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JP7735880B2 - Optical fiber sensor system and optical fiber sensor demodulation method - Google Patents
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JP7735880B2 - Optical fiber sensor system and optical fiber sensor demodulation method - Google Patents

Optical fiber sensor system and optical fiber sensor demodulation method

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JP7735880B2 JP2022013140A JP2022013140A JP7735880B2 JP 7735880 B2 JP7735880 B2 JP 7735880B2 JP 2022013140 A JP2022013140 A JP 2022013140A JP 2022013140 A JP2022013140 A JP 2022013140A JP 7735880 B2 JP7735880 B2 JP 7735880B2
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Description

この技術は、物理量を検出するセンサとして、光ファイバを用いる光ファイバセンサシステムおよび光ファイバセンサ復調方法に関するものである。特に、複数チャネルの光ファイバセンサで構成される光ファイバセンサアレイを用いたときの復調に係るものである。 This technology relates to an optical fiber sensor system that uses optical fiber as a sensor to detect physical quantities, and an optical fiber sensor demodulation method. In particular, it relates to demodulation when using an optical fiber sensor array consisting of multiple channel optical fiber sensors.

近年、光ファイバセンサシステムに関する技術の発展が目覚ましい。光ファイバセンサは、たとえば、音圧(音波)などの物理量を計測、検出などするために、光ファイバを利用したセンサである。センシングを行う光ファイバが物理量によって伸び縮みすると、光の伝搬距離が変わるため、通過する光の位相が変化する。そして、このため、基準となる位相と物理量により変化した位相との位相差に基づいて物理量の検出などを行うことができる。そして、特に、光ファイバセンサを通過して戻ってくる光から位相変化量などを復調する光ファイバセンサシステムの復調方式について、様々な手法が提案されている。 In recent years, there has been remarkable development in technology related to optical fiber sensor systems. Optical fiber sensors are sensors that use optical fiber to measure and detect physical quantities such as sound pressure (sound waves). When the optical fiber that performs sensing expands and contracts depending on the physical quantity, the propagation distance of the light changes, and the phase of the light passing through it also changes. As a result, it is possible to detect physical quantities based on the phase difference between a reference phase and the phase that has changed depending on the physical quantity. In particular, various methods have been proposed for demodulating optical fiber sensor systems, which demodulate the amount of phase change from the light that passes through the optical fiber sensor and returns.

PMDI(Path Matched Differential Interferometry)干渉型光ファイバセンサシステムにおける復調方式の一つに、PGC(Phase Generated Carrier)復調方式がある。PGC復調方式は、信号によって伸縮する光ファイバセンサに対し、狭線幅かつ連続パルス波形が出力可能な光源からの光を通過させる。そして、光ファイバセンサ前後からの反射光について、後段の補償コイルにおいて位相変調および干渉させ、得られた位相変化量を復調して、センシングに係る位相信号を得るものである。ここで、PGC復調方式における復調処理量をより抑制するため、3×3カプラ復調方式を用いたPMDI干渉型光ファイバセンサシステムが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。 One of the demodulation methods used in PMDI (Path Matched Differential Interferometry) interferometric optical fiber sensor systems is the PGC (Phase Generated Carrier) demodulation method. In the PGC demodulation method, light from a light source capable of outputting a narrow linewidth and continuous pulse waveform is passed through an optical fiber sensor that expands and contracts in response to a signal. Reflected light from before and after the optical fiber sensor is then phase-modulated and interfered with in a downstream compensation coil, and the resulting phase change is demodulated to obtain a phase signal related to sensing. To further reduce the demodulation processing volume in the PGC demodulation method, a PMDI interferometric optical fiber sensor system using a 3x3 coupler demodulation method has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特許第4844325号公報Patent No. 4844325

ここで、光ファイバセンサを通過して得られる光に基づいて復調処理を行い、位相信号を得るためには、時分割多重で送られた戻り側の信号(干渉光または非干渉光)から、復調処理を行う対象とする光ファイバセンサからの信号における先頭などの位置(サンプリングなどのタイミング)を特定する必要がある。そこで、システムにおける処理などのタイミングの基となるクロックと戻り信号とを同期させた上で、自走カウンタが、戻り信号の周期に合わせて計数値が循環するようにして、クロックにおけるパルスを自動的に計数する。そして、ある計数値になったタイミングで出力されるトリガ信号に基づき、復調回路は、処理対象となる戻りパルス光信号の目印となる先頭位置を特定して復調処理を行う。 To perform demodulation processing based on the light obtained after passing through the optical fiber sensor and obtain a phase signal, it is necessary to identify the position (timing of sampling, etc.) of the beginning of the signal from the optical fiber sensor to be demodulated from the return signal (interfering light or non-interfering light) sent by time-division multiplexing. Therefore, after synchronizing the return signal with a clock that forms the basis for the timing of processing in the system, a free-running counter automatically counts pulses in the clock so that the count value circulates in accordance with the period of the return signal. Then, based on a trigger signal output when a certain count value is reached, the demodulation circuit identifies the beginning position, which serves as a marker for the return pulse optical signal to be processed, and performs demodulation processing.

しかし、外部から電気的または電磁的雑音などが混入し、クロックが一時的に途切れ、クロックのパルスの個数が減るなどすると、本来の計数値との間にずれが生じる。このため、トリガ信号および戻り信号の位置などの信号において時間的な関係がずれる事象(以下、同期ずれ)が発生する。同期ずれが発生して、カウンタが計数する計数値のずれが継続すると、復調処理において正確なタイミングで戻り信号が得られず、正常に位相変化量を復調することができなくなり、後段における整相処理の工程に影響を与えることになる。 However, if external electrical or electromagnetic noise is introduced, causing the clock to be temporarily interrupted and the number of clock pulses to decrease, a discrepancy will occur with the actual count value. This causes a shift in the temporal relationship between signals such as the trigger signal and the position of the return signal (hereinafter referred to as synchronization deviation). If synchronization deviation occurs and the count value counted by the counter continues to differ, the return signal will not be obtained at the correct timing during the demodulation process, making it impossible to properly demodulate the phase change amount, which will affect the phasing process in the subsequent stages.

そこで、同期ずれの発生を抑えることができる光ファイバセンサシステムおよび光ファイバセンサ復調方法の実現が望まれていた。 Therefore, there was a need to develop an optical fiber sensor system and an optical fiber sensor demodulation method that could reduce the occurrence of synchronization errors.

開示に係る光ファイバセンサシステムは、検出した物理量に基づいて、通過する光の位相を変化させて戻り信号として周期的に送信する光ファイバセンサを複数有し、それぞれの光ファイバセンサからの戻り信号を、設定されたパルス順序で通過させる光ファイバセンサアレイと、戻り信号に基づいて復調処理を行い、光の位相変化量のデータを得る復調処理部とを備え、復調処理部は、戻り信号の先頭を規定する基準となる基準トリガ信号が入力されると、計数値をクリアして、戻り信号に同期したクロックのパルスを計数し、処理対象の光ファイバセンサの戻り信号の先頭となる信号が復調処理部に送られるタイミングに設定された設定値分のパルスを計数すると、トリガ信号を出力するトリガ信号生成部と、トリガ信号が送られると復調処理を行う復調回路部とを備えるものである。 The disclosed optical fiber sensor system includes a plurality of optical fiber sensors that change the phase of passing light based on the detected physical quantity and periodically transmit the result as a return signal. The system includes an optical fiber sensor array that passes the return signals from each optical fiber sensor in a set pulse order, and a demodulation processing unit that performs demodulation processing based on the return signals to obtain data on the amount of phase change of the light. When a reference trigger signal that serves as a reference for defining the beginning of the return signal is input, the demodulation processing unit clears a count value and counts clock pulses synchronized with the return signal. When the demodulation processing unit counts a set number of pulses that correspond to the timing at which the beginning signal of the return signal from the optical fiber sensor being processed is sent to the demodulation processing unit, the system includes a trigger signal generation unit that outputs a trigger signal, and a demodulation circuit unit that performs demodulation processing when a trigger signal is sent.

