一方はセンシングファイバ１１ａを通過してセンシング光となり、もう一方はリファレンスファイバ１１ｂを通過してリファレンス光となる。センシング光はセンシングファイバ１１ａを通過するときに、センシングファイバに加わる信号φで位相変調される。光カプラ１０に戻ったパルス光はＯ／Ｅ変換器３３に入力する。
【０００８】
図６のパルス波形は、各経路を通過したパルス光の波形を示している。Ａは、パルス光源１の出力であるＡの位置を通過するパルス波形である。パルス光源１から出力される順に１，２，３・・・の番号を付与した。パルス波形ＡＢＤＥＧは、Ｏ／Ｅ変換器３３に入力するパルス波形Ｇの内、経路ＡＢＤＥＧを伝搬した成分である。到達する順にａ１，ａ２，ａ３・・・の番号を付与した。パルス波形ＡＢＤＦＧ、パルス波形ＡＣＤＥＧ、パルス波形ＡＣＤＦＧもそれぞれの経路を伝搬してＯ／Ｅ変換器３３に入力するパルスの成分であり、到達する順に番号を付与した。
【０００９】
光カプラ１０に戻ったパルス光の内、経路ＡＢＤＦＧを伝搬した成分と経路ＡＣＤＥＧを伝搬した成分が干渉して干渉パルスとなる。
干渉させるパルス光の一方を周波数シフトさせたことで、Ｏ／Ｅ変換器３３の出力の干渉パルスに現れる光ビート（光周波数シフタでシフトする周波数の成分）を復調器７２で位相復調することでセンシングファイバ１１ａで検出した信号を得る。
干渉パルスｂｉ＋ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）は光源から出力した同一のパルスが分岐したパルスであるためレーザの位相雑音が最小になる。
【００１０】
従来技術２の復調器７２では、オシレータ２６の出力を参照信号とする同期検波器５６ａとオシレータ２６の出力の位相をπ／２［ｒａｄ］シフトさせた参照信号とする同期検波器５６ｂでｓｉｎφとｃｏｓφを得る。逆正接演算器５３と不連続点補償演算器５４は上記従来技術１と同様に動作する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】JJAP Vol. 46, No. 2 “Design of Fiber-Optic Magnetometer Utilizing Magnetostriction"
【非特許文献２】JASA Vol. 115, No. 6 “Acoustic Performance of a lage-aperture, seabed, fiber-optic hydrophone array"
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
センシングファイバ１１ａの感度が高い場合、センシングファイバ１１ａに入力する信号φの振幅が大きい場合、またはセンシングファイバ１１ａに入力する信号φの周波数が高い場合、センシングファイバ１１ａで変調された光の位相変化が速くなる。
復調の際には、Ｏ／Ｅ変換器３３から出力される干渉パルスが繰返し得られる周期でサンプリングして位相復調するため、サンプリング１周期の間の光の位相変化がπ［ｒａｄ］を超えると復調できなくなる。このように復調が正しくできなくなる一例を図７に示す。
図７は正弦波信号が入力した場合の出力波形の例を示す図である。実線は位相φに換算した入力信号、●は離散的に得られる出力である。例１は正常に入力信号を検出している例、例２は入力信号の周波数が高いために復調できなくなった例である。例２の図中に符号Ａで示した２つ目の出力は、図中に矢印で示した２つ目の出力のタイミングの入力が１つ目の出力からπ［ｒａｄ］を超えたため、不連続点の連結が正しく働かなくなり、結果として入力と異なる波形を出力することを示している。
【００１３】
従来の技術においては、正常な復調を補償するため、検出できる信号の振幅や周波数に制限を設けるか、位相変化速度が復調できる範囲におさまるようにセンシングファイバの感度を抑えなければならなかった。特に、センシングファイバを長くして感度を高くする場合に、サンプリング周期は長くなり、信号の位相変化は速くなるため、避けがたい問題となった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明に係る干渉型光ファイバセンサシステムは、パルス光を出力する光源と、物理量を検知するセンシングファイバ、および前記センシングファイバと伝搬遅延時間（τｄ）が等しい遅延補償ファイバを有し、前記光源からのパルス光を干渉させる干渉計と、前記干渉計からの干渉光をサンプリングして前記物理量に対応する測定信号を検出する検出部と、を備え、前記光源は、前記センシングファイバに前記パルス光が入力してから出力されるまでの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期で、前記パルス光を出力し、前記検出部は、前記センシングファイバの前記伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期で、前記干渉光をサンプリングするものである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明に係る干渉型光ファイバセンサシステムは、信号の復調を可能とする位相変化速度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態１に係る干渉型光ファイバセンサシステムの構成とパルス波形を示す図である。
【図２】実施の形態２に係る干渉型光ファイバセンサシステムの構成とパルス波形を示す図である。
【図３】実施の形態３に係る干渉型光ファイバセンサシステムの構成を示す図である。
【図４】実施の形態３に係る干渉型光ファイバセンサシステムのパルス波形を示す図である。
【図５】従来技術１の構成とパルス波形を示す図である。
【図６】従来技術２の構成とパルス波形を示す図である。
【図７】正弦波信号が入力した場合の出力波形の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
（構成）
図１は実施の形態１に係る干渉型光ファイバセンサシステムの構成とパルス波形を示す図である。
本実施の形態１における干渉型光ファイバセンサシステムは、復調方式にＰＧＣ方式を用いるものである。
以下、上述した従来技術１との相違点を中心に説明する。
【００１８】
本実施の形態１における干渉型光ファイバセンサシステムは、従来技術１と同様に、パルス光を発生するパルス光源１と、パルス光源１からのパルス光を干渉させる干渉計５と、ＰＧＣ信号を発生するＰＧＣ信号発生器４０と、干渉光を電気信号に変換するＯ／Ｅ変換器３３と、物理量に対応する信号φの抽出等を行う復調器７０と、を備えている。
【００１９】
干渉計５は、光ファイバ１ａ、光カプラ１０、センシングファイバ１１ａ、リファレンスファイバ１１ｂ、ミラー１２ａ、１２ｂ、光ファイバ１０ａ、遅延補償ファイバ３０ａ、光ファイバ３０ｂ、ミラー３１ａ、３１ｂ、光カプラ３２、圧電子３４、および光ファイバ３２ａにより構成される。
