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JP7225792B2 - Interferometric optical fiber sensor system, demodulator, demodulation method and program - Google Patents
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Interferometric optical fiber sensor system, demodulator, demodulation method and program Download PDF

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Description

本発明は、光ファイバで物理量を検知する干渉型光ファイバセンサシステム、復調装置、復調方法、及びその方法をコンピュータに実行させるプログラムに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an interferometric optical fiber sensor system, a demodulator, a demodulation method, and a program for causing a computer to execute the method for detecting a physical quantity with an optical fiber.

従来の光ファイバセンサの一例が特許文献1~4及び非特許文献1に開示されている。これらの文献に開示された光ファイバセンサは、検出する信号を光ファイバの歪みに変える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有し、光ファイバ干渉計で信号を検出することで、種々の物理量を検出する。 Examples of conventional optical fiber sensors are disclosed in Patent Documents 1 to 4 and Non-Patent Document 1. The optical fiber sensors disclosed in these documents have an optical fiber interferometer whose arm is a sensing fiber that converts a signal to be detected into distortion of the optical fiber. Detect physical quantities.

干渉型光ファイバセンサでは、光が往復する部分で起こるレイリー散乱光が干渉することで雑音が発生するという課題がある。以下では、この雑音をレイリー雑音と称する。特許文献2の光ファイバセンサでは、光が往復する部分に入力するパルス光を1つに制限することで、レイリー雑音を抑制している。しかし、特許文献2の光ファイバセンサでは、パルス光の繰り返し周期が長くなり、周波数折り返しによる雑音が増加する欠点があった。以下では、この雑音を折り返し雑音と称する。特許文献3及び4に開示された干渉型光ファイバセンサシステムも、特許文献2と同様に、折り返し雑音が増加してしまう。 The interferometric optical fiber sensor has a problem that noise is generated due to interference of Rayleigh scattered light occurring in the part where the light travels back and forth. This noise is hereinafter referred to as Rayleigh noise. In the optical fiber sensor of Patent Literature 2, Rayleigh noise is suppressed by limiting the number of pulsed lights to be input to a portion where light reciprocates. However, the optical fiber sensor of Patent Literature 2 has the drawback that the repetition period of pulsed light becomes longer and noise increases due to frequency folding. This noise is hereinafter referred to as aliasing noise. In the interferometric optical fiber sensor systems disclosed in Patent Documents 3 and 4, as in Patent Document 2, aliasing noise increases.

これらの課題を解決する干渉型光ファイバセンサが特許文献1に開示されている。特許文献1には、ヘテロダイン方式を用いた干渉型光ファイバセンサの一例が開示されている。特許文献1に開示された干渉型光ファイバセンサは、周波数シフト光源、遅延補償干渉計、光サーキュレータ、センシング干渉計、O/E(Optical/Electronic)変換器及び復調器を有する。周波数シフト光源はパルス光を連結した連続光を出力する。光サーキュレータは、遅延補償干渉計の遅延補償ファイバを伝搬するパルス光とセンシング干渉計のセンシングファイバを伝搬するパルス光とを合流してO/E変換器に出力する。O/E変換器は、遅延補償ファイバを伝搬するパルス光とセンシングファイバを伝搬するパルス光との干渉光を電気信号に変換する。復調器は、O/E変換器から入力される電気信号を、センシングファイバで生じた位相変化に復調する。 Patent Document 1 discloses an interferometric optical fiber sensor that solves these problems. Patent Literature 1 discloses an example of an interferometric optical fiber sensor using a heterodyne method. An interferometric optical fiber sensor disclosed in Patent Document 1 has a frequency-shifting light source, a delay compensation interferometer, an optical circulator, a sensing interferometer, an O/E (Optical/Electronic) converter, and a demodulator. A frequency-shifted light source outputs continuous light that is a combination of pulsed lights. The optical circulator joins the pulsed light propagating through the delay compensating fiber of the delay compensating interferometer and the pulsed light propagating through the sensing fiber of the sensing interferometer, and outputs the resultant to the O/E converter. The O/E converter converts interference light between the pulsed light propagating through the delay compensating fiber and the pulsed light propagating through the sensing fiber into an electrical signal. The demodulator demodulates the electrical signal input from the O/E converter into a phase change caused by the sensing fiber.

特許文献1の干渉型光ファイバセンサのように、周波数シフト光源を用いれば、光サーキュレータからセンシング干渉計までの光が往復する部分で起こるレイリー雑音がO/E変換器の対域外にシフトして復調器の出力に現れなくなる。そのため、レイリー雑音を抑制できる。また、特許文献2~4に開示されたシステムのように一部のパルス光から信号を得るシステムでは折り返し雑音が増加するが、周波数シフト光源を用いることで、連続光から信号が得られるため、折り返し雑音を抑制できる。非特許文献1には、従来の光干渉型光ファイバセンサに起こり得る復調エラーの例が開示されている。 If a frequency-shifted light source is used as in the interferometric optical fiber sensor of Patent Document 1, the Rayleigh noise generated in the part where the light travels back and forth from the optical circulator to the sensing interferometer is shifted out of the range of the O/E converter. disappears from the output of the demodulator. Therefore, Rayleigh noise can be suppressed. In addition, in the systems that obtain signals from a part of pulsed light, such as the systems disclosed in Patent Documents 2 to 4, aliasing noise increases. It is possible to suppress aliasing noise. Non-Patent Document 1 discloses an example of a demodulation error that can occur in a conventional optical interference type optical fiber sensor.

特開2018-017625号公報JP 2018-017625 A 特開2007-139482号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-139482 特開2012-154778号公報JP 2012-154778 A 特開2011-214921号公報JP 2011-214921 A

佐藤陵沢、「広ダイナミックレンジ光ファイバハイドロホン」、信学技報、社団法人電子情報通信学会、2011年11月17日発行、vol.111、no.311、PP.15-20Ryotaku Sato, "Wide Dynamic Range Optical Fiber Hydrophone", IEICE Technical Report, Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, November 17, 2011, vol. 111, no. 311, pp. 15-20

しかし、特許文献1に開示された干渉型光ファイバセンサでは、遅延補償ファイバを伝搬するパルス光とセンシングファイバを伝搬するパルス光との伝搬時間差がゼロにならない場合、非特許文献1に開示された復調エラーが発生するおそれがある。 However, in the interferometric optical fiber sensor disclosed in Patent Document 1, if the propagation time difference between the pulsed light propagating through the delay compensation fiber and the pulsed light propagating through the sensing fiber does not become zero, Demodulation errors may occur.

本発明に係る干渉型光ファイバセンサシステムは、一定の周波数のパルス光を基に複数の周波数のパルス光を出力する周波数シフト光源と、前記パルス光が入力され、物理量を検知するセンシングファイバを含むセンシング干渉計と、前記センシングファイバに対応する遅延補償ファイバを含む遅延補償干渉計と、前記センシングファイバで発生する位相の変化を復調する復調器と、を有し、前記復調器は、前記遅延補償ファイバを伝搬するパルス光と前記センシングファイバを伝搬するパルス光とが干渉した干渉光の位相を復調する位相復調演算器と、前記複数の周波数に対応して前記干渉光の位相の変化を補正する補正部と、を有するものである。 An interferometric optical fiber sensor system according to the present invention includes a frequency shift light source that outputs pulsed light of a plurality of frequencies based on pulsed light of a constant frequency, and a sensing fiber that receives the pulsed light and detects a physical quantity. a sensing interferometer, a delay compensating interferometer including a delay compensating fiber corresponding to the sensing fiber, and a demodulator for demodulating a phase change occurring in the sensing fiber, wherein a phase demodulator for demodulating the phase of interference light resulting from interference between the pulsed light propagating through the fiber and the pulsed light propagating through the sensing fiber; and a correction unit.

本発明に係る復調装置は、パルス光の周波数を変えながらセンシングファイバで検出される信号を復調する復調装置であって、前記センシングファイバを伝搬するパルス光と、前記センシングファイバに対応する遅延補償ファイバを伝搬するパルス光との干渉光の位相を復調する位相復調演算器と、変更される前の周波数に対応した前記干渉光の位相から、変更された後の周波数に対応した前記干渉光の位相への変化のうち、前記周波数の変更に対応し前記干渉光の位相の変化を補正する補正部と、を有するものである。 A demodulator according to the present invention is a demodulator that demodulates a signal detected by a sensing fiber while changing the frequency of pulsed light, and includes pulsed light propagating through the sensing fiber and a delay compensation fiber corresponding to the sensing fiber. and a phase demodulation calculator for demodulating the phase of the interference light with the pulsed light propagating through the phase of the interference light corresponding to the frequency after being changed from the phase of the interference light corresponding to the frequency before being changed. and a correction unit that corrects a change in the phase of the interference light corresponding to the change in the frequency, among changes in the frequency.

本発明に係る復調方法は、パルス光の周波数を変えながらセンシングファイバで検出される信号を復調する復調方法であって、前記センシングファイバを伝搬するパルス光と、前記センシングファイバに対応する遅延補償ファイバを伝搬するパルス光との干渉光の位相を復調し、変更される前の周波数に対応した前記干渉光の位相から、変更された後の周波数に対応した前記干渉光の位相への変化のうち、前記周波数の変更に対応し前記干渉光の位相の変化を補正するものである。 A demodulation method according to the present invention is a demodulation method for demodulating a signal detected by a sensing fiber while changing the frequency of pulsed light, comprising pulsed light propagating through the sensing fiber and a delay compensating fiber corresponding to the sensing fiber. demodulate the phase of the interfering light with the pulsed light propagating in the , to correct the change in the phase of the interference light corresponding to the change in the frequency.

本発明に係るプログラムは、パルス光の周波数を変えながらセンシングファイバで検出した信号を復調するコンピュータに、前記センシングファイバを伝搬するパルス光と、前記センシングファイバに対応する遅延補償ファイバを伝搬するパルス光との干渉光の位相を復調する手段と、変更される前の周波数に対応した前記干渉光の位相から、変更された後の周波数に対応した前記干渉光の位相への変化のうち、前記周波数の変更に対応し前記干渉光の位相の変化を補正する手段として機能させるものである。 A program according to the present invention provides a computer that demodulates a signal detected by a sensing fiber while changing the frequency of the pulsed light, the pulsed light that propagates through the sensing fiber, and the pulsed light that propagates through the delay compensation fiber corresponding to the sensing fiber. means for demodulating the phase of the interference light from the frequency It functions as means for correcting the change in the phase of the interference light corresponding to the change in .

本発明によれば、周波数シフト光源で変更された周波数に対応して干渉光の位相の変化を補正部が補正する。そのため、遅延補償ファイバを伝搬するパルス光とセンシングファイバを伝搬するパルス光との伝搬時間差がゼロにならない場合でも、復調限界の低下が抑えられ動作が安定し、復調エラーの発生が抑制される。 According to the present invention, the correction section corrects the phase change of the interference light corresponding to the frequency changed by the frequency shift light source. Therefore, even if the propagation time difference between the pulsed light propagating through the delay compensation fiber and the pulsed light propagating through the sensing fiber does not become zero, the demodulation limit is prevented from lowering, the operation is stabilized, and the occurrence of demodulation errors is suppressed.

本発明の実施の形態1に係る干渉型光ファイバセンサシステムの一構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration example of an interferometric optical fiber sensor system according to Embodiment 1 of the present invention; FIG. 比較例の干渉型光ファイバセンサシステムの一構成例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of an interferometric optical fiber sensor system of a comparative example; 図2に示した干渉型光ファイバセンサシステムの動作を示すパルス波形の一例を示すタイミングチャートである。3 is a timing chart showing an example of a pulse waveform showing the operation of the interferometric optical fiber sensor system shown in FIG. 2; 本発明の実施の形態1における干渉光の位相φ及び合成器の出力の波形を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the phase φ of interference light and the waveform of the output of a combiner in Embodiment 1 of the present invention; 本発明の実施の形態2に係る干渉型光ファイバセンサシステムの一構成例を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of an interferometric optical fiber sensor system according to Embodiment 2 of the present invention; 本発明の実施の形態3に係る干渉型光ファイバセンサシステムの一構成例を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing a configuration example of an interferometric optical fiber sensor system according to Embodiment 3 of the present invention; 本発明の実施の形態3における干渉光の位相φ及び復調器の出力の波形を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the phase φ of interference light and the waveform of the output of a demodulator in Embodiment 3 of the present invention; 本発明の実施の形態4に係る干渉型光ファイバセンサシステムの一構成例を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing one configuration example of an interferometric optical fiber sensor system according to Embodiment 4 of the present invention; 図8に示す復調器の一構成例を示すブロック図である。9 is a block diagram showing a configuration example of the demodulator shown in FIG. 8; FIG. 図9に示した補正値検出器の動作を示すフロー図である。FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the correction value detector shown in FIG. 9; 本発明の実施の形態4における合成器の出力及び差分器の出力の波形を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing waveforms of outputs from a combiner and a differencer in Embodiment 4 of the present invention; 本発明の実施の形態5に係る干渉型光ファイバセンサシステムの一構成例を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing one configuration example of an interferometric optical fiber sensor system according to Embodiment 5 of the present invention; 図12に示す周波数シフト光源の一構成例を示すブロック図である。13 is a block diagram showing one configuration example of the frequency-shifted light source shown in FIG. 12; FIG. 図12に示す復調器の一構成例を示すブロック図である。13 is a block diagram showing a configuration example of the demodulator shown in FIG. 12; FIG. 図14に示した補正値検出器の動作を示すフロー図である。15 is a flow chart showing the operation of the correction value detector shown in FIG. 14; FIG. 本発明の実施の形態5における干渉光の位相φ及び合成器の出力の波形を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the phase φ of interference light and the waveform of the output of a combiner in Embodiment 5 of the present invention; 本発明の実施の形態5におけるO/E変換器出力をサンプリングした場合のスペクトルを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a spectrum when sampling an O/E converter output in Embodiment 5 of the present invention;

実施の形態1.
本実施の形態1の干渉型光ファイバセンサシステムを説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係る干渉型光ファイバセンサシステムの一構成例を示すブロック図である。図1に示すように、干渉型光ファイバセンサシステム1は、周波数シフト光源20、遅延補償干渉計50、光サーキュレータ30、センシング干渉計40及び復調器70を有する。周波数シフト光源20は一定の周波数のパルス光を基に複数の周波数のパルス光を出力する。センシング干渉計40は物理量を検知するセンシングファイバ42を有する。遅延補償干渉計50はセンシングファイバ42に対応する遅延補償ファイバ54を有する。復調器70はセンシングファイバ42で発生する位相の変化を復調する。
Embodiment 1.
An interferometric optical fiber sensor system according to Embodiment 1 will be described. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an interferometric optical fiber sensor system according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the interferometric optical fiber sensor system 1 has a frequency shifting light source 20, a delay compensation interferometer 50, an optical circulator 30, a sensing interferometer 40 and a demodulator . The frequency shift light source 20 outputs pulsed light of a plurality of frequencies based on pulsed light of a constant frequency. The sensing interferometer 40 has a sensing fiber 42 that senses physical quantities. Delay compensating interferometer 50 has a delay compensating fiber 54 corresponding to sensing fiber 42 . Demodulator 70 demodulates the phase changes occurring in sensing fiber 42 .

ここで、本実施の形態1の干渉型光ファイバセンサシステム1の構成を詳細に説明する前に、干渉型光ファイバセンサシステム1をより理解しやすくするために、比較例の干渉型光ファイバセンサシステムについて説明する。 Before describing the configuration of the interferometric optical fiber sensor system 1 of Embodiment 1 in detail, an interferometric optical fiber sensor of a comparative example will be described below in order to facilitate understanding of the interferometric optical fiber sensor system 1. Describe the system.

(比較例の構成)
図2は、比較例の干渉型光ファイバセンサシステムの一構成例を示すブロック図である。比較例の干渉型光ファイバセンサシステム100は、復調方式にヘテロダイン方式を用いたシステムである。干渉型光ファイバセンサシステム100は、例えば、特許文献1に開示されたシステムである。干渉型光ファイバセンサシステム100は、周波数シフト光源20a、遅延補償干渉計50、光サーキュレータ30、センシング干渉計40及び復調器700を有する。
(Configuration of Comparative Example)
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of an interferometric optical fiber sensor system of a comparative example. The interferometric optical fiber sensor system 100 of the comparative example is a system using the heterodyne method for the demodulation method. The interferometric optical fiber sensor system 100 is, for example, the system disclosed in Patent Document 1. The interferometric optical fiber sensor system 100 has a frequency shifting light source 20a, a delay compensation interferometer 50, an optical circulator 30, a sensing interferometer 40 and a demodulator 700. FIG.