また、開示に係る光ファイバセンサ復調方法は、検出した物理量に基づいて、通過する光の位相を変化させて戻り信号として周期的に送信する複数の光ファイバセンサからの戻り信号を、設定されたパルス順序で通過させる工程と、戻り信号の先頭を規定する基準となる基準トリガ信号が入力されると、計数値をクリアして、戻り信号に同期したクロックのパルスを計数する工程と、処理対象の光ファイバセンサの戻り信号による先頭となる信号が復調処理を行うタイミングに設定された設定値分のパルスを計数すると、トリガ信号を出力する工程と、トリガ信号が送られると復調処理を行って光の位相変化量のデータを得る工程とを有するものである。 The disclosed optical fiber sensor demodulation method includes the steps of: passing return signals from multiple optical fiber sensors, which periodically transmit return signals by changing the phase of the passing light based on the detected physical quantity, in a set pulse order; clearing a count value and counting clock pulses synchronized with the return signal when a reference trigger signal that defines the beginning of the return signal is input; outputting a trigger signal when the beginning signal from the optical fiber sensor to be processed counts a set number of pulses that are set for the timing of demodulation processing; and performing demodulation processing when the trigger signal is sent to obtain data on the amount of phase change of the light.

この開示によれば、復調処理部のトリガ信号生成部が、基準トリガ信号が送られてから、設定値に基づくタイミングで、トリガ信号を出力するようにした。このため、外部からのノイズ混入により信号の同期ずれが発生しても、トリガ信号のずれを抑えることができ、復調回路部は、処理対象の光ファイバセンサに係る位相変化量を復調することができる。したがって、復調処理部における同期ずれの影響が整相処理まで及ばす、精度の高いセンシング処理を行うことができる。 According to this disclosure, the trigger signal generation unit of the demodulation processing unit outputs a trigger signal at a timing based on a set value after the reference trigger signal is sent. As a result, even if signal synchronization deviation occurs due to external noise contamination, the deviation in the trigger signal can be suppressed, and the demodulation circuit unit can demodulate the amount of phase change related to the optical fiber sensor being processed. Therefore, the influence of synchronization deviation in the demodulation processing unit does not extend to the phasing process, allowing for highly accurate sensing processing.

実施の形態1に係る光ファイバセンサシステム100の構成を示す図である。1 is a diagram showing a configuration of an optical fiber sensor system 100 according to a first embodiment; 実施の形態1に係る復調処理基板52のトリガ信号などの生成に係る回路を中心とする構成の一例を示す図である。1 is a diagram showing an example of a configuration centered on a circuit related to generation of a trigger signal and the like of a demodulation processing board 52 according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る光ファイバセンサシステム100の初回動作における復調処理部5の処理の流れを示す図である。10 is a diagram showing a processing flow of a demodulation processing unit 5 in an initial operation of the optical fiber sensor system 100 according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る初回動作時における各信号の関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between signals during an initial operation according to the first embodiment. 実施の形態1に係る光ファイバセンサシステム100のセンシング動作における復調処理部5の処理の流れを示す図である。4 is a diagram showing a processing flow of a demodulation processing unit 5 in a sensing operation of the optical fiber sensor system 100 according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る光ファイバセンサシステム100のセンシング動作において同期ずれが発生したときの各種信号の関係を示す図である。5 is a diagram showing the relationship between various signals when a synchronization error occurs in the sensing operation of the optical fiber sensor system 100 according to the first embodiment. FIG.

以下、実施の形態に係る光ファイバセンサシステムについて、図面などを参照しながら説明する。以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。また、図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。明細書に記載された機器がすべて含まれていなくてもよい場合がある。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。また、添字で区別などしている複数の同種の機器などについて、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、符号、添字などを省略して記載する場合がある。 The following describes an optical fiber sensor system according to an embodiment, with reference to the drawings. In the following drawings, components with the same reference numerals are the same or equivalent, and this applies throughout the embodiments described below. Furthermore, the dimensional relationships between components in the drawings may differ from those in reality. The forms of components shown throughout the specification are merely examples and are not limited to the forms described in the specification. Not all of the devices described in the specification may be included. In particular, the combinations of components are not limited to the combinations in each embodiment, and components described in other embodiments may be applied to other embodiments. Furthermore, when multiple similar devices are distinguished by subscripts, the reference numerals, subscripts, etc. may be omitted if there is no need to distinguish or identify them.

実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る光ファイバセンサシステム100の構成を示す図である。光ファイバセンサシステム100は、光ファイバを用いて物理量を検出するセンシング処理を行うシステムである。実施の形態1におけるシステムの説明においては、検出対象とする物理量は音波の音圧とし、音波を信号とする音響信号をセンシングするシステムを例に説明する。図1の光ファイバセンサシステム100は、パルス光源部1、センサ群2、遅延補償器3、受光部4、復調処理部5および整相処理部6を有する。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an optical fiber sensor system 100 according to a first embodiment. The optical fiber sensor system 100 is a system that performs sensing processing to detect a physical quantity using an optical fiber. In the explanation of the system according to the first embodiment, the physical quantity to be detected is the sound pressure of a sound wave, and an acoustic signal generated from the sound wave will be described as an example of a system that senses the acoustic signal. The optical fiber sensor system 100 in FIG. 1 includes a pulse light source unit 1, a sensor group 2, a delay compensator 3, a light receiving unit 4, a demodulation processing unit 5, and a phasing processing unit 6.

パルス光源部1は、後述する復調処理部5が有する基準信号生成部51から送られる送信トリガ信号に同期して、たとえば、変調を施したパルス光(レーザ光)信号を送出する。パルス光源部1が出力したパルス光信号は、往路側伝送ファイバ101を通過して、後述するように光ファイバセンサアレイを構成する複数の光ファイバセンサ22を有するセンサ群2に送られる。 The pulse light source unit 1 outputs, for example, a modulated pulse light (laser light) signal in synchronization with a transmission trigger signal sent from a reference signal generator 51 included in the demodulation processor 5, which will be described later. The pulse light signal output by the pulse light source unit 1 passes through the outgoing transmission fiber 101 and is sent to a sensor group 2 having a plurality of optical fiber sensors 22 that constitute an optical fiber sensor array, as will be described later.

センサ群2は、往路側伝送ファイバ101を通過したパルス光信号に、音響信号における音波の音圧に対応して位相が変化したパルス光信号などを含む戻りパルス光信号を復路側伝送ファイバ102に、設定されたパルス順序で通過させる。したがって、戻りパルス光信号には、音響信号に基づく位相変化量がデータとして重畳されることになる。センサ群2は、複数の往路側光カプラ21、複数の光ファイバセンサ22および複数の復路側光カプラ23を有する。ここで、実施の形態1の光ファイバセンサシステム100では、センサ群2における光ファイバセンサ22は、6台で構成されているものとして説明する。ただし、光ファイバセンサ22は6台に限定するものではなく、任意の台数で構成することができる。 The sensor group 2 passes a return pulsed optical signal, which includes a pulsed optical signal that has been transmitted through the outgoing transmission fiber 101 and a pulsed optical signal whose phase has changed in response to the sound pressure of the sound waves in the acoustic signal, through the incoming transmission fiber 102 in a set pulse order. Therefore, the return pulsed optical signal has the amount of phase change based on the acoustic signal superimposed as data. The sensor group 2 has multiple outgoing optical couplers 21, multiple optical fiber sensors 22, and multiple incoming optical couplers 23. Here, in the optical fiber sensor system 100 of embodiment 1, the sensor group 2 is described as being configured with six optical fiber sensors 22. However, the number of optical fiber sensors 22 is not limited to six, and any number can be used.

