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JP7626398B2 - Optical fiber vibration sensing device and optical fiber vibration sensing method - Google Patents
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JP7626398B2 - Optical fiber vibration sensing device and optical fiber vibration sensing method - Google Patents

Optical fiber vibration sensing device and optical fiber vibration sensing method Download PDF

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Description

本開示は、光ファイバ干渉計を用いた光ファイバ振動センシング技術に関するものである。 This disclosure relates to optical fiber vibration sensing technology using an optical fiber interferometer.

これまでの光ファイバ干渉計を用いた光ファイバ振動センシング技術としては、複数の光ファイバリング干渉計を構成し、光ファイバリング干渉系単位で振動を検知することにより侵入等の異常を検知する方法が提案され製品化されている(例えば、非特許文献1参照。)。 As a fiber optic vibration sensing technology using an optical fiber interferometer, a method has been proposed and commercialized to detect anomalies such as intrusions by configuring multiple optical fiber ring interferometers and detecting vibrations on an optical fiber ring interferometer system basis (see, for example, Non-Patent Document 1).

光ファイバ干渉系によって振動発生位置を特定する方法としては、光ファイバリング干渉計にサブループを付加した手法が提案されている。サブループを複数回通過することで見かけ上複数の光路が同一光ファイバリング内に構成され、それぞれの経路を通過した光による干渉光出力を比較することにより位置を同定することができる(例えば、非特許文献2参照。)。 As a method for identifying the vibration generation position using an optical fiber interferometer, a method has been proposed in which a sub-loop is added to an optical fiber ring interferometer. By passing through the sub-loop multiple times, multiple optical paths are seemingly created within the same optical fiber ring, and the position can be identified by comparing the interference light output from the light that has passed through each path (see, for example, Non-Patent Document 2).

株式会社フジクラエンジニアリング、“光ファイバ侵入検知システム”、https://www.fen.fujikura.jp/products/pro01/tel-co-pdf02.pdf (Accessed 2021.1.7)Fujikura Engineering Co., Ltd., "Optical Fiber Intrusion Detection System", https://www.fen.fujikura.jp/products/pro01/tel-co-pdf02.pdf (Accessed 2021.1.7) 大森達也、荻原弘晃、 橋本研也、 山口正恆、“光ファイバリング干渉計型振動センサにおける振動位置同定法”、電子情報通信学会論文誌B、Vol.J89-B、No.4、pp.594-601、2006Tatsuya Omori, Hiroaki Ogihara, Kenya Hashimoto, Masatsune Yamaguchi, "Vibration Position Identification Method in Optical Fiber Ring Interferometer Vibration Sensor", IEICE Transactions on Electronics, Information and Communication Engineers, Vol. J89-B, No. 4, pp. 594-601, 2006 Nobutomo Hanzawa、Kuimasa Saitoh、Taiji Sakamoto、Takashi Matsui、Kyozo Tsujikawa、Masanori Koshiba、and Fumihiko Yamamoto、“Two-mode PLC-based mode multi/demultiplexer for mode and wavelength division multiplexed transmission”、21 Oct 2013(C) 2013 OSA 4 November 2013 | Vol. 21, No. 22 | DOI:10.1364/OE.21.025752 | OPTICS EXPRESS 25752Nobutomo Hanzawa, Kuimasa Saitoh, Taiji Sakamoto, Takashi Matsui, Kyozo Tsujikawa, Masanori Koshiba, and Fumihiko Yamamoto, "Two-mode PLC-based mode multi/demultiplexer for mode and wavelength division multiplexed transmission", 21 Oct 2013 (C) 2013 OSA 4 November 2013 | Vol. 21, No. 22 | DOI:10.1364/OE. 21.025752 | OPTICS EXPRESS 25752

しかしながら、非特許文献1で実用化されている装置では検出区間ごとに、分岐結合器と呼ばれる折り返し装置を取り付ける必要がある。分布的に振動検出するためには、分岐結合器を必要数取り付ける必要があるので、施工面での大きな課題となる。 However, the device put into practical use in Non-Patent Document 1 requires the installation of a return device called a branch coupler for each detection section. In order to detect vibrations in a distributed manner, the required number of branch couplers must be installed, which poses a major challenge in terms of installation.

また、非特許文献2では、振動位置を同定することが可能ではある。しかしながら、光ファイバリング干渉計の1カ所への振動付与を前提としているため、光ファイバリング干渉計全体をリング形態でない一つの光ファイバケーブル内へ実装すると、2カ所に振動が発生することから、適用が難しいという課題がある。 In addition, in Non-Patent Document 2, it is possible to identify the vibration position. However, since it is based on the premise that vibration is applied to one point on the optical fiber ring interferometer, if the entire optical fiber ring interferometer is implemented in a single optical fiber cable that is not in a ring form, vibration will occur in two places, which makes it difficult to apply.

本開示は、上記事情に着目してなされたもので、簡易な構成で、振動が付加された位置を特定することが可能な光ファイバ振動センシングを実現することを目的とする。 This disclosure was made in light of the above circumstances, and aims to realize optical fiber vibration sensing with a simple configuration that can identify the position where vibration is applied.

複数の光伝送路を有する光伝送媒体に対して、それぞれ反対方向からマッハツェンダ干渉計で干渉信号を測定し、振動が発生した位置に応じた到着時間差を検出することによって、振動が付加された位置を特定することした。 For an optical transmission medium with multiple optical transmission paths, the interference signal is measured from opposite directions using a Mach-Zehnder interferometer, and the location where the vibration was added is identified by detecting the arrival time difference according to the location where the vibration occurred.

具体的には、本開示の光ファイバ振動センシング装置は、
複数の光伝送路を有する光伝送媒体と、
前記光伝送媒体の一端で、基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、光伝送路に入力し、前記光伝送媒体の他端で、前記光伝送路を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合して受信する順方向マッハツェンダ干渉計と、
前記光伝送媒体の他端で、基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、他の光伝送路に入力し、前記光伝送媒体の一端で、前記他の光伝送路を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合して受信する逆方向マッハツェンダ干渉計と、
を備える。
Specifically, the optical fiber vibration sensing device of the present disclosure comprises:
an optical transmission medium having a plurality of optical transmission paths;
a forward Mach-Zehnder interferometer which, at one end of the optical transmission medium, leaves a portion of the light in fundamental mode as it is and converts the remainder to a higher-order mode, combines the light left in fundamental mode with the converted light in higher-order mode, and inputs the combined light into an optical transmission line, and at the other end of the optical transmission medium, leaves the light in fundamental mode of the light that has propagated through the optical transmission line in fundamental mode and converts the light in higher-order mode to fundamental mode, and combines and receives the light left in fundamental mode with the converted light in fundamental mode;
a reverse Mach-Zehnder interferometer which, at the other end of the optical transmission medium, leaves a part of the light in fundamental mode as it is and converts the remainder to a higher-order mode, combines the light left in fundamental mode with the converted light in higher-order mode, and inputs the combined light to another optical transmission path, and at one end of the optical transmission medium, leaves the light in fundamental mode of the light propagating through the other optical transmission path in fundamental mode and converts the light in higher-order mode to fundamental mode, and combines and receives the light left in fundamental mode with the converted light in fundamental mode;
Equipped with.

具体的には、本開示の光ファイバ振動センシング装置は、
前記光伝送媒体は、第1の光伝送路及び第2の光伝送路を備え、
前記順方向マッハツェンダ干渉計は、
前記光伝送媒体の一端に、
光を送出する順方向計測用光源と、
前記順方向計測用光源からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、前記第1の光伝送路に入力する第1の光モードカプラと、を備え、
前記光伝送媒体の他端に、
前記第1の光伝送路を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合する第2の光モードカプラと、
前記第2の光モードカプラからの光を受光する順方向計測用受光器と、を備え、
前記逆方向マッハツェンダ干渉計は、
前記光伝送媒体の他端に、
光を送出する逆方向計測用光源と、
前記逆方向計測用光源からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、前記第2の光伝送路に入力する第3の光モードカプラと、を備え、
前記光伝送媒体の一端に、
前記第2の光伝送路を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合する第4の光モードカプラと、
前記第4の光モードカプラからの光を受光する逆方向計測用受光器と、
を備えることを特徴とする。
Specifically, the optical fiber vibration sensing device of the present disclosure comprises:
the optical transmission medium includes a first optical transmission path and a second optical transmission path;
The forward Mach-Zehnder interferometer comprises:
At one end of the optical transmission medium,
a forward measurement light source that emits light;
a first optical mode coupler that leaves a portion of the fundamental mode light from the forward direction measurement light source as it is in the fundamental mode and converts the remainder into a higher order mode, combines the light that remains in the fundamental mode with the converted light in the higher order mode, and inputs the combined light into the first optical transmission line;
At the other end of the optical transmission medium,
a second optical mode coupler that, among the light propagating through the first optical transmission line, leaves light in a fundamental mode as it is and converts light in a higher order mode to the fundamental mode, and couples the light that remains in the fundamental mode with the converted light in the fundamental mode;
a forward direction measurement optical receiver that receives light from the second optical mode coupler;
The reverse Mach-Zehnder interferometer comprises:
At the other end of the optical transmission medium,
a light source for backward measurement that emits light;
a third optical mode coupler that leaves a part of the fundamental mode light from the backward direction measurement light source as the fundamental mode and converts the remainder into a higher order mode, combines the light that remains in the fundamental mode with the converted light in the higher order mode, and inputs the combined light into the second optical transmission line;
At one end of the optical transmission medium,
a fourth optical mode coupler that, among the light propagating through the second optical transmission line, leaves light in a fundamental mode as it is and converts light in a higher order mode to the fundamental mode, and couples the light that remains in the fundamental mode with the converted light in the fundamental mode;
a backward direction measurement optical receiver that receives light from the fourth optical mode coupler;
The present invention is characterized by comprising:

具体的には、本開示の光ファイバ振動センシング装置は、
前記光伝送媒体は、第1の光伝送路、第2の光伝送路、第3の光伝送路及び第4の光伝送路を備え、
前記順方向マッハツェンダ干渉計は、
前記光伝送媒体の一端に、
光を送出する順方向計測用光源と、
前記順方向計測用光源からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、前記第1の光伝送路に入力する第1の光モードカプラと、
前記第3の光伝送路からの光を受光する順方向計測用受光器と、を備え、
前記光伝送媒体の他端に、
前記第1の光伝送路を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合し、前記第3の光伝送路に出力する第2の光モードカプラを備え、
前記逆方向マッハツェンダ干渉計は、
前記光伝送媒体の一端に、
前記第4の光伝送路に光を送出する逆方向計測用光源と、
前記第2の光伝送路を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合する第4の光モードカプラと、
前記第4の光モードカプラからの光を受光する逆方向計測用受光器と、を備え、
前記光伝送媒体の他端に、
前記第4の光伝送路からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、前記第2の光伝送路に入力する第3の光モードカプラを備える
ことを特徴とする。
Specifically, the optical fiber vibration sensing device of the present disclosure comprises:
the optical transmission medium includes a first optical transmission path, a second optical transmission path, a third optical transmission path, and a fourth optical transmission path;
The forward Mach-Zehnder interferometer comprises:
At one end of the optical transmission medium,
a forward measurement light source that emits light;
a first optical mode coupler that leaves a part of the fundamental mode light from the forward direction measurement light source as it is in the fundamental mode and converts the remainder into a higher order mode, combines the light that remains in the fundamental mode with the converted light in the higher order mode, and inputs the combined light into the first optical transmission line;
a forward direction measurement optical receiver that receives light from the third optical transmission path,
At the other end of the optical transmission medium,
a second optical mode coupler which, among the light propagating through the first optical transmission line, leaves light in a fundamental mode as it is and converts light in a higher-order mode to a fundamental mode, combines the light which remains in the fundamental mode with the converted light in the fundamental mode, and outputs the combined light to the third optical transmission line;
The reverse Mach-Zehnder interferometer comprises:
At one end of the optical transmission medium,
a light source for backward measurement that transmits light to the fourth optical transmission line;
a fourth optical mode coupler that, among the light propagating through the second optical transmission line, leaves light in a fundamental mode as it is and converts light in a higher order mode to the fundamental mode, and couples the light that remains in the fundamental mode with the converted light in the fundamental mode;
a backward direction measurement optical receiver that receives light from the fourth optical mode coupler,
At the other end of the optical transmission medium,
The present invention is characterized in that it further comprises a third optical mode coupler which leaves a portion of the fundamental mode light from the fourth optical transmission path in the fundamental mode and converts the remainder to a higher mode, combines the light left in the fundamental mode with the converted higher mode light, and inputs the combined light to the second optical transmission path.

具体的には、本開示の光ファイバ振動センシング装置は、
前記第1の光モードカプラ又は前記第3の光モードカプラとして、2本の光ファイバのコアの中心がずれて接続されている軸ずれ接続部である
ことを特徴とする。
Specifically, the optical fiber vibration sensing device of the present disclosure comprises:
The first optical mode coupler or the third optical mode coupler is an off-axis connection part in which the centers of the cores of two optical fibers are connected with an offset.

具体的には、本開示の光ファイバ振動センシング装置は、
前記第1の光モードカプラとしての前記軸ずれ接続部の前記順方向計測用光源の側又は前記第3の光モードカプラとしての前記軸ずれ接続部の前記逆方向計測用光源の側の光ファイバが基本モードの光のみを伝搬する
ことを特徴とする。
Specifically, the optical fiber vibration sensing device of the present disclosure comprises:
The optical fiber on the forward direction measurement light source side of the off-axis connection part as the first optical mode coupler or on the reverse direction measurement light source side of the off-axis connection part as the third optical mode coupler propagates only fundamental mode light.

具体的には、本開示の光ファイバ振動センシング装置は、
前記第2の光モードカプラ又は前記第4の光モードカプラとして、2本の光ファイバのコアの中心がずれて接続されている軸ずれ接続部であり、前記第2の光モードカプラとしての前記軸ずれ接続部の前記順方向計測用受光器の側又は前記第4の光モードカプラとしての前記軸ずれ接続部の前記逆方向計測用受光器の側の光ファイバが基本モードの光のみを伝搬する
ことを特徴とする。
Specifically, the optical fiber vibration sensing device of the present disclosure comprises:
The second optical mode coupler or the fourth optical mode coupler is an off-axis connection section in which the centers of the cores of two optical fibers are connected with an offset, and the optical fiber on the side of the forward direction measurement receiver of the off-axis connection section as the second optical mode coupler or on the side of the reverse direction measurement receiver of the off-axis connection section as the fourth optical mode coupler propagates only light in the fundamental mode.