周波数シフト光源20aは、パルス光源10、光カプラ21及びループ回路15を有する。光カプラ21は、パルス光源10、ループ回路15及び遅延補償干渉計50のそれぞれと光ファイバで接続されている。ループ回路15は、光周波数シフタ23、光パルスゲート24、遅延補償ファイバ25及び光アンプ26を有し、これらの構成が光ファイバで接続される構成である。ループ回路15は、光周波数シフタ23と光アンプ26との間で、光カプラ21と接続されている。光周波数シフタ23には、一定の周波数fsで信号を出力するオシレータ22が接続されている。 The frequency shift light source 20a has a pulse light source 10, an optical coupler 21 and a loop circuit 15. FIG. The optical coupler 21 is connected to the pulse light source 10, the loop circuit 15, and the delay compensation interferometer 50 via optical fibers. The loop circuit 15 has an optical frequency shifter 23, an optical pulse gate 24, a delay compensating fiber 25 and an optical amplifier 26, which are connected by optical fibers. The loop circuit 15 is connected to the optical coupler 21 between the optical frequency shifter 23 and the optical amplifier 26 . The optical frequency shifter 23 is connected to an oscillator 22 that outputs a signal at a constant frequency fs.

パルス光源10は、光の周波数がνで一定のパルス光を出力する。光カプラ21は、パルス光源10から入力されるパルス光を2つのパルス光に分割し、一方のパルス光を遅延補償干渉計50に出力し、他方のパルス光を光周波数シフタ23に出力する。また、光カプラ21は、光アンプ26から入力されるパルス光を2つに分割し、一方のパルス光を遅延補償干渉計50に出力し、他方のパルス光を光周波数シフタ23に出力する。 The pulsed light source 10 outputs constant pulsed light with a light frequency of ν. The optical coupler 21 splits the pulsed light input from the pulsed light source 10 into two pulsed lights, outputs one pulsed light to the delay compensation interferometer 50 and outputs the other pulsed light to the optical frequency shifter 23 . Also, the optical coupler 21 splits the pulsed light input from the optical amplifier 26 into two, outputs one of the pulsed lights to the delay compensation interferometer 50 , and outputs the other pulsed light to the optical frequency shifter 23 .

光周波数シフタ23は、入力されるパルス光の周波数を周波数fsだけシフトする。光パルスゲート24は、光周波数シフタ23から入力されるパルス光が設定回数だけループ回路15を回るように、入力されるパルス光を通過させる、又は遮断する。ここでは、光パルスゲート24は、ループ回路15の1周目及び2周目のパルス光を通過させ、3周目のパルス光を遮断する。遅延補償ファイバ25は、ループ回路15を回るパルス光が光周波数シフタ23を通過するタイミングを光周波数シフタ23の動作に合わせる役目を果たす。光アンプ26は、遅延補償ファイバ25から入力される光パルスの出力レベルを増幅する。 The optical frequency shifter 23 shifts the frequency of the input pulsed light by the frequency fs. The optical pulse gate 24 passes or blocks the input pulsed light so that the pulsed light input from the optical frequency shifter 23 circulates the loop circuit 15 a set number of times. Here, the optical pulse gate 24 allows the first and second rounds of pulsed light to pass through the loop circuit 15 and blocks the third round of pulsed light. The delay compensating fiber 25 serves to match the timing at which the pulsed light traveling around the loop circuit 15 passes through the optical frequency shifter 23 with the operation of the optical frequency shifter 23 . The optical amplifier 26 amplifies the output level of the optical pulse input from the delay compensating fiber 25 .

遅延補償干渉計50は、光カプラ51及び55と、光周波数シフタ53と、遅延補償ファイバ54とを有する。光カプラ51と光カプラ55との間に、光周波数シフタ53及び遅延補償ファイバ54が並列に接続されている。光周波数シフタ53には、一定の周波数fで信号を出力するオシレータ52が接続されている。光カプラ51は、光カプラ21から入力されるパルス光を2つに分割し、一方のパルス光を光周波数シフタ53に出力し、他方のパルス光を遅延補償ファイバ54に出力する。 The delay compensating interferometer 50 has optical couplers 51 and 55 , an optical frequency shifter 53 and a delay compensating fiber 54 . An optical frequency shifter 53 and a delay compensating fiber 54 are connected in parallel between the optical couplers 51 and 55 . The optical frequency shifter 53 is connected to an oscillator 52 that outputs a signal at a constant frequency fH . The optical coupler 51 splits the pulsed light input from the optical coupler 21 into two, outputs one of the pulsed lights to the optical frequency shifter 53 , and outputs the other pulsed light to the delay compensation fiber 54 .

光周波数シフタ53は、入力されるパルス光の周波数を周波数fだけシフトする。遅延補償ファイバ54は、センシングファイバ42の伝搬時間に等しい伝搬時間を、自器を通過するパルス光に生じさせる。光カプラ55は、光周波数シフタ53及び遅延補償ファイバ54から入力されるパルス光を光サーキュレータ30に出力する。 The optical frequency shifter 53 shifts the frequency of the input pulsed light by the frequency fH . The delay compensating fiber 54 causes the pulsed light passing therethrough to have a propagation time equal to the propagation time of the sensing fiber 42 . The optical coupler 55 outputs pulsed light input from the optical frequency shifter 53 and delay compensation fiber 54 to the optical circulator 30 .

光カプラ21から光カプラ51に至る光ファイバの経路を経路Aとする。光カプラ51から光周波数シフタ53を経由して光カプラ55に至る光ファイバの経路を経路Bとし、光カプラ51から遅延補償ファイバ54を経由して光カプラ55に至る光ファイバの経路を経路Cとする。 Let A be the path of the optical fiber from the optical coupler 21 to the optical coupler 51 . The optical fiber path from the optical coupler 51 to the optical coupler 55 via the optical frequency shifter 53 is path B, and the optical fiber path from the optical coupler 51 to the optical coupler 55 via the delay compensating fiber 54 is path C. and

光サーキュレータ30は、遅延補償干渉計50の光カプラ55から入力されるパルス光をセンシング干渉計40に出力し、センシング干渉計40から入力されるパルス光を復調器700に出力する。光カプラ55から光サーキュレータ30に至る光ファイバの経路を経路Dとする。 Optical circulator 30 outputs pulsed light input from optical coupler 55 of delay compensation interferometer 50 to sensing interferometer 40 and outputs pulsed light input from sensing interferometer 40 to demodulator 700 . Let D be the path of the optical fiber from the optical coupler 55 to the optical circulator 30 .

センシング干渉計40は、光カプラ41と、センシングファイバ42と、ミラー43及び44とを有する。光カプラ41は、光サーキュレータ30、ミラー43及び44のそれぞれと光ファイバで接続されている。光カプラ41とミラー43とを接続する光ファイバにセンシングファイバ42が設けられている。光サーキュレータ30からセンシングファイバ42を経由してミラー43に至る光ファイバの経路を経路Fとし、光サーキュレータ30からミラー44に至る光ファイバの経路を経路Eとする。 The sensing interferometer 40 has an optical coupler 41 , a sensing fiber 42 and mirrors 43 and 44 . The optical coupler 41 is connected to each of the optical circulator 30 and the mirrors 43 and 44 via optical fibers. A sensing fiber 42 is provided in the optical fiber connecting the optical coupler 41 and the mirror 43 . An optical fiber path from the optical circulator 30 to the mirror 43 via the sensing fiber 42 is referred to as path F, and an optical fiber path from the optical circulator 30 to the mirror 44 is referred to as path E.

光カプラ41は、光サーキュレータ30から入力されるパルス光を2つのパルス光に分割し、一方のパルス光をセンシングファイバ42に出力し、他方のパルス光をミラー44に出力する。また、光カプラ41は、センシングファイバ42及びミラー44から入力されるパルス光を復調器700に出力する。ミラー43は、センシングファイバ42から入力されるパルス光を反射してセンシングファイバ42に戻す。ミラー44は、光カプラ41から入力されるパルス光を反射して光カプラ41に戻す。センシングファイバ42は、光カプラ41とミラー43との間で往復するパルス光に対して、検知する物理量の変化に対応して位相を変化させる。 The optical coupler 41 splits the pulsed light input from the optical circulator 30 into two pulsed lights, outputs one pulsed light to the sensing fiber 42 and outputs the other pulsed light to the mirror 44 . Also, the optical coupler 41 outputs pulsed light input from the sensing fiber 42 and the mirror 44 to the demodulator 700 . The mirror 43 reflects the pulsed light input from the sensing fiber 42 and returns it to the sensing fiber 42 . The mirror 44 reflects the pulsed light input from the optical coupler 41 and returns it to the optical coupler 41 . The sensing fiber 42 changes the phase of the pulsed light that reciprocates between the optical coupler 41 and the mirror 43 in accordance with changes in physical quantities to be detected.

復調器700は、O/E変換器(光電変換器)60と、位相復調演算器80と、参照信号発生器71a及び71bと、不連続点補償演算器75とを有する。位相復調演算器80は、乗算器72a及び72bと、LPF(Low Pass Filter)73a及び73bと、逆正接演算器74とを有する。O/E変換器60は、光サーキュレータ30と光ファイバで接続され、乗算器72a及び72bのそれぞれと信号線で接続されている。乗算器72aには参照信号発生器71aが接続され、乗算器72bには参照信号発生器71bが接続されている。乗算器72aはLPF73aを介して逆正接演算器74と接続されている。乗算器72bはLPF73bを介して逆正接演算器74と接続されている。逆正接演算器74は不連続点補償演算器75と接続されている。光サーキュレータ30からO/E変換器60に至る光ファイバの経路を経路Gとする。 The demodulator 700 has an O/E converter (photoelectric converter) 60 , a phase demodulation calculator 80 , reference signal generators 71 a and 71 b , and a discontinuity compensation calculator 75 . The phase demodulation calculator 80 has multipliers 72 a and 72 b , LPFs (Low Pass Filters) 73 a and 73 b , and an arctangent calculator 74 . The O/E converter 60 is connected to the optical circulator 30 by an optical fiber, and is connected to each of the multipliers 72a and 72b by signal lines. A reference signal generator 71a is connected to the multiplier 72a, and a reference signal generator 71b is connected to the multiplier 72b. The multiplier 72a is connected to the arctangent calculator 74 via the LPF 73a. The multiplier 72b is connected to the arctangent calculator 74 via the LPF 73b. The arctangent calculator 74 is connected to the discontinuity compensation calculator 75 . Let G be the path of the optical fiber from the optical circulator 30 to the O/E converter 60 .

O/E変換器60には、経路ABDFGを伝搬したパルス光と経路ACDEGを伝搬したパルス光とが干渉した干渉光が入力される。経路ABDFGを伝搬するパルス光の成分をxiとし、経路ACDEGを伝搬するパルス光の成分をyiとすると、干渉光の成分はxi+yiとなる。ここで、iは1以上の整数である。つまり、i=1,2,3,・・・である。O/E変換器60は、光周波数シフタ53を通過した成分xiのパルス光と光周波数シフタ53を通過しない成分yiのパルス光との干渉光にビートが発生したパルス光を出力する。干渉光に発生するビートは、光周波数シフタ53でシフトする周波数fの成分によるものである。 The O/E converter 60 receives interference light resulting from interference between the pulsed light propagated through the path ABDFG and the pulsed light propagated through the path ACDEG. Letting xi be the component of the pulsed light propagating along the path ABDFG and yi be the component of the pulsed light propagating along the path ACDEG, the component of the interference light is xi+yi. Here, i is an integer of 1 or more. That is, i=1, 2, 3, . . . The O/E converter 60 outputs pulsed light in which a beat is generated in interference light between the pulsed light component xi that has passed through the optical frequency shifter 53 and the pulsed light component yi that has not passed through the optical frequency shifter 53 . The beat generated in the interference light is due to the frequency fH component shifted by the optical frequency shifter 53 .

参照信号発生器71aは、光周波数シフタ53のシフト周波数と同じ周波数fの正弦波sin2πftを参照信号として乗算器72aに出力する。参照信号発生器71bは、光周波数シフタ53のシフト周波数と同じ周波数fの余弦波cos2πftを参照信号として乗算器72bに出力する。乗算器72aは、O/E変換器60から入力されるパルス光に正弦波sin2πftを乗算してLPF73aに出力する。乗算器72bは、O/E変換器60から入力されるパルス光に余弦波cos2πftを乗算してLPF73bに出力する。 The reference signal generator 71a outputs a sine wave sin2πf H t having the same frequency f H as the shift frequency of the optical frequency shifter 53 to the multiplier 72a as a reference signal. The reference signal generator 71b outputs a cosine wave cos2πf H t having the same frequency f H as the shift frequency of the optical frequency shifter 53 to the multiplier 72b as a reference signal. The multiplier 72a multiplies the pulsed light input from the O/E converter 60 by the sine wave sin2πf H t and outputs the result to the LPF 73a. The multiplier 72b multiplies the pulsed light input from the O/E converter 60 by the cosine wave cos2πf H t and outputs the result to the LPF 73b.

LPF73aは、sinφを逆正接演算器74に出力する。LPF73bは、cosφを逆正接演算器74に出力する。φは、センシングファイバ42で受けた信号による光の位相変化φ及びセンシングファイバ42の温度変化による位相変化などを含む、干渉光の位相差である。逆正接演算器74は、入力されるsinφ及びcosφに逆正接演算を行い、演算結果を不連続点補償演算器75に出力する。不連続点補償演算器75は、逆正接演算器74の演算結果に対して不連続点補償演算を行って、干渉光の位相の時系列変化を補償する。不連続点補償演算器75が干渉光の位相の時系列変化を出力することで、センシングファイバ42で検出された信号に起因する位相変化φを含む位相差φが復調される。 The LPF 73 a outputs sin φ to the arctangent calculator 74 . The LPF 73 b outputs cos φ to the arctangent calculator 74 . φ is the phase difference of the interfering light including the phase change φ U of the light due to the signal received by the sensing fiber 42 and the phase change due to the temperature change of the sensing fiber 42 . The arctangent calculator 74 performs arctangent calculation on the input sin φ and cos φ and outputs the calculation result to the discontinuity compensation calculator 75 . A discontinuity compensation calculator 75 performs a discontinuity compensation calculation on the calculation result of the arctangent calculator 74 to compensate for time-series changes in the phase of the interference light. The phase difference φ including the phase change φU caused by the signal detected by the sensing fiber 42 is demodulated by the discontinuity compensation calculator 75 outputting the time series change of the phase of the interference light.

(比較例の動作)
図2に示した干渉型光ファイバセンサシステム100の動作を説明する。パルス光源10から出力されるパルス光は光カプラ21で2つに分割され、光カプラ21の一方の出力ポートから出力されるパルス光はループ回路15に入力し、他方の出力ポートから出力されるパルス光は遅延補償干渉計50に入力する。ループ回路15に入力したパルス光は、光周波数シフタ23、光パルスゲート24、遅延補償ファイバ25及び光アンプ26を経由して光カプラ21に戻る。ループ回路15を回るパルス光の動作は後述する。
(Operation of Comparative Example)
The operation of the interferometric optical fiber sensor system 100 shown in FIG. 2 will be described. The pulse light output from the pulse light source 10 is split into two by the optical coupler 21, and the pulse light output from one output port of the optical coupler 21 is input to the loop circuit 15 and output from the other output port. The pulsed light is input to delay compensation interferometer 50 . The pulsed light input to the loop circuit 15 returns to the optical coupler 21 via the optical frequency shifter 23 , the optical pulse gate 24 , the delay compensation fiber 25 and the optical amplifier 26 . The operation of the pulsed light going around the loop circuit 15 will be described later.

図3は、図2に示した干渉型光ファイバセンサシステムの動作を示すパルス波形の一例を示すタイミングチャートである。図3の横軸は時間である。図3の縦軸として、パルス光源出力からO/E変換器入力までは光強度を示し、O/E変換器出力は電圧を示す。 FIG. 3 is a timing chart showing an example of pulse waveforms showing the operation of the interferometric optical fiber sensor system shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 3 is time. The vertical axis of FIG. 3 indicates light intensity from the pulse light source output to the O/E converter input, and the O/E converter output indicates voltage.

パルス光源10から出力されるパルス光のパルス幅をτとし、出力の繰り返し周期を3τとする。図3では、説明のために、パルス光源10から出力されるパルス光に番号を付与している。光パルスゲート24がループ回路15を回るパルス光の1周目と2周目を通過させ、3周目を遮断するように動作することで、周波数シフト光源20aの出力の経路Aを通過する光は、パルス光が連結した連続光となる。この連続光の周波数は、図3に示すように、パルス光源10から出力される光の周波数ν、周波数を1回シフトしたν+fs、及び周波数を2回シフトしたν+2fsとなる。周波数が3回シフトされる前にパルス光は光パルスゲート24によって遮断されるため、パルス光源10から出力される光の周波数がνの新たなパルス光が光カプラ21から出力される。 Let τ be the pulse width of the pulsed light output from the pulse light source 10, and 3τ be the repetition period of the output. In FIG. 3, for the sake of explanation, the pulsed light emitted from the pulsed light source 10 is numbered. The optical pulse gate 24 operates to pass the first and second rounds of the pulsed light around the loop circuit 15 and block the third round, so that the light passing through the output path A of the frequency shift light source 20a is is a continuous light in which pulsed lights are connected. The frequency of this continuous light is, as shown in FIG. 3, the frequency ν of the light output from the pulse light source 10, ν+fs shifted once, and ν+2fs shifted twice. Since the pulsed light is cut off by the optical pulse gate 24 before the frequency is shifted three times, a new pulsed light with the frequency ν of the light output from the pulsed light source 10 is output from the optical coupler 21 .