往路側光カプラ21(往路側光カプラ21-1~往路側光カプラ21-6)は、パルス光源部1から送られて往路側伝送ファイバ101を通過したパルス光信号を分岐する。各往路側光カプラ21を通過した光は、複数の光ファイバセンサ22に送られる。ここで、図1には往路側光カプラ21-6が設置されているが、パルス光源部1から見て、パルス光信号の伝送が最も遠い距離に位置する光ファイバセンサ22-6には、往路側光カプラ21-6が設置されなくてもよい。 The outbound optical couplers 21 (outbound optical couplers 21-1 to 21-6) branch the pulsed optical signal sent from the pulse light source unit 1 and passed through the outbound transmission fiber 101. The light that passes through each outbound optical coupler 21 is sent to multiple optical fiber sensors 22. While the outbound optical coupler 21-6 is installed in Figure 1, the optical fiber sensor 22-6, which is located at the farthest distance from the pulse light source unit 1 in terms of the transmission of the pulsed optical signal, does not necessarily need to be equipped with the outbound optical coupler 21-6.

光ファイバセンサ22(光ファイバセンサ22-1~光ファイバセンサ22-6)は、センシングを行うチャネルとなり、音響信号に基づいて位相を変化させたパルス光信号を含む戻り信号である戻りパルス光信号を出力する。光ファイバセンサ22において、センシングを行う光ファイバは、たとえば、弾性円筒に巻かれている。そして、音圧により弾性円筒に歪みが生じると、光ファイバも音響信号の大きさに応じて伸縮する。このとき、光ファイバ内を通過する光の経路長(伝搬距離)が変化することで光の位相が変化して、変化した位相分に対応する音響信号の検出を行うことができる。したがって、音響信号に基づくパルス光信号の位相変化量がデータとして重畳される。 The optical fiber sensors 22 (optical fiber sensors 22-1 to 22-6) serve as sensing channels and output return pulsed optical signals, which are return signals including pulsed optical signals whose phases are shifted based on the acoustic signal. In the optical fiber sensors 22, the optical fiber used for sensing is wound around, for example, an elastic cylinder. When sound pressure causes distortion in the elastic cylinder, the optical fiber also expands and contracts in accordance with the magnitude of the acoustic signal. At this time, the path length (propagation distance) of the light passing through the optical fiber changes, changing the phase of the light, allowing the detection of an acoustic signal corresponding to the shifted phase. Therefore, the amount of phase change in the pulsed optical signal based on the acoustic signal is superimposed as data.

復路側光カプラ23(復路側光カプラ23-1~復路側光カプラ23-6)は、対応する光ファイバセンサ22からの戻りパルス光信号を、他の戻りパルス光信号と合流させる。合流した戻りパルス光信号は、復路側伝送ファイバ102を通過して、遅延補償器3に送られる。合流した光ファイバセンサ22からの戻りパルス光信号は、各光ファイバセンサ22からの戻りパルス光信号が時分割多重(TDM:Time Division Multiplexing)された信号となる。したがって、各光ファイバセンサ22からの戻りパルス光信号は時間的に重ならない。ここで、図1には復路側光カプラ23-6が設置されているが、設置されなくてもよい。 The return pulse optical couplers 23 (return pulse optical couplers 23-1 to 23-6) combine the return pulse optical signal from the corresponding optical fiber sensor 22 with other return pulse optical signals. The combined return pulse optical signal passes through the return transmission fiber 102 and is sent to the delay compensator 3. The combined return pulse optical signal from the optical fiber sensor 22 is a signal in which the return pulse optical signals from each optical fiber sensor 22 are time division multiplexed (TDM). Therefore, the return pulse optical signals from each optical fiber sensor 22 do not overlap in time. Here, although return pulse optical coupler 23-6 is installed in Figure 1, it is not necessary.

実施の形態1の遅延補償器3は、各光ファイバセンサ22と同じ遅延時間差をとることで、各光ファイバセンサ22からの戻りパルス光信号(非干渉光)より干渉光を取得する。そして、遅延補償器3は、3×3カプラを通して、パルス光の位相を+1/3πおよび-1/3πずらした2経路の戻り信号パルス光を出力する。 The delay compensator 3 of embodiment 1 obtains interference light from the return pulse light signals (non-interfering light) from each optical fiber sensor 22 by using the same delay time difference as each optical fiber sensor 22. The delay compensator 3 then outputs two return signal pulse light paths, with the phases of the pulse light shifted by +1/3π and -1/3π, via a 3x3 coupler.

受光部4は、遅延補償器3から送られる戻り信号パルス光における干渉光および非干渉光の強度を調整する。さらに、受光部4は、光信号をアナログ電気信号に変換し、復調処理部5へと出力するO/E変換器となる。 The light receiving unit 4 adjusts the intensity of the coherent and non-coherent light in the return signal pulse light sent from the delay compensator 3. Furthermore, the light receiving unit 4 functions as an O/E converter that converts the optical signal into an analog electrical signal and outputs it to the demodulation processing unit 5.

復調処理部5は、受光部4からのアナログ電気信号を、デジタル電気信号に変換する。また、復調処理部5は、基準トリガ信号および基準クロックを生成する。さらに、復調処理部5は、デジタル電気信号から、処理対象(以下、目標という)とする光ファイバセンサ22における戻りパルス光信号の先頭位置(サンプリングを行う基準となるタイミング)を検出する。そして、復調処理部5は、先頭位置に基づいてサンプリングした信号中のデータ値から位相変化量を取得する復調処理を行う。また、復調処理部5は、位相変化量をデータとして含む位相信号を、後述する整相処理部6に出力する。復調処理部5は、図1に示すように、基準信号生成部51、復調処理基板52、外部インターフェース部53を有する。 The demodulation processing unit 5 converts the analog electrical signal from the light receiving unit 4 into a digital electrical signal. It also generates a reference trigger signal and a reference clock. From the digital electrical signal, the demodulation processing unit 5 detects the leading edge (the reference timing for sampling) of the return pulse optical signal from the optical fiber sensor 22 to be processed (hereinafter referred to as the target). The demodulation processing unit 5 then performs demodulation processing to obtain the amount of phase change from the data value in the sampled signal based on the leading edge. The demodulation processing unit 5 outputs a phase signal containing the amount of phase change as data to the phasing processing unit 6, which will be described later. As shown in FIG. 1, the demodulation processing unit 5 has a reference signal generation unit 51, a demodulation processing board 52, and an external interface unit 53.

基準信号生成部51は、送信トリガ信号、基準トリガ信号および基準クロックを生成する。送信トリガ信号は、前述したようにパルス光源部1に送られる。基準クロックは、たとえば、10MHz程度の周波数の信号である。基準トリガ信号は、送信トリガ信号と同期して送られる信号である。基準トリガ信号は、後述する復調回路部525がセンサ群2を通過した戻りパルス光信号に係る戻り信号パルス光の先頭位置を、変換したデジタル電気信号から検出するために用いられる信号である。 The reference signal generation unit 51 generates a transmission trigger signal, a reference trigger signal, and a reference clock. The transmission trigger signal is sent to the pulse light source unit 1 as described above. The reference clock is a signal with a frequency of, for example, about 10 MHz. The reference trigger signal is a signal sent in synchronization with the transmission trigger signal. The reference trigger signal is a signal used by the demodulation circuit unit 525 (described later) to detect the leading position of the return signal pulse light associated with the return pulse light signal that has passed through the sensor group 2 from the converted digital electrical signal.