センシングファイバ１１ａは、物理量によってパルス光を位相変調する。
遅延補償ファイバ３０ａは、その伝搬遅延時間が、センシングファイバ１１ａにパルス光が入力してから出力されるまでの伝搬遅延時間（τｄ）と等しく設定されている。
干渉計５は、パルス光源１から出力されるパルス光を光カプラ１０で分岐して、センシングファイバ１１ａを経たパルス光（経路ＡＢＤＦＧ）と、遅延補償ファイバ３０ａを経たパルス光（経路ＡＣＤＥＧ）とを干渉させ、干渉光（以下「干渉パルス」ともいう）をＯ／Ｅ変換器３３に出力する。また、センシングファイバ１１ａと遅延補償ファイバ３０ａとの何れも経ていないパルス光（経路ＡＢＤＥＧ）、および、センシングファイバ１１ａと遅延補償ファイバ３０ａとの何れも経たパルス光（経路ＡＣＤＦＧ）もＯ／Ｅ変換器３３に出力する。パルス波形の詳細は後述する。
【００２０】
復調器７０は、ＡＭ復調器５１ａ、ＡＭ復調器５１ｂ、逆正接演算器５３、不連続点補償演算器５４を備える。復調器７０では、Ｏ／Ｅ変換器３３の出力から、干渉光に含まれる信号φの正弦波成分（ｓｉｎφ）および余弦波成分（ｃｏｓφ）を抽出し、正弦波成分および余弦波成分を用いて逆正接演算を行い、逆正接演算結果が不連続となっている場合、不連続点を連結して信号φを検出する。
【００２１】
なお、「信号φ」は、本発明における「測定信号」に相当する。
なお、「Ｏ／Ｅ変換器３３」および「復調器７０」は、本発明における「検出部」を構成する。
【００２２】
本実施の形態におけるパルス光源１は、従来技術１と比較して、パルス繰返し周期が速いものを用いる。
また、Ｏ／Ｅ変換器３３は、従来技術１と比較して、繰返し周期の速いパルスに対応するため出力周波数帯域が広いものを用いる。
また、復調器７０は、従来技術１と比較して、干渉パルスを速くサンプリングして処理できるものを用いる。
また、ＰＧＣ信号発生器４０、圧電子３４、および復調器７０は、従来技術１と比較して、高い周波数のＰＧＣが扱えるものを用いる。
本実施の形態におけるセンシングファイバ１１ａおよび遅延補償ファイバ３０ａには、従来技術１と比較して、長いものを用いることができる。即ち、従来技術１と比較して、感度が高いものを用いることができる。
【００２３】
ここで、本実施の形態におけるパルス光源１が出力するパルス光の周期と、センシングファイバ１１ａの伝搬遅延時間（τｄ）との関係は次のように設定している。
パルス光源１は、センシングファイバ１１ａにパルス光が入力してから出力されるまでの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期で、パルス光を出力する。そして、復調器７０では、センシングファイバ１１ａの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期で、干渉光をサンプリングする。
例えば、復調器７０での干渉光のサンプリングは、上記伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期であって、且つ、１周期におけるパルス光の位相変化量がπ［ｒａｄ］以下となるサンプリング周期（τｃ）とする。
このサンプリング周期（τｃ）は、物理量に応じて設定される周期である。例えば、測定対象の物理量においての使用環境等で想定される、センシングファイバ１１ａでの位相変化速度が最高となるときに、１周期におけるパルス光の位相変化量がπ［ｒａｄ］以下となる周期である。
【００２４】
また、復調器７０で干渉パルスの一つ一つを検出する時間幅（τｓ）を、次式（１）を満たすように設定する。
【数１】
【００２５】
また、センシングファイバ１１ａの伝搬遅延時間（τｄ）の間に干渉光をサンプルする数（Ｎi）を、次式（２ａ）または（２ｂ）を満たすように設定する。
【数２】
ここで、ＮTは、２以上の整数である。
τｃは、物理量に応じて設定される周期であって、１周期におけるパルス光の位相変化量がπ［ｒａｄ］以下となるサンプリング周期である。
τｄは、センシングファイバ１１ａの伝搬遅延時間である。
【００２６】
また、パルス光源１から出力するパルス光のパルス幅は通常、時間幅（τｓ）以下にする。
【００２７】
図１に示したパルス波形は（２ａ）式の条件でＮT＝２、Ｎi＝３とした一例である。
次に、図１のパルス波形例により本実施の形態における動作を説明する。
【００２８】
（動作）
図１のパルス波形は、各経路を通過したパルス光の波形を示している。Ａは、パルス光源１の出力であるＡの位置を通過するパルス波形である。パルス光源１から出力される順に１，２，３・・・の番号を付与した。パルス波形ＡＢＤＥＧは、Ｏ／Ｅ変換器３３に入力するパルス波形Ｇの内、経路ＡＢＤＥＧを伝搬した成分である。到達する順にａ１，ａ２，ａ３・・・の番号を付与した。パルス波形ＡＢＤＦＧ、パルス波形ＡＣＤＥＧ、パルス波形ＡＣＤＦＧもそれぞれの経路を伝搬してＯ／Ｅ変換器３３に入力するパルスの成分であり、到達する順に番号を付与した。
【００２９】
パルス光源１からＯ／Ｅ変換器３３までの各構成部の動作は従来技術１と同様に動作する。
ただし、本実施の形態においては、パルス光源１から出力の繰返し周期がセンシングファイバ１１ａおよび遅延補償ファイバ３０ａの伝搬遅延時間（τｄ）より短いため、最初は経路ＡＢＤＥＧを伝搬したパルスａｉ（ｉ＝１，２，３・・・）だけがＯ／Ｅ変換器３３から出力される。
次にＡＢＤＦＧを伝搬したパルスｂｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とＡＣＤＥＧを伝搬したパルスｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とが干渉した干渉パルスｂｉ＋ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）が出力される。
次にＡＣＤＦＧを伝搬したパルスｄｉ（ｉ＝１，２，３・・・）がａｉに重なり、重畳したパルス光ａ（ｉ＋７）＋ｄｉ（ｉ＝１，２，３・・・）が出力される。
パルスｄ１が出力された後は長い空き時間がないパルス列が構成される。
【００３０】
このように、本実施の形態におけるパルス光源１が出力するパルス光の周期は、干渉光のパルス間に、センシングファイバ１１ａと遅延補償ファイバ３０ａとの何れも経ていないパルス光（経路ＡＢＤＥＧ）と、センシングファイバ１１ａと遅延補償ファイバ３０ａとの何れも経たパルス光（経路ＡＣＤＦＧ）とが重畳されるように設定している。
【００３１】
復調器７０は、パルス波形Ｇで表されるパルス列から、ｂｉ＋ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）の干渉パルスを抽出して復調する。そして、物理量に対応する信号φを出力する。復調の動作は例えば従来技術１と同様である。
なお、ＰＧＣの周波数は検出する信号の振幅と周波数に応じて設定する。