具体的には、本開示の光ファイバ振動センシング装置は、
前記光伝送媒体は、光伝送路を備え、
前記順方向マッハツェンダ干渉計及び前記逆方向マッハツェンダ干渉計は、光を合分岐する第5の光モードカプラを前記光伝送媒体の一端に共用して備え、光を合分岐する第6の光モードカプラを前記光伝送媒体の他端に共用して備え、
前記順方向マッハツェンダ干渉計は、
前記光伝送媒体の一端に、
光を送出する順方向計測用光源を備え、
前記第5の光モードカプラで前記順方向計測用光源からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、前記光伝送路に入力し、
前記光伝送媒体の他端に、
光を受光する順方向計測用受光器を備え、
前記第6の光モードカプラで前記光伝送路を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合し、前記順方向計測用受光器に出力し、
前記逆方向マッハツェンダ干渉計は、
前記光伝送媒体の他端に、
前記順方向計測用光源と異なる波長の光を送出する逆方向計測用光源を備え、
前記第6の光モードカプラで前記逆方向計測用光源からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、前記光伝送路に入力し、
前記光伝送媒体の一端に、
前記第5の光モードカプラからの光を受光する逆方向計測用受光器を備え、
前記第5の光モードカプラで前記光伝送路を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合し、前記逆方向計測用受光器に出力する
ことを特徴とする。
Specifically, the optical fiber vibration sensing device of the present disclosure comprises:
the optical transmission medium comprises an optical transmission path,
the forward Mach-Zehnder interferometer and the backward Mach-Zehnder interferometer share a fifth optical mode coupler that combines and branches light at one end of the optical transmission medium, and share a sixth optical mode coupler that combines and branches light at the other end of the optical transmission medium;
The forward Mach-Zehnder interferometer comprises:
At one end of the optical transmission medium,
A forward measurement light source is provided to emit light,
the fifth optical mode coupler keeps a part of the fundamental mode light from the forward direction measurement light source as the fundamental mode and converts the remainder into a higher order mode, combines the light kept in the fundamental mode with the converted higher order mode light, and inputs the combined light into the optical transmission line;
At the other end of the optical transmission medium,
a forward direction measurement receiver for receiving light;
the sixth optical mode coupler, among the light propagating through the optical transmission line, leaves the light in a fundamental mode as it is, converts the light in a higher order mode to the fundamental mode, combines the light that remains in the fundamental mode with the converted light in the fundamental mode, and outputs the combined light to the forward direction measurement optical receiver;
The reverse Mach-Zehnder interferometer comprises:
At the other end of the optical transmission medium,
a backward measurement light source that emits light of a wavelength different from that of the forward measurement light source;
the sixth optical mode coupler leaves a part of the fundamental mode light from the backward measurement light source as the fundamental mode and converts the remainder into a higher-order mode, combines the light that remains in the fundamental mode with the converted higher-order mode light, and inputs the combined light into the optical transmission line;
At one end of the optical transmission medium,
a backward direction measurement optical receiver that receives light from the fifth optical mode coupler,
The fifth optical mode coupler is characterized in that, of the light propagating through the optical transmission line, the light in fundamental mode is left as it is in the fundamental mode and the light in higher modes is converted to the fundamental mode, the light that is left as it is in the fundamental mode and the converted light in the fundamental mode are combined, and output to the reverse direction measurement optical receiver.

具体的には、本開示の光ファイバ振動センシング装置は、
前記光伝送媒体は、第1の光伝送路、第3の光伝送路及び第4の光伝送路を備え、
前記順方向マッハツェンダ干渉計及び前記逆方向マッハツェンダ干渉計は、光を合分岐する第5の光モードカプラを前記光伝送媒体の一端に共用して備え、光を合分岐する第6の光モードカプラを前記光伝送媒体の他端に共用して備え、
前記順方向マッハツェンダ干渉計は、
前記光伝送媒体の一端に、
光を送出する順方向計測用光源と、
前記第3の光伝送路からの光を受光する順方向計測用受光器と、を備え、
前記第5の光モードカプラで前記順方向計測用光源からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、前記第1の光伝送路に入力し、
前記光伝送媒体の他端で、
前記第6の光モードカプラで前記第1の光伝送路を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合し、前記第3の光伝送路に出力し、
前記逆方向マッハツェンダ干渉計は、
前記光伝送媒体の一端に、
前記順方向計測用光源と異なる波長の光を前記第4の光伝送路に送出する逆方向計測用光源と、
前記第5の光モードカプラからの光を受光する逆方向計測用受光器と、を備え、
前記第5の光モードカプラで前記第1の光伝送路を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合し、前記逆方向計測用光源に出力し、
前記光伝送媒体の他端で、
前記第6の光モードカプラで前記第4の光伝送路からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、前記第1の光伝送路に入力する
ことを特徴とする。
Specifically, the optical fiber vibration sensing device of the present disclosure comprises:
the optical transmission medium includes a first optical transmission path, a third optical transmission path, and a fourth optical transmission path;
the forward Mach-Zehnder interferometer and the backward Mach-Zehnder interferometer share a fifth optical mode coupler that combines and branches light at one end of the optical transmission medium, and share a sixth optical mode coupler that combines and branches light at the other end of the optical transmission medium;
The forward Mach-Zehnder interferometer comprises:
At one end of the optical transmission medium,
a forward measurement light source that emits light;
a forward direction measurement optical receiver that receives light from the third optical transmission path,
the fifth optical mode coupler keeps a part of the fundamental mode light from the forward direction measurement light source as the fundamental mode and converts the remainder into a higher order mode, combines the light kept in the fundamental mode with the converted higher order mode light, and inputs the combined light into the first optical transmission path;
At the other end of the optical transmission medium,
the sixth optical mode coupler, among the light propagating through the first optical transmission line, leaves the light in fundamental mode as it is, converts the light in higher-order modes to fundamental mode, combines the light that remains in the fundamental mode with the converted light in fundamental mode, and outputs the combined light to the third optical transmission line;
The reverse Mach-Zehnder interferometer comprises:
At one end of the optical transmission medium,
a backward direction measurement light source that transmits light of a wavelength different from that of the forward direction measurement light source to the fourth optical transmission line;
a backward direction measurement optical receiver that receives light from the fifth optical mode coupler,
the fifth optical mode coupler, among the light propagating through the first optical transmission line, leaves the light in a fundamental mode as it is, converts the light in a higher order mode to a fundamental mode, combines the light that remains in the fundamental mode with the converted light in the fundamental mode, and outputs the combined light to the backward direction measurement light source;
At the other end of the optical transmission medium,
The sixth optical mode coupler leaves a portion of the fundamental mode light from the fourth optical transmission line as the fundamental mode and converts the remainder into a higher-order mode, combines the light that remains in the fundamental mode with the converted higher-order mode light, and inputs the combined light into the first optical transmission line.

具体的には、本開示の光ファイバ振動センシング装置は、
前記順方向マッハツェンダ干渉計からの電気信号をAD変換する第1のAD変換器と、
前記逆方向マッハツェンダ干渉計からの電気信号をAD変換する第2のAD変換器と、
前記第1のAD変換器からの信号及び前記第2のAD変換器からの信号を用いて、振動の発生場所を特定する解析装置と、
をさらに備えることを特徴とする。
Specifically, the optical fiber vibration sensing device of the present disclosure comprises:
a first AD converter that performs AD conversion on an electrical signal from the forward Mach-Zehnder interferometer;
a second AD converter that AD converts an electrical signal from the reverse Mach-Zehnder interferometer;
an analysis device that identifies a location where vibration occurs using a signal from the first AD converter and a signal from the second AD converter;
The present invention is characterized by further comprising:

具体的には、本開示の光ファイバ振動センシング装置は、
前記順方向計測用受光器からの電気信号をAD変換する第1のAD変換器と、
前記逆方向計測用受光器からの電気信号をAD変換する第2のAD変換器と、
前記第1のAD変換器からの信号及び前記第2のAD変換器からの信号を用いて、振動の発生場所を特定する解析装置と、
をさらに備えることを特徴とする。
Specifically, the optical fiber vibration sensing device of the present disclosure comprises:
a first AD converter that performs AD conversion on an electrical signal from the forward direction measurement light receiver;
a second AD converter that performs AD conversion on the electrical signal from the reverse direction measurement light receiver;
an analysis device that identifies a location where vibration occurs using a signal from the first AD converter and a signal from the second AD converter;
The present invention is characterized by further comprising:

具体的には、本開示の光ファイバ振動センシング方法は、
順方向マッハツェンダ干渉計及び光の進行方向を順方向マッハツェンダ干渉計と逆にした逆方向マッハツェンダ干渉計から、それぞれ干渉波信号w1(t)、w2(t)を取得する一定時間データ取得工程と、
式(8)におけるτを変化させ、相関値(w1*w2)(τ)が最大になる時のτをΔTとして求める相互相関計算工程と、
(w1*w2)(τ) = Σ w1(t)×w2(τ-t) (8)
光伝送路の他端から振動が付加される地点までの距離Lvを式(4)で求める振動発生位置計算工程と、
Lv = (L-c2×ΔT)c1/(c1+c2) (4)
ただし、Lは複数の光伝送路を有する光伝送媒体の全長
c1は順方向マッハツェンダ干渉計の光伝送路中の光速
c2は逆方向マッハツェンダ干渉計の光伝送路中の光速
を備える。
Specifically, the optical fiber vibration sensing method of the present disclosure includes:
a fixed-time data acquisition step of acquiring interference wave signals w1(t) and w2(t) from a forward Mach-Zehnder interferometer and a backward Mach-Zehnder interferometer in which the light travels in the opposite direction to that of the forward Mach-Zehnder interferometer, respectively;
a cross-correlation calculation step of changing τ in formula (8) and determining τ when the correlation value (w1 * w2) (τ) is maximized as ΔT;
(w1*w2)(τ) = Σ w1(t)×w2(τ-t) (8)
a vibration generation position calculation step of calculating a distance Lv from the other end of the optical transmission line to a point where vibration is applied using equation (4);
Lv = (L-c2×ΔT)c1/(c1+c2) (4)
Here, L is the total length of the optical transmission medium having a plurality of optical transmission paths, c1 is the speed of light in the optical transmission path of the forward Mach-Zehnder interferometer, and c2 is the speed of light in the optical transmission path of the backward Mach-Zehnder interferometer.

本開示の光ファイバ振動センシング装置及び光ファイバ振動センシング方法は、簡易な構成で、振動が付加された位置を特定することが可能な光ファイバ振動センシングを実現することができる。 The optical fiber vibration sensing device and optical fiber vibration sensing method disclosed herein can realize optical fiber vibration sensing that can identify the position where vibration is applied with a simple configuration.

本開示の光ファイバ振動センシング装置の構成の一例を示す図である。1 is a diagram showing an example of the configuration of an optical fiber vibration sensing device according to the present disclosure. 本開示の光ファイバ振動センシング装置の構成の一例を示す図である。1 is a diagram showing an example of the configuration of an optical fiber vibration sensing device according to the present disclosure. 本開示の光ファイバ振動センシング装置の構成の一例を示す図である。1 is a diagram showing an example of the configuration of an optical fiber vibration sensing device according to the present disclosure. 本開示の光ファイバ振動センシング装置の構成の一例を示す図である。1 is a diagram showing an example of the configuration of an optical fiber vibration sensing device according to the present disclosure. 本開示の光ファイバ振動センシング装置の構成の一例を示す図である。1 is a diagram showing an example of the configuration of an optical fiber vibration sensing device according to the present disclosure. 本開示の光ファイバ振動センシング方法の処理の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of processing of the optical fiber vibration sensing method of the present disclosure. 本開示の光モードカプラの構成の一例を示す図である。1 is a diagram illustrating an example of a configuration of an optical mode coupler according to the present disclosure. 本開示の光モードカプラの構成の一例を示す図である。1 is a diagram illustrating an example of a configuration of an optical mode coupler according to the present disclosure. 本開示の光モードカプラの構成の一例を示す図である。1 is a diagram illustrating an example of a configuration of an optical mode coupler according to the present disclosure. 本開示の光モードカプラの構成の一例を示す図である。1 is a diagram illustrating an example of a configuration of an optical mode coupler according to the present disclosure. 本開示の光モードカプラの構成の一例を示す図である。1 is a diagram illustrating an example of a configuration of an optical mode coupler according to the present disclosure. 本開示の光モードカプラの構成の一例を示す図である。1 is a diagram illustrating an example of a configuration of an optical mode coupler according to the present disclosure.

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。 The following describes in detail the embodiments of the present disclosure with reference to the drawings. Note that the present disclosure is not limited to the embodiments shown below. These implementation examples are merely illustrative, and the present disclosure can be implemented in various forms with various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art. Note that components with the same reference numerals in this specification and drawings are mutually identical.

(基本構成の実施形態)
本実施形態の光ファイバ振動センシング装置の構成を図1に示す。図1において、1は複数の光伝送路を有する光伝送媒体、10は順方向マッハツェンダ干渉計、11は逆方向マッハツェンダ干渉計である。
(Embodiment of Basic Configuration)
The configuration of the optical fiber vibration sensing device of this embodiment is shown in Fig. 1. In Fig. 1, reference numeral 1 denotes an optical transmission medium having a plurality of optical transmission paths, 10 denotes a forward Mach-Zehnder interferometer, and 11 denotes a backward Mach-Zehnder interferometer.

複数の光伝送路として複数の光ファイバで、光伝送媒体として複数の光ファイバを有する多芯光ファイバケーブル又はリボン型光ファイバケーブルや、複数の光伝送路として複数のコアを有するマルチコア光ファイバのコアで、光伝送媒体としてマルチコア光ファイバ又はマルチコア光ファイバケーブルが例示できる。 Examples include a multi-core optical fiber cable or ribbon-type optical fiber cable having multiple optical fibers as the optical transmission medium, with multiple optical fibers as the multiple optical transmission paths, and a multi-core optical fiber or multi-core optical fiber cable having multiple cores as the multiple optical transmission paths, with the cores of a multi-core optical fiber as the optical transmission medium.