復調処理基板52は、回路などの装置が搭載された基板であり、復調処理を行う。ここで、復調処理基板52は、DSP(Digital Signal Processor)のようなデジタル信号処理に特化したソフトウェア、FPGA(Field-Programmable Gate Array)のようなプログラム可能な論理回路を用いたハードウェアなどにより復調処理を実現することができる。 The demodulation processing board 52 is a board equipped with circuits and other devices, and performs demodulation processing. Here, the demodulation processing board 52 can achieve demodulation processing using specialized software for digital signal processing, such as a DSP (Digital Signal Processor), or hardware using programmable logic circuits, such as an FPGA (Field-Programmable Gate Array).

外部インターフェース部53は、外部装置とのデータなどの入出力のインターフェースとなる装置である。外部インターフェース部53は、入力インターフェース部531および出力インターフェース部532を有する。入力インターフェース部531は、外部から復調処理部5に信号が入力されるインターフェースとなる。入力インターフェース部531は、システム利用者が後述する設定値などのデータに係る信号を入力する入力装置701と接続するインターフェースである。また、出力インターフェース部532は、復調処理部5から外部に信号を出力する際のインターフェースとなる。出力インターフェース部532は、後述するトリガ信号、クロックおよびデジタル電気信号によって示される戻りパルス光信号の位置関係を確認するためのオシロスコープ702などの表示装置と接続するインターフェースである。また、出力インターフェース部532は、復調処理部5と信号の通信が可能な外部制御装置703と接続するインターフェースである。 The external interface unit 53 is a device that acts as an interface for inputting and outputting data with external devices. The external interface unit 53 has an input interface unit 531 and an output interface unit 532. The input interface unit 531 is an interface through which signals are input to the demodulation processing unit 5 from the outside. The input interface unit 531 is an interface that connects to an input device 701 through which a system user inputs signals related to data such as setting values, which will be described later. The output interface unit 532 is an interface that outputs signals from the demodulation processing unit 5 to the outside. The output interface unit 532 is an interface that connects to a display device such as an oscilloscope 702, which is used to check the positional relationship of the return pulse optical signal indicated by the trigger signal, clock, and digital electrical signal, which will be described later. The output interface unit 532 is an interface that connects to an external control device 703, which is capable of communicating signals with the demodulation processing unit 5.

整相処理部6は、復調処理部5からの位相信号に基づいて、所望の到来方位からの音を強調する整相処理を行って、音の到来方位などを検出する。 The phasing processor 6 performs phasing processing to emphasize the sound from the desired direction of arrival based on the phase signal from the demodulator 5, and detects the direction of arrival of the sound, etc.

図2は、実施の形態1に係る復調処理基板52のトリガ信号などの生成に係る回路を中心とする構成の一例を示す図である。復調処理基板52は、位相同期部521、トリガ信号生成部522、トリガ信号監視部523、設定値記憶部524および復調回路部525を有する。 Figure 2 shows an example of the configuration of the demodulation processing board 52 according to embodiment 1, focusing on circuits related to the generation of trigger signals and the like. The demodulation processing board 52 has a phase synchronization unit 521, a trigger signal generation unit 522, a trigger signal monitoring unit 523, a setting value storage unit 524, and a demodulation circuit unit 525.

位相同期部521は、PLL回路を有し、基準信号生成部51が生成した基準クロックを逓倍したクロックを信号として生成する処理を行う。位相同期部521が基準クロックを逓倍してクロックを生成することで、戻りパルス光信号における数十nsオーダのパルス幅の中心付近を正確に検出することができる。 The phase synchronization unit 521 has a PLL circuit and performs processing to generate a clock signal by multiplying the reference clock generated by the reference signal generation unit 51. By multiplying the reference clock to generate a clock, the phase synchronization unit 521 can accurately detect the center of the pulse width, which is on the order of tens of nanoseconds, in the return pulse optical signal.

設定値記憶部524は、入力装置701および入力インターフェース部531を介してシステム利用者が入力した設定値のデータを記憶する。設定値は、センサ群2を通過した戻りパルス光信号における先頭位置を規定するデータである。設定値は、オシロスコープ702に表示された波形などに基づき、パルス光源部1から復調処理部5までの伝送路を通過したパルス光信号内のパルスの伝搬遅延時間を考慮して設定される。 The set value memory unit 524 stores the set value data entered by the system user via the input device 701 and the input interface unit 531. The set value is data that defines the leading position of the return pulsed light signal that has passed through the sensor group 2. The set value is set based on the waveform displayed on the oscilloscope 702, etc., taking into account the propagation delay time of the pulses in the pulsed light signal that has passed through the transmission path from the pulsed light source unit 1 to the demodulation processing unit 5.

トリガ信号生成部522は、復調の目標とする光ファイバセンサ22の戻りパルス光信号における先頭位置を特定するトリガ信号を生成する処理を行う。トリガ信号生成部522は、基準トリガ同期カウンタ522Aおよびトリガ信号用比較回路522Bを有する。基準トリガ同期カウンタ522Aは、クロックを計数(カウントアップ)してトリガ用計数値として出力する。基準トリガ同期カウンタ522Aは、0~nまでの計数値を循環させる。nの値は、たとえば、パルス光源部1が送出するパルス光信号の周期(センサ群2からの時分割多重された戻りパルス光信号の時間。各光ファイバセンサ22のセンシングの周期にもなる)に対応するクロックの計数分とする。したがって、基準信号生成部51が生成した基準トリガ信号の周期と基準トリガ同期カウンタ522Aの0~nまでの計数とが同期する。このため、基本的には、基準トリガ同期カウンタ522Aが計数値nを計数した後、基準信号生成部51からの基準トリガ信号と位相同期部521からのクロックとが同期して入力され、次周期における計数が、初期値である計数値「0」から始まる。ただし、実施の形態1における基準トリガ同期カウンタ522Aは、基準トリガ信号が入力されると、計数値をクリアし、初期値である計数値「0」に戻して計数を再開する。したがって、実施の形態1における基準トリガ同期カウンタ522Aは、基準トリガ信号を、計数値をクリアして初期値に戻す信号として用いることになる。また、トリガ信号用比較回路522Bは、基準トリガ同期カウンタ522Aから出力された計数値が設定値記憶部524に記憶された設定値と同じ値になると、トリガ信号を出力する。ここでは、初期値となる計数値は計数値「0」とするが、任意の計数値であってもよい。 The trigger signal generation unit 522 generates a trigger signal that identifies the leading edge of the return pulse light signal from the optical fiber sensor 22 targeted for demodulation. The trigger signal generation unit 522 has a reference trigger synchronization counter 522A and a trigger signal comparison circuit 522B. The reference trigger synchronization counter 522A counts up the clock and outputs the count value for the trigger. The reference trigger synchronization counter 522A cycles through count values from 0 to n. The value of n is set, for example, to the clock count corresponding to the period of the pulse light signal sent by the pulse light source unit 1 (the time of the time-division multiplexed return pulse light signal from the sensor group 2, which is also the sensing period of each optical fiber sensor 22). Therefore, the period of the reference trigger signal generated by the reference signal generation unit 51 is synchronized with the count value from 0 to n of the reference trigger synchronization counter 522A. Therefore, after the reference trigger synchronous counter 522A counts up to the count value n, the reference trigger signal from the reference signal generating unit 51 and the clock from the phase synchronization unit 521 are input in synchronization, and the counting in the next cycle begins with the initial count value of "0." However, when the reference trigger synchronous counter 522A in embodiment 1 receives the reference trigger signal, it clears the count value, returns it to the initial count value of "0," and resumes counting. Therefore, the reference trigger synchronous counter 522A in embodiment 1 uses the reference trigger signal as a signal to clear the count value and return it to the initial value. Furthermore, the trigger signal comparison circuit 522B outputs a trigger signal when the count value output from the reference trigger synchronous counter 522A becomes the same as the set value stored in the set value storage unit 524. Here, the initial count value is set to "0," but it may be any count value.