遅延補償干渉計50に入力したパルス光は光カプラ51で2つに分割され、一方のパルス光は遅延補償ファイバ54によって遅延し、他方のパルス光は光の周波数が光周波数シフタ53によってシフトされる。遅延補償ファイバ54を出力するパルス光と光周波数シフタ53から出力するパルス光は、光カプラ55で同じ光ファイバに合流する。 The pulsed light input to the delay compensation interferometer 50 is split into two by the optical coupler 51, one of which is delayed by the delay compensation fiber 54 and the frequency of the other pulsed light is shifted by the optical frequency shifter 53. be. The pulsed light output from the delay compensation fiber 54 and the pulsed light output from the optical frequency shifter 53 join the same optical fiber at the optical coupler 55 .

光カプラ55から出力されたパルス光は、光サーキュレータ30を通過し、光カプラ41によって2つに分割される。分割された2つのパルス光のうち、一方のパルス光はミラー43で反射し、他方のパルス光はミラー44で反射する。ここで、センシングファイバ42を通過するパルス光はセンシング光となり、センシングファイバ42を通過しないパルス光は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42を通過するときに、センシングファイバ42に加わる信号で位相変調される。 The pulsed light output from the optical coupler 55 passes through the optical circulator 30 and is split into two by the optical coupler 41 . Of the two split pulse lights, one pulse light is reflected by the mirror 43 and the other pulse light is reflected by the mirror 44 . Here, the pulsed light that passes through the sensing fiber 42 becomes sensing light, and the pulsed light that does not pass through the sensing fiber 42 becomes reference light. The sensing light is phase modulated with the signal applied to the sensing fiber 42 as it passes through the sensing fiber 42 .

O/E変換器60には、経路ABDFGを伝搬した成分xiのパルス光と、経路ACDEGを伝搬した成分yiのパルス光とが干渉した干渉光xi+yiが入力される。ここで、i=1,2,3,・・・である。O/E変換器60から出力される干渉光に光周波数シフタ53でシフトする周波数fの成分のビートが発生するが、光周波数シフタ23のシフト周波数fsがO/E変換器60の周波数帯域より高く設定されている。そのため、シフト周波数fsのビートがO/E変換器60から出力されることが抑制される。 The O/E converter 60 receives an interference light xi+yi obtained by interference between the pulsed light component xi propagated through the path ABDFG and the pulsed light component yi propagated through the path ACDEG. where i=1, 2, 3, . . . The interference light output from the O/E converter 60 generates a beat of the frequency fH component shifted by the optical frequency shifter 53 . set higher. Therefore, the output of the beat of the shift frequency fs from the O/E converter 60 is suppressed.

続いて、復調器700の動作を説明する。O/E変換器60から乗算器72aに入力されるパルス光が光周波数シフタ53のシフト周波数と同じ周波数の正弦波sin2πftが乗算された後、LPF73aでフィルタリング処理されることで、sinφが得られる。また、O/E変換器60から乗算器72bに入力されるパルス光が光周波数シフタ53のシフト周波数と同じ周波数の余弦波cos2πftが乗算された後、LPF73bでフィルタリング処理されることで、cosφが得られる。φは、センシングファイバ42で受けた信号による光の位相変化φを含む干渉光の位相差である。sinφ及びcosφを基に逆正接演算と不連続点補償演算とが行われ、センシングファイバ42が検出した信号φを含むφが復調される。 Next, the operation of demodulator 700 will be described. The pulsed light input from the O/E converter 60 to the multiplier 72a is multiplied by a sine wave sin2πf H t having the same frequency as the shift frequency of the optical frequency shifter 53, and then filtered by the LPF 73a, so that sinφ becomes can get. Further, the pulsed light input from the O/E converter 60 to the multiplier 72b is multiplied by the cosine wave cos2πf H t having the same frequency as the shift frequency of the optical frequency shifter 53, and then filtered by the LPF 73b. cos φ is obtained. φ is the phase difference of the interfering light including the phase change φ U of the light due to the signal received by the sensing fiber 42 . Arctangent calculation and discontinuity compensation calculation are performed based on sin φ and cos φ, and φ including the signal φU detected by the sensing fiber 42 is demodulated.

周波数シフト光源20aを用いることで、連続光から信号が得られるため、一部のパルス光から信号を得るシステムに比べて、折り返し雑音を抑制できる。周波数シフト光源20aを用いることで、レイリー雑音がO/E変換器60の周波数帯域外にシフトして復調器700の出力に現れなくなる。そのため、光サーキュレータ30からセンシング干渉計40までの光が往復する部分で起こるレイリー雑音を抑制できる。なお、連続光ではなく、パルス光でも雑音抑制効果が得られる。 By using the frequency-shifted light source 20a, a signal can be obtained from continuous light, so that aliasing noise can be suppressed compared to a system that obtains a signal from a part of pulsed light. By using frequency-shifted light source 20 a , Rayleigh noise is shifted outside the frequency band of O/E converter 60 and does not appear in the output of demodulator 700 . Therefore, it is possible to suppress the Rayleigh noise that occurs in the part where the light travels back and forth from the optical circulator 30 to the sensing interferometer 40 . It should be noted that the noise suppression effect can be obtained not only with continuous light but also with pulsed light.

しかし、比較例の干渉型光ファイバセンサシステム100は、非特許文献1に開示された、復調エラー発生防止の条件を満たしても、復調エラーが発生するおそれがある。例えば、遅延補償ファイバ54を伝搬するパルス光とセンシングファイバ42を伝搬するパルス光との伝搬時間差がゼロにならない場合である。本実施の形態1は、復調エラーの原因を取り除くものである。 However, even if the interferometric optical fiber sensor system 100 of the comparative example satisfies the conditions for preventing the occurrence of demodulation errors disclosed in Non-Patent Document 1, demodulation errors may occur. For example, this is the case where the propagation time difference between the pulsed light propagating through the delay compensating fiber 54 and the pulsed light propagating through the sensing fiber 42 does not become zero. The first embodiment eliminates the cause of demodulation errors.

(比較例と本実施の形態1との構成上の違い)
図1及び図2を参照して、本実施の形態1の干渉型光ファイバセンサシステムと比較例の干渉型光ファイバセンサシステムとの構成の違いを説明する。図1に示した周波数シフト光源20は、ループ回路15の光周波数シフタ23に変調器27が接続された構成である。本実施の形態1において、変調器27は、光周波数シフタ23に入力される周波数fsの信号のレベルを変調する構成の一例である。変調器27は、周波数シフト光源20の出力レベルが一定になるように、ループ回路15を回るパルス光が光周波数シフタ23を通過するタイミングに合わせてパルス光の強度を変調する。
(Difference in configuration between the comparative example and the first embodiment)
The difference in configuration between the interference-type optical fiber sensor system of the first embodiment and the interference-type optical fiber sensor system of the comparative example will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. The frequency shift light source 20 shown in FIG. 1 has a configuration in which a modulator 27 is connected to an optical frequency shifter 23 of a loop circuit 15 . In Embodiment 1, the modulator 27 is an example of a configuration that modulates the level of the signal of frequency fs input to the optical frequency shifter 23 . The modulator 27 modulates the intensity of the pulsed light in accordance with the timing at which the pulsed light traveling around the loop circuit 15 passes through the optical frequency shifter 23 so that the output level of the frequency shift light source 20 is constant.

復調器70は、O/E変換器60の出力側に接続される分離器61と、不連続点補償演算器75の入力側に接続される合成器82と、分離器61および合成器82の間に設けられた複数の位相復調演算器80~80-2とを有する。ループ回路15を回るパルス光が光周波数シフタ23を通過する回数をiとすると、複数の位相復調演算器80~80-2は、回数i(i=0~2)に対応して設けられている。 Demodulator 70 includes separator 61 connected to the output side of O/E converter 60, combiner 82 connected to the input side of discontinuity compensation calculator 75, and separator 61 and combiner 82. It has a plurality of phase demodulation calculators 80 to 80-2 provided therebetween. Assuming that the number of times the pulsed light traveling around the loop circuit 15 passes through the optical frequency shifter 23 is i, the plurality of phase demodulation calculators 80 to 80-2 are provided corresponding to the number of times i (i=0 to 2). there is

分離器61において、i=0のサンプリング信号をd0とし、i=1のサンプリング信号をd1とし、i=2のサンプリング信号をd2とする。分離器61は、i=0のサンプリング信号d0を位相復調演算器80に出力し、i=1のサンプリング信号d1を位相復調演算器80-1に出力し、i=2のサンプリング信号d2を位相復調演算器80-2に出力する。このようにして、分離器61は、O/E変換器60から入力されるパルス光に対して、ループ回路15から出力される周波数の異なる複数種のパルス光に対応して、周波数が同じパルス光を同じ位相復調演算器に出力する。つまり、O/E変換器60から分離器61に入力されるパルス光は、光の周波数に対応する位相復調演算器に入力される。 In the separator 61, the sampled signal for i=0 is d0, the sampled signal for i=1 is d1, and the sampled signal for i=2 is d2. The separator 61 outputs the sampling signal d0 of i=0 to the phase demodulation calculator 80, outputs the sampling signal d1 of i=1 to the phase demodulation calculator 80-1, and outputs the sampling signal d2 of i=2 to the phase demodulation calculator 80-1. Output to the demodulator 80-2. In this way, the separator 61 responds to a plurality of types of pulsed light with different frequencies output from the loop circuit 15 with respect to the pulsed light input from the O/E converter 60, and generates pulses with the same frequency. Output the light to the same phase demodulator. That is, the pulsed light input from the O/E converter 60 to the separator 61 is input to the phase demodulator corresponding to the frequency of the light.

また、位相復調演算器80-1と合成器82との間に補正値加算器81-1が設けられ、位相復調演算器80-2と合成器82との間に補正値加算器81-2が設けられている。補正値加算器81-1および81-2は、干渉光の位相の変化を補正する補正部の役目を果たす。合成器82は、補正値加算器81-1及び81-2の出力と位相復調演算器80の出力とを合成して不連続点補償演算器75に出力する。 A correction value adder 81-1 is provided between the phase demodulation calculator 80-1 and the synthesizer 82, and a correction value adder 81-2 is provided between the phase demodulation calculator 80-2 and the synthesizer 82. is provided. Correction value adders 81-1 and 81-2 serve as correction units for correcting changes in the phase of the interference light. The combiner 82 combines the outputs of the correction value adders 81 - 1 and 81 - 2 and the output of the phase demodulation calculator 80 and outputs the result to the discontinuity compensation calculator 75 .

(本実施の形態1の動作)
次に、図1に示した干渉型光ファイバセンサシステム1の動作を説明する。ここでは、図2及び図3を参照して干渉型光ファイバセンサシステム100について説明した動作と共通する動作に関して、その詳細な説明を省略する。周波数シフト光源20に設けられた変調器27によって、光周波数シフタ23に入力される電気信号が変調される。この変調に伴って、光周波数シフタ23を通過するパルス光の強度が変調される。変調器27がループ回路15を回るパルス光にタイミングを合わせてパルス光を変調することで、パルス光の出力レベルが一定に保たれる。
(Operation of Embodiment 1)
Next, the operation of the interferometric optical fiber sensor system 1 shown in FIG. 1 will be described. Here, detailed descriptions of operations common to the operations described for the interferometric optical fiber sensor system 100 with reference to FIGS. 2 and 3 will be omitted. The electrical signal input to the optical frequency shifter 23 is modulated by the modulator 27 provided in the frequency shift light source 20 . Along with this modulation, the intensity of the pulsed light passing through the optical frequency shifter 23 is modulated. The output level of the pulsed light is kept constant by the modulator 27 modulating the pulsed light in synchronism with the pulsed light traveling through the loop circuit 15 .

経路ABDFGを伝搬するパルス光と経路ACDEGを伝搬するパルス光とが重なり、O/E変換器60から出力される干渉光の強度Iiは、式(1)及び式(2)で表される。 The pulsed light propagating through the path ABDFG and the pulsed light propagating through the path ACDEG overlap, and the intensity Ii of the interference light output from the O/E converter 60 is expressed by equations (1) and (2).

Figure 0007225792000001
Figure 0007225792000001

Figure 0007225792000002
Figure 0007225792000002

式(1)におけるa及びbは定数である。a及びbはパルス光の強度に相当する。式(1)及び式(2)におけるiは、上述したように、光周波数シフタ23の通過回数である。経路ABDFGと経路ACDEGとの伝搬時間差をΔTとすると、Ziは、伝搬時間差ΔTがゼロではない場合に発生する位相成分である。Ziは、式(3)で表される。式(2)におけるφvは、Ziがない場合の位相成分である。 a and b in formula (1) are constants. a and b correspond to the intensity of the pulsed light. i in equations (1) and (2) is the number of passes through the optical frequency shifter 23, as described above. Assuming that the propagation time difference between the paths ABDFG and ACDEG is ΔT, Zi is the phase component generated when the propagation time difference ΔT is not zero. Zi is represented by Formula (3). φv in equation (2) is the phase component without Zi.

Figure 0007225792000003
Figure 0007225792000003

図4は、本発明の実施の形態1における干渉光の位相φ及び合成器の出力の波形を示す図である。図4(a)の横軸は時間であり、縦軸は干渉光の位相φである。図4(b)の横軸は時間であり、縦軸は合成器の出力である。図4(a)に破線で示したφvは不連続点のない場合の一例である。図4(a)及び図4(b)のプロットはサンプリング点である。経路ABDFGと経路ACDEGとの伝搬時間差ΔTがゼロではない場合、光の周波数がシフトする度に位相項Ziが変化するため、図4(a)に示すように、出力がφv、φv+Z及びφv+Zに分かれる。 FIG. 4 is a diagram showing the phase φ of the interference light and the waveform of the output of the combiner in Embodiment 1 of the present invention. The horizontal axis of FIG. 4A is time, and the vertical axis is the phase φ of the interference light. The horizontal axis of FIG. 4(b) is time, and the vertical axis is the output of the synthesizer. φv indicated by a dashed line in FIG. 4(a) is an example in which there are no discontinuous points. The plots in FIGS. 4(a) and 4(b) are sampling points. If the propagation time difference ΔT between the path ABDFG and the path ACDEG is not zero, the phase term Zi changes each time the optical frequency shifts, so that the outputs φv, φv+Z 1 and φv+Z It is divided into 2 .

分離器61は、i=0のサンプリング信号d0を位相復調演算器80に出力し、i=1のサンプリング信号d1を位相復調演算器80-1に出力し、i=2のサンプリング信号d2を位相復調演算器80-2に出力する。位相復調演算器80の逆正接演算器74はφv[-π~π]を出力する。[-π~π]は、φvが-π~πの範囲を逸脱したとき、この範囲に入るように位相が補正されることを意味する。 The separator 61 outputs the sampling signal d0 of i=0 to the phase demodulation calculator 80, outputs the sampling signal d1 of i=1 to the phase demodulation calculator 80-1, and outputs the sampling signal d2 of i=2 to the phase demodulation calculator 80-1. Output to the demodulator 80-2. The arctangent calculator 74 of the phase demodulation calculator 80 outputs φv[-π to π]. [-π to π] means that when φv deviates from the range of -π to π, the phase is corrected so that it falls within this range.

位相復調演算器80-1の逆正接演算器74はφv+Zを出力する。位相復調演算器80-2の逆正接演算器74はφv+Zを出力する。補正値加算器81-1は、位相復調演算器80-1の出力に補正値-Zを加える。補正値加算器81-2は、位相復調演算器80-2の出力に補正値-Zを加える。合成器82は、補正値加算器81-1及び81-2の出力と、位相復調演算器80の出力とを合成する。合成器82の出力は、図4(b)に示すように、光の周波数シフトによるZiが除かれ、φv[-π~π]になる。不連続点補償演算器75は、合成器82の出力の不連続点を補償してφvを出力する。 The arctangent calculator 74 of the phase demodulation calculator 80-1 outputs φv+ Z1 . The arctangent calculator 74 of the phase demodulation calculator 80-2 outputs φv+ Z2 . A correction value adder 81-1 adds a correction value -Z 1 to the output of the phase demodulation calculator 80-1. The correction value adder 81-2 adds the correction value -Z2 to the output of the phase demodulation calculator 80-2. A synthesizer 82 synthesizes the outputs of the correction value adders 81-1 and 81-2 and the output of the phase demodulation calculator 80. FIG. As shown in FIG. 4B, the output of the combiner 82 is φv [−π to π] with Zi due to the optical frequency shift removed. A discontinuity compensation calculator 75 compensates for the discontinuity in the output of the combiner 82 and outputs φv.