順方向マッハツェンダ干渉計10では、複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の一端で、基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、光伝送路に入力し、複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の他端で、光伝送路を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合して受信する。逆方向マッハツェンダ干渉計11では、複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の他端で、基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、他の光伝送路に入力し、複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の一端で、他の光伝送路を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合して受信する。順方向マッハツェンダ干渉計10と逆方向マッハツェンダ干渉計11では光の進行方向を逆に設定する。 In the forward Mach-Zehnder interferometer 10, at one end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths, a portion of the light in the fundamental mode is left in the fundamental mode and the remainder is converted to a higher-order mode, the light left in the fundamental mode and the converted light in the higher-order mode are combined and input into the optical transmission path, and at the other end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths, the light in the fundamental mode that has propagated through the optical transmission path is left in the fundamental mode and the light in the higher-order mode is converted to the fundamental mode, and the light left in the fundamental mode and the converted light in the fundamental mode are combined and received. In the reverse Mach-Zehnder interferometer 11, at the other end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths, a portion of the fundamental mode light is kept in the fundamental mode and the remainder is converted to a higher mode, the light kept in the fundamental mode and the converted light in the higher mode are combined and input to another optical transmission path, and at one end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths, the fundamental mode light of the light propagating through the other optical transmission path is kept in the fundamental mode and the higher mode light is converted to the fundamental mode, and the light kept in the fundamental mode and the converted light in the fundamental mode are combined and received. The forward Mach-Zehnder interferometer 10 and the reverse Mach-Zehnder interferometer 11 have opposite directions of light travel.

上記各光伝送路は、順方向マッハツェンダ干渉計10と逆方向マッハツェンダ干渉計11の利用する光の波長において、高次モードの光が伝搬可能な伝搬定数を有する。 Each of the above optical transmission paths has a propagation constant that allows high-order mode light to propagate at the wavelengths of light used by the forward Mach-Zehnder interferometer 10 and the reverse Mach-Zehnder interferometer 11.

図1において、複数の光伝送路を有する光伝送媒体1に振動が付加されると、これに応じた振動が順方向マッハツェンダ干渉計10を構成する光伝送路及び逆方向マッハツェンダ干渉計11を構成する光伝送路にも付加される。振動によって、基本モードの光の電界分布は不変であるが、高次モードの光の電界分布は変化する。電界分布が変化すると、光伝送路を伝搬してきた光のうち高次モードの光を基本モードに変換する際の変換効率が変化する。基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合する際にビートが生じる。 In FIG. 1, when vibration is applied to the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths, a corresponding vibration is also applied to the optical transmission paths constituting the forward Mach-Zehnder interferometer 10 and the reverse Mach-Zehnder interferometer 11. The vibration leaves the electric field distribution of the fundamental mode light unchanged, but changes the electric field distribution of the higher-order mode light. When the electric field distribution changes, the conversion efficiency changes when the higher-order mode light that has propagated through the optical transmission path is converted to the fundamental mode. The fundamental mode light remains in the fundamental mode, and the higher-order mode light is converted to the fundamental mode, and a beat is generated when the light that remained in the fundamental mode is combined with the converted fundamental mode light.

このことから、順方向マッハツェンダ干渉計では、振動が付加される地点Pvに応じたビートのある干渉波を観測することができる。同様に、逆方向マッハツェンダ干渉計でも、振動が付加される地点Pvに応じたビートのある干渉波を観測することができる。 As a result, the forward Mach-Zehnder interferometer can observe an interference wave with a beat corresponding to the point Pv where the vibration is applied. Similarly, the reverse Mach-Zehnder interferometer can observe an interference wave with a beat corresponding to the point Pv where the vibration is applied.

本実施形態の光ファイバ振動センシング装置は、順方向マッハツェンダ干渉計からの電気信号をAD変換する第1のAD変換器と、逆方向マッハツェンダ干渉計からの電気信号をAD変換する第2のAD変換器と、第1のAD変換器からの信号及び第2のAD変換器からの信号を用いて、振動の発生場所を特定する解析装置と、をさらに備えてもよい。順方向マッハツェンダ干渉計及び逆方向マッハツェンダ干渉計で観測されたビートのある干渉波はそれぞれ第1のAD変換器、第2のAD変換器を経て解析装置に取り込まれ、解析装置は振動の発生場所を特定する。 The optical fiber vibration sensing device of this embodiment may further include a first AD converter that performs AD conversion on the electrical signal from the forward Mach-Zehnder interferometer, a second AD converter that performs AD conversion on the electrical signal from the backward Mach-Zehnder interferometer, and an analyzer that identifies the location of vibration using the signal from the first AD converter and the signal from the second AD converter. The beat interference waves observed by the forward Mach-Zehnder interferometer and the backward Mach-Zehnder interferometer are taken into the analyzer via the first AD converter and the second AD converter, respectively, and the analyzer identifies the location of vibration.

(応用実施形態1)
本実施形態の光ファイバ振動センシング装置の構成を図2に示す。図2において、1は複数の光伝送路を有する光伝送媒体、20は第1の光伝送路、21は第2の光伝送路、100は順方向計測用光源、101は逆方向計測用光源、200は順方向計測用受光器、201は逆方向計測用受光器、300は第1の光モードカプラ、310は第2の光モードカプラ、301は第3の光モードカプラ、311は第4の光モードカプラ、400は第1のAD変換器、401は第2のAD変換器、500は解析装置である。
(Application embodiment 1)
The configuration of the optical fiber vibration sensing device of this embodiment is shown in Fig. 2. In Fig. 2, 1 is an optical transmission medium having a plurality of optical transmission paths, 20 is a first optical transmission path, 21 is a second optical transmission path, 100 is a forward direction measurement light source, 101 is a backward direction measurement light source, 200 is a forward direction measurement light receiver, 201 is a backward direction measurement light receiver, 300 is a first optical mode coupler, 310 is a second optical mode coupler, 301 is a third optical mode coupler, 311 is a fourth optical mode coupler, 400 is a first AD converter, 401 is a second AD converter, and 500 is an analysis device.

光ファイバ振動センシング装置は、それぞれの光の進行方向を逆に設定した順方向マッハツェンダ干渉計と逆方向マッハツェンダ干渉計を備える。 The optical fiber vibration sensing device is equipped with a forward Mach-Zehnder interferometer and a reverse Mach-Zehnder interferometer, with the light traveling in opposite directions.

順方向マッハツェンダ干渉計として、複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の一端に、光を送出する順方向計測用光源100と、順方向計測用光源100からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、第1の光伝送路20に入力する第1の光モードカプラ300と、を備える。複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の他端に、第1の光伝送路20を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合する第2の光モードカプラ310と、第2の光モードカプラ310からの光を受光する順方向計測用受光器200と、を備える。 As a forward Mach-Zehnder interferometer, a forward measurement light source 100 that transmits light is provided at one end of an optical transmission medium 1 having a plurality of optical transmission paths, and a first optical mode coupler 300 that leaves part of the fundamental mode light from the forward measurement light source 100 in the fundamental mode and converts the remainder to a higher mode, combines the light that remains in the fundamental mode with the converted light in the higher mode, and inputs it to a first optical transmission path 20. At the other end of the optical transmission medium 1 having a plurality of optical transmission paths, a second optical mode coupler 310 that leaves the fundamental mode light of the light propagating through the first optical transmission path 20 in the fundamental mode and converts the higher mode light to the fundamental mode, combines the light that remains in the fundamental mode with the converted light in the fundamental mode, and a forward measurement receiver 200 that receives light from the second optical mode coupler 310 is provided.

順方向マッハツェンダ干渉計では、複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の一端にある順方向計測用光源100が光を送出し、第1の光モードカプラ300が順方向計測用光源100からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、第1の光伝送路20に入力する。複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の他端にある第2の光モードカプラ310が第1の光伝送路20を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合し、順方向計測用受光器200が第2の光モードカプラ310からの光を受光する。 In the forward Mach-Zehnder interferometer, a forward measurement light source 100 at one end of an optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths sends out light, and a first optical mode coupler 300 leaves part of the fundamental mode light from the forward measurement light source 100 in the fundamental mode and converts the rest to a higher mode, combines the light that has been kept in the fundamental mode with the converted light in the higher mode, and inputs it to the first optical transmission path 20. A second optical mode coupler 310 at the other end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths leaves the fundamental mode light of the light that has propagated through the first optical transmission path 20 in the fundamental mode and converts the higher mode light to the fundamental mode, combines the light that has been kept in the fundamental mode with the converted light in the fundamental mode, and a forward measurement receiver 200 receives the light from the second optical mode coupler 310.

逆方向マッハツェンダ干渉計として、複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の他端に、光を送出する逆方向計測用光源101と、逆方向計測用光源101からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、第2の光伝送路21に入力する第3の光モードカプラ301と、を備える。複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の一端に、第2の光伝送路21を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合する第4の光モードカプラ311と、第4の光モードカプラ311からの光を受光する逆方向計測用受光器201と、を備える。 The backward Mach-Zehnder interferometer is provided with a backward measurement light source 101 that transmits light at the other end of an optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths, a third optical mode coupler 301 that leaves part of the fundamental mode light from the backward measurement light source 101 in the fundamental mode and converts the remainder to a higher mode, combines the light that remains in the fundamental mode with the converted light in the higher mode, and inputs it to the second optical transmission path 21. The backward measurement optical receiver 201 that receives light from the fourth optical mode coupler 311 is provided at one end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths, leaves the fundamental mode light in the fundamental mode and converts the higher mode light to the fundamental mode, and combines the light that remains in the fundamental mode with the converted light in the fundamental mode.

逆方向マッハツェンダ干渉計では、複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の他端にある逆方向計測用光源101が光を送出し、第3の光モードカプラ301が逆方向計測用光源101からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、第2の光伝送路21に入力する。複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の一端にある第4の光モードカプラ311が第2の光伝送路21を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合し、逆方向計測用受光器201が第4の光モードカプラ311からの光を受光する。 In the backward Mach-Zehnder interferometer, the backward measurement light source 101 at the other end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths sends out light, and the third optical mode coupler 301 leaves part of the fundamental mode light from the backward measurement light source 101 in the fundamental mode and converts the rest to a higher mode, combines the light that has been kept in the fundamental mode with the converted light in the higher mode, and inputs it to the second optical transmission path 21. The fourth optical mode coupler 311 at one end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths leaves the fundamental mode light of the light that has propagated through the second optical transmission path 21 in the fundamental mode and converts the higher mode light to the fundamental mode, combines the light that has been kept in the fundamental mode with the converted light in the fundamental mode, and the backward measurement optical receiver 201 receives the light from the fourth optical mode coupler 311.

第1の光モードカプラ300の構成の一例を図7に示す。図7において、第1の光モードカプラ300は、光分岐結合カプラ300-1及び光モード変換カプラ300-2で構成される。光分岐結合カプラ300-1は、1つの入力端子に入力された基本モードの光を2つの基本モードの光に分岐する。光モード変換カプラ300-2は、1つの入力端子に入力された基本モードの光を基本モードのままとし、他の入力端子に入力された基本モードの光を高次モードの光に変換し、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波して出力する。光モード変換カプラとしては、非特許文献3に詳しい。第3の光モードカプラ301についても同様の構成が例示できる。以下の応用実施形態でも同様である。 An example of the configuration of the first optical mode coupler 300 is shown in FIG. 7. In FIG. 7, the first optical mode coupler 300 is composed of an optical branching/coupling coupler 300-1 and an optical mode conversion coupler 300-2. The optical branching/coupling coupler 300-1 branches the fundamental mode light input to one input terminal into two fundamental mode lights. The optical mode conversion coupler 300-2 leaves the fundamental mode light input to one input terminal as it is, converts the fundamental mode light input to the other input terminal into a higher mode light, and combines and outputs the light that remains in the fundamental mode and the converted higher mode light. Optical mode conversion couplers are described in detail in Non-Patent Document 3. A similar configuration can be exemplified for the third optical mode coupler 301. The same applies to the following application embodiments.

第1の光モードカプラ300の構成の他の例を図11に示す。図11において、300-3は軸ずれ接続部である。軸ずれ接続部300-3は、2本の光ファイバをコアの中心がずれて接続されている。軸ずれ接続部300-3は、2本の光ファイバのコアの中心をずらせて溶着してもよいし、コネクタ接続して作製してもよい。2本の光ファイバのコアの軸方向の不連続性により、基本モードで伝搬してきた光が基本モードと高次モードの導波モードに結合する。この構成で、安価な光モードカプラとすることができる。軸ずれ接続部300-3の順方向計測用光源100の側の光ファイバは、基本モードのみを伝搬する光ファイバであることが望ましい。高精度な光ファイバ振動センシング装置とすることができる。第3の光モードカプラ301についても同様の構成が例示できる。以下の応用実施形態でも同様である。 Another example of the configuration of the first optical mode coupler 300 is shown in FIG. 11. In FIG. 11, 300-3 is an axis-offset connection part. In the axis-offset connection part 300-3, two optical fibers are connected with the centers of the cores offset. The axis-offset connection part 300-3 may be fused with the centers of the cores of the two optical fibers offset, or may be made by connecting them with a connector. Due to the axial discontinuity of the cores of the two optical fibers, light propagating in the fundamental mode is coupled to the guided mode of the fundamental mode and the higher mode. With this configuration, an inexpensive optical mode coupler can be obtained. It is desirable that the optical fiber on the side of the forward measurement light source 100 of the axis-offset connection part 300-3 is an optical fiber that propagates only in the fundamental mode. It can be a high-precision optical fiber vibration sensing device. A similar configuration can be exemplified for the third optical mode coupler 301. The same applies to the following application embodiments.