トリガ信号監視部523は、トリガ信号を監視し、トリガ信号にずれが生じたかどうかを判定する処理を行う。トリガ信号監視部523は、トリガ信号監視用自走カウンタ523A、監視比較回路523Bおよびトリガ信号ずれ検知回路523Cを有する。トリガ信号監視用自走カウンタ523Aは、基準トリガ同期カウンタ522Aと同様に、クロックを0~nまで計数する。そして、トリガ信号監視用自走カウンタ523Aは、計数値を監視用計数値として出力する。ただし、実施の形態1のトリガ信号監視用自走カウンタ523Aは、初期状態以外においては、基準トリガ信号が入力されても、計数値を0にクリアせずに計数値nまで計数を行う点が基準トリガ同期カウンタ522Aと異なる。また、監視比較回路523Bは、トリガ信号監視用自走カウンタ523Aからの監視計数値が設定値記憶部524に記憶された設定値と同じ値になると、監視信号を出力する。そして、トリガ信号ずれ検知回路523Cは、XOR回路を有し、トリガ信号と監視信号との間にずれが生じているときにはずれ検知信号を出力する。ここで、実施の形態1では、復調処理基板52がトリガ信号監視部523を有するものとして説明するが、トリガ信号監視部523は必須ではない。 The trigger signal monitoring unit 523 monitors the trigger signal and determines whether a deviation has occurred in the trigger signal. The trigger signal monitoring unit 523 includes a trigger signal monitoring self-running counter 523A, a monitoring comparison circuit 523B, and a trigger signal deviation detection circuit 523C. Like the reference trigger synchronous counter 522A, the trigger signal monitoring self-running counter 523A counts clocks from 0 to n. The trigger signal monitoring self-running counter 523A then outputs the count value as a monitoring count value. However, the trigger signal monitoring self-running counter 523A of embodiment 1 differs from the reference trigger synchronous counter 522A in that, except in the initial state, even if a reference trigger signal is input, the count value does not get cleared to 0, but continues to count up to count value n. Furthermore, the monitoring comparison circuit 523B outputs a monitoring signal when the monitoring count value from the trigger signal monitoring self-running counter 523A becomes the same as the set value stored in the set value memory unit 524. The trigger signal deviation detection circuit 523C has an XOR circuit and outputs a deviation detection signal when there is a deviation between the trigger signal and the monitoring signal. In the first embodiment, the demodulation processing board 52 is described as having a trigger signal monitoring unit 523, but the trigger signal monitoring unit 523 is not essential.

復調回路部525は、トリガ信号に基づいて、デジタル電気信号に含まれる戻りパルス光信号における先頭位置を検出し、目標とする光ファイバセンサ22からの戻りパルス光信号に対応するデジタル電気信号を得る。また、復調回路部525は、目標とする光ファイバセンサ22からの戻りパルス光信号に対応するデジタル電気信号に基づく復調処理を行う。そして、復調回路部525は、復調処理して得られた目標とする光ファイバセンサ22におけるセンシングによる検出光の位相変化量をデータとして含む位相信号を出力する。 The demodulation circuit unit 525 detects the leading position of the return pulse optical signal contained in the digital electrical signal based on the trigger signal, and obtains a digital electrical signal corresponding to the return pulse optical signal from the target optical fiber sensor 22. The demodulation circuit unit 525 also performs demodulation processing based on the digital electrical signal corresponding to the return pulse optical signal from the target optical fiber sensor 22. The demodulation circuit unit 525 then outputs a phase signal containing, as data, the amount of phase change in the detected light due to sensing in the target optical fiber sensor 22 obtained through the demodulation processing.

図3は、実施の形態1に係る光ファイバセンサシステム100の初回動作における復調処理部5の処理の流れを示す図である。ここで、初回動作とは、システム設置時だけでなく、光ファイバセンサ22の追加など、システムの機器などに変更があって再設定を行うような場合も含むものとする。また、ここでは、入力装置701およびオシロスコープ702が復調処理部5の外部インターフェース部53に接続されているものとする。 Figure 3 shows the processing flow of the demodulation processing unit 5 during initial operation of the optical fiber sensor system 100 according to embodiment 1. Here, initial operation refers not only to the time of system installation, but also to cases where reconfiguration is required following changes to the system equipment, such as the addition of an optical fiber sensor 22. It is also assumed here that the input device 701 and oscilloscope 702 are connected to the external interface unit 53 of the demodulation processing unit 5.

たとえば、システム利用者が光ファイバセンサシステム100を起動させると、復調処理部5の基準信号生成部51は、送信トリガ信号、基準トリガ信号および基準クロックを生成する(ステップS1)。基準信号生成部51が生成した信号に基づき、光ファイバセンサシステム100は動作を開始する。 For example, when a system user activates the optical fiber sensor system 100, the reference signal generator 51 of the demodulation processor 5 generates a transmission trigger signal, a reference trigger signal, and a reference clock (step S1). Based on the signals generated by the reference signal generator 51, the optical fiber sensor system 100 begins operation.

光ファイバセンサシステム100の初回動作時には、復調処理部5は、出力インターフェース部532を介して、表示に係る信号をオシロスコープ702に送り、クロック、トリガ信号および戻りパルス光信号を表示させる(ステップS2)。システム利用者は、オシロスコープ702に表示された各信号の関係に基づいて、トリガ信号生成部522がトリガ信号を出力するタイミングを設定し、入力装置701に設定値を入力する。設定値を含む信号は、入力インターフェース部531を介して、復調処理部5に入力される。復調処理部5の設定値記憶部524は、入力された設定値をデータとして記憶する(ステップS3)。そして、光ファイバセンサシステム100は、初回動作を終了する。 When the optical fiber sensor system 100 is initially operating, the demodulation processing unit 5 sends a display signal to the oscilloscope 702 via the output interface unit 532, causing the oscilloscope 702 to display the clock, trigger signal, and return pulse light signal (step S2). The system user sets the timing at which the trigger signal generation unit 522 outputs a trigger signal based on the relationship between the signals displayed on the oscilloscope 702, and inputs the setting value into the input device 701. The signal containing the setting value is input to the demodulation processing unit 5 via the input interface unit 531. The setting value storage unit 524 of the demodulation processing unit 5 stores the input setting value as data (step S3). The optical fiber sensor system 100 then terminates its initial operation.