【００３２】
（効果）
以上のように本実施の形態においては、センシングファイバ１１ａの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期でパルス光源１からパルス光を出力し、センシングファイバ１１ａの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期で、干渉光をサンプリングする。
このため、信号φの復調を可能とする位相変化速度を向上することができる。
よって、振幅が大きく周波数が高い信号を検出できる。また、センシングファイバ１１ａの感度を高くすることができる。
【００３３】
また、１周期におけるパルス光の位相変化量がπ［ｒａｄ］以下となるサンプリング周期（τｃ）で干渉光をサンプリングするので、信号φの復調を正常に行うことができる。
【００３４】
また、干渉光のパルス間に、センシングファイバ１１ａと遅延補償ファイバ３０ａとの何れも経ていないパルス光と、センシングファイバ１１ａと遅延補償ファイバ３０ａとの何れも経たパルス光とが重畳されるように、パルス光を出力する周期を設定した。
このため、信号φの復調に用いる干渉光（ｂｉ＋ｃｉ）以外のパルス光を重畳させることができ、復調に必要な干渉パルスが得られる周期を最短にできるため、復調できる振幅および周波数を最大にできる。
【００３５】
また、干渉光を検出する時間幅（τｓ）が、上記式（１）を満たすように設定し、センシングファイバ１１ａの伝搬遅延時間（τｄ）の間に干渉光をサンプルする数（Ｎi）が、上記式（２ａ）または（２ｂ）を満たすように設定した。また、パルス光源１から出力するパルス光のパルス幅が、時間幅（τｓ）以下である。
このため、センシングファイバの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期でパルス光源１からパルス光を出力して復調器７０でサンプリングしても、ＡＢＤＦＧを伝搬したパルス光とＡＣＤＥＧを伝搬したパルス光とが干渉した干渉パルス（ｂｉ＋ｃｉ）に、当該パルス光以外の別のパルス光が干渉することがない。よって、雑音が発生したり正常に動作しなくなることを防止でき、振幅が大きく周波数が高い信号を検出できる。
また、ＮT＝２とすることで、ＡＢＤＥＧを伝搬したパルスａｉとＡＣＤＦＧを伝搬したパルスｄｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とが重なり、復調に必要な干渉パルス（ｂｉ＋ｃｉ）が得られる周期を最短にできるため、復調できる振幅および周波数を向上することができる。
【００３６】
また、干渉パルスｂｉ＋ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）は光源から出力した同一のパルスが分岐したパルスであるため、レーザの位相雑音が最小になる条件を満たしている。
【００３７】
また、干渉パルスｂｉ＋ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）のパルス間（前後）には、パルス光源１から出力した、別のパルス（パルスａｉ＋ｄｉ）が配置されるため、パルス列においてパルスがない空き時間を短くすることができ、パルス光源１、Ｏ／Ｅ変換器３３などの構成部が応答する出力周波数帯域の範囲内で、効率の良い干渉パルスのサンプリングが成されている。
【００３８】
実施の形態２．
（構成）
図２は実施の形態２に係る干渉型光ファイバセンサシステムの構成とパルス波形を示す図である。
本実施の形態２における干渉型光ファイバセンサシステムは、復調方式にヘテロダイン方式を用いるものである。
以下、上述した従来技術２との相違点を中心に説明する。
【００３９】
本実施の形態２における干渉型光ファイバセンサシステムは、従来技術２と同様に、パルス光を発生するパルス光源１と、パルス光源１からのパルス光を干渉させる干渉計５と、オシレータ２６と、干渉光を電気信号に変換するＯ／Ｅ変換器３３と、物理量に対応する信号φの抽出等を行う復調器７２と、を備えている。
【００４０】
干渉計５は、光ファイバ１ａ、光カプラ２０、遅延補償ファイバ２０ａ、光周波数シフタ２２、光カプラ２３、光ファイバ２３ａ、光カプラ１０、センシングファイバ１１ａ、リファレンスファイバ１１ｂ、ミラー１２ａ、１２ｂ、および光ファイバ１０ａにより構成される。
センシングファイバ１１ａは、物理量によってパルス光を位相変調する。
遅延補償ファイバ２０ａは、その伝搬遅延時間が、センシングファイバ１１ａにパルス光が入力してから出力されるまでの伝搬遅延時間（τｄ）と等しく設定されている。
干渉計５は、パルス光源１から出力されるパルス光を光カプラ２０で分岐して、一方のパルス光を遅延補償ファイバ２０ａにより遅延させ、もう一方のパルス光の周波数を光周波数シフタ２２によりシフトさせてから光カプラ２３で結合する。さらに光カプラ１０でパルス光を分岐して、センシングファイバ１１ａを経たパルス光（経路ＡＢＤＦＧ）と、遅延補償ファイバ２０ａを経たパルス光（経路ＡＣＤＥＧ）とを干渉させ、干渉光（以下「干渉パルス」ともいう）をＯ／Ｅ変換器３３に出力する。また、センシングファイバ１１ａと遅延補償ファイバ２０ａとの何れも経ていないパルス光（経路ＡＢＤＥＧ）、および、センシングファイバ１１ａと遅延補償ファイバ２０ａとの何れも経たパルス光（経路ＡＣＤＦＧ）もＯ／Ｅ変換器３３に出力する。パルス波形の詳細は後述する。
【００４１】
復調器７２は、同期検波器５６ａ、同期検波器５６ｂ、逆正接演算器５３、不連続点補償演算器５４を備える。復調器７２では、Ｏ／Ｅ変換器３３の出力から、干渉光に含まれる信号φの正弦波成分（ｓｉｎφ）および余弦波成分（ｃｏｓφ）を抽出し、正弦波成分および余弦波成分を用いて逆正接演算を行い、逆正接演算結果が不連続となっている場合、不連続点を連結して信号φを検出する。
【００４２】
なお、「Ｏ／Ｅ変換器３３」および「復調器７２」は、本発明における「検出部」を構成する。
【００４３】
本実施の形態におけるパルス光源１は、従来技術２と比較して、パルス繰返し周期が速いものを用いる。
また、Ｏ／Ｅ変換器３３は、従来技術２と比較して、繰返し周期の速いパルスに対応するため出力周波数帯域が広いものを用いる。
また、復調器７２は、従来技術２と比較して、干渉パルスを速くサンプリングして処理できるものを用いる。
また、光周波数シフタ２２、および復調器は、従来技術２と比較して、高い周波数の光ビートが扱えるものを用いる。
本実施の形態におけるセンシングファイバ１１ａおよび遅延補償ファイバ２０ａには、従来技術２と比較して、長いものを用いることができる。即ち、従来技術１と比較して、感度が高いものを用いることができる。
【００４４】
パルス光源１が出力するパルス光の周期の条件は、上記実施の形態１と同様である。
復調器７２で干渉パルスの一つ一つを検出する時間幅（τｓ）、および、センシングファイバ１１ａの伝搬遅延時間（τｄ）の間に干渉光をサンプルする数（Ｎi）の設定は、上記実施の形態１と同様である。ただし、ＮTは３以上に設定する。