第2の光モードカプラ310の構成の一例を図8に示す。図8において、第2の光モードカプラ310は、光モード変換カプラ300-2及び光分岐結合カプラ300-1で構成される。ここでの光モード変換カプラ300-2は、第1の光モードカプラ300での光モード変換カプラ300-2の入出力関係を逆にしたものである。即ち、光モード変換カプラ300-2は、1つの入力端子に入力された光のうち、基本モードの光は基本モードのままとして1つの出力端子に出力し、高次モードの光は基本モードに変換して他の出力端子に出力する。ここでの光分岐結合カプラ300-1は、第1の光モードカプラ300での光分岐結合カプラ300-1の入出力関係を逆にしたものである。即ち、光分岐結合カプラ300-1は、1の入力端子に入力された基本モードの光と他の入力端子に入力された基本モードの光とを結合して、基本モードの光を出力端子に出力する。光モード変換カプラとしては、非特許文献3に詳しい。第4の光モードカプラ311についても同様の構成が例示できる。以下の応用実施形態でも同様である。 An example of the configuration of the second optical mode coupler 310 is shown in FIG. 8. In FIG. 8, the second optical mode coupler 310 is composed of an optical mode conversion coupler 300-2 and an optical branching and coupling coupler 300-1. The optical mode conversion coupler 300-2 here is a reverse of the input/output relationship of the optical mode conversion coupler 300-2 in the first optical mode coupler 300. That is, the optical mode conversion coupler 300-2 outputs the fundamental mode light of the light input to one input terminal to one output terminal while keeping it in the fundamental mode, and converts the light of the higher order mode to the fundamental mode and outputs it to the other output terminal. The optical branching and coupling coupler 300-1 here is a reverse of the input/output relationship of the optical branching and coupling coupler 300-1 in the first optical mode coupler 300. That is, the optical branching and coupling coupler 300-1 combines the fundamental mode light input to one input terminal with the fundamental mode light input to the other input terminal, and outputs the fundamental mode light to the output terminal. The optical mode conversion coupler is described in detail in Non-Patent Document 3. A similar configuration can be exemplified for the fourth optical mode coupler 311. The same applies to the following application embodiments.

第2の光モードカプラ310の構成の他の例を図12に示す。図12において、300-3は軸ずれ接続部、300-4は単一モード光ファイバである。軸ずれ接続部300-3は、2本の光ファイバをコアの中心がずれて接続されている。軸ずれ接続部300-3は、2本の光ファイバのコアの中心をずらせて溶着してもよいし、コネクタ接続して作製してもよい。単一モード光ファイバ300-4は順方向計測用光源100の送出する光の波長で基本モードのみを伝搬する光ファイバである。2本の光ファイバのコアの軸方向の不連続性により、基本モードで伝搬してきた光が基本モードと高次モードの導波モードに結合し、高次モードで伝搬してきた光が基本モードと高次モードの導波モードに結合する。そのうち、単一モード光ファイバ300-4は基本モードのみを選択して伝搬する。即ち、図12の光モードカプラは、入力端子に入力された光のうち、基本モードの光のうち一部を基本モードのままとし、高次モードの光のうち一部を基本モードに変換して出力する。この構成で、安価な光モードカプラとすることができる。第4の光モードカプラ311についても同様の構成が例示できる。以下の応用実施形態でも同様である。 Another example of the configuration of the second optical mode coupler 310 is shown in FIG. 12. In FIG. 12, 300-3 is an axially offset connection section, and 300-4 is a single mode optical fiber. In the axially offset connection section 300-3, two optical fibers are connected with the centers of the cores offset. The axially offset connection section 300-3 may be fused with the centers of the cores of the two optical fibers offset, or may be made by connecting them with a connector. The single mode optical fiber 300-4 is an optical fiber that propagates only the fundamental mode at the wavelength of the light emitted by the forward measurement light source 100. Due to the axial discontinuity of the cores of the two optical fibers, the light propagating in the fundamental mode couples with the guided modes of the fundamental mode and the higher mode, and the light propagating in the higher mode couples with the guided modes of the fundamental mode and the higher mode. Of these, the single mode optical fiber 300-4 selects and propagates only the fundamental mode. That is, the optical mode coupler of FIG. 12 leaves some of the fundamental mode light of the light input to the input terminal as it is, and converts some of the higher mode light to the fundamental mode and outputs it. With this configuration, it is possible to make an inexpensive optical mode coupler. A similar configuration can be exemplified for the fourth optical mode coupler 311. The same applies to the following application embodiments.

第1の光伝送路20は、順方向計測用光源100の送出する光の波長において、高次モードの光が伝搬可能な伝搬定数を有する。第2の光伝送路21は、逆方向計測用光源101の送出する光の波長において、高次モードの光が伝搬可能な伝搬定数を有する。 The first optical transmission path 20 has a propagation constant that allows high-order mode light to propagate at the wavelength of the light emitted by the forward measurement light source 100. The second optical transmission path 21 has a propagation constant that allows high-order mode light to propagate at the wavelength of the light emitted by the backward measurement light source 101.

本開示の光ファイバ振動センシング装置は、簡易な構成で、振動が付加された位置を特定することが可能な光ファイバ振動センシングを実現することができる。 The optical fiber vibration sensing device disclosed herein is simple in configuration and can achieve optical fiber vibration sensing that can identify the position where vibration is applied.

(応用実施形態2)
本実施形態の光ファイバ振動センシング装置の構成を図3に示す。図3において、1は複数の光伝送路を有する光伝送媒体、20は第1の光伝送路、21は第2の光伝送路、40は第3の光伝送路、41は第4の光伝送路、100は順方向計測用光源、101は逆方向計測用光源、200は順方向計測用受光器、201は逆方向計測用受光器、300は第1の光モードカプラ、310は第2の光モードカプラ、301は第3の光モードカプラ、311は第4の光モードカプラ、400は第1のAD変換器、401は第2のAD変換器、500は解析装置である。
(Application embodiment 2)
The configuration of the optical fiber vibration sensing device of this embodiment is shown in Fig. 3. In Fig. 3, 1 is an optical transmission medium having a plurality of optical transmission paths, 20 is a first optical transmission path, 21 is a second optical transmission path, 40 is a third optical transmission path, 41 is a fourth optical transmission path, 100 is a forward direction measurement light source, 101 is a backward direction measurement light source, 200 is a forward direction measurement light receiver, 201 is a backward direction measurement light receiver, 300 is a first optical mode coupler, 310 is a second optical mode coupler, 301 is a third optical mode coupler, 311 is a fourth optical mode coupler, 400 is a first AD converter, 401 is a second AD converter, and 500 is an analysis device.

光ファイバ振動センシング装置は、それぞれの光の進行方向を逆に設定した順方向マッハツェンダ干渉計と逆方向マッハツェンダ干渉計を備える。基本的な動作原理は、応用実施形態1と同様であるが、順方向マッハツェンダ干渉計の順方向計測用受光器200及び逆方向マッハツェンダ干渉計の逆方向計測用光源101を複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の一端に配置している点が応用実施形態1と異なる。 The optical fiber vibration sensing device is equipped with a forward Mach-Zehnder interferometer and a backward Mach-Zehnder interferometer, with the light travelling in the opposite directions. The basic operating principle is the same as in application embodiment 1, but differs from application embodiment 1 in that the forward measurement receiver 200 of the forward Mach-Zehnder interferometer and the backward measurement light source 101 of the backward Mach-Zehnder interferometer are arranged at one end of an optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths.

順方向マッハツェンダ干渉計として、複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の一端に、光を送出する順方向計測用光源100と、順方向計測用光源100からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、第1の光伝送路20に入力する第1の光モードカプラ300と、第3の光伝送路40からの光を受光する順方向計測用受光器200と、を備える。複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の他端に、第1の光伝送路20を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合し、第3の光伝送路40に出力する第2の光モードカプラ310と、を備える。 As a forward Mach-Zehnder interferometer, a forward measurement light source 100 that transmits light is provided at one end of an optical transmission medium 1 having a plurality of optical transmission paths, a first optical mode coupler 300 that keeps a portion of the fundamental mode light from the forward measurement light source 100 in the fundamental mode and converts the remainder to a higher mode, combines the light that remains in the fundamental mode with the converted light in the higher mode, and inputs it to the first optical transmission path 20, and a forward measurement optical receiver 200 that receives light from the third optical transmission path 40. At the other end of the optical transmission medium 1 having a plurality of optical transmission paths, a second optical mode coupler 310 is provided that keeps the fundamental mode light of the light propagating through the first optical transmission path 20 in the fundamental mode and converts the light in the higher mode to the fundamental mode, combines the light that remains in the fundamental mode with the converted light in the fundamental mode, and outputs it to the third optical transmission path 40.

順方向マッハツェンダ干渉計では、複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の一端にある順方向計測用光源100が光を送出し、第1の光モードカプラ300が順方向計測用光源100からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、第1の光伝送路20に入力する。複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の他端にある第2の光モードカプラ310が第1の光伝送路20を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合し、第3の光伝送路40に出力する。複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の一端にある順方向計測用受光器200が第3の光伝送路40からの光を受光する。 In the forward Mach-Zehnder interferometer, a forward measurement light source 100 at one end of an optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths sends out light, and a first optical mode coupler 300 leaves part of the fundamental mode light from the forward measurement light source 100 in the fundamental mode and converts the rest to a higher mode, combines the light that has been kept in the fundamental mode with the converted light in the higher mode, and inputs it to the first optical transmission path 20. A second optical mode coupler 310 at the other end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths leaves the fundamental mode light of the light that has propagated through the first optical transmission path 20 in the fundamental mode and converts the higher mode light to the fundamental mode, combines the light that has been kept in the fundamental mode with the converted light in the fundamental mode, and outputs it to the third optical transmission path 40. A forward measurement receiver 200 at one end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths receives the light from the third optical transmission path 40.

逆方向マッハツェンダ干渉計として、複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の一端に、第4の光伝送路41に光を送出する逆方向計測用光源101と、第2の光伝送路21を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合する第4の光モードカプラ311と、第4の光モードカプラ311からの光を受光する逆方向計測用受光器201と、を備える。複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の他端に、第4の光伝送路41からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、第2の光伝送路21に入力する第3の光モードカプラ301を備える。 As a backward Mach-Zehnder interferometer, at one end of the optical transmission medium 1 having a plurality of optical transmission paths, there is provided a backward measurement light source 101 that transmits light to the fourth optical transmission path 41, a fourth optical mode coupler 311 that, among the light propagating through the second optical transmission path 21, leaves the light in the fundamental mode as it is and converts the light in the higher-order mode to the fundamental mode, and combines the light that has been kept in the fundamental mode with the light that has been converted into the fundamental mode, and a backward measurement optical receiver 201 that receives the light from the fourth optical mode coupler 311. At the other end of the optical transmission medium 1 having a plurality of optical transmission paths, there is provided a third optical mode coupler 301 that leaves a part of the light in the fundamental mode from the fourth optical transmission path 41 as it is in the fundamental mode, converts the rest to the higher-order mode, combines the light that has been kept in the fundamental mode with the light that has been converted into the higher-order mode, and inputs it to the second optical transmission path 21.

逆方向マッハツェンダ干渉計では、複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の一端にある逆方向計測用光源101が第4の光伝送路41に光を送出する。複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の他端にある第3の光モードカプラ301が第4の光伝送路41を伝搬してきた基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、第2の光伝送路21に入力する。複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の一端にある第4の光モードカプラ311が第2の光伝送路21を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合し、逆方向計測用受光器201が第4の光モードカプラ311からの光を受光する。 In the backward Mach-Zehnder interferometer, the backward measurement light source 101 at one end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths sends light to the fourth optical transmission path 41. The third optical mode coupler 301 at the other end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths leaves part of the fundamental mode light propagating through the fourth optical transmission path 41 in the fundamental mode and converts the rest to a higher mode, combines the light that has been kept in the fundamental mode with the converted light in the higher mode, and inputs it to the second optical transmission path 21. The fourth optical mode coupler 311 at one end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths leaves the fundamental mode light of the light that has propagated through the second optical transmission path 21 in the fundamental mode and converts the light in the higher mode to the fundamental mode, combines the light that has been kept in the fundamental mode with the converted light in the fundamental mode, and the backward measurement receiver 201 receives the light from the fourth optical mode coupler 311.

第1の光伝送路20は、順方向計測用光源100の送出する光の波長において、高次モードの光が伝搬可能な伝搬定数を有する。第3の光伝送路40は、順方向計測用光源100の送出する光の波長において、基本モードの光だけ又は高次モードの光も伝搬可能な伝搬定数を有する。第2の光伝送路21は、逆方向計測用光源101の送出する光の波長において、高次モードの光が伝搬可能な伝搬定数を有する。第4の光伝送路41は、逆方向計測用光源101の送出する光の波長において、基本モードの光だけ又は高次モードの光も伝搬可能な伝搬定数を有する。 The first optical transmission path 20 has a propagation constant that allows the propagation of higher-order mode light at the wavelength of the light emitted by the forward measurement light source 100. The third optical transmission path 40 has a propagation constant that allows only fundamental mode light or higher-order mode light to propagate at the wavelength of the light emitted by the forward measurement light source 100. The second optical transmission path 21 has a propagation constant that allows higher-order mode light to propagate at the wavelength of the light emitted by the backward measurement light source 101. The fourth optical transmission path 41 has a propagation constant that allows only fundamental mode light or higher-order mode light to propagate at the wavelength of the light emitted by the backward measurement light source 101.

本開示の光ファイバ振動センシング装置は、簡易な構成で、振動が付加された位置を特定することが可能な光ファイバ振動センシングを実現することができる。また、本開示の光ファイバ振動センシング装置は、能動装置である順方向計測用光源100、逆方向計測用光源101、順方向計測用受光器200及び逆方向計測用受光器201を同じ側(複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の一端)に配置することができる。 The optical fiber vibration sensing device disclosed herein is simple in configuration and can realize optical fiber vibration sensing capable of identifying the position where vibration is applied. In addition, the optical fiber vibration sensing device disclosed herein can arrange the forward direction measurement light source 100, the backward direction measurement light source 101, the forward direction measurement receiver 200, and the backward direction measurement receiver 201, which are active devices, on the same side (one end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths).

(応用実施形態3)
本実施形態の光ファイバ振動センシング装置の構成を図4に示す。図4において、1は複数の光伝送路を有する光伝送媒体、20は第1の光伝送路、21は第2の光伝送路、100は順方向計測用光源、101は逆方向計測用光源、200は順方向計測用受光器、201は逆方向計測用受光器、320は第5の光モードカプラ、330は第6の光モードカプラ、400は第1のAD変換器、401は第2のAD変換器、500は解析装置である。本応用実施形態では、1本の光ファイバに対して、波長分割多重技術により、順方向マッハツェンダ干渉計と逆方向マッハツェンダ干渉計では異なる光伝送路を確保している。
(Application embodiment 3)
The configuration of the optical fiber vibration sensing device of this embodiment is shown in Fig. 4. In Fig. 4, 1 is an optical transmission medium having a plurality of optical transmission paths, 20 is a first optical transmission path, 21 is a second optical transmission path, 100 is a forward direction measurement light source, 101 is a backward direction measurement light source, 200 is a forward direction measurement light receiver, 201 is a backward direction measurement light receiver, 320 is a fifth optical mode coupler, 330 is a sixth optical mode coupler, 400 is a first AD converter, 401 is a second AD converter, and 500 is an analysis device. In this application embodiment, different optical transmission paths are secured for a single optical fiber in the forward direction Mach-Zehnder interferometer and the backward direction Mach-Zehnder interferometer by wavelength division multiplexing technology.