なお、復調器70は、復調器70に設けられた複数の構成に対応する複数の専用回路で構成されてもよく、メモリ及びCPU(Central Processing Unit)を含む制御部を有するコンピュータ等の情報処理装置であってもよい。復調器70が情報処理装置である場合、メモリが図1に示した復調器70の複数の構成によって実行される処理が記述されたプログラムを記憶し、CPUがプログラムを実行することで、上述の処理が行われる。復調器70が情報処理装置である場合、復調器70は本実施の形態1の復調方法を実行する復調装置に相当する。 In addition, the demodulator 70 may be composed of a plurality of dedicated circuits corresponding to a plurality of configurations provided in the demodulator 70, and an information processing device such as a computer having a control unit including a memory and a CPU (Central Processing Unit). It may be a device. When the demodulator 70 is an information processing device, the memory stores a program describing processes executed by the plurality of components of the demodulator 70 shown in FIG. processing takes place. If the demodulator 70 is an information processing device, the demodulator 70 corresponds to a demodulation device that executes the demodulation method of the first embodiment.

本実施の形態1の干渉型光ファイバセンサシステム1は、周波数シフト光源20と、センシングファイバ42を含むセンシング干渉計40と、遅延補償干渉計50と、センシングファイバ42で発生する位相の変化を復調する復調器70とを有する。復調器70は、干渉光の位相の変化を復調する位相復調演算器80~80-2と、周波数シフト光源20で変更された周波数に対応して干渉光の位相の変化を補正する補正部として機能する補正値加算器81-1~81-2とを有する。 The interferometric optical fiber sensor system 1 of the first embodiment includes a frequency shift light source 20, a sensing interferometer 40 including a sensing fiber 42, a delay compensation interferometer 50, and a phase change occurring in the sensing fiber 42. and a demodulator 70 that The demodulator 70 includes phase demodulation calculators 80 to 80-2 that demodulate the phase change of the interference light, and a correction unit that corrects the phase change of the interference light corresponding to the frequency changed by the frequency shift light source 20. It has functioning correction value adders 81-1 and 81-2.

(本実施の形態1の効果)
本実施の形態1では、周波数シフト光源20から出力される光のレベルが一定に保たれるので、式(1)のa及びbが一定に保たれ、出力の雑音を抑える効果が得られる。
(Effect of Embodiment 1)
In the first embodiment, since the level of light output from the frequency-shifted light source 20 is kept constant, a and b in equation (1) are kept constant, thereby obtaining the effect of suppressing noise in the output.

レベルの大きい信号等がセンシング干渉計に入力され、復調限界を超えたときの出力は、非特許文献1に開示されている。しかし、センシング干渉計及び遅延補償干渉計の製造誤差などにより経路ABDFGと経路ACDEGの伝搬時間差ΔTがゼロにならない場合、周波数シフト光源から出力される光の周波数変化に伴いZiが変化する。比較例の干渉型光ファイバセンサシステムでは、復調限界がZi分小さくなり、Ziがπ又は-πに近い場合、不連続点補償演算器の誤りが多くなり、正常に動作しなくなる。これに対して、本実施の形態1では、補正値加算器でZiを除いてから不連続点を補償するので、伝搬時間差ΔTがゼロにならない場合でも、復調限界の低下が抑えられ動作が安定する。その結果、復調エラーの発生が抑制される。 Non-Patent Document 1 discloses the output when a signal with a high level is input to the sensing interferometer and the demodulation limit is exceeded. However, if the propagation time difference ΔT between the path ABDFG and the path ACDEG does not become zero due to manufacturing errors of the sensing interferometer and the delay compensation interferometer, Zi changes as the frequency of the light output from the frequency shift light source changes. In the interferometric optical fiber sensor system of the comparative example, when the demodulation limit is reduced by Zi and Zi is close to π or −π, errors in the discontinuity compensation calculator increase and the system does not operate normally. In contrast, in the first embodiment, since the discontinuous point is compensated after Zi is removed by the correction value adder, even if the propagation time difference ΔT does not become zero, the lowering of the demodulation limit is suppressed and the operation is stable. do. As a result, the occurrence of demodulation errors is suppressed.

実施の形態2.
(本実施の形態2の構成)
本実施の形態2の干渉型光ファイバセンサシステムの構成を説明する。本実施の形態2では、実施の形態1で説明した構成と同等な構成に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。図5は、本発明の実施の形態2に係る干渉型光ファイバセンサシステムの一構成例を示すブロック図である。図5に示すように、干渉型光ファイバセンサシステム1aは、周波数シフト光源20a、遅延補償干渉計50、光サーキュレータ30、センシング干渉計40及び復調器70aを有する。
Embodiment 2.
(Configuration of Embodiment 2)
The configuration of the interferometric optical fiber sensor system according to the second embodiment will be described. In the second embodiment, the same reference numerals are assigned to the same configurations as those described in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted. FIG. 5 is a block diagram showing a configuration example of an interferometric optical fiber sensor system according to Embodiment 2 of the present invention. As shown in FIG. 5, the interferometric optical fiber sensor system 1a has a frequency shift light source 20a, a delay compensation interferometer 50, an optical circulator 30, a sensing interferometer 40 and a demodulator 70a.

本実施の形態2の干渉型光ファイバセンサシステム1aは、実施の形態1で説明した構成と比較すると、周波数シフト光源20a及び復調器70aを除いて、実施の形態1と同様な構成である。周波数シフト光源20aは、図2に示した比較例における周波数シフト光源20aと同様な構成であるため、その詳細な説明を省略する。 The interferometric optical fiber sensor system 1a of the second embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except for the frequency shift light source 20a and the demodulator 70a, when compared with the configuration described in the first embodiment. Since the frequency-shifted light source 20a has the same configuration as the frequency-shifted light source 20a in the comparative example shown in FIG. 2, detailed description thereof will be omitted.

復調器70aは、図2に示した比較例における復調器700と比較すると、参照信号発生器71a及び71bの代わりに、補正参照信号発生器76a及び76bを有する。補正参照信号発生器76aは、O/E変換器60から出力されるサンプリング信号に対応してiが変化する式(4)の補正参照信号を出力する。補正参照信号発生器76bは、O/E変換器60から出力されるサンプリング信号に対応してiが変化する式(5)の補正参照信号を出力する。iは、実施の形態1で説明したように、光周波数シフタ23の通過回数である。式(4)及び式(5)のZiは式(3)で算出される。 The demodulator 70a has correction reference signal generators 76a and 76b instead of the reference signal generators 71a and 71b, as compared with the demodulator 700 in the comparative example shown in FIG. The correction reference signal generator 76 a outputs the correction reference signal of equation (4) in which i changes according to the sampling signal output from the O/E converter 60 . The correction reference signal generator 76b outputs the correction reference signal of equation (5) in which i changes according to the sampling signal output from the O/E converter 60. FIG. i is the number of passes through the optical frequency shifter 23 as described in the first embodiment. Zi in equations (4) and (5) is calculated by equation (3).

Figure 0007225792000004
Figure 0007225792000004

Figure 0007225792000005
本実施の形態2の式(4)の補正参照信号は実施の形態1の参照信号発生器71aの出力の位相項に補正値Ziが加えられたものであり、式(5)の補正参照信号は参照信号発生器71bの出力の位相項に補正値Ziが加えられたものである。
Figure 0007225792000005
The corrected reference signal of the equation (4) of the second embodiment is obtained by adding the correction value Zi to the phase term of the output of the reference signal generator 71a of the first embodiment, and the corrected reference signal of the equation (5) is obtained by adding the correction value Zi to the phase term of the output of the reference signal generator 71b.

乗算器72aがO/E変換器60の出力と補正参照信号発生器76aの出力とを乗算し、乗算結果がLPF73aでフィルタ処理されることで、sinφvが得られる。乗算器72bがO/E変換器60の出力と補正参照信号発生器76bの出力とを乗算し、乗算結果がLPF73bでフィルタ処理されることで、cosφvが得られる。逆正接演算器74及び不連続点補償演算器75は、実施の形態1において、図2及び図3を参照して説明した構成と同様である。 The multiplier 72a multiplies the output of the O/E converter 60 and the output of the correction reference signal generator 76a, and the multiplication result is filtered by the LPF 73a to obtain sinφv. The multiplier 72b multiplies the output of the O/E converter 60 and the output of the correction reference signal generator 76b, and the multiplication result is filtered by the LPF 73b to obtain cosφv. The arctangent calculator 74 and the discontinuity compensation calculator 75 have the same configurations as those described with reference to FIGS. 2 and 3 in the first embodiment.

(本実施の形態2の動作)
次に、図5に示した干渉型光ファイバセンサシステム1aの動作を説明する。復調器70aの動作を除いて、実施の形態1で動作と同様になるため、ここでは、復調器70aの動作について説明する。復調器70aは、O/E変換器60から出力されるサンプリング信号に対応してiが変化する式(4)の補正参照信号をO/E変換器60からの出力に乗算し、LPF73aのフィルタリング処理を行って、sinφvを得る。また、復調器70aは、O/E変換器60から出力されるサンプリング信号に対応してiが変化する式(5)の補正参照信号をO/E変換器60からの出力に乗算し、LPF73bのフィルタリング処理を行って、cosφvを得る。そして、復調器70aは、sinφv及びcosφvに逆正接演算及び不連続点補償演算を行うことで、φvを復調する。
(Operation of Embodiment 2)
Next, the operation of the interferometric optical fiber sensor system 1a shown in FIG. 5 will be described. Except for the operation of the demodulator 70a, the operation is the same as that of the first embodiment, so the operation of the demodulator 70a will be explained here. The demodulator 70a multiplies the output from the O/E converter 60 by the correction reference signal of equation (4) in which i changes corresponding to the sampling signal output from the O/E converter 60, and filters the LPF 73a. Processing is performed to obtain sinφv. Further, the demodulator 70a multiplies the output from the O/E converter 60 by the correction reference signal of the equation (5) in which i changes corresponding to the sampling signal output from the O/E converter 60, and LPF 73b. to obtain cosφv. Then, the demodulator 70a demodulates φv by performing arctangent calculation and discontinuous point compensation calculation on sinφv and cosφv.

本実施の形態2の干渉型光ファイバセンサシステム1aにおいて、復調器70は、干渉光の位相の変化を補正する補正部として、補正参照信号発生器76a及び76bを有する。補正参照信号発生器76a及び76bは、複数の周波数に対応する干渉光の位相の変化を補正する補正参照信号を、位相復調演算器80に出力するものである。 In the interferometric optical fiber sensor system 1a of the second embodiment, the demodulator 70 has correction reference signal generators 76a and 76b as correction units for correcting changes in the phase of the interference light. The correction reference signal generators 76 a and 76 b output to the phase demodulation calculator 80 correction reference signals for correcting phase changes of interference light corresponding to a plurality of frequencies.

(本実施の形態2の効果)
本実施の形態2では、実施の形態1で説明した復調方法と同様に、位相φからZiを除いてから不連続点を補償するので伝搬時間差ΔTがゼロにならない場合でも、復調限界の低下が抑えられ動作が安定する。そのため、復調エラーの発生が抑制される。実施の形態1では、位相復調演算器80をサンプリング信号d0、d1及びd2に対応した3系統と、分離器61及び合成器82とを用いるものである。本実施の形態2では、位相復調演算器80が1系統に削減され、分離器61及び合成器82が不要となるため復調器70aの処理量を軽減できる。
(Effect of Embodiment 2)
In the second embodiment, as in the demodulation method described in the first embodiment, since the discontinuity is compensated after removing Zi from the phase φ, the demodulation limit is lowered even if the propagation time difference ΔT does not become zero. Suppresses and stabilizes operation. Therefore, the occurrence of demodulation errors is suppressed. In Embodiment 1, the phase demodulation arithmetic unit 80 uses three systems corresponding to the sampling signals d0, d1 and d2, and the separator 61 and the combiner 82. FIG. In Embodiment 2, the phase demodulation arithmetic unit 80 is reduced to one system, and the separator 61 and the combiner 82 are not required, so that the processing amount of the demodulator 70a can be reduced.

実施の形態3.
(本実施の形態3の構成)
本実施の形態3の干渉型光ファイバセンサシステムの構成を説明する。本実施の形態3では、実施の形態1及び2で説明した構成と同等な構成に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。図6は、本発明の実施の形態3に係る干渉型光ファイバセンサシステムの一構成例を示すブロック図である。図6に示すように、干渉型光ファイバセンサシステム1bは、周波数シフト光源20a、遅延補償干渉計50a、光サーキュレータ30、センシング干渉計40及び復調器70bを有する。
Embodiment 3.
(Configuration of Embodiment 3)
The configuration of the interferometric optical fiber sensor system according to the third embodiment will be described. In the third embodiment, the same reference numerals are assigned to the same configurations as those described in the first and second embodiments, and detailed description thereof will be omitted. FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of an interferometric optical fiber sensor system according to Embodiment 3 of the present invention. As shown in FIG. 6, the interferometric optical fiber sensor system 1b has a frequency shift light source 20a, a delay compensation interferometer 50a, an optical circulator 30, a sensing interferometer 40 and a demodulator 70b.

周波数シフト光源20aは、実施の形態1の比較例で説明した周波数シフト光源20aと同様な構成であるが、本実施の形態3の光パルスゲート24は、ループ回路15を回るパルス光の1周目を通過させるが、2周目を遮断する動作を行う。そのため、周波数シフト光源20aは、連続光ではなく、光の周波数がνのパルス光と、光の周波数がν+fsのパルス光とを交互に出力する。 The frequency-shifted light source 20a has a configuration similar to that of the frequency-shifted light source 20a described in the comparative example of the first embodiment, but the optical pulse gate 24 of the third embodiment detects one cycle of the pulsed light around the loop circuit 15. It passes through the eye, but performs the operation of blocking the second round. Therefore, the frequency shift light source 20a alternately outputs pulsed light with a light frequency of ν and pulsed light with a light frequency of ν+fs instead of continuous light.

遅延補償干渉計50aは、経路Aではなく、光サーキュレータ30とO/E変換器60との間の経路Gに設けられている。遅延補償干渉計50aは、遅延補償ファイバ54と、ミラー56及び57とを有する。本実施の形態3では、遅延補償干渉計50aが経路Gに設けられているため、図1に示した経路の符号を図6に示すように変更している。 The delay compensating interferometer 50 a is provided not on the path A but on the path G between the optical circulator 30 and the O/E converter 60 . The delay compensating interferometer 50 a has a delay compensating fiber 54 and mirrors 56 and 57 . In the third embodiment, since the delay compensating interferometer 50a is provided on the path G, the symbols of the paths shown in FIG. 1 are changed as shown in FIG.

復調器70bは、位相復調演算器80a及び符号反転加算器83を有する。位相復調演算器80aは、AM復調器77a及び77bと、逆正接演算器74とを有する。オシレータ52は、周波数fPGCの信号を遅延補償ファイバ54とAM復調器77a及び77bとに供給する。周波数fPGCは、特許文献1に開示された、PGC(Phase Generated Carrier)方式の復調器で用いられる信号の周波数である。光サーキュレータ30及びセンシング干渉計40は、実施の形態1で説明した構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。また、本実施の形態3において、遅延補償干渉計50aと、O/E変換器60と、AM復調器77a及び77bと、逆正接演算器74とは、特許文献3に開示された構成と同様なため、その詳細な説明を省略する。 The demodulator 70b has a phase demodulator calculator 80a and a sign inverting adder 83. FIG. The phase demodulation calculator 80 a has AM demodulators 77 a and 77 b and an arctangent calculator 74 . Oscillator 52 provides a signal at frequency f PGC to delay compensating fiber 54 and AM demodulators 77a and 77b. The frequency f PGC is the frequency of a signal used in a PGC (Phase Generated Carrier) type demodulator disclosed in Patent Document 1. FIG. Optical circulator 30 and sensing interferometer 40 have the same configurations as those described in Embodiment 1, and therefore detailed description thereof will be omitted. Further, in the third embodiment, the delay compensation interferometer 50a, the O/E converter 60, the AM demodulators 77a and 77b, and the arc tangent calculator 74 are the same as those disclosed in Patent Document 3. Therefore, detailed description thereof is omitted.