パルス光源１から出力するパルス光のパルス幅は通常、時間幅（τｓ）以下にする。
【００４５】
図２に示したパルス波形は（２ａ）式の条件でＮT＝３、Ｎi＝３とした一例である。
次に、図２のパルス波形例により本実施の形態における動作を説明する。
【００４６】
（動作）
図２のパルス波形は、各経路を通過したパルス光の波形を示している。Ａは、パルス光源１の出力であるＡの位置を通過するパルス波形である。パルス光源１から出力される順に１，２，３・・・の番号を付与した。パルス波形ＡＢＤＥＧは、Ｏ／Ｅ変換器３３に入力するパルス波形Ｇの内、経路ＡＢＤＥＧを伝搬した成分である。到達する順にａ１，ａ２，ａ３・・・の番号を付与した。パルス波形ＡＢＤＦＧ、パルス波形ＡＣＤＥＧ、パルス波形ＡＣＤＦＧもそれぞれの経路を伝搬してＯ／Ｅ変換器３３に入力するパルスの成分であり、到達する順に番号を付与した。
【００４７】
パルス光源１からＯ／Ｅ変換器３３までの各構成部の動作は従来技術２と同様に動作する。
ただし、本実施の形態においては、パルス光源１から出力の繰返し周期がセンシングファイバ１１ａおよび遅延補償ファイバ２０ａの伝搬遅延時間（τｄ）より短いため、最初は経路ＡＢＤＥＧを伝搬したパルスａｉ（ｉ＝１，２，３・・・）だけがＯ／Ｅ変換器３３から出力される。
次にＡＢＤＦＧを伝搬したパルスｂｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とＡＣＤＥＧを伝搬したパルスｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とが干渉した干渉パルスｂｉ＋ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）が出力される。
次にＡＣＤＦＧを伝搬したパルスｄｉ（ｉ＝１，２，３・・・）が出力される。
【００４８】
上記実施の形態１のパルス列との違いは、経路ＡＢＤＥＧを伝搬したパルスと経路ＡＣＤＥＧを伝搬したパルスとが重ならないことである。
このように、本実施の形態におけるパルス光源１が出力するパルス光の周期は、干渉光のパルス間に、センシングファイバ１１ａと遅延補償ファイバ２０ａとの何れも経ていないパルス光（経路ＡＢＤＥＧ）と、センシングファイバ１１ａと遅延補償ファイバ２０ａとの何れも経たパルス光（経路ＡＣＤＦＧ）とが重畳しないように設定している。
【００４９】
復調器７２は、パルス波形Ｇで表されるパルス列から、ｂｉ＋ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）の干渉パルスを抽出して復調する。そして、物理量に対応する信号φを出力する。復調の動作は例えば従来技術２と同様である。
なお、光ビート（光周波数シフタ２２でシフトする周波数の成分）の周波数は検出する信号の振幅と周波数に応じて高い周波数に設定する。
【００５０】
（効果）
本実施の形態においても、上記実施の形態１と同様に、信号φの復調を可能とする位相変化速度を向上することができる。
よって、振幅が大きく周波数が高い信号を検出できる。また、センシングファイバ１１ａの感度を高くすることができる。
【００５１】
また、１周期におけるパルス光の位相変化量がπ［ｒａｄ］以下となるサンプリング周期（τｃ）で干渉光をサンプリングするので、信号φの復調を正常に行うことができる。
【００５２】
また、センシングファイバの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期でパルス光源１からパルス光を出力して復調器７２でサンプリングしても、ＡＢＤＦＧを伝搬したパルス光とＡＣＤＥＧを伝搬したパルス光とが干渉した干渉パルス（ｂｉ＋ｃｉ）に、当該パルス光以外の別のパルス光が干渉することがない。よって、雑音が発生したり正常に動作しなくなることを防止でき、振幅が大きく周波数が高い信号を検出できる。
【００５３】
また、干渉パルスｂｉ＋ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）は光源から出力した同一のパルスが分岐したパルスであるため、レーザの位相雑音が最小になる条件を満たしている。
【００５４】
また、干渉パルスｂｉ＋ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）のパルス間（前後）には、パルス光源１から出力した、別のパルス（パルスａｉ、ｄｉ）が配置されるため、パルス列においてパルスがない空き時間を短くすることができ、パルス光源１、Ｏ／Ｅ変換器３３などの構成部が応答する出力周波数帯域の範囲内で、効率の良い干渉パルスのサンプリングが成されている。
【００５５】
また本実施の形態においては、ＮTを３以上に設定することで、ＡＢＤＥＧを伝搬したパルスａｉとＡＣＤＦＧを伝搬したパルスｄｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とが重畳しない。
このため、復調器７２での抽出対象ではないパルス（パルスａｉ、ｄｉ）が干渉して光ビートを発生することがなく、Ｏ／Ｅ変換器３３の群遅延で抽出対象ではないパルスが抽出対象のパルスに漏れることによる復調出力の雑音を低減することができる。
【００５６】
実施の形態３．
本実施の形態３では、上記実施の形態１におけるセンシングファイバを複数備え、時分割多重を用いた例を説明する。
【００５７】
（構成）
図３は実施の形態３に係る干渉型光ファイバセンサシステムの構成を示す図である。
本実施の形態３における干渉計５は、パルス光源１から出力されるパルス光を、センシングファイバ１１１ａ、１１２ａのそれぞれに分岐し、各センシングファイバを経たパルス光のそれぞれと、遅延補償ファイバ３０ａを経たパルス光とを干渉させ、それぞれの干渉光を時分割多重してＯ／Ｅ変換器３３に出力する。そして、時分割多重化された干渉光は、復調器７３によって、順次復調される。
【００５８】
パルス光源１から出力されるパルス光は、光ファイバ１ａを介して光カプラ１４１に入り、二つに分割される。分割された一方のパルス光は、光ファイバ１４１ａを経由し、光カプラ１０１に入る。光カプラ１０１に入った光は、二つに分割され、一方はセンシングファイバ１１１ａを通りセンシング光となり、もう一方は光ファイバ１１１ｂを通りリファレンス光となる。センシング光はセンシングファイバ１１１ａを通過するときに、センシングファイバ１１１ａに加わる信号φ１で位相変調される。この信号φ１は、前述のように、音響信号、磁気信号および加速度等がある。そして、センシング光はミラー１２１ａで反射し、リファレンス光はミラー１２１ｂで反射する。反射したセンシング光とリファレンス光は、光カプラ１０１を経由して、光カプラ１５１に伝送される。ここで、センシング光はセンシングファイバ１１１ａによる伝搬遅延のため、リファレンス光より遅延している。