図4は、実施の形態1に係る初回動作時における各信号の関係を示す図である。ここでは、システム利用者による設定値の決定について説明する。前述したように、光ファイバセンサシステム100の動作においては、復調処理部5の基準信号生成部51から送られた送信トリガ信号に基づいて、パルス光源部1はパルス光信号を送出する。ここで、初回の起動時においては、パルス光源部1は、パルス光信号を送出しない時間を設け、送信パルス間隔を広げる。これにより、戻りパルス光信号がない「歯抜け状態」となる時間ができる。デジタル電気信号におけるセンサ群2からの戻りパルス光信号の先頭位置を明確に判別することができる。そして、パルス光源部1から送出されたパルス光信号がセンサ群2の各光ファイバセンサ22を通過し、戻りパルス光信号として遅延補償器3に入力する。そして、遅延補償器3および受光部4が戻りパルス光信号を処理して得られたアナログ電気信号が復調処理部5に送られる。ここで、図4に示すデジタル電気信号に係る戻りパルス光信号について説明する。たとえば、光ファイバセンサ22-1における戻りパルス光信号のうち、参照ファイバによる参照光(非干渉光)をp11、センシングファイバによる検出光(非干渉光)をp12、遅延補償器3によって得られた干渉光をI1とする。他の光ファイバセンサ22-2~光ファイバセンサ22-6からの戻りパルス光信号についても、同様の方法で示している。 Figure 4 shows the relationship between signals during initial operation in embodiment 1. Here, we explain how the system user determines the setting values. As described above, during operation of the optical fiber sensor system 100, the pulse light source unit 1 emits a pulsed optical signal based on a transmission trigger signal sent from the reference signal generator 51 of the demodulation processor 5. Here, during initial startup, the pulse light source unit 1 provides a period during which it does not emit a pulsed optical signal, widening the interval between transmitted pulses. This creates a period of time during which there is no return pulsed optical signal. This allows the leading edge of the return pulsed optical signal from the sensor group 2 to be clearly identified in the digital electrical signal. The pulsed optical signal sent from the pulse light source unit 1 then passes through each optical fiber sensor 22 of the sensor group 2 and is input to the delay compensator 3 as a return pulsed optical signal. The delay compensator 3 and the light receiver 4 then process the return pulsed optical signal, resulting in an analog electrical signal that is sent to the demodulation processor 5. Here, we explain the return pulsed optical signal associated with the digital electrical signal shown in Figure 4. For example, of the return pulse light signals from optical fiber sensor 22-1, the reference light (non-interfering light) from the reference fiber is designated p11, the detection light (non-interfering light) from the sensing fiber is designated p12, and the interference light obtained by delay compensator 3 is designated I1. The return pulse light signals from the other optical fiber sensors 22-2 to 22-6 are also indicated in a similar manner.

復調処理部5においては、前述したように、基準信号生成部51が、送信トリガ信号とともに、基準トリガ信号および基準クロックを生成する。復調処理基板52は、基準トリガ信号および基準クロックに基づいて、トリガ信号およびクロックを生成する。ここで、クロックは、戻りパルス光信号におけるパルスのパルス幅の中心付近となるタイミングにパルスが立上がるように生成される。また、トリガ信号は、クロックの立下りエッジと立上りエッジが同期するように生成される。 In the demodulation processing unit 5, as described above, the reference signal generation unit 51 generates a reference trigger signal and a reference clock along with the transmission trigger signal. The demodulation processing board 52 generates a trigger signal and a clock based on the reference trigger signal and the reference clock. Here, the clock is generated so that the pulse rises at a timing near the center of the pulse width of the pulse in the return pulse optical signal. Furthermore, the trigger signal is generated so that the falling edge and rising edge of the clock are synchronized.

システム利用者は、基準トリガ信号が入力され、基準トリガ同期カウンタ522Aが計数値を0にして計数を再開した後に、目標とする光ファイバセンサ22の戻りパルス光信号における先頭位置が確認されるまでのクロックのパルス数を判断する。ここで、光ファイバセンサ22-1の戻りパルス光信号に対応するデジタル電気信号が復調処理の目標であるとする。このとき、図4に示すように、基準トリガ同期カウンタ522Aが計数値「6」のときに、光ファイバセンサ22-1における戻りパルス光信号の先頭となる参照光p11のデジタル電気信号が入力される。そこで、システム利用者は、入力装置701に設定値「6」を入力し、復調処理部5の設定値記憶部524は、設定値「6」をデータとして記憶する。これにより、設定値「6」が設定される。 The system user determines the number of clock pulses required to confirm the leading position of the return pulse optical signal from the target optical fiber sensor 22 after the reference trigger signal is input and the reference trigger synchronization counter 522A resets its count to 0 and restarts counting. Here, assume that the digital electrical signal corresponding to the return pulse optical signal from optical fiber sensor 22-1 is the target of the demodulation process. As shown in FIG. 4, when the reference trigger synchronization counter 522A has a count of "6," the digital electrical signal of reference light p11, which is the leading return pulse optical signal from optical fiber sensor 22-1, is input. Therefore, the system user inputs a setting value of "6" into the input device 701, and the setting value storage unit 524 of the demodulation processing unit 5 stores the setting value "6" as data. This sets the setting value to "6."

図5は、実施の形態1に係る光ファイバセンサシステム100のセンシング動作における復調処理部5の処理の流れを示す図である。たとえば、システム利用者が光ファイバセンサシステム100を起動させると、復調処理部5の基準信号生成部51は、復調処理基板52の送信トリガ信号、基準トリガ信号および基準クロックを生成する(ステップS11)。基準信号生成部51が生成した信号に基づき、光ファイバセンサシステム100は動作を開始する。 Figure 5 shows the processing flow of the demodulation processing unit 5 during sensing operation of the optical fiber sensor system 100 according to embodiment 1. For example, when a system user starts up the optical fiber sensor system 100, the reference signal generation unit 51 of the demodulation processing unit 5 generates a transmission trigger signal, a reference trigger signal, and a reference clock for the demodulation processing board 52 (step S11). Based on the signals generated by the reference signal generation unit 51, the optical fiber sensor system 100 starts operating.

トリガ信号生成部522は、位相同期部521が基準クロックを逓倍したクロックを計数した計数値に基づいて、トリガ信号を出力する(ステップS12)。前述したように、トリガ信号生成部522の基準トリガ同期カウンタ522Aは、クロックを計数する。基準トリガ同期カウンタ522Aは、基準トリガ信号をクリア信号として用い、基準トリガ信号が入力されると計数値「0」にクリアして計数を再開する。そして、トリガ信号用比較回路522Bは、基準トリガ同期カウンタ522Aが計数した計数値が設定値記憶部524が記憶する設定値と同じ値になると、トリガ信号を出力する。 The trigger signal generation unit 522 outputs a trigger signal based on the count value obtained by counting the clock obtained by multiplying the reference clock by the phase synchronization unit 521 (step S12). As described above, the reference trigger synchronization counter 522A of the trigger signal generation unit 522 counts the clock. The reference trigger synchronization counter 522A uses the reference trigger signal as a clear signal, and when the reference trigger signal is input, it clears the count value to "0" and resumes counting. Then, the trigger signal comparison circuit 522B outputs a trigger signal when the count value counted by the reference trigger synchronization counter 522A becomes the same as the set value stored in the set value memory unit 524.

また、トリガ信号監視部523は、信号に同期ずれが発生したかどうかを判定する(ステップS13)。トリガ信号監視部523は、同期ずれが発生したと判定すると、ずれ検知信号を出力する(ステップS14)。トリガ信号監視部523のトリガ信号監視用自走カウンタ523Aは、計数値「0」~計数値「n」まで循環させつつ、クロックを計数する。監視比較回路523Bは、トリガ信号監視用自走カウンタ523Aが計数した計数値が設定値記憶部524が記憶する設定値と同じ値になると、監視信号を出力する。そして、トリガ信号ずれ検知回路523Cは、トリガ信号と監視信号との間にずれが生じている場合にずれ検知信号を出力する。 The trigger signal monitoring unit 523 also determines whether a synchronization error has occurred in the signal (step S13). If the trigger signal monitoring unit 523 determines that a synchronization error has occurred, it outputs a deviation detection signal (step S14). The trigger signal monitoring free-running counter 523A of the trigger signal monitoring unit 523 counts clocks while cycling through count values "0" to "n". The monitoring comparison circuit 523B outputs a monitoring signal when the count value counted by the trigger signal monitoring free-running counter 523A becomes the same as the set value stored in the set value memory unit 524. The trigger signal deviation detection circuit 523C then outputs a deviation detection signal if a deviation has occurred between the trigger signal and the monitoring signal.