本実施の形態3では、O/E変換器60に入力される光の周波数に対応する補正値としてZ/2が符号反転加算器83に入力される。符号反転加算器83は、補正値の符号を反転した-Z/2を逆正接演算器74の出力に加算する。つまり、符号反転加算器83は、O/E変換器60に入力される光の周波数の変化に対応して、補正値を逆正接演算器74の出力に加算する。具体的には、符号反転加算器83は、周波数νの光が干渉した信号に負の補正値を逆正接演算器74の出力に加算し、周波数ν+fsの光が干渉した信号に正の補正値を逆正接演算器74の出力に加算する。符号反転加算器83の出力側に不連続点補償演算器75が接続される。 In the third embodiment, Z 1 /2 is input to the sign inverting adder 83 as a correction value corresponding to the frequency of light input to the O/E converter 60 . The sign inversion adder 83 adds −Z 1 /2 obtained by inverting the sign of the correction value to the output of the arctangent calculator 74 . That is, the sign inverting adder 83 adds the correction value to the output of the arctangent operator 74 corresponding to the change in the frequency of the light input to the O/E converter 60 . Specifically, the sign-inverting adder 83 adds a negative correction value to the output of the arctangent operator 74 to the signal interfered by the light of frequency ν, and adds a positive correction value to the signal interfered by the light of frequency ν+fs. is added to the output of the arctangent calculator 74 . A discontinuity compensation calculator 75 is connected to the output side of the sign inverting adder 83 .

(本実施の形態3の動作)
次に、図6に示した干渉型光ファイバセンサシステム1bの動作を説明する。センシング干渉計40は、実施の形態1と同様に動作するため、ここでは、その詳細な説明を省略する。また、遅延補償干渉計50aと、O/E変換器60と、AM復調器77a及び77bと、逆正接演算器74の各構成の動作は、特許文献3に開示された動作と同様になるため、その詳細な説明を省略する。
(Operation of Embodiment 3)
Next, the operation of the interferometric optical fiber sensor system 1b shown in FIG. 6 will be described. Sensing interferometer 40 operates in the same manner as in the first embodiment, so detailed description thereof is omitted here. Further, the operation of each component of the delay compensation interferometer 50a, the O/E converter 60, the AM demodulators 77a and 77b, and the arctangent calculator 74 is the same as the operation disclosed in Patent Document 3. , the detailed description thereof will be omitted.

周波数シフト光源20aから光の周波数がνのパルス光と光の周波数がν+fsのパルス光とが等間隔で交互に出力される。センシングファイバ42を伝搬したパルス光と遅延補償ファイバ54を伝搬したパルス光との干渉光がO/E変換器60に入力される。符号反転加算器83は、O/E変換器60に入力される光の周波数の変化に応じて、周波数νの光が干渉したときの信号に負の補正値を逆正接演算器74の出力に加算し、周波数ν+fsの光が干渉したときの信号に正の補正値を逆正接演算器74の出力に加算する。 Pulsed light with a light frequency of ν and pulsed light with a light frequency of ν+fs are alternately output from the frequency shift light source 20a at equal intervals. Interference light between the pulsed light propagated through the sensing fiber 42 and the pulsed light propagated through the delay compensating fiber 54 is input to the O/E converter 60 . The sign-inverting adder 83 outputs a negative correction value to the output of the arctangent operator 74 for the signal when the light of the frequency ν interferes according to the change in the frequency of the light input to the O/E converter 60 . A positive correction value is added to the output of the arctangent calculator 74 when the light of frequency ν+fs interferes with the signal.

図7は、本発明の実施の形態3における干渉光の位相φ及び復調器の出力の波形を示す図である。図7(a)の横軸は時間であり、縦軸は干渉光の位相φである。図7(b)の横軸は時間であり、縦軸は符号反転加算器の出力である。図7(a)に破線で示したφvは不連続点のない場合の一例である。図7(a)及び図7(b)のプロットはサンプリング点である。経路ABDFGと経路ACDEGの伝搬時間差ΔTがゼロではない場合、光の周波数がシフトする度に位相項Ziが変化するため、図7(a)に示すように、出力がφとφ+Zに分かれる。 FIG. 7 is a diagram showing the waveform of the phase φ of interference light and the output of the demodulator in Embodiment 3 of the present invention. The horizontal axis of FIG. 7A is time, and the vertical axis is the phase φ of the interference light. The horizontal axis of FIG. 7B is time, and the vertical axis is the output of the sign-inverting adder. φv indicated by a dashed line in FIG. 7(a) is an example in which there are no discontinuous points. The plots in FIGS. 7(a) and 7(b) are sampling points. When the propagation time difference ΔT between the paths ABDFG and ACDEG is not zero, the phase term Zi changes each time the optical frequency shifts, so the output is divided into φ and φ+ Z1 as shown in FIG. 7(a).

符号反転加算器83は、上述したように、周波数νの光が干渉したときの逆正接演算器74の出力に負の補正値を加え、周波数ν+fsの光が干渉したときの逆正接演算器74の出力に正の補正値を加える。そのため、符号反転加算器83の出力はφv+Z/2[-π~π]になり、光の周波数がシフトする。その結果、位相項の変化が抑えられる。不連続点補償演算器75は、符号反転加算器83の出力の不連続点を補償して、図7(b)に示すように、φv+Z/2を出力する。出力のZ/2は定数又は変化の少ない値であれば、センシングファイバ42で検出した信号φの復調には影響しない。影響が無視できない場合、補正値-Z/2を逆正接演算器74の出力に加算することで、φvが得られる。 As described above, the sign-inverting adder 83 adds a negative correction value to the output of the arctangent calculator 74 when the light with the frequency ν interferes, and the arctangent calculator 74 when the light with the frequency ν+fs interferes. Add a positive correction value to the output of Therefore, the output of the sign-inverting adder 83 becomes φv+Z 1 /2[-π to π], and the optical frequency is shifted. As a result, changes in the phase term are suppressed. The discontinuity compensation calculator 75 compensates for the discontinuity in the output of the sign inversion adder 83 and outputs φv+Z 1 /2 as shown in FIG. 7(b). If the output Z 1 /2 is a constant value or a value that changes little, it does not affect the demodulation of the signal φ U detected by the sensing fiber 42 . If the influence cannot be ignored, φv can be obtained by adding the correction value −Z 1 /2 to the output of the arctangent calculator 74 .

本実施の形態3の干渉型光ファイバセンサシステム1bにおいて、復調器70bは、干渉光の位相の変化を補正する補正部として、符号反転加算器83を有する。符号反転加算器83は、周波数シフト光源20aがパルス光の周波数を変化させたときに発生する位相の変化に対応して、補正値の符号を反転した値を、復調される干渉光の位相に加算するものである。 In the interferometric optical fiber sensor system 1b of Embodiment 3, the demodulator 70b has a sign-inverting adder 83 as a corrector for correcting changes in the phase of the interference light. The sign-inverting adder 83 converts the sign-inverted value of the correction value to the phase of the interference light to be demodulated in response to the phase change that occurs when the frequency shift light source 20a changes the frequency of the pulsed light. It is an addition.

(本実施の形態3の効果)
本実施の形態3では、実施の形態1と同様に、位相Ziを除いてから不連続点を補償するので、伝搬時間差ΔTがゼロにならない場合でも復調限界の低下が抑えられ、動作が安定する。そのため、復調エラーの発生が抑制される。実施の形態1において、3系統の位相復調演算器80を2系統にしても、分離器61及び合成器82を用いて、補正値を切り替える必要がある。本実施の形態3では、補正値を変えることなく、光の周波数がシフトすることによる位相変化が抑えられるので、復調器70bの処理量を軽減できる。
(Effect of Embodiment 3)
In the third embodiment, as in the first embodiment, since the discontinuous point is compensated after removing the phase Zi, even if the propagation time difference ΔT does not become zero, the lowering of the demodulation limit is suppressed and the operation is stabilized. . Therefore, the occurrence of demodulation errors is suppressed. In Embodiment 1, even if the three-system phase demodulation calculator 80 is replaced with two systems, it is necessary to use the separator 61 and combiner 82 to switch the correction values. In the third embodiment, the phase change due to the shift of the optical frequency can be suppressed without changing the correction value, so the processing amount of the demodulator 70b can be reduced.

実施の形態4.
(本実施の形態4の構成)
本実施の形態4の干渉型光ファイバセンサシステムの構成を説明する。本実施の形態4では、実施の形態1~3で説明した構成と同等な構成に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
Embodiment 4.
(Configuration of Embodiment 4)
The configuration of the interferometric optical fiber sensor system according to the fourth embodiment will be described. In the fourth embodiment, the same reference numerals are assigned to the same configurations as those described in the first to third embodiments, and detailed description thereof will be omitted.

図8は、本発明の実施の形態4に係る干渉型光ファイバセンサシステムの一構成例を示すブロック図である。図9は、図8に示す復調器の一構成例を示すブロック図である。図8に示すように、干渉型光ファイバセンサシステム1cは、周波数シフト光源20a、遅延補償干渉計50、光サーキュレータ30、センシング干渉計40及び復調器70cを有する。なお、光サーキュレータ30、センシング干渉計40及び遅延補償干渉計50は、実施の形態1で説明した構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。 FIG. 8 is a block diagram showing a configuration example of an interferometric optical fiber sensor system according to Embodiment 4 of the present invention. 9 is a block diagram showing a configuration example of the demodulator shown in FIG. 8. FIG. As shown in FIG. 8, the interferometric optical fiber sensor system 1c has a frequency shift light source 20a, a delay compensation interferometer 50, an optical circulator 30, a sensing interferometer 40 and a demodulator 70c. The optical circulator 30, the sensing interferometer 40, and the delay compensating interferometer 50 have the same configurations as those described in the first embodiment, so detailed description thereof will be omitted.

周波数シフト光源20aは実施の形態3で説明した周波数シフト光源20aと同様な構成である。ただし、周波数シフト光源20と本実施の形態4の周波数シフト光源20aとでは、パルス光の出力が異なるため、周波数シフト光源20aから出力されるパルス光にタイミングを合わせて復調器70cが動作する。 The frequency-shifted light source 20a has the same configuration as the frequency-shifted light source 20a described in the third embodiment. However, since the frequency-shifted light source 20 and the frequency-shifted light source 20a of the fourth embodiment output different pulsed light, the demodulator 70c operates in synchronization with the pulsed light output from the frequency-shifted light source 20a.

続いて、図9を参照して、復調器70cの構成を説明する。図9に示すように、復調器70cは、O/E変換器60と、分離器61と、位相復調演算器80~80-1と、参照信号発生器71a及び71bと、不連続点補償演算器75と、補正値加算器81-1と、合成器82と、差分器84と、補正値検出器85と、フィルタ86と、積算器87とを有する。なお、O/E変換器60と、分離器61と、位相復調演算器80~80-1と、参照信号発生器71a及び71bとは、実施の形態1で説明した構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。また、差分器84、不連続点補償演算器75、フィルタ86及び積算器87は、特許文献4に開示された構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。 Next, the configuration of the demodulator 70c will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 9, the demodulator 70c includes an O/E converter 60, a separator 61, phase demodulation calculators 80 to 80-1, reference signal generators 71a and 71b, and a discontinuity compensation calculator. 75 , a correction value adder 81 - 1 , a synthesizer 82 , a differentiator 84 , a correction value detector 85 , a filter 86 and an integrator 87 . Note that the O/E converter 60, the separator 61, the phase demodulation calculators 80 to 80-1, and the reference signal generators 71a and 71b have the same configurations as those described in the first embodiment. A detailed description thereof is omitted. Also, the differentiator 84, the discontinuity compensation calculator 75, the filter 86, and the integrator 87 are the same as those disclosed in Patent Document 4, so detailed description thereof will be omitted.

本実施の形態4では、図9に示すように、差分器84の出力側に補正値検出器85が接続されている。補正値検出器85は、検出した補正値を補正値加算器81-1に入力する。補正値加算器81-1は、元の補正値-Zに補正値検出器85が検出した補正値の変化分-<ΔZ>を加えた新たな補正値-Z-<ΔZ>をサンプリング信号d1の逆正接演算器74の出力に加えて合成器82に出力する。ここで、Zは、式(3)におけるiが1の場合である。また、< >はLPFでフィルタリング処理された結果を意味する。 In the fourth embodiment, as shown in FIG. 9, a correction value detector 85 is connected to the output side of the differentiator 84 . The correction value detector 85 inputs the detected correction value to the correction value adder 81-1. The correction value adder 81-1 adds a change in the correction value detected by the correction value detector 85 −<ΔZ 1 > to the original correction value −Z 1 to obtain a new correction value −Z 1 −<ΔZ 1 >. is added to the output of the arc tangent calculator 74 of the sampling signal d1 and output to the combiner 82 . where Z 1 is when i is 1 in equation (3). Also, <> means the result filtered by the LPF.

図9に示した補正値検出器85の構成を説明する。図10は、図9に示した補正値検出器の動作を示すフロー図である。図10は補正値検出器85がデジタル処理する場合の補正値検出フローを示す。ここで、φv’[n]はサンプリングされた差分器出力であり、nはサンプル番号である。補正値検出器85は、式(6)にしたがって、差分器84の出力から-ΔZ[n]を算出する(ステップS201)。 The configuration of the correction value detector 85 shown in FIG. 9 will be described. 10 is a flow chart showing the operation of the correction value detector shown in FIG. 9. FIG. FIG. 10 shows a correction value detection flow when the correction value detector 85 performs digital processing. where φv'[n] is the sampled differentiator output and n is the sample number. The correction value detector 85 calculates -ΔZ 1 [n] from the output of the differentiator 84 according to equation (6) (step S201).

-ΔZ[n]=(-1)n+1(φv’[n-1]-φv’[n])/4 ・・(6) −ΔZ 1 [n]=(−1) n+1 (φv′[n−1]−φv′[n])/4 (6)

続いて、補正値検出器85は、逆正接演算器74による演算でπから-πに移るときなどに生じる-ΔZ[n]の不連続点を補償する(ステップS202)。そして、補正値検出器85は、高い周波数の雑音を減衰させるために、ステップS202の演算結果にLPFのフィルタリング処理を行うことで(ステップS203)、-<ΔZ>を出力する。 Subsequently, the correction value detector 85 compensates for the discontinuity of -ΔZ 1 [n] that occurs when π changes to -π in the calculation by the arctangent calculator 74 (step S202). Then, in order to attenuate high-frequency noise, the correction value detector 85 performs LPF filtering processing on the calculation result of step S202 (step S203), and outputs -<ΔZ 1 >.

(本実施の形態4の動作)
次に、図8に示した干渉型光ファイバセンサシステム1cの動作を説明する。周波数シフト光源20aは実施の形態3で説明した周波数シフト光源20aと同様に動作するため、ここでは、その詳細な説明を省略する。遅延補償干渉計50、光サーキュレータ30、センシング干渉計40、O/E変換器60、分離器61、位相復調演算器80~80-1及び合成器82は、周波数シフト光源20aのパルス光にタイミングを合わせて、実施の形態1と同様に動作するため、その詳細な説明を省略する。差分器84、不連続点補償演算器75、フィルタ86及び積算器87は、特許文献4に示された動作と同様な動作になるため、その詳細な説明を省略する。
(Operation of Embodiment 4)
Next, the operation of the interferometric optical fiber sensor system 1c shown in FIG. 8 will be described. Since frequency-shifted light source 20a operates in the same manner as frequency-shifted light source 20a described in Embodiment 3, detailed description thereof will be omitted here. The delay compensation interferometer 50, the optical circulator 30, the sensing interferometer 40, the O/E converter 60, the separator 61, the phase demodulation calculators 80 to 80-1, and the combiner 82 provide timing to the pulsed light from the frequency shift light source 20a. , the operation is the same as in the first embodiment, so detailed description thereof will be omitted. The differencer 84, the discontinuity compensation calculator 75, the filter 86, and the integrator 87 operate in the same manner as that shown in Patent Document 4, so detailed description thereof will be omitted.

補正値検出器85は、差分器84の出力から-ΔZ[n]を算出し、逆正接演算器74の演算処理によってπから-πに移るときなどにできる-ΔZ[n]の不連続点を補償し、高い周波数の雑音を減衰させるLPF処理を行って-<ΔZ>を出力する。-<ΔZ>は補正値加算器81-1にフィードバックされる。補正値加算器81-1は、元の補正値-Zに補正値検出器85が検出した補正値の変化分-<Z>を加えた新たな補正値-Z-<ΔZ>を位相復調演算器80-1の逆正接演算器74の出力に加えて合成器82に出力する。 The correction value detector 85 calculates −ΔZ 1 [n] from the output of the difference unit 84, and detects the error of −ΔZ 1 [n] generated when π changes to −π by the arithmetic processing of the arctangent calculator 74. Perform LPF processing to compensate for continuous points and attenuate high frequency noise to output −<ΔZ 1 >. -<ΔZ 1 > is fed back to the correction value adder 81-1. The correction value adder 81-1 adds a change in correction value −<Z 1 > detected by the correction value detector 85 to the original correction value −Z 1 to obtain a new correction value −Z 1 −<ΔZ 1 >. is added to the output of the arctangent calculator 74 of the phase demodulation calculator 80-1 and output to the combiner 82.