【００５９】
一方、光カプラ１４１で分割されたもう一方の光は、遅延ファイバ１６１により遅延し、光カプラ１０２に入った光は、二つに分割される。一方はセンシングファイバ１１２ａを通りセンシング光となり、もう一方は光ファイバ１１２ｂを通りリファレンス光となる。
ここで、光カプラ１０２から送られたセンシング光とリファレンス光は、遅延ファイバ１６１を通過しているため、光カプラ１０１から送られたセンシング光とリファレンス光より遅延している。これにより、各センシングファイバの信号を含み、時分割多重により分割された光が生成される。
なお、本実施の形態３では、センシングファイバが２つの例で説明したが、センシングファイバが３つ以上ある場合も同様であり、多重化の数が増えるだけである。
【００６０】
光カプラ３２、遅延補償ファイバ３０ａ、圧電子３４、ミラー３１ａ、３１ｂ、ＰＧＣ信号発生器４０、Ｏ／Ｅ変換器３３の構成は、上記実施の形態１と同様である。
復調器７３は、ＡＭ復調器５１ａ、ＡＭ復調器５１ｂ、逆正接演算器５３、不連続点補償演算器５４を備える。本実施の形態３の復調器７３は、各センシングファイバ１１１ａ、１１２ａの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期で、時分割多重された各干渉光をそれぞれサンプリングする。そして、時分割多重された各信号をそれぞれ復調する。復調動作は上記実施の形態１と同様である。
【００６１】
なお、「信号φ１」、「信号φ２」は、本発明における「測定信号」に相当する。
なお、「Ｏ／Ｅ変換器３３」および「復調器７３」は、本発明における「検出部」を構成する。
【００６２】
本実施の形態におけるパルス光源１は、従来技術１と比較して、パルス繰返し周期が速いものを用いる。
また、Ｏ／Ｅ変換器３３は、従来技術１と比較して、繰返し周期の速いパルスに対応するため出力周波数帯域が広いものを用いる。
また、復調器７３は、従来技術１と比較して、干渉パルスを速くサンプリングして処理できるものを用いる。
また、ＰＧＣ信号発生器４０、圧電子３４、および復調器７３は、従来技術１と比較して、高い周波数のＰＧＣが扱えるものを用いる。
本実施の形態におけるセンシングファイバ１１１ａ、１１２ａおよび遅延補償ファイバ３０ａには、従来技術１と比較して、長いものを用いることができる。即ち、従来技術１と比較して、感度が高いものを用いることができる。
【００６３】
ここで、本実施の形態におけるパルス光源１が出力するパルス光の周期と、センシングファイバ１１１ａ、１１２ａの伝搬遅延時間（τｄ）と、遅延ファイバ１６１の伝搬遅延時間の関係は次のように設定している。
パルス光源１は、上記実施の形態１と同様に、センシングファイバ１１１ａ、１１２ａの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期で、パルス光を出力する。また、パルス光源１は、一方の干渉光のパルス間に、他方の干渉光が配置されるように、パルス光を出力する周期を設定する。
また、復調器７３では、センシングファイバ１１１ａ、１１２ａの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期で、各干渉光のそれぞれをサンプリングする。
例えば、復調器７３での干渉光のサンプリングは、上記伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期であって、且つ、１周期におけるパルス光の位相変化量がπ［ｒａｄ］以下となるサンプリング周期（τｃ）とする。
なお、遅延ファイバ１６１の伝搬遅延時間は、通常、センシングファイバ１１１ａ、１１２ａよりも短く設定する。
【００６４】
また、復調器７３で干渉パルスの一つ一つを検出する時間幅（τｓ）を、次式（３）を満たすように設定する。
【数３】
ここで、Ｎmは、時分割多重する数である。
【００６５】
また、センシングファイバ１１１ａ、１１２ａの伝搬遅延時間（τｄ）の間に干渉光をサンプルする数（Ｎi）を、次式（４ａ）または（４ｂ）を満たすように設定する。
【数４】
ここで、ＮTは、２以上の整数である。
τｃは、物理量に応じて設定される周期であって、１周期におけるパルス光の位相変化量がπ［ｒａｄ］以下となるサンプリング周期である。
τｄは、センシングファイバ１１１ａ、１１２ａの伝搬遅延時間である。
【００６６】
また、パルス光源１から出力するパルス光のパルス幅は通常、時間幅（τｓ）以下にする。
次に、図４のパルス波形例により本実施の形態における動作を説明する。
【００６７】
（動作）
図４は実施の形態３に係る干渉型光ファイバセンサシステムのパルス波形を示す図である。
図４に示したパルス波形は（４ａ）式の条件でＮm＝２、ＮT＝２、Ｎi＝３とした一例である。
図４のパルス波形は、各経路を通過したパルス光の波形を示している。Ａは、パルス光源１の出力であるＡの位置を通過するパルス波形である。パルス光源１から出力される順に１，２，３・・・の番号を付与した。パルス波形ＡＢ１ＤＥＧは、Ｏ／Ｅ変換器３３に入力するパルス波形Ｇの内、経路ＡＢ１ＤＥＧを伝搬した成分である。到達する順に１ａ１，１ａ２，１ａ３・・・の番号を付与した。パルス波形ＡＢ１ＤＦＧ、パルス波形ＡＣ１ＤＥＧ、パルス波形ＡＣ１ＤＦＧ、パルス波形ＡＢ２ＤＥＧ、パルス波形ＡＢ２ＤＦＧ、パルス波形ＡＣ２ＤＥＧ、パルス波形ＡＣ２ＤＦＧもそれぞれの経路を伝搬してＯ／Ｅ変換器３３に入力するパルスの成分であり、到達する順に番号を付与した。
【００６８】
本実施の形態３においても、パルス光源１から出力の繰返し周期がセンシングファイバ１１１ａ、１１２ａおよび遅延補償ファイバ３０ａの伝搬遅延時間（τｄ）より短いため、最初は経路ＡＢ１ＤＥＧを伝搬したパルス１ａｉ（ｉ＝１，２，３・・・）と、経路ＡＢ２ＤＥＧを伝搬したパルス２ａｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とがＯ／Ｅ変換器３３から出力される。ただし、パルス２ａｉは、遅延ファイバ１６１により、パルス１ａｉより遅延している。
次にＡＢ１ＤＦＧを伝搬したパルス１ｂｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とＡＣ１ＤＥＧを伝搬したパルス１ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とが干渉した干渉パルス１ｂｉ＋１ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）が出力される。
次に遅延ファイバ１６１の遅延時間だけ遅れて、ＡＢ２ＤＦＧを伝搬したパルス２ｂｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とＡＣ２ＤＥＧを伝搬したパルス２ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とが干渉した干渉パルス２ｂｉ＋２ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）が出力される。