光ファイバ振動センシング装置は、それぞれの光の進行方向を逆に設定した順方向マッハツェンダ干渉計と逆方向マッハツェンダ干渉計を備える。基本的な動作原理は、応用実施形態1と同様であるが、順方向マッハツェンダ干渉計の順方向計測用光源100と逆方向マッハツェンダ干渉計の逆方向計測用光源101に異なる波長を用いることで、順方向マッハツェンダ干渉計と逆方向マッハツェンダ干渉計とで同一の光ファイバを共用する点が応用実施形態1と異なる。 The optical fiber vibration sensing device is equipped with a forward Mach-Zehnder interferometer and a backward Mach-Zehnder interferometer, with the light travelling in the opposite directions. The basic operating principle is the same as in application embodiment 1, but it differs from application embodiment 1 in that the forward measurement light source 100 of the forward Mach-Zehnder interferometer and the backward measurement light source 101 of the backward Mach-Zehnder interferometer use different wavelengths, allowing the forward Mach-Zehnder interferometer and the backward Mach-Zehnder interferometer to share the same optical fiber.

順方向マッハツェンダ干渉計及び逆方向マッハツェンダ干渉計は、複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の一端に、第1の光伝送路20及び第2の光伝送路21に接続され、光を合分岐する第5の光モードカプラ320を共用して備え、複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の他端に、第1の光伝送路20及び第2の光伝送路21に接続され、光を合分岐する第6の光モードカプラ330を共用して備える。 The forward Mach-Zehnder interferometer and the reverse Mach-Zehnder interferometer share a fifth optical mode coupler 320 that is connected to the first optical transmission path 20 and the second optical transmission path 21 at one end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths and that couples and branches light, and share a sixth optical mode coupler 330 that is connected to the first optical transmission path 20 and the second optical transmission path 21 at the other end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths and that couples and branches light.

順方向マッハツェンダ干渉計として、複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の一端に、光を送出する順方向計測用光源100と、順方向計測用光源100からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、第1の光伝送路20に入力する第5の光モードカプラ320と、を備える。複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の他端に、第1の光伝送路20を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合し、順方向計測用受光器200に出力する第6の光モードカプラ330と、第6の光モードカプラ330からの光を受光する順方向計測用受光器200と、を備える。 As a forward Mach-Zehnder interferometer, a forward measurement light source 100 that transmits light is provided at one end of an optical transmission medium 1 having a plurality of optical transmission paths, and a fifth optical mode coupler 320 that keeps part of the fundamental mode light from the forward measurement light source 100 in the fundamental mode and converts the rest to a higher mode, combines the light that remains in the fundamental mode with the converted light in the higher mode, and inputs it to a first optical transmission path 20. At the other end of the optical transmission medium 1 having a plurality of optical transmission paths, a sixth optical mode coupler 330 that keeps the fundamental mode light of the light propagating through the first optical transmission path 20 in the fundamental mode and converts the higher mode light to the fundamental mode, combines the light that remains in the fundamental mode with the converted light in the fundamental mode, and outputs it to a forward measurement optical receiver 200, and a forward measurement optical receiver 200 that receives light from the sixth optical mode coupler 330.

順方向マッハツェンダ干渉計では、複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の一端にある順方向計測用光源100が光を送出し、第5の光モードカプラ320が順方向計測用光源100からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、第1の光伝送路20に入力する。複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の他端にある第6の光モードカプラ330が第1の光伝送路20を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合し、順方向計測用受光器200に出力する。順方向計測用受光器200が第6の光モードカプラ330からの光を受光する。 In the forward Mach-Zehnder interferometer, the forward measurement light source 100 at one end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths sends out light, and the fifth optical mode coupler 320 leaves part of the fundamental mode light from the forward measurement light source 100 in the fundamental mode and converts the rest to a higher mode, combines the light that has been kept in the fundamental mode with the converted light in the higher mode, and inputs it to the first optical transmission path 20. The sixth optical mode coupler 330 at the other end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths leaves the fundamental mode light of the light that has propagated through the first optical transmission path 20 in the fundamental mode and converts the higher mode light to the fundamental mode, combines the light that has been kept in the fundamental mode with the converted light in the fundamental mode, and outputs it to the forward measurement optical receiver 200. The forward measurement optical receiver 200 receives the light from the sixth optical mode coupler 330.

逆方向マッハツェンダ干渉計として、複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の他端に、順方向計測用光源100と異なる波長の光を送出する逆方向計測用光源101と、逆方向計測用光源101からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、第2の光伝送路21に入力する第6の光モードカプラ330と、を備える。複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の一端に、第2の光伝送路21を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合し、逆方向計測用受光器201に出力する第5の光モードカプラ320と、第5の光モードカプラ320からの光を受光する逆方向計測用受光器201と、を備える。 The backward Mach-Zehnder interferometer is provided with a backward measurement light source 101 that transmits light of a different wavelength from the forward measurement light source 100 at the other end of the optical transmission medium 1 having a plurality of optical transmission paths, a sixth optical mode coupler 330 that keeps a part of the fundamental mode light from the backward measurement light source 101 in the fundamental mode and converts the rest to a higher mode, combines the light that remains in the fundamental mode with the converted light in the higher mode, and inputs it to the second optical transmission path 21. The backward measurement optical receiver 201 is provided with a fifth optical mode coupler 320 that keeps the fundamental mode light of the light propagating through the second optical transmission path 21 in the fundamental mode and converts the higher mode light to the fundamental mode, combines the light that remains in the fundamental mode with the converted light in the fundamental mode, and outputs it to the backward measurement optical receiver 201, and receives the light from the fifth optical mode coupler 320.

逆方向マッハツェンダ干渉計では、複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の他端にある逆方向計測用光源101が光を送出し、第6の光モードカプラ330が逆方向計測用光源101からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、第2の光伝送路21に入力する。複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の一端にある第5の光モードカプラ320が第2の光伝送路21を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合し、逆方向計測用受光器201に出力する。逆方向計測用受光器201が第5の光モードカプラ320からの光を受光する。 In the backward Mach-Zehnder interferometer, the backward measurement light source 101 at the other end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths sends out light, and the sixth optical mode coupler 330 leaves part of the fundamental mode light from the backward measurement light source 101 in the fundamental mode and converts the rest to a higher mode, combines the light that has been kept in the fundamental mode with the converted light in the higher mode, and inputs it to the second optical transmission path 21. The fifth optical mode coupler 320 at one end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths leaves the fundamental mode light of the light that has propagated through the second optical transmission path 21 in the fundamental mode and converts the higher mode light to the fundamental mode, combines the light that has been kept in the fundamental mode with the converted light in the fundamental mode, and outputs it to the backward measurement optical receiver 201. The backward measurement optical receiver 201 receives the light from the fifth optical mode coupler 320.

第5の光モードカプラ320の構成の一例を図9に示す。図9において、第5の光モードカプラ320は、光分岐結合カプラ320-1及び光モード変換カプラ320-2で構成される。光分岐結合カプラ320-1は、図面で左側の1つの入力端子に入力された基本モードの光を2つの基本モードの光に分岐し、図面で左側の他の入力端子に入力された基本モードの光を2つの基本モードの光に分岐し、図面で右側の各出力端子には、1つの入力端子に入力された基本モードの光と他の入力端子に入力された基本モードの光とを合波して出力する。図面で右側からの光に対しては逆の動作をする。即ち、光分岐結合カプラ320-1は、図面で右側の1つの入力端子に入力された基本モードの光を2つの基本モードの光に分岐し、図面で右側の他の入力端子に入力された基本モードの光を2つの基本モードの光に分岐し、図面で左側の各出力端子には、1つの入力端子に入力された基本モードの光と他の入力端子に入力された基本モードの光とを合波して出力する。光モード変換カプラ300-2は、図面で左側の1つの入力端子に入力された基本モードの光を基本モードのままとし、図面で左側の他の入力端子に入力された基本モードの光を高次モードの光に変換し、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波して図面で右側の出力端子に出力する。図面で右側からの光に対しては逆の動作をする。光モード変換カプラ300-2は、図面で右側の1つの入力端子に入力された基本モードの光は基本モードのままとし、図面で左側の1つの出力端子に出力する。図面で右側の1つの入力端子に入力された高次モードの光は基本モードの光に変換し、図面で左側の他の出力端子に出力する。光モード変換カプラとしては、非特許文献3に詳しい。以下の応用実施形態でも同様である。 An example of the configuration of the fifth optical mode coupler 320 is shown in FIG. 9. In FIG. 9, the fifth optical mode coupler 320 is composed of an optical branching/coupling coupler 320-1 and an optical mode conversion coupler 320-2. The optical branching/coupling coupler 320-1 branches the fundamental mode light input to one input terminal on the left side of the drawing into two fundamental mode lights, branches the fundamental mode light input to the other input terminal on the left side of the drawing into two fundamental mode lights, and outputs the fundamental mode light input to one input terminal and the fundamental mode light input to the other input terminal at each output terminal on the right side of the drawing after multiplexing them. It performs the opposite operation for light from the right side of the drawing. That is, the optical branching/coupling coupler 320-1 branches the fundamental mode light inputted to one input terminal on the right side of the drawing into two fundamental mode lights, branches the fundamental mode light inputted to the other input terminal on the right side of the drawing into two fundamental mode lights, and outputs the fundamental mode light inputted to one input terminal and the fundamental mode light inputted to the other input terminal to each output terminal on the left side of the drawing after multiplexing. The optical mode conversion coupler 300-2 keeps the fundamental mode light inputted to one input terminal on the left side of the drawing as it is, converts the fundamental mode light inputted to the other input terminal on the left side of the drawing into light of a higher order mode, multiplexes the light kept in the fundamental mode and the converted light of the higher order mode, and outputs it to the output terminal on the right side of the drawing. The optical mode conversion coupler 300-2 operates in the opposite manner for light from the right side of the drawing. The optical mode conversion coupler 300-2 keeps the fundamental mode light inputted to one input terminal on the right side of the drawing as it is, and outputs it to one output terminal on the left side of the drawing. Higher-mode light input to one input terminal on the right side of the drawing is converted to fundamental-mode light and output to another output terminal on the left side of the drawing. Optical mode conversion couplers are described in detail in Non-Patent Document 3. The same applies to the following application embodiments.

第6の光モードカプラ330の構成の一例を図10に示す。図10に示す第6の光モードカプラは第5の光モードカプラ320と同様の動作をする。図面上、左右反対の構成となっているだけである。光モード変換カプラとしては、非特許文献3に詳しい。以下の応用実施形態でも同様である。 An example of the configuration of the sixth optical mode coupler 330 is shown in FIG. 10. The sixth optical mode coupler shown in FIG. 10 operates in the same manner as the fifth optical mode coupler 320. It is just that the configuration is reversed on the left and right in the drawing. Optical mode conversion couplers are described in detail in Non-Patent Document 3. The same applies to the following application embodiments.

第1の光伝送路20は、順方向計測用光源100の送出する光の波長において、高次モードの光が伝搬可能な伝搬定数を有する。第2の光伝送路21は、逆方向計測用光源101の送出する光の波長において、高次モードの光が伝搬可能な伝搬定数を有する。 The first optical transmission path 20 has a propagation constant that allows high-order mode light to propagate at the wavelength of the light emitted by the forward measurement light source 100. The second optical transmission path 21 has a propagation constant that allows high-order mode light to propagate at the wavelength of the light emitted by the backward measurement light source 101.

本開示の光ファイバ振動センシング装置は、簡易な構成で、振動が付加された位置を特定することが可能な光ファイバ振動センシングを実現することができる。また、本開示の光ファイバ振動センシング装置は、順方向マッハツェンダ干渉計と逆方向マッハツェンダ干渉計に異なる波長を用いることで、同一の光ファイバを共用することができる。 The optical fiber vibration sensing device disclosed herein is capable of realizing optical fiber vibration sensing capable of identifying the position where vibration is applied with a simple configuration. In addition, the optical fiber vibration sensing device disclosed herein can share the same optical fiber by using different wavelengths for the forward Mach-Zehnder interferometer and the reverse Mach-Zehnder interferometer.

(応用実施形態4)
本実施形態の光ファイバ振動センシング装置の構成を図5に示す。図5において、1は複数の光伝送路を有する光伝送媒体、20は第1の光伝送路、21は第2の光伝送路、40は第3の光伝送路、41は第4の光伝送路、100は順方向計測用光源、101は逆方向計測用光源、200は順方向計測用受光器、201は逆方向計測用受光器、320は第5の光モードカプラ、330は第6の光モードカプラ、400は第1のAD変換器、401は第2のAD変換器、500は解析装置である。本応用実施形態では、1本の光ファイバに対して、波長分割多重技術により、順方向マッハツェンダ干渉計と逆方向マッハツェンダ干渉計では異なる光伝送路を確保している。
(Application embodiment 4)
The configuration of the optical fiber vibration sensing device of this embodiment is shown in Fig. 5. In Fig. 5, 1 is an optical transmission medium having a plurality of optical transmission paths, 20 is a first optical transmission path, 21 is a second optical transmission path, 40 is a third optical transmission path, 41 is a fourth optical transmission path, 100 is a forward direction measurement light source, 101 is a backward direction measurement light source, 200 is a forward direction measurement light receiver, 201 is a backward direction measurement light receiver, 320 is a fifth optical mode coupler, 330 is a sixth optical mode coupler, 400 is a first AD converter, 401 is a second AD converter, and 500 is an analysis device. In this application embodiment, different optical transmission paths are secured for a single optical fiber in the forward direction Mach-Zehnder interferometer and the backward direction Mach-Zehnder interferometer by wavelength division multiplexing technology.

