JPH0346052B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は光フアイバをセンサ素子として用い
た光学式物理量検出装置に係り、特に光フアイバ
が物理的変化を受けたときに光フアイバの屈折率
を異にする２つの伝搬経路間でクロストーク（光
の漏洩）が生じることを利用して物理量を検出す
るようになした光学式物理量検出装置に関する。

［従来の技術］ 従来の光フアイバを用いた物理量検出装置に
は、光源から出射された光を光フアイバを通して
光学結晶等の変換素子に入射し、その透過光や反
射光の変化から物理量をを検出する方式がある。

また、光フアイバ自体をセンサ素子として用い
た物理量検出装置には、光フアイバの物理環境
（温度・圧力等）によつて生ずる屈折率変化、伸
縮等に基づく光路長変化を位相差（干渉計）や透
過光強度の変化等で検出する方式もある。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、上記の光学結晶等の変換素子を用い
た方式では、センサ部の構造が複雑になると共に
光フアイバと変換素子との間の結合状態が長期間
で変化したり、検出装置が複雑になる等の問題が
ある。更に物理情報をセンサ部の点情報としてし
か得ることができないため、広範囲な領域の物理
量の平均や物理量分布を調べる場合には、多くの
センサを設置しなければならない。

また、上記の光フアイバ自体をセンサ素子とし
て用いる方式では、物理量を光フアイバに沿つた
線情報として検出することが可能であるが、物理
変化が起つた位置を判定することが難しく、また
測定物理量以外の外乱を受け易く安定した測定が
できないという問題があつた。

［発明の目的］ この発明は以上の従来技術の問題点を解消すべ
く創案されたものであり、この発明の目的は、物
理変化が生じた位置とその量を同時にしかも容易
に検出できると共に、安定した物理量検出を安価
に実施し得る物理量検出装置を提供することにあ
る。

［発明の概要］ 上記の目的を達成するために、この発明は、屈
曲率を異にする２つの伝搬経路を有する光フアイ
バと、光フアイバの一方を伝搬経路にパルス光を
入射する光源と、上記一方の伝搬経路を伝搬する
パルス光とこのパルス光が光フアイバに与えられ
る物理的変化に起因してクロストークして他方の
伝搬経路を伝搬するパルス光とをそれぞれ受光す
る受光器と、受光器の出力に基づき両パルス光の
光強度比および遅延時間を検出する演算器とを備
えてなるものであり、両パルス光の光強度比から
物理的変化の有無および物理量の変化量を求める
と共に、両パルス光の遅延時間から物理的変化が
生じた位置を求めるようにしたものである。

［実施例］ 以下に、この発明の実施例を添付図面に従つて
詳述する。

第１図において、１は屈折率が異なる互いに直
交した２つの光学軸を有する偏波面保存フアイバ
であり、偏波面保存フアイバ１は物理量（温度
等）を検出する領域内に配設される。偏波面保存
フアイバ１の入射端、出射端には偏光子、検光子
として偏光プリズム２，３が設けられている。偏
光プリズム２，３の透過偏光方向と反射偏光方向
とは偏波面保存フアイバ１の２つの光学軸に一致
させて設けられている。偏波面保存フアイバ１の
入射端に対する偏光プリズム２の透過側には光源
４が設けられている。光源４は、パルス発生回路
５からのパルス信号により、短いパルス幅のパル
ス光を出射するようになつている。また、偏波面
保存フアイバ１の出射端に対する偏光プリズム３
の透過側、反射側には受光器６，７がそれぞれ設
けられている。受光器６，７が検出した光強度信
号は演算器８に入力されるようになつている。さ
らに演算器８にはその演算結果を表示する表示器
９が接続されている。

光源４から出射されたパルス光は偏光プリズム
２を透過し偏波面保存フアイバ１の一方の光学軸
に一致した直線偏波とされて偏波面保存フアイバ
１に入射される。このとき、偏波面保存フアイバ
１の物理的状態に変化がないと、偏波面保存フア
イバ１の一方の光学軸に一致して入射された直線
偏波のパルス光は、他方の光学軸へと漏洩するこ
とがなく、一方の光学軸に合致したパルス光しか
伝搬されない。従つて、偏波面保存フアイバ１か
ら出射される光は一方の光学軸に合致した直線偏
波のパルス光であり、このパルス光は全て偏光プ
リズム３を透過し受光器６により検出され演算器
８に入力される。演算器８では受光器７からの入
力がないことから、偏波面保存フアイバ１に沿つ
た測定領域の物理量の変化がないと判断し、その
結果は表示器９に表示される。

