JP7225792B2 - Interferometric optical fiber sensor system, demodulator, demodulation method and program - Google Patents
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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
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
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。
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
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
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た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た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た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.
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。
An interferometric optical fiber sensor system according to
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
(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
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
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
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
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fH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
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fH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
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
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。
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
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
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
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fHの成分によるものである。
The O/
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fHの正弦波sin2πfHt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fHの余弦波cos2πfHt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sin2πfHt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cos2πfHtを乗算してLPF73bに出力する。
The
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φU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φUを含む位相差φが復調される。
The
(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
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
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
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
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fH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/
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sin2πfHt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cos2πfHt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φU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φUを含むφが復調される。
Next, the operation of
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
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
(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
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。
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
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
(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
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/
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
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+Z1及びφv+Z2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
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
位相復調演算器80-1の逆正接演算器74はφv+Z1を出力する。位相復調演算器80-2の逆正接演算器74はφv+Z2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-Z1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-Z2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
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
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
(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
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。
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。
(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
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
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
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
(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
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
(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
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。
(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
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
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
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
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Z1/2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-Z1/2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/
(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
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
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+Z1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
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+Z1/2[-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+Z1/2を出力する。出力のZ1/2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φUの復調には影響しない。影響が無視できない場合、補正値-Z1/2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
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
(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
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。
(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
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
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
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-Z1に補正値検出器85が検出した補正値の変化分-<ΔZ1>を加えた新たな補正値-Z1-<ΔZ1>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、Z1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
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-ΔZ1[n]を算出する(ステップS201)。
The configuration of the
-ΔZ1[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-ΔZ1[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)、-<ΔZ1>を出力する。
Subsequently, the
(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
補正値検出器85は、差分器84の出力から-ΔZ1[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-ΔZ1[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-<ΔZ1>を出力する。-<ΔZ1>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-Z1に補正値検出器85が検出した補正値の変化分-<Z1>を加えた新たな補正値-Z1-<ΔZ1>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
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
補正値が変化すると元の補正値-Z1では補正されなかったΔZ1が残り、合成器出力はφwとφw+ΔZ1とに分かれ、差分器出力は、図11(a)に示すように、φw’-ΔZ1とφw’+ΔZ1とに分かれる。差分器84の出力の2ΔZ1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
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’-ΔZ1とφw’+ΔZ1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’-ΔZ1とφw’+ΔZ1との差を求め、-<ΔZ1>を算出する。その結果、-Z1-<ΔZ1>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
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
(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
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
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。
(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
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
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
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
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
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
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
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
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
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、-ΔZ1[m]を算出する(ステップS301-1)。
-ΔZ1[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-ΔZ1[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)、-<ΔZ1>を出力する。
Subsequently, the
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、-<ΔZ2>を算出する(ステップS301-2~S303-2)。
-ΔZ2[m]=φv[m]-φv[m+2] ・・・(8)
Further, in the case of i=2, the
−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-<ΔZ1>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-<ΔZ2>を出力する。-<ΔZ1>が補正値加算器81-1にフィードバックされ、-<ΔZ2>が補正値加算器81-2にフィードバックされる。
The
(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
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
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
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、-<ΔZ1>を補正値加算器81-1にフィードバックし、-<ΔZ2>を補正値加算器81-2にフィードバックする。
Furthermore, the
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
補正値が変化すると、元の補正値-Z1では補正されなかったΔZ1が残り、合成器出力はφw、φw+ΔZ1、φw+ΔZ2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+ΔZ1、φw+ΔZ2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-ΔZ1[m]と-ΔZ2[m]を求め、LPF処理を行って-<ΔZ1>と-<ΔZ2>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
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
(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
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
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
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/
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
直流近傍の雑音、ビート周波数fH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fHの参照信号を乗算して復調するので、fH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fH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
(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
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。
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
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。
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
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
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
Claims (13)
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:
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た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
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た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.
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た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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