図11は、本発明の実施の形態4における合成器の出力及び差分器の出力の波形を示す図である。図11は補正値が変化する状態を示している。図11(a)の横軸は時間であり、縦軸は合成器の出力である。図11(b)の横軸は時間であり、縦軸は差分器の出力である。図11(a)に破線で示したφwは不連続点のない場合の一例である。図11(a)及び図11(b)のプロットはサンプリング点である。 11A and 11B are diagrams showing waveforms of the output of the combiner and the output of the differentiator according to Embodiment 4 of the present invention. FIG. 11 shows how the correction values change. The horizontal axis of FIG. 11(a) is time, and the vertical axis is the output of the synthesizer. The horizontal axis of FIG. 11(b) is time, and the vertical axis is the output of the differentiator. φw indicated by a dashed line in FIG. 11A is an example in which there is no discontinuous point. The plots in FIGS. 11(a) and 11(b) are sampling points.

補正値が変化すると元の補正値-Zでは補正されなかったΔZが残り、合成器出力はφwとφw+ΔZとに分かれ、差分器出力は、図11(a)に示すように、φw’-ΔZとφw’+ΔZとに分かれる。差分器84の出力の2ΔZの変化は、周波数シフト光源20aから出力されるパルス光の周波数の変化に対応する。 When the correction value changes, ΔZ 1 that was not corrected with the original correction value −Z 1 remains, and the combiner output is divided into φw and φw+ΔZ 1 , and the differencer output is φw '−ΔZ 1 and φw'+ΔZ 1 . A change of 2ΔZ1 in the output of the differentiator 84 corresponds to a change in the frequency of the pulsed light output from the frequency shift light source 20a.

本実施の形態4では、復調器70cが周波数シフト光源20aのパルス光にタイミングを合わせて動作しているので、サンプリングの度にφw’-ΔZとφw’+ΔZとが入れ替わる。補正値検出器85は、パルス光の周波数の変化のタイミングに対応して、φw’-ΔZとφw’+ΔZとの差を求め、-<ΔZ>を算出する。その結果、-Z-<ΔZ>で補正された後の積算器87の出力がφwとなる。 In the fourth embodiment, the demodulator 70c operates in synchronization with the pulsed light from the frequency shift light source 20a, so that φw'-ΔZ 1 and φw'+ΔZ 1 are switched each time sampling is performed. The correction value detector 85 finds the difference between φw′−ΔZ 1 and φw′+ΔZ 1 corresponding to the timing of the change in the frequency of the pulsed light, and calculates −<ΔZ 1 >. As a result, the output of the accumulator 87 after correction by -Z 1 -<ΔZ 1 > becomes φw.

本実施の形態4の干渉型光ファイバセンサシステム1cにおいて、復調器70cは複数の周波数に対応して干渉光の位相の変化を抽出する補正値検出器85を有する。補正値検出器85は、補正値の変化分を、干渉光の位相の変化を補正する補正部として機能する補正値加算器81-1にフィードバックする。 In the interferometric optical fiber sensor system 1c of Embodiment 4, the demodulator 70c has a correction value detector 85 for extracting phase changes of interference light corresponding to a plurality of frequencies. The correction value detector 85 feeds back the change in the correction value to the correction value adder 81-1 that functions as a corrector that corrects the phase change of the interference light.

(本実施の形態4の効果)
本実施の形態4では、干渉型光ファイバセンサシステム1cの復調処理の途中で得られる位相から、補正値検出器85が、光の周波数を変えたときの位相の変化を抽出することで、誤りの少ない補正値が得られる。
(Effect of Embodiment 4)
In the fourth embodiment, the correction value detector 85 extracts the change in phase when the frequency of light is changed from the phase obtained during the demodulation process of the interferometric optical fiber sensor system 1c. A correction value with less is obtained.

実施の形態1~実施の形態3において、センシングファイバ42が温度又は圧力が大きく変化する環境で使用される場合、経路ABDFGと経路ACDEGとの伝搬時間差ΔTが変化して動作の安定性が低下することがある。これに対して、本実施の形態4では、補正値の変化も補正されるため、復調限界の低下が抑えられ動作が安定する。そのため、復調エラーの発生が抑制される。 In Embodiments 1 to 3, when the sensing fiber 42 is used in an environment where the temperature or pressure changes greatly, the propagation time difference ΔT between the path ABDFG and the path ACDEG changes and the stability of operation decreases. Sometimes. On the other hand, in the fourth embodiment, since the change in the correction value is also corrected, the lowering of the demodulation limit is suppressed and the operation is stabilized. Therefore, the occurrence of demodulation errors is suppressed.

実施の形態5.
(本実施の形態5の構成)
本実施の形態5の干渉型光ファイバセンサシステムの構成を説明する。本実施の形態5では、実施の形態1~4で説明した構成と同等な構成に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
Embodiment 5.
(Configuration of Embodiment 5)
The configuration of the interferometric optical fiber sensor system according to the fifth embodiment will be described. In the fifth embodiment, the same reference numerals are assigned to the same configurations as those described in the first to fourth embodiments, and detailed description thereof will be omitted.

図12は、本発明の実施の形態5に係る干渉型光ファイバセンサシステムの一構成例を示すブロック図である。図13は、図12に示す周波数シフト光源の一構成例を示すブロック図である。図14は、図12に示す復調器の一構成例を示すブロック図である。図12に示すように、干渉型光ファイバセンサシステム1dは、周波数シフト光源20b、遅延補償干渉計50、光サーキュレータ30、センシング干渉計40及び復調器70dを有する。なお、光サーキュレータ30、センシング干渉計40及び遅延補償干渉計50は、実施の形態1で説明した構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。 FIG. 12 is a block diagram showing a configuration example of an interferometric optical fiber sensor system according to Embodiment 5 of the present invention. 13 is a block diagram showing a configuration example of the frequency-shifted light source shown in FIG. 12. FIG. 14 is a block diagram showing a configuration example of the demodulator shown in FIG. 12. FIG. As shown in FIG. 12, the interferometric optical fiber sensor system 1d has a frequency shift light source 20b, a delay compensation interferometer 50, an optical circulator 30, a sensing interferometer 40 and a demodulator 70d. The optical circulator 30, the sensing interferometer 40, and the delay compensating interferometer 50 have the same configurations as those described in the first embodiment, so detailed description thereof will be omitted.

周波数シフト光源20bの構成を、図13を参照して説明する。周波数シフト光源20bは、パルス光源10と、複数の光周波数シフタ23a及び23bと、複数の遅延補償ファイバ25a及び25bと、複数の光カプラ21a~21dとを有する。光周波数シフタ23aには、一定の周波数fs2で信号を出力するオシレータ22aが接続されている。光周波数シフタ23bには、一定の周波数fs1で信号を出力するオシレータ22bが接続されている。 The configuration of the frequency shift light source 20b will be described with reference to FIG. The frequency shift light source 20b has a pulse light source 10, a plurality of optical frequency shifters 23a and 23b, a plurality of delay compensating fibers 25a and 25b, and a plurality of optical couplers 21a-21d. An oscillator 22a that outputs a signal at a constant frequency fs2 is connected to the optical frequency shifter 23a. An oscillator 22b that outputs a signal at a constant frequency fs1 is connected to the optical frequency shifter 23b.

図13に示すように、パルス光源10の出力ポートに光カプラ21aが接続されている。光カプラ21aの2つの出力ポートのうち、一方の出力ポートが光周波数シフタ23aに接続され、他方の出力ポートが遅延補償ファイバ25aに接続されている。遅延補償ファイバ25aの出力側に光カプラ21bが接続されている。光周波数シフタ23aの出力側に光カプラ21cが接続されている。光カプラ21bの2つの出力ポートのうち、一方の出力ポートが光カプラ21cに接続され、他方の出力ポートが遅延補償ファイバ25bに接続されている。光カプラ21cの出力ポートが光周波数シフタ23bに接続されている。遅延補償ファイバ25bの出力側に光カプラ21dが接続されている。光周波数シフタ23bの出力側に光カプラ21dが接続されている。光カプラ21dの出力ポートが図12に示した遅延補償干渉計50の光カプラ51に接続されている。 As shown in FIG. 13, the output port of the pulse light source 10 is connected to an optical coupler 21a. One of the two output ports of the optical coupler 21a is connected to the optical frequency shifter 23a, and the other output port is connected to the delay compensation fiber 25a. An optical coupler 21b is connected to the output side of the delay compensating fiber 25a. An optical coupler 21c is connected to the output side of the optical frequency shifter 23a. One of the two output ports of the optical coupler 21b is connected to the optical coupler 21c, and the other output port is connected to the delay compensation fiber 25b. An output port of the optical coupler 21c is connected to the optical frequency shifter 23b. An optical coupler 21d is connected to the output side of the delay compensating fiber 25b. An optical coupler 21d is connected to the output side of the optical frequency shifter 23b. An output port of the optical coupler 21d is connected to the optical coupler 51 of the delay compensation interferometer 50 shown in FIG.

図13に示す構成によれば、パルス光源10から出力されるパルス光が光カプラ21aで2つに分割され、光カプラ21aの一方の出力ポートから出力されるパルス光が光周波数シフタ23aを介して光カプラ21cに入力する。光カプラ21aの他方の出力ポートから出力されるパルス光は、遅延補償ファイバ25aを介して光カプラ21bに入力する。 According to the configuration shown in FIG. 13, the pulsed light output from the pulsed light source 10 is split into two by the optical coupler 21a, and the pulsed light output from one output port of the optical coupler 21a passes through the optical frequency shifter 23a. input to the optical coupler 21c. The pulsed light output from the other output port of the optical coupler 21a is input to the optical coupler 21b via the delay compensation fiber 25a.

光カプラ21bの2つの出力ポートのうち、一方の出力ポートから出力されるパルス光が光周波数シフタ23bを介して光カプラ21dに入力する。光カプラ21bの他方の出力ポートから出力されるパルス光は、遅延補償ファイバ25bを介して光カプラ21dに入力する。光カプラ21dに入力したパルス光は周波数シフト光源20bから出力する。光伝送経路の異なるパルス光の出力レベルが同等になるように、光カプラ21a~21dの分岐及び結合の比、並びに各光伝送径路の損失のうち、一部又は全部が調整される。 A pulsed light output from one of the two output ports of the optical coupler 21b is input to the optical coupler 21d via the optical frequency shifter 23b. The pulsed light output from the other output port of the optical coupler 21b is input to the optical coupler 21d via the delay compensating fiber 25b. The pulsed light input to the optical coupler 21d is output from the frequency shift light source 20b. Part or all of the branching and coupling ratios of the optical couplers 21a to 21d and the loss of each optical transmission path are adjusted so that the output levels of pulsed light on different optical transmission paths are equal.

図13に示す周波数シフト光源20bは、パルス光源10から遅延補償干渉計50までの光伝送路に複数の分岐点と複数の合流点を設けることで複数の光伝送経路が形成され、複数の光伝送経路に複数の遅延補償ファイバと複数の光周波数とが設けられている。図13に示す周波数シフト光源20bは、パルス光源10から出力される1つの周波数のパルス光から周波数の異なる複数のパルス光を出力できる。また、周波数シフト光源20bは、複数の光周波数シフタを有しているため、複数の周波数を設定できる。 The frequency-shifted light source 20b shown in FIG. 13 has a plurality of optical transmission paths formed by providing a plurality of branch points and a plurality of merging points in the optical transmission path from the pulse light source 10 to the delay compensation interferometer 50. A plurality of delay compensating fibers and a plurality of optical frequencies are provided in the transmission path. The frequency shift light source 20b shown in FIG. 13 can output a plurality of pulsed lights with different frequencies from the pulsed light of one frequency output from the pulsed light source 10. FIG. Moreover, since the frequency shift light source 20b has a plurality of optical frequency shifters, a plurality of frequencies can be set.

続いて、図14を参照して、復調器70dの構成を説明する。図14に示すように、復調器70dは、O/E変換器60と、分離器61と、位相復調演算器80~80-2と、参照信号発生器71a及び71bと、不連続点補償演算器75と、補正値加算器81-1~81-2と、合成器82と、補正値検出器85aとを有する。なお、O/E変換器60と、分離器61と、位相復調演算器80~80-2と、参照信号発生器71a及び71bと、不連続点補償演算器75とは、実施の形態1で説明した構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。また、補正値加算器81-1~81-2は、実施の形態4で説明した構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。 Next, the configuration of the demodulator 70d will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 14, the demodulator 70d includes an O/E converter 60, a separator 61, phase demodulation calculators 80 to 80-2, reference signal generators 71a and 71b, and a discontinuity compensation calculator. 75, correction value adders 81-1 to 81-2, combiner 82, and correction value detector 85a. Note that the O/E converter 60, the separator 61, the phase demodulation calculators 80 to 80-2, the reference signal generators 71a and 71b, and the discontinuity compensation calculator 75 are the same as in the first embodiment. Since it is the same as the described configuration, its detailed description is omitted. Further, since the correction value adders 81-1 and 81-2 have the same configuration as described in the fourth embodiment, detailed description thereof will be omitted.

図14に示した補正値検出器85aの構成を説明する。補正値検出器85aは、φv[m]及びφv[m+i]から-ΔZi[m]を算出し、算出結果から、逆正接演算器74の演算処理でπから-πに移るときなどに生じる-ΔZi[m]の不連続点を除外する。ここで、φv[n]はサンプリングされた逆正接演算器出力であり、nはサンプル番号である。mはパルス光源10から出力されるパルス光に対応する番号であり、n=3mとなる。そして、補正値検出器85aは、不連続点を除外した後の値から高い周波数の雑音を減衰させるために、LPFのフィルタリング処理を行うことで、-<ΔZi>を算出する。 The configuration of the correction value detector 85a shown in FIG. 14 will be described. The correction value detector 85a calculates -ΔZi[m] from φv[m] and φv[m+i], and based on the calculation result, - Exclude discontinuities in ΔZi[m]. where φv[n] is the sampled arctangent operator output and n is the sample number. m is a number corresponding to the pulse light output from the pulse light source 10, and n=3m. Then, the correction value detector 85a calculates −<ΔZi> by performing LPF filtering processing in order to attenuate high-frequency noise from the value after excluding the discontinuity point.

本実施の形態5では、周波数シフト光源20bにおける周波数のシフト回数の最大値は2である。この場合の補正値検出器85aの動作を説明する。図15は、図14に示した補正値検出器の動作を示すフロー図である。図15は補正値検出器85aがデジタル処理する場合の補正値検出フローを示す。 In the fifth embodiment, the maximum number of frequency shifts in the frequency shift light source 20b is two. The operation of the correction value detector 85a in this case will be described. FIG. 15 is a flowchart showing the operation of the correction value detector shown in FIG. 14; FIG. 15 shows a correction value detection flow when the correction value detector 85a performs digital processing.

補正値検出器85aは、i=1の場合について、式(7)にしたがって、位相復調演算器80-1の逆正接演算器74の出力と位相復調演算器80-2の逆正接演算器74の出力とから、-ΔZ[m]を算出する(ステップS301-1)。 Correction value detector 85a detects the output of arctangent calculator 74 of phase demodulation calculator 80-1 and the arctangent calculator 74 of phase demodulation calculator 80-2 according to equation (7) for i=1. -ΔZ 1 [m] is calculated from the output of (step S301-1).

-ΔZ[m]=φv[m]-φv[m+1] ・・・(7) −ΔZ 1 [m]=φv[m]−φv[m+1] (7)

続いて、補正値検出器85aは、逆正接演算器74による演算でπから-πに移るときなどに生じる-ΔZ[m]の不連続点を補償する(ステップS302-1)。そして、補正値検出器85aは、高い周波数の雑音を減衰させるために、ステップS302-1の演算結果にLPFのフィルタリング処理を行うことで(ステップS303-1)、-<ΔZ>を出力する。 Subsequently, the correction value detector 85a compensates for the discontinuity of -ΔZ 1 [m] that occurs when π changes to -π in the calculation by the arctangent calculator 74 (step S302-1). Then, in order to attenuate high-frequency noise, the correction value detector 85a performs LPF filtering processing on the calculation result of step S302-1 (step S303-1), thereby outputting −<ΔZ 1 >. .

また、補正値検出器85aは、i=2の場合について、式(8)を用いて、ステップ301-1~303-1と同様に演算を行って、-<ΔZ>を算出する(ステップS301-2~S303-2)。
-ΔZ[m]=φv[m]-φv[m+2] ・・・(8)
Further, in the case of i=2, the correction value detector 85a calculates −<ΔZ 2 > using Equation (8) in the same manner as steps 301-1 to 303-1 (step S301-2 to S303-2).
−ΔZ 2 [m]=φv[m]−φv[m+2] (8)

補正値検出器85aは、サンプリング信号d1を演算処理する位相復調演算器80-1の出力に接続された補正値加算器81-1に-<ΔZ>を出力する。補正値検出器85aは、サンプリング信号d2を演算処理する位相復調演算器80-2の出力に接続された補正値加算器81-2に-<ΔZ>を出力する。-<ΔZ>が補正値加算器81-1にフィードバックされ、-<ΔZ>が補正値加算器81-2にフィードバックされる。 The correction value detector 85a outputs -<ΔZ 1 > to the correction value adder 81-1 connected to the output of the phase demodulation calculator 80-1 that performs arithmetic processing on the sampling signal d1. The correction value detector 85a outputs -<ΔZ 2 > to the correction value adder 81-2 connected to the output of the phase demodulation arithmetic unit 80-2 that processes the sampling signal d2. −<ΔZ 1 > is fed back to the correction value adder 81-1, and −<ΔZ 2 > is fed back to the correction value adder 81-2.