光ファイバ振動センシング装置は、それぞれの光の進行方向を逆に設定した順方向マッハツェンダ干渉計と逆方向マッハツェンダ干渉計を備える。基本的な動作原理は、応用実施形態1と同様であるが、順方向マッハツェンダ干渉計の順方向計測用受光器200及び逆方向マッハツェンダ干渉計の逆方向計測用光源101を複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の一端に配置している点が応用実施形態1と異なる。また、順方向マッハツェンダ干渉計の順方向計測用光源100と逆方向マッハツェンダ干渉計の逆方向計測用光源101に異なる波長を用いることで、順方向マッハツェンダ干渉計と逆方向マッハツェンダ干渉計とで同一の光ファイバを共用する点が応用実施形態1と異なる。 The optical fiber vibration sensing device includes a forward Mach-Zehnder interferometer and a backward Mach-Zehnder interferometer, with the light travelling in the opposite directions. The basic operating principle is the same as in the application embodiment 1, but differs from the application embodiment 1 in that the forward measurement receiver 200 of the forward Mach-Zehnder interferometer and the backward measurement light source 101 of the backward Mach-Zehnder interferometer are disposed at one end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths. Also, it differs from the application embodiment 1 in that the forward measurement light source 100 of the forward Mach-Zehnder interferometer and the backward measurement light source 101 of the backward Mach-Zehnder interferometer use different wavelengths, allowing the forward Mach-Zehnder interferometer and the backward Mach-Zehnder interferometer to share the same optical fiber.

順方向マッハツェンダ干渉計及び逆方向マッハツェンダ干渉計は、複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の一端に、第1の光伝送路20及び第2の光伝送路21に接続され、光を合分岐する第5の光モードカプラ320を共用して備え、複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の他端に、第1の光伝送路20及び第2の光伝送路21に接続され、光を合分岐する第6の光モードカプラ330を共用して備える。 The forward Mach-Zehnder interferometer and the reverse Mach-Zehnder interferometer share a fifth optical mode coupler 320 that is connected to the first optical transmission path 20 and the second optical transmission path 21 at one end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths and that couples and branches light, and share a sixth optical mode coupler 330 that is connected to the first optical transmission path 20 and the second optical transmission path 21 at the other end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths and that couples and branches light.

順方向マッハツェンダ干渉計として、複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の一端に、光を送出する順方向計測用光源100と、順方向計測用光源100からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、第1の光伝送路20に入力する第5の光モードカプラ320と、第3の光伝送路40からの光を受光する順方向計測用受光器200と、を備える。複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の他端に、第1の光伝送路20を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合し、第3の光伝送路40に出力する第6の光モードカプラ330と、を備える。 As a forward Mach-Zehnder interferometer, a forward measurement light source 100 that transmits light is provided at one end of an optical transmission medium 1 having a plurality of optical transmission paths, a fifth optical mode coupler 320 that keeps a portion of the fundamental mode light from the forward measurement light source 100 in the fundamental mode and converts the remainder to a higher mode, combines the light that remains in the fundamental mode with the converted light in the higher mode, and inputs it to the first optical transmission path 20, and a forward measurement optical receiver 200 that receives light from the third optical transmission path 40. At the other end of the optical transmission medium 1 having a plurality of optical transmission paths, a sixth optical mode coupler 330 is provided that keeps the fundamental mode light of the light propagating through the first optical transmission path 20 in the fundamental mode and converts the light in the higher mode to the fundamental mode, combines the light that remains in the fundamental mode with the converted light in the fundamental mode, and outputs it to the third optical transmission path 40.

順方向マッハツェンダ干渉計では、複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の一端にある順方向計測用光源100が光を送出し、第5の光モードカプラ320が順方向計測用光源100からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、第1の光伝送路20に入力する。複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の他端にある第6の光モードカプラ330が第1の光伝送路20を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合し、第3の光伝送路40に出力する。複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の一端にある順方向計測用受光器200が第3の光伝送路40からの光を受光する。 In the forward Mach-Zehnder interferometer, the forward measurement light source 100 at one end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths sends out light, and the fifth optical mode coupler 320 leaves part of the fundamental mode light from the forward measurement light source 100 in the fundamental mode and converts the rest to a higher mode, combines the light that has been kept in the fundamental mode with the converted light in the higher mode, and inputs it to the first optical transmission path 20. The sixth optical mode coupler 330 at the other end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths leaves the fundamental mode light of the light that has propagated through the first optical transmission path 20 in the fundamental mode and converts the light in the higher mode to the fundamental mode, combines the light that has been kept in the fundamental mode with the converted light in the fundamental mode, and outputs it to the third optical transmission path 40. The forward measurement receiver 200 at one end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths receives the light from the third optical transmission path 40.

逆方向マッハツェンダ干渉計として、複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の一端に、順方向計測用光源100と異なる波長の光を第4の光伝送路41に送出する逆方向計測用光源101と、第2の光伝送路21を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合し、逆方向計測用受光器201に出力する第5の光モードカプラ320と、第5の光モードカプラ320からの光を受光する逆方向計測用受光器201と、を備える。複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の他端に、第4の光伝送路41からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、第2の光伝送路21に入力する第6の光モードカプラ330を備える。 As a backward Mach-Zehnder interferometer, at one end of the optical transmission medium 1 having a plurality of optical transmission paths, there is provided a backward measurement light source 101 that transmits light of a wavelength different from that of the forward measurement light source 100 to the fourth optical transmission path 41, a fifth optical mode coupler 320 that, among the light propagating through the second optical transmission path 21, leaves the light in the fundamental mode as it is and converts the light in the higher order mode to the fundamental mode, combines the light in the fundamental mode with the converted light in the fundamental mode, and outputs it to the backward measurement optical receiver 201, and a backward measurement optical receiver 201 that receives the light from the fifth optical mode coupler 320. At the other end of the optical transmission medium 1 having a plurality of optical transmission paths, there is provided a sixth optical mode coupler 330 that leaves a part of the light in the fundamental mode from the fourth optical transmission path 41 as it is in the fundamental mode and converts the rest to the higher order mode, combines the light in the fundamental mode with the converted light in the higher order mode, and inputs it to the second optical transmission path 21.

逆方向マッハツェンダ干渉計では、複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の一端にある逆方向計測用光源101が第4の光伝送路41に光を送出する。複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の他端にある第6の光モードカプラ330が第4の光伝送路41を伝搬してきた基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、第2の光伝送路21に入力する。複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の一端にある第5の光モードカプラ320が第2の光伝送路21を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合し、逆方向計測用受光器201に出力する。逆方向計測用受光器201が第5の光モードカプラ320からの光を受光する。 In the backward Mach-Zehnder interferometer, the backward measurement light source 101 at one end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths sends light to the fourth optical transmission path 41. The sixth optical mode coupler 330 at the other end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths keeps a part of the fundamental mode light propagating through the fourth optical transmission path 41 as the fundamental mode and converts the rest to a higher mode, combines the light that has been kept in the fundamental mode with the converted light in the higher mode, and inputs it to the second optical transmission path 21. The fifth optical mode coupler 320 at one end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths keeps the fundamental mode light of the light that has propagated through the second optical transmission path 21 as the fundamental mode and converts the light in the higher mode to the fundamental mode, combines the light that has been kept in the fundamental mode with the converted light in the fundamental mode, and outputs it to the backward measurement receiver 201. The backward measurement receiver 201 receives the light from the fifth optical mode coupler 320.

第1の光伝送路20は、順方向計測用光源100の送出する光の波長において、高次モードの光が伝搬可能な伝搬定数を有する。第3の光伝送路40は、順方向計測用光源100の送出する光の波長において、基本モードの光だけ又は高次モードの光も伝搬可能な伝搬定数を有する。第2の光伝送路21は、逆方向計測用光源101の送出する光の波長において、高次モードの光が伝搬可能な伝搬定数を有する。第4の光伝送路41は、逆方向計測用光源101の送出する光の波長において、基本モードの光だけ又は高次モードの光も伝搬可能な伝搬定数を有する。 The first optical transmission path 20 has a propagation constant that allows the propagation of higher-order mode light at the wavelength of the light emitted by the forward measurement light source 100. The third optical transmission path 40 has a propagation constant that allows only fundamental mode light or higher-order mode light to propagate at the wavelength of the light emitted by the forward measurement light source 100. The second optical transmission path 21 has a propagation constant that allows higher-order mode light to propagate at the wavelength of the light emitted by the backward measurement light source 101. The fourth optical transmission path 41 has a propagation constant that allows only fundamental mode light or higher-order mode light to propagate at the wavelength of the light emitted by the backward measurement light source 101.

本開示の光ファイバ振動センシング装置は、簡易な構成で、振動が付加された位置を特定することが可能な光ファイバ振動センシングを実現することができる。また、本開示の光ファイバ振動センシング装置は、能動装置である順方向計測用光源100、逆方向計測用光源101、順方向計測用受光器200及び逆方向計測用受光器201を同じ側(複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の一端)に配置することができる。さらに、本開示の光ファイバ振動センシング装置は、順方向マッハツェンダ干渉計と逆方向マッハツェンダ干渉計に異なる波長を用いることで、同一の光ファイバを共用することができる。 The optical fiber vibration sensing device disclosed herein can realize optical fiber vibration sensing capable of identifying the position where vibration is applied with a simple configuration. In addition, the optical fiber vibration sensing device disclosed herein can arrange the forward direction measurement light source 100, the backward direction measurement light source 101, the forward direction measurement receiver 200, and the backward direction measurement receiver 201, which are active devices, on the same side (one end of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths). Furthermore, the optical fiber vibration sensing device disclosed herein can share the same optical fiber by using different wavelengths for the forward direction Mach-Zehnder interferometer and the backward direction Mach-Zehnder interferometer.

(応用実施形態5)
基本構成の実施形態及び応用実施形態1から4において、光ファイバ振動センシング装置は、さらに、順方向マッハツェンダ干渉計(応用実施形態1から4においては、順方向計測用受光器200)からの電気信号をAD変換する第1のAD変換器400と、逆方向マッハツェンダ干渉計(応用実施形態1から4においては、逆方向計測用受光器201)からの電気信号をAD変換する第2のAD変換器401と、第1のAD変換器400からの信号及び第2のAD変換器401からの信号を用いて、振動の発生場所を特定する解析装置500と、を備えてもよい。
(Application embodiment 5)
In the basic configuration embodiment and application embodiments 1 to 4, the optical fiber vibration sensing device may further include a first AD converter 400 that performs AD conversion of an electrical signal from a forward Mach-Zehnder interferometer (in application embodiments 1 to 4, the forward measurement receiver 200), a second AD converter 401 that performs AD conversion of an electrical signal from a reverse Mach-Zehnder interferometer (in application embodiments 1 to 4, the reverse measurement receiver 201), and an analysis device 500 that identifies the location of occurrence of vibration using the signal from the first AD converter 400 and the signal from the second AD converter 401.

図1において、複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の全長をL、光伝送路の他端から振動が付加される地点Pvまでの距離をLvとすると、地点Pvにおいて付加された振動に起因するビートのある干渉波が順方向マッハツェンダ干渉計の光伝送路の他端に到達するまでの時間T1は、
T1 = Lv/c1 (1)
となる。ただし、c1は順方向マッハツェンダ干渉計の光伝送路中の光速である。
In FIG. 1, if the total length of the optical transmission medium 1 having a plurality of optical transmission paths is L, and the distance from the other end of the optical transmission path to the point Pv where the vibration is added is Lv, the time T1 required for an interference wave with a beat caused by the vibration added at the point Pv to reach the other end of the optical transmission path of the forward Mach-Zehnder interferometer is given by
T1 = Lv/c1 (1)
Here, c1 is the speed of light in the optical transmission line of the forward Mach-Zehnder interferometer.

また、地点Pvにおいて付加された振動に起因するビートのある干渉波が逆方向マッハツェンダ干渉計の光伝送路の一端に到達するまでの時間T2は、
T2 = (L-Lv)/c2 (2)
となる。ただし,c2は逆方向マッハツェンダ干渉計の光伝送路中の光速である。
The time T2 required for the beat-containing interference wave caused by the vibration added at point Pv to reach one end of the optical transmission line of the reverse Mach-Zehnder interferometer is given by
T2 = (L-Lv)/c2 (2)
Here, c2 is the speed of light in the optical transmission line of the reverse Mach-Zehnder interferometer.

この結果、地点Pvにおいて付加された振動に起因するビートのある干渉波が順方向マッハツェンダ干渉計の光伝送路の他端に到達してから逆方向マッハツェンダ干渉計の光伝送路の一端に到達するまでの時間差ΔTは、
ΔT = T2-T1
= (L-Lv)/c2-Lv/c1 (3)
で得られる。これより、光伝送路の他端から振動が付加される地点Pvまでの距離Lvは、式(4)で求まる。
Lv = (L-c2×ΔT)c1/(c1+c2) (4)
As a result, the time difference ΔT between when the beat-containing interference wave caused by the vibration applied at point Pv reaches the other end of the optical transmission path of the forward Mach-Zehnder interferometer and when it reaches one end of the optical transmission path of the backward Mach-Zehnder interferometer is given by
ΔT = T2 - T1
= (L-Lv)/c2-Lv/c1 (3)
From this, the distance Lv from the other end of the optical transmission line to the point Pv where the vibration is applied is obtained by the formula (4).
Lv = (L-c2×ΔT)c1/(c1+c2) (4)

ここで、順方向マッハツェンダ干渉計と逆方向マッハツェンダ干渉計の光伝送路中の光速が共にcであるとすると、式(4)は
Lv = (L-c×ΔT)/2 (5)
となる。例えば、振動を付加する地点Pvが複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の中間地点にある場合は、
ΔT = 0 (6)
である。式(5)は、
Lv = L/2 (7)
となる。(7)式より、振動を付加する地点Pvが複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の半分の位置であることから、式(4)の妥当性が示される。
If the speed of light in the optical transmission path of both the forward and reverse Mach-Zehnder interferometers is c, then equation (4) can be rewritten as Lv = (L - c × ΔT) / 2 (5)
For example, when the point Pv where the vibration is applied is at the midpoint of the optical transmission medium 1 having a plurality of optical transmission paths,
ΔT = 0 (6)
Equation (5) is
Lv = L/2 (7)
From formula (7), the point Pv where vibration is applied is a halfway position of the optical transmission medium 1 having a plurality of optical transmission paths, and therefore the validity of formula (4) is shown.