次にＡＢ１ＤＥＧを伝搬したパルス１ａｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とＡＣ２ＤＦＧを伝搬したパルス２ｄｉ（ｉ＝１，２，３・・・）とが重なり、重畳したパルス光（ｉ＋５）＋ｄｉ（ｉ＝１，２，３・・・）が出力される。
パルス２ｄ１が出力された後は長い空き時間がないパルス列が構成される。
【００６９】
復調器７３は、パルス波形Ｇで表されるパルス列から、１ｂｉ＋１ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）の干渉パルスを抽出して信号φ１を復調する。また、復調器７３は、パルス波形Ｇで表されるパルス列から、２ｂｉ＋２ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）の干渉パルスを抽出して信号φ２を復調する。そして、各物理量に対応する信号φ１、信号φ２を出力する。復調の動作は実施の形態１と同様である。
なお、ＰＧＣの周波数は検出する信号の振幅と周波数に応じて設定する。
【００７０】
（効果）
以上のように本実施の形態においては、各センシングファイバの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期で、時分割多重された各干渉光をそれぞれサンプリングする。
このため、複数の干渉光を時分割多重で伝送する構成において、各信号の復調を可能とする位相変化速度を向上することができる。
よって、振幅が大きく周波数が高い信号を検出できる。また、各センシングファイバの感度を高くすることができる。
【００７１】
また、１周期におけるパルス光の位相変化量がπ［ｒａｄ］以下となるサンプリング周期（τｃ）で、時分割多重された各干渉光をそれぞれサンプリングするので、信号φの復調を正常に行うことができる。
【００７２】
また、干渉光を検出する時間幅（τｓ）が、上記式（３）を満たすように設定し、センシングファイバ１１１ａ、１１２ａの伝搬遅延時間（τｄ）の間に干渉光をサンプルする数（Ｎi）が、上記式（４ａ）または（４ｂ）を満たすように設定した。また、パルス光源１から出力するパルス光のパルス幅が、時間幅（τｓ）以下である。
このため、時分割多重で伝送される構成において、センシングファイバの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期でパルス光源１からパルス光を出力して復調器７３でサンプリングしても、各干渉パルス（１ｂｉ＋１ｃｉおよび２ｂｉ＋２ｃｉ）に、当該パルス光以外の別のパルス光が干渉することがない。よって、雑音が発生したり正常に動作しなくなることを防止でき、振幅が大きく周波数が高い信号を検出できる。
【００７３】
また、干渉パルス１ｂｉ＋１ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）、干渉パルス２ｂｉ＋２ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）、は光源から出力した同一のパルスが分岐したパルスであるため、レーザの位相雑音が最小になる条件を満たしている。
【００７４】
また、干渉パルス１ｂｉ＋１ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）、干渉パルス２ｂｉ＋２ｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）の前後には、パルス光源１から出力した、別のパルス（パルス１ａｉ、１ｄｉ、２ａｉ、２ｄｉ）が配置されるため、パルス列においてパルスがない空き時間を短くすることができ、パルス光源１、Ｏ／Ｅ変換器３３などの構成部が応答する出力周波数帯域の範囲内で、効率の良い干渉パルスのサンプリングおよび時分割多重が成されている。
【００７５】
また、干渉光のパルス間に、他の干渉光が配置されるように、パルス光を出力する周期を設定した。
このため、信号φの復調に用いる干渉光（ｂｉ＋ｃｉ）以外のパルス光を重畳させることができ、復調に必要な干渉パルスが得られる周期を最短にできるため、復調できる振幅および周波数を最大にできる。
【００７６】
以上に実施の形態１〜３までを説明したが、本発明における干渉型光ファイバセンサシステムは、以上に説明した構成に限られるものではない。次に、実施の形態１〜３の変形例について説明する。
【００７７】
実施の形態１、３では圧電子によるＰＧＣ復調方式、実施の形態２では周波数シフタを用いるヘテロダイン方式で信号を復調する例を示した。本発明はこれに限るものではなく、他の変調方法でも、（１）式と（２ａ）式、（１）式と（２ｂ）式、（３）式と（４ａ）式、または（３）式と（４ｂ）式を満たすように構成することで同じ効果を得ることができる。
【００７８】
また、実施の形態２では、１つの光周波数シフタ２２を用いる例を説明したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、非特許文献２に示されたように２つの光周波数シフタ（ＡＯＭ）を用いても良い。
【００７９】
また、全ての実施の形態において、センシングファイバに光カプラとミラーを取り付けてマイケルソン干渉計を構成する例で説明したが、本発明はこれに限るものではなく、マッハ・ツェンダ干渉計など他の干渉計を用いることもできる。
【００８０】
また、実施の形態１、３において、遅延補償ファイバに光カプラとミラーを取り付けてマイケルソン干渉計を構成する例を示し、実施の形態２では光カプラを２つ取り付けてマッハ・ツェンダ干渉計を構成する例を示したが、他の干渉計を用いることもできる。
【００８１】
また、実施の形態３では、実施の形態１のＰＧＣ方式を時分割多重構成にした例を示したが、実施の形態２のヘテロダイン方式でも同様に構成することができる。
【００８２】
また、実施の形態１では、ＰＧＣ方式において変調を行うために圧電子３４を用いる例で説明したが、電磁アクチュエータで遅延補償ファイバ３０ａを歪ませて光の周波数を変調しても良いし、非特許文献１と同様に、レーザ光源（パルス光源１）の周波数を変調するなど、他の手段で光の位相を変化させても良い。
【符号の説明】
【００８３】