偏波面保存フアイバ１のある地点ないし部位１
０で物理的変化が生じたとすると、偏波面保存フ
アイバ１の一方の光学軸に一致して入射された直
線偏波のパルス光は、物理的変化が生じた部位１
０において他方の光学軸へと漏洩しクロストーク
が発生する。そして、部位１０以降では偏波面保
存フアイバ１の一方の光学軸に一致して入射され
た原パルス光と、原パルス光より他方の光学軸へ
と漏洩したクロストークパルス光とが２つの伝搬
経路をそれぞれ伝搬し、両パルス光は偏波面保存
フアイバ１の出射端から出射される。この出射光
のうちの原パルス光は偏光プリズム３を透過して
受光器６により受光され、またクロストークパル
ス光は偏光プリズム３で反射されて受光器７によ
り受光される。受光器６，７が検知したこれらパ
ルス光の強度信号は演算器８に入力される。偏波
面保存フアイバ１の両伝搬経路は屈折率を異にす
るので、演算器８に入力される原パルス光ａとク
ロストークパルス光ｂとには、第２図に示すよう
に遅延時間ｔが生じる。この例では、一方の光学
軸に一致する直線偏波の原パルス光ａを伝送する
伝搬経路の屈曲率がクロストークパルス光ｂを伝
送するもう一方の伝搬経路の屈曲率よりも小さ
い。

部位１０の物理的変化量が大きいほどクロスト
ークパルス光ｂの光量、即ち、光強度が増すの
で、演算器８では原パルス光ａとクロストークパ
ルス光ｂの光強度比をとり、この光強度比から部
位１０の物理量を算出する。また、演算器８で
は、原パルス光ａとクロストークパルス光ｂとの
遅延時間ｔが物理的変化があつた部位１０から偏
波面保存フアイバ１の出射端までのフアイバ長に
比例することから、両パルス光の遅延時間ｔより
物理的変化が生じた部位１０の位置を算出する。

次に、物理的変化量とクロストーク量との関係
を物理的変化として温度変化を例にして述べる。

偏波面保存フアイバは、２つの光学軸に対応す
る伝搬経路の屈曲率を若干変えることにより、両
伝搬経路間のクロストーク量を少なくしているも
のであり、両伝搬経路の屈折率が近づく程、クロ
ストーク量は大きくなる。そこで、２つの伝搬経
路の屈折率の温度係数を異なる値に設定すれば、
温度によつてクロストークが変化することとな
り、クロストーク量を検出することにより逆に温
度が検出できる。

なお、他の物理量についても、その物理量の変
化によつて偏波面保存フアイバに歪が加わり、こ
の歪により偏波面保存フアイバの両伝搬経路の屈
曲率の差に変化が与えられるようにすれば、上記
の温度検出の例と同様にして計測可能となる。

なお、上記実施例では光フアイバとして偏波面
保存フアイバ１を用い、その２つの光学軸方向の
直線偏波のクロストークを利用して物理量の検出
を行なつたが、同一のクラツド層内に屈折率の異
なる２本のコアが設けられたツインコアフアイバ
を用い、２つのコア（伝搬経路）間のクロストー
クを利用しても上記実施例と同様な計測が可能で
ある。

［発明の効果］ 以上要するにこの発明によれば次のような優れ
た効果を奏する。

(1) 光フアイバ自体がセンサであり、光学結晶等
の光学的変換素子を必要としない。このため、
装置構成を簡素化でき、取り扱いも容易である
と共に低コストにて提供できる。

(2) 物理的変化が生じた位置とその変化量とを同
時にしかも簡単且つ精度よく検出することがで
きる。

(3) 光フアイバに沿つた平均的物理量や物理量分
布を計測できる。

(4) 介在素子や結合状態による損失発生要因がな
く、また外乱も受け難く、安定した低損失・長
距離センシングが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る光学式物理量検出装置
の一実施例を示す構成図、第２図は同装置の光フ
アイバ（偏波面保存フアイバ）から出射されるパ
ルス光の一例を示す図である。 図中、１は偏波面保存フアイバ、２，３は偏光
プリズム、４は光源、５はパルス発生回路、６，
７は受光器、８は演算器、９は表示器、１０は物
理的変化が生じた部位、ａは原パルス光、ｂはク
ロストークパルス光、ｔは遅延時間である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 屈曲率を異にする２つの伝搬経路を有する光
   フアイバと、光フアイバの一方の伝搬経路にパル
   ス光を入射する光源と、上記一方の伝搬経路を伝
   搬するパルス光とこのパルス光が光フアイバに与
   えられる物理的変化に起因してクロストークして
   他方の伝搬経路を伝搬するパルス光とをそれぞれ
   受光する受光器と、受光器の出力に基づき両パル
   ス光の光強度比および遅延時間を検出する演算器
   とを備えたことを特徴とする光学式物理量検出装
   置。 ２ 上記光フアイバが屈曲率が異なる互いに直交
   した光学軸を有する偏波面保存フアイバであり、
   上記光源より偏波面保存フアイバの一方の光学軸
   に直線偏波のパルス光が入射されるように構成さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の光学式物理量検出装置。 ３ 上記光フアイバが屈曲率の異なる２つのコア
   とこれらを包む１つのクラツド層とからなるツイ
   ンコアフアイバであることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の光学式物理量検出装置。