このように、地点Pvで付加された振動によるビートのある干渉波が順方向マッハツェンダ干渉計の光伝送路の他端に到達してから逆方向マッハツェンダ干渉計の光伝送路の一端に到達するまでの時間差ΔTを計測することで、順方向マッハツェンダ干渉計の光伝送路の他端から振動が付加される地点Pvまでの距離Lvを得ることができる。なお、2つの光を結合したときに初めてビートのある干渉波が発生するが、ここでは、便宜上、振動を付加した地点からビートのある干渉波が伝搬するように説明している。 In this way, by measuring the time difference ΔT between when the beat interference wave caused by the vibration added at point Pv reaches the other end of the optical transmission path of the forward Mach-Zehnder interferometer and when it reaches one end of the optical transmission path of the reverse Mach-Zehnder interferometer, the distance Lv from the other end of the optical transmission path of the forward Mach-Zehnder interferometer to the point Pv where the vibration is added can be obtained. Note that the beat interference wave is only generated when the two lights are combined, but for convenience, it is explained here as if the beat interference wave propagates from the point where the vibration is added.

同時刻に順方向計測用受光器200と逆方向計測用受光器201で観測される2つの干渉波信号をw1(t)、w2(t)とする。ΔTはこれらw1(t)とw2(t)の相互相関値が最大値をとる時のシフト量と等しい。すなわち、次式におけるτを変化させ、相関値(w1*w2)(τ)が最大になる時のτをΔTとすることで求めることができる。
(w1*w2)(τ) = Σ w1(t)×w2(τ-t) (8)
Two interference wave signals observed at the same time by the forward direction measurement receiver 200 and the reverse direction measurement receiver 201 are denoted as w1(t) and w2(t). ΔT is equal to the shift amount when the cross-correlation value of w1(t) and w2(t) is at its maximum. In other words, it can be obtained by changing τ in the following equation and setting τ at the time when the correlation value (w1*w2)(τ) is at its maximum as ΔT.
(w1*w2)(τ) = Σ w1(t)×w2(τ-t) (8)

第1のAD変換器400及び第2のAD変換器401を通じて、解析装置500が干渉波信号を取り込み、一定時間ごとに相互相関を計算し、ΔTを求めることで、振動発生位置Pvまでの距離Lvを特定することが可能となる。よって、振動が付加された地点を逐次得ることができる。 The analysis device 500 captures the interference wave signal through the first AD converter 400 and the second AD converter 401, calculates the cross-correlation at regular intervals, and obtains ΔT, making it possible to identify the distance Lv to the vibration generation position Pv. Therefore, the point where vibration is applied can be obtained sequentially.

なお、解析装置500は、光伝送路の他端から順方向計測用受光器200までの光信号の遅延時間、及び順方向計測用受光器200から第1のAD変換器400を経由して解析装置500に至るまでの電気信号の遅延時間、と光伝送路の一端から逆方向計測用受光器201までの光信号の遅延時間、逆方向計測用受光器201から第2のAD変換器401を経由して解析装置500に至るまでの電気信号の遅延時間を考慮して、振動の発生場所を特定する。 The analysis device 500 identifies the location of the vibration by taking into consideration the delay time of the optical signal from the other end of the optical transmission path to the forward measurement receiver 200, the delay time of the electrical signal from the forward measurement receiver 200 via the first AD converter 400 to the analysis device 500, the delay time of the optical signal from one end of the optical transmission path to the reverse measurement receiver 201, and the delay time of the electrical signal from the reverse measurement receiver 201 via the second AD converter 401 to the analysis device 500.

解析装置500の実行する光ファイバ位置センシング方法のフローチャートを図6に示す。一定時間データ取得工程600では、順方向マッハツェンダ干渉計(応用実施形態1から4では順方向計測用受光器200)及び光の進行方向を順方向マッハツェンダ干渉計と逆にした逆方向マッハツェンダ干渉計(応用実施形態1から4では逆方向計測用受光器201)からそれぞれ干渉波信号w1(t)、w2(t)を取得する。 Figure 6 shows a flowchart of the optical fiber position sensing method executed by the analysis device 500. In the fixed-time data acquisition process 600, interference wave signals w1(t) and w2(t) are acquired from the forward Mach-Zehnder interferometer (forward measurement receiver 200 in application embodiments 1 to 4) and the reverse Mach-Zehnder interferometer (reverse measurement receiver 201 in application embodiments 1 to 4) in which the light travels in the opposite direction to that of the forward Mach-Zehnder interferometer, respectively.

相互相関計算工程601では、式(8)におけるτを変化させ、相関値(w1*w2)(τ)が最大になる時のτをΔTとして求める。
(w1*w2)(τ) = Σ w1(t)×w2(τ-t) (8)
In the cross-correlation calculation step 601, τ in the formula (8) is changed, and τ when the correlation value (w1*w2)(τ) is maximized is obtained as ΔT.
(w1*w2)(τ) = Σ w1(t)×w2(τ-t) (8)

振動発生位置計算工程603では、光伝送路の他端から振動が付加される地点までの距離Lvを式(4)で求める。
Lv = (L-c2×ΔT)c1/(c1+c2) (4)
ただし、Lは複数の光伝送路を有する光伝送媒体の全長、c1は準方向マッハツェンダ干渉計の光伝送路中の光速、c2は逆方向マッハツェンダ干渉計の光伝送路中の光速である。
In the vibration generation position calculation step 603, the distance Lv from the other end of the optical transmission line to the point where the vibration is applied is calculated using equation (4).
Lv = (L-c2×ΔT)c1/(c1+c2) (4)
Here, L is the total length of the optical transmission medium having a plurality of optical transmission paths, c1 is the speed of light in the optical transmission path of the forward Mach-Zehnder interferometer, and c2 is the speed of light in the optical transmission path of the backward Mach-Zehnder interferometer.

なお、相互相関計算工程601と振動発生位置計算工程603との間に、有効時間差計算工程602を備えてもよい。順方向計測用受光器200および逆方向計測用受光器201で受信する干渉信号は、干渉状態によっては信号雑音比(SNR)が悪く有効な時間差ΔTでない場合が考えられる。そこで,有効時間差計算工程602では,複数の光伝送路を有する光伝送媒体1の最長距離Lから想定される最大時間差ΔTmaxとΔTの絶対値を比較し、
|ΔT| ≦ ΔTmax (9)
でなければ、再度、一定時間データ取得工程600に戻り、データの取得からやり直す。ここで、ΔTmaxは,次式で得られる。
ΔTmax = max{L/c1,L/c2} (10)
式(9)を満たす場合は、振動発生位置計算工程603に進む。
An effective time difference calculation step 602 may be provided between the cross-correlation calculation step 601 and the vibration occurrence position calculation step 603. The interference signals received by the forward direction measurement receiver 200 and the reverse direction measurement receiver 201 may have a poor signal-to-noise ratio (SNR) depending on the interference state, and may not be an effective time difference ΔT. Therefore, in the effective time difference calculation step 602, the maximum time difference ΔTmax expected from the longest distance L of the optical transmission medium 1 having multiple optical transmission paths is compared with the absolute value of ΔT,
|ΔT| ≦ ΔTmax (9)
If not, the process returns to the data acquisition step 600 for a certain period of time, and data acquisition is started again. Here, ΔTmax is obtained by the following formula.
ΔTmax = max{L/c1, L/c2} (10)
If the formula (9) is satisfied, the process proceeds to vibration occurrence position calculation step 603 .

以上説明したように、本開示の光ファイバ振動センシング装置及び光ファイバ振動センシング方法は、簡易な構成で、振動が付加された位置を特定することが可能な光ファイバ振動センシングを実現することができる。 As described above, the optical fiber vibration sensing device and optical fiber vibration sensing method disclosed herein can realize optical fiber vibration sensing that can identify the position where vibration is applied with a simple configuration.

本発明の解析装置はコンピュータとプログラムによっても実現できる。そのプログラムを記録媒体に記録することも、通信ネットワークを通して提供することも可能である。 The analysis device of the present invention can also be realized by a computer and a program. The program can be recorded on a recording medium or provided via a communication network.

本開示は情報通信産業に適用することができる。 This disclosure can be applied to the information and communications industry.

1:複数の光伝送路を有する光伝送媒体
10:順方向マッハツェンダ干渉計
11:逆方向マッハツェンダ干渉計
20:第1の光伝送路
21:第2の光伝送路
40:第3の光伝送路
41:第4の光伝送路
100:順方向計測用光源
101:逆方向計測用光源
200:順方向計測用受光器
201:逆方向計測用受光器
300:第1の光モードカプラ
300-1:光分岐結合カプラ
300-2:光モード変換カプラ
300-3:軸ずれ接続部
300-4:単一モード光ファイバ
310:第2の光モードカプラ
301:第3の光モードカプラ
311:第4の光モードカプラ
320:第5の光モードカプラ
320-1:光分岐結合カプラ
320-2:光モード変換カプラ
330:第6の光モードカプラ
400:第1のAD変換器
401:第2のAD変換器
500:解析装置
1: Optical transmission medium having a plurality of optical transmission paths 10: Forward direction Mach-Zehnder interferometer 11: Backward direction Mach-Zehnder interferometer 20: First optical transmission path 21: Second optical transmission path 40: Third optical transmission path 41: Fourth optical transmission path 100: Forward direction measurement light source 101: Backward direction measurement light source 200: Forward direction measurement receiver 201: Backward direction measurement receiver 300: First optical mode coupler 300-1: Optical branching and coupling coupler 300 -2: Optical mode conversion coupler 300-3: Off-axis connection section 300-4: Single mode optical fiber 310: Second optical mode coupler 301: Third optical mode coupler 311: Fourth optical mode coupler 320: Fifth optical mode coupler 320-1: Optical branching/coupling coupler 320-2: Optical mode conversion coupler 330: Sixth optical mode coupler 400: First AD converter 401: Second AD converter 500: Analysis device

Claims (11)