そして、復調回路部525は、トリガ信号に基づいて、目標とする光ファイバセンサ22に対応するデジタル電気信号に係る値をサンプリングし、復調処理を行って得られた位相変化量をデータとして含む位相信号を出力する(ステップS15)。光ファイバセンサシステム100のセンシング動作が終了すると判定するまで(ステップS16)、処理を行う。 The demodulation circuit unit 525 then samples the value of the digital electrical signal corresponding to the target optical fiber sensor 22 based on the trigger signal, and outputs a phase signal containing the phase change amount obtained by performing the demodulation process (step S15). This processing continues until it is determined that the sensing operation of the optical fiber sensor system 100 has ended (step S16).

図6は、実施の形態1に係る光ファイバセンサシステム100のセンシング動作において同期ずれが発生したときの各種信号の関係を示す図である。ここでは、前述したように、光ファイバセンサ22-1の戻りパルス光信号に対応するデジタル電気信号が復調処理の目標であるとし、設定値記憶部524には、設定値「6」のデータが記憶されているものとする。 Figure 6 shows the relationship between various signals when a synchronization error occurs during the sensing operation of the optical fiber sensor system 100 according to the first embodiment. Here, as mentioned above, the target of the demodulation process is a digital electrical signal corresponding to the return pulse optical signal of the optical fiber sensor 22-1, and the set value memory unit 524 stores data for a set value of "6."

センシング動作において同期ずれが発生してなければ、基準トリガ信号が入力され、基準トリガ同期カウンタ522Aが計数値「6」を計数したときに、トリガ信号生成部522からトリガ信号が出力される。 If no synchronization error occurs during sensing operation, a reference trigger signal is input, and when the reference trigger synchronization counter 522A reaches the count value "6", a trigger signal is output from the trigger signal generation unit 522.

ここで、図6に示すように、クロックに外部からのノイズが重畳して、本来、計数値「10」および計数値「11」として計数される2つのパルスが抜けることで、それらのパルスは計数されなくなる。このため、前述した図4のように、干渉光I1の入力に対応する計数値は、本来は計数値「12」になるはずであるが、図6では、計数値「10」となっており、ずれが生じることになる。 Here, as shown in Figure 6, external noise is superimposed on the clock, causing two pulses that would normally be counted as count values "10" and "11" to be missing, resulting in those pulses not being counted. Therefore, as shown in Figure 4 above, the count value corresponding to the input of interference light I1 should actually be count value "12," but in Figure 6 it is count value "10," resulting in a discrepancy.

しかしながら、図6に示すように、実施の形態1の光ファイバセンサシステム100では、基準トリガ同期カウンタ522Aは、計数値「n-2」であっても、基準トリガ信号が入力されると、計数値「0」にクリアして計数を再開する。このため、次の周期における参照光p11に対応する計数値は計数値「6」となる。したがって、ある周期におけるクロック(計数値)とトリガ信号とのずれによる影響は、次の周期には及ばない。また、図6では示していないが、基準トリガ同期カウンタ522Aが計数値「0」から計数値「6」までを計数する間に、クロックのパルス抜けがあった場合には、その周期におけるトリガ信号には出力のずれが発生するが、次の周期には及ばない。このため、最大1周期でトリガ信号の出力タイミングが修正されることになる。 However, as shown in FIG. 6, in the optical fiber sensor system 100 of embodiment 1, when the reference trigger synchronization counter 522A receives a reference trigger signal, it clears the count to "0" and restarts counting, even if the count is "n-2." Therefore, the count corresponding to the reference light p11 in the next cycle will be "6." Therefore, the impact of a discrepancy between the clock (count) and the trigger signal in a certain cycle does not extend to the next cycle. Also, although not shown in FIG. 6, if a clock pulse is missing while the reference trigger synchronization counter 522A counts from "0" to "6," an output discrepancy will occur in the trigger signal in that cycle, but this will not extend to the next cycle. Therefore, the output timing of the trigger signal is corrected for a maximum of one cycle.

一方、トリガ信号監視部523のトリガ信号監視用自走カウンタ523Aは、自走しており、計数値「n-2」で計数値をクリアすることなく、計数値「n」まで計数した後に、計数値「0」に戻って計数を始める。このため、次の周期において、トリガ信号監視用自走カウンタ523Aが計数値「6」を計数したときに出力される監視信号は、トリガ信号より遅く出力される。このため、トリガ信号と監視信号との間にはずれが生じるため、ずれ検知信号が出力される。ずれ検知信号は、出力インターフェース部532を介して、外部制御装置703に送られる。たとえば、外部制御装置703は、ずれが発生した旨の警報を発生する。 Meanwhile, the trigger signal monitoring free-running counter 523A of the trigger signal monitoring unit 523 is free-running, and does not clear its count at the count value "n-2." After counting up to the count value "n," it returns to the count value "0" and starts counting again. Therefore, in the next cycle, when the trigger signal monitoring free-running counter 523A counts up to the count value "6," the monitoring signal is output later than the trigger signal. This causes a discrepancy between the trigger signal and the monitoring signal, and a discrepancy detection signal is output. The discrepancy detection signal is sent to the external control device 703 via the output interface unit 532. For example, the external control device 703 issues an alarm indicating that a discrepancy has occurred.

以上のように、実施の形態1における光ファイバセンサシステム100によれば、復調処理部5の復調処理基板52がトリガ信号生成部522を有する。そして、トリガ信号生成部522は、基準トリガ信号が送られてから初回のシステム動作時に設定された設定値に基づくタイミングで、トリガ信号を出力するようにした。このため、外部からのノイズ混入により信号の同期ずれが発生しても、トリガ信号と戻りパルス光信号とは、最大でも1周期のずれだけですむ。そして、次の周期には、トリガ信号生成部522に基準トリガ信号が入力されてからトリガ信号生成部522がトリガ信号を出力するタイミングを同じにし、トリガ信号と戻りパルス光信号とを同期させることができる。そして、復調処理部5の復調回路部525は、目標とする光ファイバセンサ22に係る位相変化量を復調することができる。したがって、実施の形態1における光ファイバセンサシステム100は、トリガ信号のずれを最大1周期に抑え、次周期には再同期することができるので、復調処理部5における同期ずれの影響が整相処理部6まで及ばす、精度の高いセンシングを行うことができる。 As described above, according to the optical fiber sensor system 100 of the first embodiment, the demodulation processing board 52 of the demodulation processing unit 5 includes a trigger signal generation unit 522. The trigger signal generation unit 522 outputs a trigger signal at a timing based on a setting value set during the initial system operation after the reference trigger signal is sent. Therefore, even if signal synchronization error occurs due to external noise interference, the trigger signal and the return pulse optical signal are shifted by at most one period. Then, in the next period, the timing at which the trigger signal generation unit 522 outputs the trigger signal after the reference trigger signal is input to the trigger signal generation unit 522 is synchronized, thereby synchronizing the trigger signal and the return pulse optical signal. The demodulation circuit unit 525 of the demodulation processing unit 5 can demodulate the phase change amount associated with the target optical fiber sensor 22. Therefore, the optical fiber sensor system 100 of the first embodiment can limit the shift in the trigger signal to a maximum of one period and resynchronize in the next period, preventing the effects of synchronization error in the demodulation processing unit 5 from affecting the phasing processing unit 6, enabling highly accurate sensing.

また、実施の形態1の光ファイバセンサシステム100では、復調処理部5の復調処理基板52がトリガ信号監視部523を有する。そして、トリガ信号監視部523が信号間の同期ずれが発生したと判定すると、ずれ検知信号を出力するようにしたので、システムの状態監視を行うことができる。このため、監視に基づき外部雑音低減などの対策を行うことができ、光ファイバセンサシステム100の精度向上をはかることができる。 Furthermore, in the optical fiber sensor system 100 of embodiment 1, the demodulation processing board 52 of the demodulation processing unit 5 has a trigger signal monitoring unit 523. When the trigger signal monitoring unit 523 determines that a synchronization error has occurred between signals, it outputs a deviation detection signal, allowing the system status to be monitored. This allows measures such as external noise reduction to be taken based on the monitoring, thereby improving the accuracy of the optical fiber sensor system 100.