(本実施の形態5の動作)
次に、図12に示した干渉型光ファイバセンサシステム1dの動作を説明する。遅延補償干渉計50、光サーキュレータ30、センシング干渉計40、O/E変換器60、分離器61、位相復調演算器80~80-2、合成器82及び不連続点補償演算器75は、実施の形態1と同様に動作するため、その詳細な説明を省略する。補正値加算器81-1及び81-2は、実施の形態4で説明した補正値加算器81-1と同様に動作するため、その詳細な説明を省略する。
(Operation of Embodiment 5)
Next, the operation of the interferometric optical fiber sensor system 1d shown in FIG. 12 will be described. The delay compensation interferometer 50, the optical circulator 30, the sensing interferometer 40, the O/E converter 60, the separator 61, the phase demodulation calculators 80 to 80-2, the combiner 82, and the discontinuity compensation calculator 75 are implemented Since it operates in the same manner as in form 1, its detailed description is omitted. The correction value adders 81-1 and 81-2 operate in the same manner as the correction value adder 81-1 described in the fourth embodiment, so detailed description thereof will be omitted.

パルス光源10から出力されるパルス光が光周波数シフタ23a及び23bを通過することで、光の周波数がν+fs1+fs2のパルス光が光カプラ21dから出力する。また、パルス光源10から出力されるパルス光が遅延補償ファイバ25a及び光周波数シフタ23bを通過することで、光の周波数がν+fs1のパルス光が光カプラ21dから出力する。さらに、パルス光源10から出力されるパルス光が遅延補償ファイバ25a及び25bを通過した、光の周波数がνのパルス光が光カプラ21dから出力する。 The pulsed light output from the pulsed light source 10 passes through the optical frequency shifters 23a and 23b, and the pulsed light with the light frequency of ν+fs1+fs2 is output from the optical coupler 21d. Further, the pulsed light output from the pulsed light source 10 passes through the delay compensation fiber 25a and the optical frequency shifter 23b, so that the pulsed light with the light frequency of ν+fs1 is output from the optical coupler 21d. Further, pulsed light having a light frequency ν, which is obtained by passing the pulsed light output from the pulsed light source 10 through the delay compensation fibers 25a and 25b, is output from the optical coupler 21d.

センシングファイバ42を伝搬したパルス光と遅延補償ファイバ54を伝搬したパルス光との干渉光がO/E変換器60に入力される。i=0~2のそれぞれの場合について、補正値検出器85aは、合成器82の出力から-ΔZi[m]を算出する。そして、補正値検出器85aは、逆正接演算器74の演算処理によってπから-πに移るときなどにできる-ΔZi[m]の不連続点を、算出した-ΔZi[m]から除外する。本実施の形態5のように、iの増加に伴い通過する光周波数シフタの数が変わる場合のZiは式(9)で表される。ここでは、nFSは周波数シフタの数であり、本実施の形態5のnFSは2である。 Interference light between the pulsed light propagated through the sensing fiber 42 and the pulsed light propagated through the delay compensating fiber 54 is input to the O/E converter 60 . The correction value detector 85a calculates −ΔZi[m] from the output of the synthesizer 82 for each of i=0 to 2. FIG. Then, the correction value detector 85a excludes from the calculated -ΔZi[m] a discontinuity point of -ΔZi[m] that is generated when π changes to -π by the arithmetic processing of the arctangent calculator 74 . Zi when the number of passing optical frequency shifters changes as i increases, as in the fifth embodiment, is expressed by equation (9). Here, nFS is the number of frequency shifters, and nFS in the fifth embodiment is two.

Figure 0007225792000006
Figure 0007225792000006

さらに、補正値検出器85aは、-ΔZi[m]から不連続点を除去した後の値に、高い周波数の雑音を減衰させるLPF処理を行って、-<ΔZi>を出力する。補正値検出器85aは、-<ΔZ>を補正値加算器81-1にフィードバックし、-<ΔZ>を補正値加算器81-2にフィードバックする。 Furthermore, the correction value detector 85a performs LPF processing for attenuating high frequency noise on the value after removing the discontinuity from -ΔZi[m], and outputs -<ΔZi>. The correction value detector 85a feeds back -<ΔZ 1 > to the correction value adder 81-1 and feeds back -<ΔZ 2 > to the correction value adder 81-2.

図16は、本発明の実施の形態5における干渉光の位相φ及び合成器の出力の波形を示す図である。図11は補正値が変化する状態を示している。図16(a)の横軸は時間であり、縦軸は干渉光の位相φである。図16(b)の横軸は時間であり、縦軸は合成器の出力である。図16(a)に破線で示したφvは不連続点のない場合の一例である。図16(a)及び図16(b)のプロットはサンプリング点である。 FIG. 16 is a diagram showing the phase φ of interference light and the waveform of the output of the combiner in Embodiment 5 of the present invention. FIG. 11 shows how the correction values change. The horizontal axis of FIG. 16A is time, and the vertical axis is the phase φ of the interference light. The horizontal axis of FIG. 16(b) is time, and the vertical axis is the output of the synthesizer. φv indicated by a dashed line in FIG. 16A is an example in which there are no discontinuous points. The plots in FIGS. 16(a) and 16(b) are sampling points.

補正値が変化すると、元の補正値-Zでは補正されなかったΔZが残り、合成器出力はφw、φw+ΔZ、φw+ΔZに分かれる。差分器出力のΔZiの変化は周波数シフト光源20bから出力されるパルス光の周波数変化に応じて変化する。復調器70dは周波数シフト光源20bのパルス光にタイミングを合わせて動作しているのでサンプリングの度にφw、φw+ΔZ、φw+ΔZが入れ替わる。補正値検出器85aは、パルス光の周波数変化のタイミングに応じて-ΔZ[m]と-ΔZ[m]を求め、LPF処理を行って-<ΔZ>と-<ΔZ>とを算出する。-Zi-<ΔZi>で補正された後の復調器70dの出力はφwとなる。 When the correction value changes, ΔZ 1 that was not corrected with the original correction value −Z 1 remains, and the combiner output is divided into φw, φw+ΔZ 1 and φw+ΔZ 2 . A change in ΔZi of the output of the differentiator changes according to a change in the frequency of the pulsed light output from the frequency shift light source 20b. Since the demodulator 70d operates in synchronization with the pulsed light from the frequency shift light source 20b, φw, φw+ΔZ 1 and φw+ΔZ 2 are switched each time sampling is performed. The correction value detector 85a obtains -ΔZ 1 [m] and -ΔZ 2 [m] according to the timing of the frequency change of the pulsed light, performs LPF processing, and obtains -<ΔZ 1 > and -<ΔZ 2 >. Calculate The output of the demodulator 70d after being corrected by -Zi-<ΔZi> becomes φw.

本実施の形態5の周波数シフト光源20bは、パルス光源10と、パルス光源10から遅延補償干渉計50に至る光伝送経路に複数の分岐点及び複数の合流点が設けられた複数の光伝送経路と、複数の遅延補償ファイバと、複数の光周波数シフタとを有する。また、復調器70dは、複数の周波数に対応して干渉光の位相の変化を抽出する補正値検出器85aを有する。補正値検出器85aは、補正値の変化分を、干渉光の位相の変化を補正する補正部として機能する補正値加算器81-1~81-2にフィードバックする。 The frequency-shifted light source 20b of the fifth embodiment includes a pulse light source 10 and a plurality of optical transmission paths having a plurality of branch points and a plurality of merging points in the optical transmission path from the pulse light source 10 to the delay compensation interferometer 50. , a plurality of delay compensating fibers, and a plurality of optical frequency shifters. The demodulator 70d also has a correction value detector 85a for extracting phase changes of the interference light corresponding to a plurality of frequencies. The correction value detector 85a feeds back the amount of change in the correction value to the correction value adders 81-1 and 81-2 functioning as correction units for correcting changes in the phase of the interference light.

(本実施の形態5の効果)
実施の形態1では、周波数シフト光源20に設けられた変調器27がパルス光の出力レベルが一定になるようにしているため、ループ回路15を回るパルス光にタイミングを合わせてパルス光のレベルを変調させる必要がある。本実施の形態5では、複数の光伝送路の分岐点及び合流点として機能する光カプラ21a~21dの分岐又は結合の比と、光伝送経路毎の損失とが、パルス光の出力レベルが一定になるように、調整される。そのため、復調器70dの動作中にパルス光の強度を変化させる必要がなくなり、復調器70dの動作が安定する。そのため、復調エラーの発生が抑制される。
(Effect of Embodiment 5)
In the first embodiment, the modulator 27 provided in the frequency shift light source 20 keeps the output level of the pulsed light constant. need to be modulated. In the fifth embodiment, the ratio of branching or coupling of the optical couplers 21a to 21d functioning as branching points and merging points of a plurality of optical transmission paths and the loss for each optical transmission path are determined when the output level of pulsed light is constant. is adjusted so that Therefore, it becomes unnecessary to change the intensity of the pulsed light during the operation of the demodulator 70d, and the operation of the demodulator 70d is stabilized. Therefore, the occurrence of demodulation errors is suppressed.

図17は、本発明の実施の形態5におけるO/E変換器出力をサンプリングした場合のスペクトルを示す図である。図17の上段はfs1=fs2とした場合のスペクトルである。図17の下段はfs1≠fs2とした場合のスペクトルである。オシレータ22aを設けずに、オシレータ22bが信号を光周波数シフタ23a及び23bの両方に供給する場合、fs1=fs2となる。 FIG. 17 is a diagram showing spectra when the O/E converter output is sampled in Embodiment 5 of the present invention. The upper part of FIG. 17 is the spectrum when fs1=fs2. The lower part of FIG. 17 is the spectrum when fs1≠fs2. If oscillator 22a is not provided and oscillator 22b feeds both optical frequency shifters 23a and 23b, then fs1=fs2.

比較例で説明した周波数シフト光源20a及び実施の形態1の周波数シフト光源20の場合も、fs1=fs2となる。この場合において、図17の上段には、干渉した光の成分の種類を3つに分けて記載している。1つ目は、パルス光源10から出力されたパルス光が干渉した主成分である。2つ目は、パルス光源10からパルス光が出ていないときに漏れ出て光周波数シフタ23bを通過した周波数ν+fs1の光が干渉した成分である。3つ目は、パルス光源10からパルス光が出ていないときに漏れ出て光周波数シフタ23aと光周波数シフタ23bを通過した周波数ν+2fs1の光が干渉した成分である。 Also in the case of the frequency-shifted light source 20a described in the comparative example and the frequency-shifted light source 20 of the first embodiment, fs1=fs2. In this case, in the upper part of FIG. 17, the types of the components of the interfering light are divided into three types. The first is the principal component of the interference of the pulsed light output from the pulsed light source 10 . The second component is the interference component of the light of frequency ν+fs1 that leaked out when pulsed light was not emitted from the pulsed light source 10 and passed through the optical frequency shifter 23b. The third component is the interference component of the light of frequency ν+2fs1 that leaked out when pulsed light was not emitted from the pulsed light source 10 and passed through the optical frequency shifters 23a and 23b.

これらのパルス光を足し合わせた干渉光がO/E変換器60に入力される。パルス光源10のデューティー比を1/3とし、パルス幅と遅延補償ファイバ25aの伝搬時間と遅延補償ファイバ25bの伝搬時間とを等しくすると、特許文献1に開示された連続光となる。この場合、サンプリングによる折り返しを抑えることができる。 An interference light obtained by adding these pulsed lights is input to the O/E converter 60 . If the duty ratio of the pulse light source 10 is set to 1/3 and the pulse width, the propagation time of the delay compensating fiber 25a and the propagation time of the delay compensating fiber 25b are made equal, the continuous light disclosed in Patent Document 1 is obtained. In this case, aliasing due to sampling can be suppressed.

しかし、特許文献1に開示された、複数のセンシング干渉計で検出した信号を時分割多重伝送する場合では、パルス幅を遅延補償ファイバ25bの伝搬時間より短くし、連続光ではなく、パルス光をサンプリングして復調するので、折り返しが発生する。ここでは、本実施の形態5において、パルス光を周波数fdでサンプリングして復調する場合の動作について説明する。 However, in the case of time-division multiplex transmission of signals detected by a plurality of sensing interferometers disclosed in Patent Document 1, the pulse width is set shorter than the propagation time of the delay compensation fiber 25b, and pulsed light is used instead of continuous light. Since sampling and demodulation are performed, aliasing occurs. Here, the operation of sampling and demodulating the pulsed light at the frequency fd in the fifth embodiment will be described.

直流近傍の雑音、ビート周波数fの近傍に現れるビート成分、及びこれらをサンプリングすることで現れるfdの整数倍の周波数の近傍に現れる成分が、主成分である。周波数fの参照信号を乗算して復調するので、fの近傍に折り返し雑音のピークがあると復調出力に雑音として現れる。周波数ν+fs1の光が干渉した成分をサンプリングすると、多くの折り返し雑音が発生する。周波数ν+2fs1の光が干渉した成分もサンプリングすると、多くの折り返し雑音が発生する。これらの中の一部を、図16に示した。周波数ν+fs1の光が干渉した成分のピークがfの近傍の復調出力に現れる帯域に入らないようにfs1を調整することで、雑音のピークが復調器の出力に現れることを抑えることができる。 Noise in the vicinity of direct current, beat components appearing in the vicinity of beat frequency fH , and components appearing in the vicinity of frequencies that are integral multiples of fd appearing by sampling these are main components. Since the reference signal of frequency fH is multiplied for demodulation, if there is a folding noise peak in the vicinity of fH , it appears as noise in the demodulation output. Sampling the component interfering with the light of frequency ν+fs1 generates a lot of aliasing noise. Sampling of the component interfering with the light of frequency ν+2fs1 also generates a large amount of aliasing noise. Some of these are shown in FIG. By adjusting fs1 so that the peak of the component interfering with the light of frequency ν+fs1 does not fall within the band appearing in the demodulated output near fH , it is possible to suppress the noise peak from appearing in the output of the demodulator.

しかし、fs1=fs2としていることで、2fs1の折り返し雑音が発生することがある。本実施の形態5では、周波数fs1及びfs2を個別に調整できるので、図17の下段側に示すように、ピークが復調器の出力に現れることを抑えることができる。図17を参照すると、fs1=fs2の場合、復調器出力の帯域に折り返し雑音が現れている。これに対して、fs1≠fs2の場合、復調器出力の帯域に折り返し雑音が現れていない。 However, by setting fs1=fs2, aliasing noise of 2fs1 may occur. In the fifth embodiment, since the frequencies fs1 and fs2 can be adjusted individually, it is possible to suppress peaks from appearing in the output of the demodulator as shown in the lower part of FIG. Referring to FIG. 17, aliasing noise appears in the band of the demodulator output when fs1=fs2. On the other hand, when fs1≠fs2, aliasing noise does not appear in the band of the demodulator output.

実施の形態4の補正値検出器85では不連続点を補正するための演算が必要である。本実施の形態5の補正値検出器85aでは、不連続点を除外するため、補正のための演算を省略できる。補正値検出器85aによるLPF処理(図15に示したステップS303-1及びステップS303-2)では、不連続点を除外したことによる誤差を軽減する効果がある。 The correction value detector 85 of the fourth embodiment requires calculation for correcting discontinuous points. In the correction value detector 85a of Embodiment 5, since discontinuous points are excluded, calculation for correction can be omitted. The LPF processing (steps S303-1 and S303-2 shown in FIG. 15) by the correction value detector 85a has the effect of reducing errors caused by excluding discontinuous points.

(利用形態)
なお、上述した実施の形態1~5は、発明を説明するための実施例であり、実施の形態1~5で説明した内容に限定されず、また、実施の形態1~5を組み合わせてもよい。例えば、実施の形態4及び実施の形態5では、補正値検出器を常時使用する場合で説明したが、補正値の変動が少ない場合、補正値検出器で一度検出した補正値を補正値加算器が連続して使用してもよい。この場合、演算量を軽減することができる。
(Usage form)
The first to fifth embodiments described above are examples for explaining the invention, and are not limited to the contents described in the first to fifth embodiments. good. For example, in Embodiments 4 and 5, the case where the correction value detector is always used has been described. may be used consecutively. In this case, the amount of calculation can be reduced.

実施の形態3では遅延補償干渉計に光周波数シフタを用いるヘテロダイン方式の参照信号の位相項に補正値を加える例を示したが、特許文献1の第1実施形態に示されたPGC方式でも復調器の参照信号発生器から出力される参照信号の位相項に補正値を加えることで、伝搬時間差ΔTがゼロにならない場合の復調限界の低下が抑えられ動作が安定する。 Embodiment 3 shows an example in which a correction value is added to the phase term of a heterodyne reference signal using an optical frequency shifter in a delay compensation interferometer. By adding a correction value to the phase term of the reference signal output from the reference signal generator of the receiver, the demodulation limit is prevented from being lowered when the propagation time difference ΔT does not become zero, and the operation is stabilized.