複数の光伝送路を有する光伝送媒体と、
前記光伝送媒体の一端で、基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、光伝送路に入力し、前記光伝送媒体の他端で、前記光伝送路を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合して受信する順方向マッハツェンダ干渉計と、
前記光伝送媒体の他端で、基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、他の光伝送路に入力し、前記光伝送媒体の一端で、前記他の光伝送路を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合して受信する逆方向マッハツェンダ干渉計と、
を備える光ファイバ振動センシング装置。
an optical transmission medium having a plurality of optical transmission paths;
a forward Mach-Zehnder interferometer which, at one end of the optical transmission medium, leaves a portion of the light in fundamental mode as it is and converts the remainder to a higher-order mode, combines the light left in fundamental mode with the converted light in higher-order mode, and inputs the combined light into an optical transmission line, and at the other end of the optical transmission medium, leaves the light in fundamental mode of the light that has propagated through the optical transmission line in fundamental mode and converts the light in higher-order mode to fundamental mode, and combines and receives the light left in fundamental mode with the converted light in fundamental mode;
a reverse Mach-Zehnder interferometer which, at the other end of the optical transmission medium, leaves a part of the light in fundamental mode as it is and converts the remainder to a higher-order mode, combines the light left in fundamental mode with the converted light in higher-order mode, and inputs the combined light to another optical transmission path, and at one end of the optical transmission medium, leaves the light in fundamental mode of the light propagating through the other optical transmission path in fundamental mode and converts the light in higher-order mode to fundamental mode, and combines and receives the light left in fundamental mode with the converted light in fundamental mode;
An optical fiber vibration sensing device comprising:
前記光伝送媒体は、第1の光伝送路及び第2の光伝送路を備え、
前記順方向マッハツェンダ干渉計は、
前記光伝送媒体の一端に、
光を送出する順方向計測用光源と、
前記順方向計測用光源からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、前記第1の光伝送路に入力する第1の光モードカプラと、を備え、
前記光伝送媒体の他端に、
前記第1の光伝送路を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合する第2の光モードカプラと、
前記第2の光モードカプラからの光を受光する順方向計測用受光器と、を備え、
前記逆方向マッハツェンダ干渉計は、
前記光伝送媒体の他端に、
光を送出する逆方向計測用光源と、
前記逆方向計測用光源からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、前記第2の光伝送路に入力する第3の光モードカプラと、を備え、
前記光伝送媒体の一端に、
前記第2の光伝送路を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合する第4の光モードカプラと、
前記第4の光モードカプラからの光を受光する逆方向計測用受光器と、を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ振動センシング装置。
the optical transmission medium includes a first optical transmission path and a second optical transmission path;
The forward Mach-Zehnder interferometer comprises:
At one end of the optical transmission medium,
a forward measurement light source that emits light;
a first optical mode coupler that leaves a portion of the fundamental mode light from the forward direction measurement light source as it is in the fundamental mode and converts the remainder into a higher order mode, combines the light that remains in the fundamental mode with the converted light in the higher order mode, and inputs the combined light into the first optical transmission line;
At the other end of the optical transmission medium,
a second optical mode coupler which, among the light propagating through the first optical transmission line, leaves the light in a fundamental mode as it is and converts the light in a higher order mode to the fundamental mode, and couples the light that remains in the fundamental mode with the converted light in the fundamental mode;
a forward direction measurement optical receiver that receives light from the second optical mode coupler;
The reverse Mach-Zehnder interferometer comprises:
At the other end of the optical transmission medium,
a light source for backward measurement that emits light;
a third optical mode coupler that leaves a part of the fundamental mode light from the backward direction measurement light source as the fundamental mode and converts the remainder into a higher order mode, combines the light that remains in the fundamental mode with the converted light in the higher order mode, and inputs the combined light into the second optical transmission line;
At one end of the optical transmission medium,
a fourth optical mode coupler that, among the light propagating through the second optical transmission line, leaves light in a fundamental mode as it is and converts light in a higher order mode to the fundamental mode, and couples the light that remains in the fundamental mode with the converted light in the fundamental mode;
2. The optical fiber vibration sensing device according to claim 1, further comprising: a backward measurement light receiver for receiving light from the fourth optical mode coupler.
前記光伝送媒体は、第1の光伝送路、第2の光伝送路、第3の光伝送路及び第4の光伝送路を備え、
前記順方向マッハツェンダ干渉計は、
前記光伝送媒体の一端に、
光を送出する順方向計測用光源と、
前記順方向計測用光源からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、前記第1の光伝送路に入力する第1の光モードカプラと、
前記第3の光伝送路からの光を受光する順方向計測用受光器と、を備え、
前記光伝送媒体の他端に、
前記第1の光伝送路を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合し、前記第3の光伝送路に出力する第2の光モードカプラを備え、
前記逆方向マッハツェンダ干渉計は、
前記光伝送媒体の一端に、
前記第4の光伝送路に光を送出する逆方向計測用光源と、
前記第2の光伝送路を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合する第4の光モードカプラと、
前記第4の光モードカプラからの光を受光する逆方向計測用受光器と、を備え、
前記光伝送媒体の他端に、
前記第4の光伝送路からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、前記第2の光伝送路に入力する第3の光モードカプラを備える
ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ振動センシング装置。
the optical transmission medium includes a first optical transmission path, a second optical transmission path, a third optical transmission path, and a fourth optical transmission path;
The forward Mach-Zehnder interferometer comprises:
At one end of the optical transmission medium,
a forward measurement light source that emits light;
a first optical mode coupler that leaves a part of the fundamental mode light from the forward direction measurement light source as it is in the fundamental mode and converts the remainder into a higher order mode, combines the light that remains in the fundamental mode with the converted light in the higher order mode, and inputs the combined light into the first optical transmission line;
a forward direction measurement optical receiver that receives light from the third optical transmission path,
At the other end of the optical transmission medium,
a second optical mode coupler which, among the light propagating through the first optical transmission line, leaves light in a fundamental mode as it is and converts light in a higher-order mode to a fundamental mode, combines the light which remains in the fundamental mode with the converted light in the fundamental mode, and outputs the combined light to the third optical transmission line;
The reverse Mach-Zehnder interferometer comprises:
At one end of the optical transmission medium,
a light source for backward measurement that transmits light to the fourth optical transmission line;
a fourth optical mode coupler that, among the light propagating through the second optical transmission line, leaves light in a fundamental mode as it is and converts light in a higher order mode to the fundamental mode, and couples the light that remains in the fundamental mode with the converted light in the fundamental mode;
a backward direction measurement optical receiver that receives light from the fourth optical mode coupler,
At the other end of the optical transmission medium,
The optical fiber vibration sensing device described in claim 1, characterized in that it is provided with a third optical mode coupler that leaves a portion of the fundamental mode light from the fourth optical transmission path in the fundamental mode and converts the remainder to a higher mode, combines the light that remains in the fundamental mode with the converted higher mode light, and inputs it to the second optical transmission path.
前記第1の光モードカプラ又は前記第3の光モードカプラとして、2本の光ファイバのコアの中心がずれて接続されている軸ずれ接続部である
ことを特徴とする請求項2又は3に記載の光ファイバ振動センシング装置。
The optical fiber vibration sensing device according to claim 2 or 3, characterized in that the first optical mode coupler or the third optical mode coupler is an off-axis connection portion in which the centers of the cores of two optical fibers are connected with an offset.
前記第1の光モードカプラとしての前記軸ずれ接続部の前記順方向計測用光源の側又は前記第3の光モードカプラとしての前記軸ずれ接続部の前記逆方向計測用光源の側の光ファイバが基本モードの光のみを伝搬する
ことを特徴とする請求項4に記載の光ファイバ振動センシング装置。
The optical fiber vibration sensing device according to claim 4, characterized in that the optical fiber on the side of the forward measurement light source of the axially offset connection portion as the first optical mode coupler or the side of the reverse measurement light source of the axially offset connection portion as the third optical mode coupler propagates only light in the fundamental mode.
前記第2の光モードカプラ又は前記第4の光モードカプラとして、2本の光ファイバのコアの中心がずれて接続されている軸ずれ接続部であり、前記第2の光モードカプラとしての前記軸ずれ接続部の前記順方向計測用受光器の側又は前記第4の光モードカプラとしての前記軸ずれ接続部の前記逆方向計測用受光器の側の光ファイバが基本モードの光のみを伝搬する
ことを特徴とする請求項2から5のいずれかに記載の光ファイバ振動センシング装置。
An optical fiber vibration sensing device as described in any one of claims 2 to 5, characterized in that the second optical mode coupler or the fourth optical mode coupler is an off-axis connection section in which the centers of the cores of two optical fibers are connected with an offset, and the optical fiber on the side of the forward direction measurement receiver of the off-axis connection section as the second optical mode coupler or the side of the reverse direction measurement receiver of the off-axis connection section as the fourth optical mode coupler propagates only light in the fundamental mode.
前記光伝送媒体は、光伝送路を備え、
前記順方向マッハツェンダ干渉計及び前記逆方向マッハツェンダ干渉計は、光を合分岐する第5の光モードカプラを前記光伝送媒体の一端に共用して備え、光を合分岐する第6の光モードカプラを前記光伝送媒体の他端に共用して備え、
前記順方向マッハツェンダ干渉計は、
前記光伝送媒体の一端に、
光を送出する順方向計測用光源を備え、
前記第5の光モードカプラで前記順方向計測用光源からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、前記光伝送路に入力し、
前記光伝送媒体の他端に、
光を受光する順方向計測用受光器を備え、
前記第6の光モードカプラで前記光伝送路を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合し、前記順方向計測用受光器に出力し、
前記逆方向マッハツェンダ干渉計は、
前記光伝送媒体の他端に、
前記順方向計測用光源と異なる波長の光を送出する逆方向計測用光源を備え、
前記第6の光モードカプラで前記逆方向計測用光源からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、前記光伝送路に入力し、
前記光伝送媒体の一端に、
前記第5の光モードカプラからの光を受光する逆方向計測用受光器を備え、
前記第5の光モードカプラで前記光伝送路を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合し、前記逆方向計測用受光器に出力する
ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ振動センシング装置。
the optical transmission medium comprises an optical transmission path,
the forward Mach-Zehnder interferometer and the backward Mach-Zehnder interferometer share a fifth optical mode coupler that combines and branches light at one end of the optical transmission medium, and share a sixth optical mode coupler that combines and branches light at the other end of the optical transmission medium;
The forward Mach-Zehnder interferometer comprises:
At one end of the optical transmission medium,
A forward measurement light source is provided to emit light,
the fifth optical mode coupler keeps a part of the fundamental mode light from the forward direction measurement light source as the fundamental mode and converts the remainder into a higher order mode, combines the light kept in the fundamental mode with the converted higher order mode light, and inputs the combined light into the optical transmission line;
At the other end of the optical transmission medium,
a forward direction measurement receiver for receiving light;
the sixth optical mode coupler, among the light propagating through the optical transmission line, leaves the light in a fundamental mode as it is, converts the light in a higher order mode to the fundamental mode, combines the light that remains in the fundamental mode with the converted light in the fundamental mode, and outputs the combined light to the forward direction measurement optical receiver;
The reverse Mach-Zehnder interferometer comprises:
At the other end of the optical transmission medium,
a backward measurement light source that emits light of a wavelength different from that of the forward measurement light source;
the sixth optical mode coupler leaves a part of the fundamental mode light from the backward measurement light source as the fundamental mode and converts the remainder into a higher-order mode, combines the light that remains in the fundamental mode with the converted higher-order mode light, and inputs the combined light into the optical transmission line;
At one end of the optical transmission medium,
a backward direction measurement optical receiver that receives light from the fifth optical mode coupler,
The optical fiber vibration sensing device described in claim 1, characterized in that, of the light propagating through the optical transmission path by the fifth optical mode coupler, the light in fundamental mode is left as it is in fundamental mode, and the light in higher modes is converted to fundamental mode, and the light that is left as it is in fundamental mode and the converted light in fundamental mode are combined and output to the reverse direction measurement receiver.
前記光伝送媒体は、第1の光伝送路、第3の光伝送路及び第4の光伝送路を備え、
前記順方向マッハツェンダ干渉計及び前記逆方向マッハツェンダ干渉計は、光を合分岐する第5の光モードカプラを前記光伝送媒体の一端に共用して備え、光を合分岐する第6の光モードカプラを前記光伝送媒体の他端に共用して備え、
前記順方向マッハツェンダ干渉計は、
前記光伝送媒体の一端に、
光を送出する順方向計測用光源と、
前記第3の光伝送路からの光を受光する順方向計測用受光器と、を備え、
前記第5の光モードカプラで前記順方向計測用光源からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、前記第1の光伝送路に入力し、
前記光伝送媒体の他端で、
前記第6の光モードカプラで前記第1の光伝送路を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合し、前記第3の光伝送路に出力し、
前記逆方向マッハツェンダ干渉計は、
前記光伝送媒体の一端に、
前記順方向計測用光源と異なる波長の光を前記第4の光伝送路に送出する逆方向計測用光源と、
前記第5の光モードカプラからの光を受光する逆方向計測用受光器と、を備え、
前記第5の光モードカプラで前記第1の光伝送路を伝搬してきた光のうち、基本モードの光は基本モードのままとし、高次モードの光は基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合し、前記逆方向計測用光源に出力し、
前記光伝送媒体の他端で、
前記第6の光モードカプラで前記第4の光伝送路からの基本モードの光の一部を基本モードのままとし、残りを高次モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した高次モードの光とを合波し、前記第1の光伝送路に入力する
ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ振動センシング装置。
the optical transmission medium includes a first optical transmission path, a third optical transmission path, and a fourth optical transmission path;
the forward Mach-Zehnder interferometer and the backward Mach-Zehnder interferometer share a fifth optical mode coupler that combines and branches light at one end of the optical transmission medium, and share a sixth optical mode coupler that combines and branches light at the other end of the optical transmission medium;
The forward Mach-Zehnder interferometer comprises:
At one end of the optical transmission medium,
a forward measurement light source that emits light;
a forward direction measurement optical receiver that receives light from the third optical transmission path,
the fifth optical mode coupler keeps a part of the fundamental mode light from the forward direction measurement light source as the fundamental mode and converts the remainder into a higher order mode, combines the light kept in the fundamental mode with the converted higher order mode light, and inputs the combined light into the first optical transmission path;
At the other end of the optical transmission medium,
the sixth optical mode coupler, among the light propagating through the first optical transmission line, leaves the light in fundamental mode as it is, converts the light in higher modes to fundamental mode, combines the light that remains in fundamental mode with the converted light in fundamental mode, and outputs the combined light to the third optical transmission line;
The reverse Mach-Zehnder interferometer comprises:
At one end of the optical transmission medium,
a backward direction measurement light source that transmits light of a wavelength different from that of the forward direction measurement light source to the fourth optical transmission line;
a backward direction measurement optical receiver that receives light from the fifth optical mode coupler,
the fifth optical mode coupler, among the light propagating through the first optical transmission line, leaves the light in a fundamental mode as it is, converts the light in a higher order mode to a fundamental mode, combines the light that remains in the fundamental mode with the converted light in the fundamental mode, and outputs the combined light to the backward direction measurement light source;
At the other end of the optical transmission medium,
The optical fiber vibration sensing device described in claim 1, characterized in that the sixth optical mode coupler leaves a portion of the fundamental mode light from the fourth optical transmission path in the fundamental mode and converts the remainder to a higher mode, and combines the light remaining in the fundamental mode with the converted higher mode light and inputs it to the first optical transmission path.
前記順方向マッハツェンダ干渉計からの電気信号をAD変換する第1のAD変換器と、
前記逆方向マッハツェンダ干渉計からの電気信号をAD変換する第2のAD変換器と、
前記第1のAD変換器からの信号及び前記第2のAD変換器からの信号を用いて、振動の発生場所を特定する解析装置と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ振動センシング装置。
a first AD converter that performs AD conversion on an electrical signal from the forward Mach-Zehnder interferometer;
a second AD converter that AD converts an electrical signal from the reverse Mach-Zehnder interferometer;
an analysis device that identifies a location where vibration occurs using a signal from the first AD converter and a signal from the second AD converter;
2. The optical fiber vibration sensing device according to claim 1, further comprising:
前記順方向計測用受光器からの電気信号をAD変換する第1のAD変換器と、
前記逆方向計測用受光器からの電気信号をAD変換する第2のAD変換器と、
前記第1のAD変換器からの信号及び前記第2のAD変換器からの信号を用いて、振動の発生場所を特定する解析装置と、
をさらに備えることを特徴とする請求項2から8のいずれかに記載の光ファイバ振動センシング装置。
a first AD converter that performs AD conversion on an electrical signal from the forward direction measurement light receiver;
a second AD converter that performs AD conversion on the electrical signal from the reverse direction measurement light receiver;
an analysis device that identifies a location where vibration occurs using a signal from the first AD converter and a signal from the second AD converter;
9. The optical fiber vibration sensing device according to claim 2, further comprising:
順方向マッハツェンダ干渉計及び光の進行方向を順方向マッハツェンダ干渉計と逆にした逆方向マッハツェンダ干渉計から、それぞれ干渉波信号w1(t)、w2(t)を取得する一定時間データ取得工程と、
式(8)におけるτを変化させ、相関値(w1*w2)(τ)が最大になる時のτをΔTとして求める相互相関計算工程と、
(w1*w2)(τ) = Σ w1(t)×w2(τ-t) (8)
光伝送路の他端から振動が付加される地点までの距離Lvを式(4)で求める振動発生位置計算工程と、
Lv = (L-c2×ΔT)c1/(c1+c2) (4)
ただし、Lは複数の光伝送路を有する光伝送媒体の全長
c1は順方向マッハツェンダ干渉計の光伝送路中の光速
c2は逆方向マッハツェンダ干渉計の光伝送路中の光速
を備える光ファイバ振動センシング方法。


a fixed-time data acquisition step of acquiring interference wave signals w1(t) and w2(t) from a forward Mach-Zehnder interferometer and a backward Mach-Zehnder interferometer in which the light travels in the opposite direction to that of the forward Mach-Zehnder interferometer, respectively;
a cross-correlation calculation step of changing τ in formula (8) and determining τ when the correlation value (w1 * w2) (τ) is maximized as ΔT;
(w1*w2)(τ) = Σ w1(t)×w2(τ-t) (8)
a vibration generation position calculation step of calculating a distance Lv from the other end of the optical transmission line to a point where vibration is applied using equation (4);
Lv = (L-c2×ΔT)c1/(c1+c2) (4)
Here, L is the total length of an optical transmission medium having a plurality of optical transmission paths, c1 is the speed of light in the optical transmission path of the forward Mach-Zehnder interferometer, and c2 is the speed of light in the optical transmission path of the reverse Mach-Zehnder interferometer.


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