１ パルス光源、１ａ 光ファイバ、５ 干渉計、１０ 光カプラ、１０ａ 光ファイバ、１１ａ センシングファイバ、１１ｂ リファレンスファイバ、１２ａ ミラー、１２ｂ ミラー、２０ 光カプラ、２０ａ 遅延補償ファイバ、２２ 光周波数シフタ、２３ 光カプラ、２３ａ 光ファイバ、２６ オシレータ、３０ａ 遅延補償ファイバ、３０ｂ 光ファイバ、３１ａ ミラー、３１ｂ ミラー、３２ 光カプラ、３２ａ 光ファイバ、３３ Ｏ／Ｅ変換器、３４ 圧電子、４０ ＰＧＣ信号発生器、５１ａ ＡＭ復調器、５１ｂ ＡＭ復調器、５３ 逆正接演算器、５４ 不連続点補償演算器、５６ａ 同期検波器、５６ｂ 同期検波器、７０ 復調器、７２ 復調器、７３ 復調器、１０１ 光カプラ、１０２ 光カプラ、１１１ａ センシングファイバ、１１１ｂ 光ファイバ、１１２ａ センシングファイバ、１１２ｂ 光ファイバ、１２１ａ ミラー、１２１ｂ ミラー、１４１ 光カプラ、１４１ａ 光ファイバ、１５１ 光カプラ、１６１ 遅延ファイバ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス光を出力する光源と、
物理量を検知するセンシングファイバ、および前記センシングファイバと伝搬遅延時間（τｄ）が等しい遅延補償ファイバを有し、前記光源からのパルス光を干渉させる干渉計と、
前記干渉計からの干渉光をサンプリングして前記物理量に対応する測定信号を検出する検出部と、
を備え、
前記光源は、
前記センシングファイバに前記パルス光が入力してから出力されるまでの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期で、前記パルス光を出力し、
前記検出部は、
前記センシングファイバの前記伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期で、前記干渉光をサンプリングする
ことを特徴とする干渉型光ファイバセンサシステム。
【請求項２】
前記センシングファイバは、前記物理量によって前記パルス光を位相変調し、
前記検出部は、
前記物理量に応じて設定される周期であって、１周期における前記パルス光の位相変化量がπ［ｒａｄ］以下となるサンプリング周期（τｃ）で、前記干渉光をサンプリングする
ことを特徴とする請求項１記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
【請求項３】
前記干渉計は、
前記光源から出力される前記パルス光を分岐して、前記センシングファイバを経たパルス光と、前記遅延補償ファイバを経たパルス光とを干渉させ、
前記干渉させた干渉光と、
前記センシングファイバと前記遅延補償ファイバとの何れも経ていない前記パルス光、および、前記センシングファイバと前記遅延補償ファイバとの何れも経た前記パルス光、の少なくとも一方のパルス光と、
を前記検出部に出力し、
前記光源は、
前記干渉光のパルス間に、前記センシングファイバと前記遅延補償ファイバとの何れも経ていない前記パルス光、および、前記センシングファイバと前記遅延補償ファイバとの何れも経た前記パルス光、の少なくとも一方が配置されるように、前記パルス光を出力する周期を設定した
ことを特徴とする請求項１または２記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
【請求項４】
前記光源は、
前記干渉光のパルス間に、前記センシングファイバと前記遅延補償ファイバとの何れも経ていない前記パルス光と、前記センシングファイバと前記遅延補償ファイバとの何れも経た前記パルス光とが重畳されるように、前記パルス光を出力する周期を設定した
ことを特徴とする請求項３記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
【請求項５】
前記光源は、
前記干渉光のパルス間に、前記センシングファイバと前記遅延補償ファイバとの何れも経ていない前記パルス光と、前記センシングファイバと前記遅延補償ファイバとの何れも経た前記パルス光とが重畳しないように、前記パルス光を出力する周期を設定した
ことを特徴とする請求項３記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
【請求項６】
前記検出部は、
前記干渉光を検出する時間幅（τｓ）が、次式（１）を満たすように設定し、
前記センシングファイバの伝搬遅延時間（τｄ）の間に前記干渉光をサンプルする数（Ｎｉ）が、次式（２ａ）または（２ｂ）を満たすように設定し、
前記光源は、
出力する前記パルス光のパルス幅が、前記時間幅（τｓ）以下である
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
【数５】
ここで、ＮＴは、２以上の整数である。
τｃは、前記物理量に応じて設定される周期であって、１周期における前記パルス光の位相変化量がπ［ｒａｄ］以下となるサンプリング周期である。
τｄは、前記センシングファイバの伝搬遅延時間である。
【請求項７】
前記干渉計は、前記センシングファイバを複数備え、
前記光源から出力される前記パルス光を、各センシングファイバそれぞれに分岐して、前記各センシングファイバを経たパルス光と、前記遅延補償ファイバを経たパルス光とを干渉させ、それぞれの干渉光を時分割多重して前記検出部に出力し、
前記検出部は、
前記各センシングファイバの前記伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期で、前記時分割多重された各干渉光をそれぞれサンプリングする
ことを特徴とする請求項１または２記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
【請求項８】
前記干渉計は、
前記各センシングファイバに分岐された前記パルス光をそれぞれ遅延させる遅延ファイバを備え、
前記光源は、
前記干渉光のパルス間に、他の前記干渉光が配置されるように、前記パルス光を出力する周期を設定した
ことを特徴とする請求項７記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
【請求項９】
前記検出部は、
前記干渉光を検出する時間幅（τｓ）が、次式（３）を満たすように設定し、
前記センシングファイバの伝搬遅延時間（τｄ）の間に前記干渉光をサンプルする数（Ｎｉ）が、次式（４ａ）または（４ｂ）を満たすように設定し、
前記光源は、
出力する前記パルス光のパルス幅が、前記時間幅（τｓ）以下である
ことを特徴とする請求項１、２、７、８の何れか１項に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
【数６】
ここで、ＮＴは、２以上の整数である。
Ｎｍは、時分割多重する干渉光の数である。
τｃは、前記物理量に応じて設定される周期であって、１周期における前記パルス光の位相変化量がπ［ｒａｄ］以下となるサンプリング周期である。
τｄは、前記センシングファイバの伝搬遅延時間である。
【請求項１０】
前記検出部は、
前記干渉計からの前記物理量に対応する測定信号を含む干渉光を、電気信号に変換する変換器と、
前記電気信号から正弦波成分および余弦波成分を抽出し、前記正弦波成分および前記余弦波成分を用いて逆正接演算を行い、前記逆正接演算結果が不連続となっている場合、不連続点を連結して前記測定信号を検出する復調器と、
を備えた
ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
【請求項１】
パルス光を出力する光源と、
物理量を検知するセンシングファイバ、および前記センシングファイバと伝搬遅延時間（τｄ）が等しい遅延補償ファイバを有し、前記光源からのパルス光を干渉させる干渉計と、
前記干渉計からの干渉光をサンプリングして前記物理量に対応する測定信号を検出する検出部と、
を備え、
前記光源は、
前記センシングファイバに前記パルス光が入力してから出力されるまでの伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期で、前記パルス光を出力し、
前記検出部は、
前記センシングファイバの前記伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期で、前記干渉光をサンプリングする
ことを特徴とする干渉型光ファイバセンサシステム。
【請求項２】
前記センシングファイバは、前記物理量によって前記パルス光を位相変調し、
前記検出部は、
前記物理量に応じて設定される周期であって、１周期における前記パルス光の位相変化量がπ［ｒａｄ］以下となるサンプリング周期（τｃ）で、前記干渉光をサンプリングする
ことを特徴とする請求項１記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
【請求項３】
前記干渉計は、
前記光源から出力される前記パルス光を分岐して、前記センシングファイバを経たパルス光と、前記遅延補償ファイバを経たパルス光とを干渉させ、
前記干渉させた干渉光と、
前記センシングファイバと前記遅延補償ファイバとの何れも経ていない前記パルス光、および、前記センシングファイバと前記遅延補償ファイバとの何れも経た前記パルス光、の少なくとも一方のパルス光と、
を前記検出部に出力し、
前記光源は、
前記干渉光のパルス間に、前記センシングファイバと前記遅延補償ファイバとの何れも経ていない前記パルス光、および、前記センシングファイバと前記遅延補償ファイバとの何れも経た前記パルス光、の少なくとも一方が配置されるように、前記パルス光を出力する周期を設定した
ことを特徴とする請求項１または２記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
【請求項４】
前記光源は、
前記干渉光のパルス間に、前記センシングファイバと前記遅延補償ファイバとの何れも経ていない前記パルス光と、前記センシングファイバと前記遅延補償ファイバとの何れも経た前記パルス光とが重畳されるように、前記パルス光を出力する周期を設定した
ことを特徴とする請求項３記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
【請求項５】
前記光源は、
前記干渉光のパルス間に、前記センシングファイバと前記遅延補償ファイバとの何れも経ていない前記パルス光と、前記センシングファイバと前記遅延補償ファイバとの何れも経た前記パルス光とが重畳しないように、前記パルス光を出力する周期を設定した
ことを特徴とする請求項３記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
【請求項６】
前記検出部は、
前記干渉光を検出する時間幅（τｓ）が、次式（１）を満たすように設定し、
前記センシングファイバの伝搬遅延時間（τｄ）の間に前記干渉光をサンプルする数（Ｎｉ）が、次式（２ａ）または（２ｂ）を満たすように設定し、
前記光源は、
出力する前記パルス光のパルス幅が、前記時間幅（τｓ）以下である
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
【数５】
ここで、ＮＴは、２以上の整数である。
τｃは、前記物理量に応じて設定される周期であって、１周期における前記パルス光の位相変化量がπ［ｒａｄ］以下となるサンプリング周期である。
τｄは、前記センシングファイバの伝搬遅延時間である。
【請求項７】
前記干渉計は、前記センシングファイバを複数備え、
前記光源から出力される前記パルス光を、各センシングファイバそれぞれに分岐して、前記各センシングファイバを経たパルス光と、前記遅延補償ファイバを経たパルス光とを干渉させ、それぞれの干渉光を時分割多重して前記検出部に出力し、
前記検出部は、
前記各センシングファイバの前記伝搬遅延時間（τｄ）より短い周期で、前記時分割多重された各干渉光をそれぞれサンプリングする
ことを特徴とする請求項１または２記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
【請求項８】
前記干渉計は、
前記各センシングファイバに分岐された前記パルス光をそれぞれ遅延させる遅延ファイバを備え、
前記光源は、
前記干渉光のパルス間に、他の前記干渉光が配置されるように、前記パルス光を出力する周期を設定した
ことを特徴とする請求項７記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
【請求項９】
前記検出部は、
前記干渉光を検出する時間幅（τｓ）が、次式（３）を満たすように設定し、
前記センシングファイバの伝搬遅延時間（τｄ）の間に前記干渉光をサンプルする数（Ｎｉ）が、次式（４ａ）または（４ｂ）を満たすように設定し、
前記光源は、
出力する前記パルス光のパルス幅が、前記時間幅（τｓ）以下である
ことを特徴とする請求項１、２、７、８の何れか１項に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
【数６】
ここで、ＮＴは、２以上の整数である。
Ｎｍは、時分割多重する干渉光の数である。
τｃは、前記物理量に応じて設定される周期であって、１周期における前記パルス光の位相変化量がπ［ｒａｄ］以下となるサンプリング周期である。
τｄは、前記センシングファイバの伝搬遅延時間である。
【請求項１０】
前記検出部は、
前記干渉計からの前記物理量に対応する測定信号を含む干渉光を、電気信号に変換する変換器と、
前記電気信号から正弦波成分および余弦波成分を抽出し、前記正弦波成分および前記余弦波成分を用いて逆正接演算を行い、前記逆正接演算結果が不連続となっている場合、不連続点を連結して前記測定信号を検出する復調器と、
を備えた
ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１５４７７８（Ｐ２０１２−１５４７７８Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３８２３（Ｐ２０１１−１３８２３）
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【Ｆターム（参考）】
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