実施の形態3では、差分器及び積算器を用いる場合で説明し、他の実施の形態では差分器及び積算器を用いない場合で説明したが、実施の形態3で差分器及び積算器を用いない構成にしてもよい。また、他の実施の形態において、差分器を用いてもよく、差分器及び積算器の両方を用いてもよい。 In the third embodiment, a case where a differentiator and an accumulator are used is explained, and in another embodiment, a case where a differentiator and an accumulator are not used is explained. It may be configured without Also, in other embodiments, a differencer may be used, or both a differencer and an integrator may be used.

実施の形態4では、差分器出力の2つのサンプルから補正値を求める演算を行う場合で説明し、実施の形態5では、逆正接演算器出力の2つのサンプルから補正値を求める場合を説明したが、これらの場合に限らない。例えば、光の周波数に応じた-Ziの違いを求める演算であれば、サンプル数と演算式を変えても動作する。 In the fourth embodiment, the case of calculating the correction value from two samples of the output of the differentiator was explained, and in the fifth embodiment, the case of calculating the correction value from the two samples of the output of the arctangent calculator was explained. but not limited to these cases. For example, if it is an operation for obtaining a difference in -Zi according to the frequency of light, it will work even if the number of samples and the arithmetic expression are changed.

実施の形態4の補正値検出器85と実施の形態5の補正値検出器85aにおいて、LPF処理で雑音及び不連続点を除外することで誤差を抑える場合を説明したが、雑音が少ない場合、LPF処理を行わなくてもよい。 In the correction value detector 85 of Embodiment 4 and the correction value detector 85a of Embodiment 5, the case where the error is suppressed by excluding noise and discontinuous points in the LPF processing has been described. LPF processing may not be performed.

実施の形態1では、ループ回路15を含む周波数シフト光源20、センシングファイバ42を含むセンシング干渉計40、及び遅延補償ファイバ54を含む遅延補償干渉計50の順に接続した構成例を示した。実施の形態2と実施の形態3では、ループ回路15を含む周波数シフト光源20a、遅延補償ファイバ54を含む遅延補償干渉計50又は50a、及びセンシングファイバ42を含むセンシング干渉計40の順に接続した構成例を示した。接続順序はこれらの構成例に限定されず、接続順序を入れ替えてもよい。ただし、ループ回路15に時間差を持たせたパルス光を通過させると、雑音の原因になるため、ループ回路15をいずれの干渉計よりも前段に接続することが望ましい。 Embodiment 1 shows a configuration example in which the frequency shift light source 20 including the loop circuit 15, the sensing interferometer 40 including the sensing fiber 42, and the delay compensating interferometer 50 including the delay compensating fiber 54 are connected in this order. In Embodiments 2 and 3, the frequency shift light source 20a including the loop circuit 15, the delay compensation interferometer 50 or 50a including the delay compensation fiber 54, and the sensing interferometer 40 including the sensing fiber 42 are connected in this order. I gave an example. The connection order is not limited to these configuration examples, and the connection order may be changed. However, if the pulsed light with a time difference is passed through the loop circuit 15, it causes noise. Therefore, it is desirable to connect the loop circuit 15 before any interferometers.

実施の形態1等において、光パルスゲート24を用いてループ回路15の3周目のパルス光を遮断する場合を説明したが、光周波数シフタ23にパルス光を送る信号のスイッチングなどの他の手段を用いて、3周目のパルス光を遮断してもよい。 In Embodiment 1 and the like, the case where the light pulse gate 24 is used to cut off the pulsed light in the third round of the loop circuit 15 has been described, but other means such as switching of the signal for sending the pulsed light to the optical frequency shifter 23 may be used. may be used to block the third round of pulsed light.

周波数シフト光源20~20bでは、光パルスゲート及び光アンプを用いる場合で説明したが、光増幅器及びパルスゲートの機能を備えた半導体光アンプを用いてもよく、光周波数シフタ及びパルスゲートを兼ね備えた音響光変調器を用いてもよい。半導体光アンプ及び音響光変調器のように複数の機能を兼ね備えた手段を、光パルスゲート及び光アンプの代わりに、用いてもよい。 Although the frequency shift light sources 20 to 20b have been described using optical pulse gates and optical amplifiers, semiconductor optical amplifiers having the functions of optical amplifiers and pulse gates may also be used. An acousto-optic modulator may also be used. Multifunctional means such as semiconductor optical amplifiers and acousto-optic modulators may be used in place of the optical pulse gates and optical amplifiers.

実施の形態1~5では、センシング干渉計にマイケルソン干渉計を用い、遅延補償干渉計にマッハ・ツェンダ干渉計を用いる場合で説明したが、これらの場合に限らず、他の方式の干渉計を用いてもよい。実施の形態2~5で説明した復調器が実行する復調方法を、コンピュータ等の情報処理装置に実行させてもよい。 In the first to fifth embodiments, the Michelson interferometer is used as the sensing interferometer and the Mach-Zehnder interferometer is used as the delay compensation interferometer. may be used. The demodulation method executed by the demodulators described in the second to fifth embodiments may be executed by an information processing device such as a computer.

1、1a~1d 干渉型光ファイバセンサシステム、10 パルス光源、15 ループ回路、20、20a、20b 周波数シフト光源、21、21a~21d 光カプラ、22、22a、22b オシレータ、23、23a、23b 光周波数シフタ、24 光パルスゲート、25、25a、25b 遅延補償ファイバ、26 光アンプ、27 変調器、30 光サーキュレータ、40 センシング干渉計、41 光カプラ、42 センシングファイバ、43、44 ミラー、50、50a 遅延補償干渉計、51 光カプラ、52 オシレータ、53 光周波数シフタ、54 遅延補償ファイバ、55 光カプラ、56、57 ミラー、60 O/E変換器、61 分離器、70、70a~70d 復調器、71a、71b 参照信号発生器、72a、72b 乗算器、73a、73b LPF、74 逆正接演算器、75 不連続点補償演算器、76a、76b 補正参照信号発生器、77a、77b AM復調器、80、80-1、80-2、80a 位相復調演算器、81-1、81-2 補正値加算器、82 合成器、83 符号反転加算器、84 差分器、85、85a 補正値検出器、86 フィルタ、87 積算器、100 干渉型光ファイバセンサシステム、700 復調器。 1, 1a to 1d interferometric optical fiber sensor system, 10 pulse light source, 15 loop circuit, 20, 20a, 20b frequency shift light source, 21, 21a to 21d optical coupler, 22, 22a, 22b oscillator, 23, 23a, 23b light Frequency shifter 24 Optical pulse gate 25, 25a, 25b Delay compensation fiber 26 Optical amplifier 27 Modulator 30 Optical circulator 40 Sensing interferometer 41 Optical coupler 42 Sensing fiber 43, 44 Mirror 50, 50a delay compensation interferometer, 51 optical coupler, 52 oscillator, 53 optical frequency shifter, 54 delay compensation fiber, 55 optical coupler, 56, 57 mirror, 60 O/E converter, 61 separator, 70, 70a to 70d demodulator, 71a, 71b reference signal generator 72a, 72b multiplier 73a, 73b LPF 74 arctangent calculator 75 discontinuity compensation calculator 76a, 76b correction reference signal generator 77a, 77b AM demodulator 80 , 80-1, 80-2, 80a phase demodulation calculator, 81-1, 81-2 correction value adder, 82 synthesizer, 83 sign inversion adder, 84 differencer, 85, 85a correction value detector, 86 Filter, 87 integrator, 100 interferometric fiber optic sensor system, 700 demodulator.

Claims (13)

一定の周波数のパルス光を基に複数の周波数のパルス光を出力する周波数シフト光源と、
前記パルス光が入力され、物理量を検知するセンシングファイバを含むセンシング干渉計と、
前記センシングファイバに対応する遅延補償ファイバを含む遅延補償干渉計と、
前記センシングファイバで発生する位相の変化を復調する復調器と、
を有し、
前記復調器は、
前記遅延補償ファイバを伝搬するパルス光と前記センシングファイバを伝搬するパルス光とが干渉した干渉光の位相を復調する位相復調演算器と、
前記複数の周波数に対応して前記干渉光の位相の変化を補正する補正部と、を有する
干渉型光ファイバセンサシステム。
a frequency-shifting light source that outputs pulsed light of a plurality of frequencies based on pulsed light of a constant frequency;
a sensing interferometer including a sensing fiber that receives the pulsed light and senses a physical quantity;
a delay compensating interferometer including a delay compensating fiber corresponding to the sensing fiber;
a demodulator that demodulates the phase change occurring in the sensing fiber;
has
The demodulator is
a phase demodulation calculator that demodulates the phase of interference light resulting from interference between the pulsed light propagating through the delay compensating fiber and the pulsed light propagating through the sensing fiber;
an interferometric optical fiber sensor system, comprising: a correction unit that corrects a change in phase of the interference light corresponding to the plurality of frequencies.
前記復調器は、前記位相復調演算器によって復調される前記干渉光の位相に基づいて前記干渉光の位相の時系列変化を補償する不連続点補償演算器をさらに有し、
前記補正部は、前記不連続点補償演算器によって前記時系列変化が復調される前に、前記干渉光の位相の変化を補正する補正値を前記位相復調演算器の出力に加算する補正値加算器である、請求項1に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
The demodulator further has a discontinuity compensation calculator that compensates for time series changes in the phase of the interference light based on the phase of the interference light demodulated by the phase demodulation calculator,
The correction unit adds a correction value for correcting the phase change of the interference light to the output of the phase demodulation calculator before the time series change is demodulated by the discontinuity compensation calculator. 2. The interferometric fiber optic sensor system of claim 1, wherein the interferometric fiber optic sensor system is a device.
前記復調器は、
前記干渉光の信号を前記複数の周波数に対応して分離する分離器と、
前記分離器によって分離される複数の前記干渉光の信号に対応する複数の前記位相復調演算器と、
前記複数の位相復調演算器と前記不連続点補償演算器との間に設けられ、前記複数の周波数毎に復調された複数の前記干渉光の位相を、前記不連続点補償演算器によって補償される前に合成する合成器と、
を有する、請求項2に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
The demodulator is
a separator that separates the signal of the interference light corresponding to the plurality of frequencies;
a plurality of phase demodulators corresponding to the plurality of interference light signals separated by the separator;
provided between the plurality of phase demodulation calculators and the discontinuity compensation calculator, wherein phases of the plurality of interference lights demodulated for each of the plurality of frequencies are compensated by the discontinuity compensation calculator; a synthesizer that synthesizes before
3. The interferometric fiber optic sensor system of claim 2, comprising:
前記復調器は、
前記複数の周波数に対応して前記干渉光の位相の変化を抽出する補正値検出器を有する、請求項3に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
The demodulator is
4. The interferometric optical fiber sensor system according to claim 3, further comprising a correction value detector for extracting phase changes of said interference light corresponding to said plurality of frequencies.
前記補正値検出器は、前記補正値を前記補正値加算器にフィードバックする、請求項4に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。 5. The interferometric optical fiber sensor system of claim 4, wherein the correction value detector feeds back the correction value to the correction value adder. 前記補正部は、
前記複数の周波数に対応する前記干渉光の位相の変化を補正する補正参照信号を、前記位相復調演算器に出力する補正参照信号発生器である、請求項1に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
The correction unit is
2. The interferometric optical fiber sensor system according to claim 1, which is a correction reference signal generator that outputs a correction reference signal for correcting a phase change of said interference light corresponding to said plurality of frequencies to said phase demodulation calculator. .
前記補正部は、
前記複数の周波数毎に、前記干渉光の位相の変化を補正する補正値の符号を反転した値を、復調される前記干渉光の位相に加算する符号反転加算器である、請求項1に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
The correction unit is
2. The sign-inverting adder for adding, for each of the plurality of frequencies, a value obtained by inverting the sign of a correction value for correcting a change in the phase of the interference light to the phase of the interference light to be demodulated. interferometric fiber optic sensor system.
前記周波数シフト光源は、
前記パルス光の周波数をシフトさせる光周波数シフタと、
前記光周波数シフタに前記パルス光を通過させる回数に対応して前記周波数を変化させるループ回路と、
前記光周波数シフタを通過する前記パルス光のレベル変化を補正する変調器と、
を有する、請求項1~7のいずれか1項に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
The frequency-shifting light source is
an optical frequency shifter that shifts the frequency of the pulsed light;
a loop circuit for changing the frequency corresponding to the number of times the pulsed light passes through the optical frequency shifter;
a modulator that corrects a level change of the pulsed light passing through the optical frequency shifter;
The interferometric optical fiber sensor system according to any one of claims 1 to 7, comprising:
前記周波数シフト光源は、
前記複数の周波数を設定する複数の光周波数シフタを有する、請求項1~7のいずれか1項に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
The frequency-shifting light source is
8. The interferometric optical fiber sensor system according to claim 1, comprising a plurality of optical frequency shifters for setting said plurality of frequencies.
前記周波数シフト光源は、
前記一定の周波数のパルス光を出力するパルス光源と、
前記パルス光源から前記遅延補償干渉計に至る光伝送経路に複数の分岐点及び複数の合流点が設けられた複数の光伝送経路と、
前記パルス光の位相を復調する複数の遅延補償ファイバと、
前記パルス光の周波数をシフトさせる前記複数の光周波数シフタと、
を有する、請求項9に記載の干渉型光ファイバセンサシステム。
The frequency-shifting light source is
a pulsed light source that outputs pulsed light of the constant frequency;
a plurality of optical transmission paths having a plurality of branch points and a plurality of merging points in the optical transmission path from the pulse light source to the delay compensation interferometer;
a plurality of delay compensating fibers for demodulating the phase of the pulsed light;
the plurality of optical frequency shifters that shift the frequency of the pulsed light;
10. The interferometric fiber optic sensor system of claim 9, comprising:
パルス光の周波数を変えながらセンシングファイバで検出される信号を復調する復調装置であって、
前記センシングファイバを伝搬するパルス光と、前記センシングファイバに対応する遅延補償ファイバを伝搬するパルス光との干渉光の位相を復調する位相復調演算器と、
変更される前の周波数に対応した前記干渉光の位相から、変更された後の周波数に対応した前記干渉光の位相への変化のうち、前記周波数の変更に対応し前記干渉光の位相の変化を補正する補正部と、
を有する復調装置。
A demodulator that demodulates a signal detected by a sensing fiber while changing the frequency of pulsed light,
a phase demodulator for demodulating the phase of interference light between pulsed light propagating through the sensing fiber and pulsed light propagating through a delay compensation fiber corresponding to the sensing fiber;
Of the change from the phase of the interference light corresponding to the frequency before the change to the phase of the interference light corresponding to the frequency after the change, the phase of the interference light corresponding to the change of the frequency . a corrector for correcting changes;
A demodulator having a
パルス光の周波数を変えながらセンシングファイバで検出される信号を復調する復調方法であって、
前記センシングファイバを伝搬するパルス光と、前記センシングファイバに対応する遅延補償ファイバを伝搬するパルス光との干渉光の位相を復調し、
変更される前の周波数に対応した前記干渉光の位相から、変更された後の周波数に対応した前記干渉光の位相への変化のうち、前記周波数の変更に対応し前記干渉光の位相の変化を補正する、
復調方法。
A demodulation method for demodulating a signal detected by a sensing fiber while changing the frequency of pulsed light,
demodulating the phase of interference light between pulsed light propagating through the sensing fiber and pulsed light propagating through a delay compensation fiber corresponding to the sensing fiber;
Of the change from the phase of the interference light corresponding to the frequency before the change to the phase of the interference light corresponding to the frequency after the change, the phase of the interference light corresponding to the change of the frequency . to compensate for changes,
demodulation method.
パルス光の周波数を変えながらセンシングファイバで検出した信号を復調するコンピュータに、
前記センシングファイバを伝搬するパルス光と、前記センシングファイバに対応する遅延補償ファイバを伝搬するパルス光との干渉光の位相を復調する手段と、
変更される前の周波数に対応した前記干渉光の位相から、変更された後の周波数に対応した前記干渉光の位相への変化のうち、前記周波数の変更に対応し前記干渉光の位相の変化を補正する手段として機能させるためのプログラム。
A computer that demodulates the signal detected by the sensing fiber while changing the frequency of the pulsed light,
means for demodulating the phase of interference light between pulsed light propagating through the sensing fiber and pulsed light propagating through a delay compensating fiber corresponding to the sensing fiber;
Of the change from the phase of the interference light corresponding to the frequency before the change to the phase of the interference light corresponding to the frequency after the change, the phase of the interference light corresponding to the change of the frequency . A program to act as a means of compensating for changes.
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