実施の形態2.
上述した実施の形態1における光ファイバセンサシステム100は、トリガ信号監視部523が出力したずれ検知信号を、外部制御装置703に出力するものとしたが、これに限定するものではない。たとえば、音、表示などにより同期ずれの旨を報知する報知装置を、外部インターフェース部53に接続してもよい。
Embodiment 2.
In the optical fiber sensor system 100 according to the first embodiment, the deviation detection signal output by the trigger signal monitoring unit 523 is output to the external control device 703, but this is not limitative. For example, a notification device that notifies of a synchronization deviation by sound, display, or the like may be connected to the external interface unit 53.

また、上述した実施の形態1では、PMDI干渉方式を用いた光ファイバセンサシステム100について説明したが、これに限定するものではない。たとえば、同期式且つTDM出力される構造の干渉型光ファイバセンサシステム全般に適用することができる。 Furthermore, in the above-mentioned first embodiment, the optical fiber sensor system 100 using the PMDI interferometry method has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied to any interferometric optical fiber sensor system that is synchronous and has a TDM output structure.

1 パルス光源部
2 センサ群
3 遅延補償器
4 受光部
5 復調処理部
6 整相処理部
21,21-1~21-6 往路側光カプラ
22,22-1~22-6 光ファイバセンサ
23,23-1~23-6 復路側光カプラ
51 基準信号生成部
52 復調処理基板
53 外部インターフェース部
100 光ファイバセンサシステム
101 往路側伝送ファイバ
102 復路側伝送ファイバ
521 位相同期部
522 トリガ信号生成部
522A 基準トリガ同期カウンタ
522B トリガ信号用比較回路
523 トリガ信号監視部
523A トリガ信号監視用自走カウンタ
523B 監視比較回路
523C トリガ信号ずれ検知回路
524 設定値記憶部
525 復調回路部
531 入力インターフェース部
532 出力インターフェース部
701 入力装置
702 オシロスコープ
703 外部制御装置
REFERENCE SIGNS LIST 1 pulse light source unit 2 sensor group 3 delay compensator 4 light receiving unit 5 demodulation processing unit 6 phasing processing unit 21, 21-1 to 21-6 outgoing path side optical coupler 22, 22-1 to 22-6 optical fiber sensor 23, 23-1 to 23-6 return path side optical coupler 51 reference signal generating unit 52 demodulation processing board 53 external interface unit 100 optical fiber sensor system 101 outgoing path side transmission fiber 102 return path side transmission fiber 521 phase synchronization unit 522 trigger signal generating unit 522A reference trigger synchronization counter 522B trigger signal comparison circuit 523 trigger signal monitoring unit 523A trigger signal monitoring free-running counter 523B monitoring comparison circuit 523C trigger signal deviation detection circuit 524 set value storage unit 525 demodulation circuit unit 531 input interface unit 532 Output interface unit 701 Input device 702 Oscilloscope 703 External control device

Claims (5)

検出した物理量に基づいて、通過する光の位相を変化させて戻り信号として周期的に送信する光ファイバセンサを複数有し、それぞれの前記光ファイバセンサからの前記戻り信号を、設定されたパルス順序で通過させる光ファイバセンサアレイと、
前記戻り信号に基づいて復調処理を行い、前記光の位相変化量のデータを得る復調処理部とを備え、
前記復調処理部は、
前記戻り信号の先頭を規定する基準となる基準トリガ信号が入力されると、計数値をクリアして、前記戻り信号に同期したクロックのパルスを計数し、処理対象の前記光ファイバセンサの前記戻り信号の先頭となる信号が前記復調処理部に送られるタイミングに設定された設定値分の前記パルスを計数すると、トリガ信号を出力するトリガ信号生成部と、
前記トリガ信号が送られると前記復調処理を行う復調回路部と
を備える光ファイバセンサシステム。
an optical fiber sensor array having a plurality of optical fiber sensors that change the phase of passing light based on a detected physical quantity and periodically transmit the changed light as a return signal, and that passes the return signals from the optical fiber sensors in a set pulse order;
a demodulation processing unit that performs demodulation processing based on the return signal to obtain data on the amount of phase change of the light,
The demodulation processing unit
a trigger signal generating unit that, when a reference trigger signal that is a reference for defining the beginning of the return signal is input, clears a count value, counts clock pulses synchronized with the return signal, and outputs a trigger signal when a set value of the counted pulses that is set at the timing when the beginning signal of the return signal from the optical fiber sensor to be processed is sent to the demodulation processing unit;
a demodulation circuit section that performs the demodulation process when the trigger signal is sent.
前記トリガ信号生成部は、
前記基準トリガ信号が入力されると、前記計数値をクリアして初期値に戻し、前記クロックのパルスを計数する基準トリガ同期カウンタと、
前記基準トリガ同期カウンタの前記計数値と前記設定値とを比較し、前記計数値と前記設定値とが同じ値になると前記トリガ信号を出力するトリガ信号用比較回路と
を有する請求項1に記載の光ファイバセンサシステム。
The trigger signal generation unit
a reference trigger synchronous counter that, when the reference trigger signal is input, clears the count value to return it to an initial value and counts pulses of the clock;
2. The optical fiber sensor system according to claim 1, further comprising a trigger signal comparison circuit that compares the count value of the reference trigger synchronization counter with the set value and outputs the trigger signal when the count value and the set value become the same.
前記復調処理部は、
信号間にずれが発生していると判定すると、ずれ検知信号を出力するトリガ信号監視部をさらに備える請求項1または請求項2に記載の光ファイバセンサシステム。
The demodulation processing unit
3. The optical fiber sensor system according to claim 1, further comprising a trigger signal monitoring unit that outputs a deviation detection signal when it is determined that a deviation occurs between the signals.
前記復調処理部は、
初回動作における前記クロック、前記基準トリガ信号および前記戻り信号の前記タイミングに基づいて設定された前記設定値を記憶する設定値記憶部をさらに備える請求項1~請求項3のいずれか一項に記載の光ファイバセンサシステム。
The demodulation processing unit
The optical fiber sensor system according to any one of claims 1 to 3, further comprising a setting value storage unit that stores the setting value that is set based on the timing of the clock, the reference trigger signal, and the return signal in an initial operation.
検出した物理量に基づいて、通過する光の位相を変化させて戻り信号として周期的に送信する複数の光ファイバセンサからの前記戻り信号を、設定されたパルス順序で通過させる工程と、
前記戻り信号の先頭を規定する基準となる基準トリガ信号が入力されると、計数値をクリアして、前記戻り信号に同期したクロックのパルスを計数する工程と、
処理対象の前記光ファイバセンサの前記戻り信号による先頭となる信号が復調処理を行うタイミングに設定された設定値分の前記パルスを計数すると、トリガ信号を出力する工程と、
前記トリガ信号が送られると前記復調処理を行って光の位相変化量のデータを得る工程と
を有する光ファイバセンサ復調方法。
a step of passing return signals from a plurality of optical fiber sensors, the return signals being periodically transmitted by changing the phase of the light passing through the optical fiber sensors based on the detected physical quantity, in a set pulse order;
a step of clearing a count value and counting clock pulses synchronized with the return signal when a reference trigger signal that defines the beginning of the return signal is input;
a step of outputting a trigger signal when a set value of pulses set at a timing for performing demodulation processing on a leading signal of the return signals of the optical fiber sensor to be processed is counted;
and performing the demodulation process when the trigger signal is sent to obtain data on the amount of phase change of the light.
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