JP2008309497A - 光ファイバセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 低価格かつ小型化可能であり、監視領域内での変位などの発生位置を特定可能である光ファイバセンサを提供すること。
【解決手段】 半導体レーザ１と、半導体レーザ１に結合されその出力光をマルチモード伝搬させるプラスチック光ファイバ２と、プラスチック光ファイバ２の出力光の一部のみを受光するフォトダイオード３とからなるセンサユニットと、フォトダイオード３からの出力電気信号の周波数および振幅に基づいて検出結果を出力する判定検出部３２とを有し、プラスチック光ファイバ２を監視領域５に設置して監視領域５でプラスチック光ファイバ２に加わる振動や変位を検出する。ファイバ固定部２３により半導体レーザ１の出力をプラスチック光ファイバ２の入射端面に直接結合する。半導体レーザ１とフォトダイオード３が送受光部３１として一体に実装され、送受光部３１と判定検出部３２とが空間的に分離され、それらの間が電気ケーブル３３により接続されている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、光ファイバに加わる振動や変位などを光ファイバの出射光から検出する光ファイバセンサに関するものであり、特にプラスチック光ファイバなどを利用して比較的狭い領域での振動などの監視を安価に実現する光ファイバセンサに関するものである。

光ファイバセンサは一般的に雷や電気装置から発生する電磁ノイズの影響を受けないこと、遠隔からの監視が容易であること、電気線に比べて耐環境性に優れていることなどの特長を有しており様々な分野で使用されている。例えば、セキュリティ対策においては建物内、敷地内やフェンスなどでの侵入者の侵入に伴う振動の発生の検出、安全監視や災害対策においては建物や橋などの構造物、特定の地盤などでの振動や歪の発生の検出、さらには広範囲にわたる温度分布の検出などに使用されている。

光ファイバセンサにはその動作原理による違いよっていくつかの方式がある。これらの方式として、光ファイバにパルス光を入射したときに発生するブリルアン散乱光やレイリー散乱光、ラマン散乱光を検出してその周波数シフトや散乱光強度、減衰量、到達時間などから光ファイバに加わる歪、変位、温度、それらの分布などを検出する第１の方式、ＦＢＧ（ファイバー・ブラッグ・グレーティング）を監視領域の光ファイバ中に挿入し、ＦＢＧへの伸縮歪による反射光の波長特性の変化を検出する第２の方式、センサ用光ファイバとしてマルチモード光ファイバを用い、歪や振動によるマルチモード光ファイバ内でのモード分布の変化を検出する第３の方式などが主流となっている。

上記の各種方式のうち、第１の方式の光ファイバセンサは一般的に数十ｋｍ以上の長い
監視領域に渡って高感度で検出可能であり、また変位などの発生位置の特定が可能であるなどの優れた性能を有しているが、光源や検出系などに高性能な光デバイスや部品、電気回路が必要であり、非常に高価な装置となってしまう。第２の方式の光ファイバセンサはＦＢＧのグレーティング周期を監視場所によって異ならせることにより振動などの発生位置を特定可能であるが、光ファイバ中のＦＢＧが挿入されている部分のみしか感度を有しないという欠点があり、また、ＦＢＧ自体が高価な部品であり、また波長検出系にも高価な部品を必要とするのでやはりシステム全体が高価となってしまう。

一方、第３の方式の光ファイバセンサは特許文献１〜３に記載されているように比較的簡単な構成で実現でき、本原理を使用した光ファイバセンサも実用化されている。

図９はこの方式の従来の光ファイバセンサを説明するための図であり、図９（ａ）は構成図、図９（ｂ）はマルチモード光ファイバの光ファイバ出射端での光分布を示す図である。

図９（ａ）において、半導体レーザなどの光源９１から出射された光はレンズ９２によってマルチモード光ファイバ９３に入射し、出力の一部がその出射端９４で単一モード光ファイバ９５に入射し、単一モード光ファイバ９５を通過した光はレンズ９６によってフォトダイオードなどの受光器９７に入射して検出される。ここで、マルチモード光ファイバ９３に入射した光は複数のモードにそのエネルギーが分布して伝播され、出射端９４での光分布は、図９（ｂ）に模式的に示されるように光ファイバのコア９８内での各伝播モードの光が干渉して生ずる複雑なスペックルパターン９９となる。ここでマルチモード光ファイバ９３のいずれかの部分が変位するとそのスペックルパターン９９が変化するので、その出射端９４で例えば中心付近の光だけコア径の小さい単一モード光ファイバ９５に結合させて取り出せば、その光量は上記の変位量に応じて変化することになり、受光器９７によりその変位が検出されることになる。光源９１、受光器９７、レンズ９２及び９６などの結合部分は検出結果を判定する制御処理回路部分１０１などと一緒に装置本体１０２内に収納されている。

米国特許 第４２９７６８４号公報 特開昭５７−８８９８号公報 特開昭５７−１９７４２０号公報

現在、光ファイバセンサが用いられている用途は実用上主として上述のような大規模な土木分野などでの監視システム、空港などの大規模な施設や大きな工場などのセキュリティシステムなど大規模なシステムに限られている。これは装置が高額であることが主な原因である。また、光源や検出信号の制御、処理回路が複雑で制御装置部分が大型化することも影響している。低価格かつ小型の光ファイバセンサが実現できれば一般的な工場、ビルなどの建物、さらには個人住宅などの小規模のシステムにも使用でき、その用途は大幅に拡大できる。

上記の第３の方式の光ファイバセンサは上記のように他の方式に比べると構成が簡単であり、２ｋｍ程度の光ファイバ全長に渡って検出可能であるが、しかし監視領域の中で変位が生じた位置を特定できないという欠点がある。また、実際の装置を構成する場合には半導体レーザから光ファイバへの入射部分および出射部分のレンズなどの光学系の高精度な調整や実装の信頼性などを確保する構造が必要なため高額の製造費用が必要となること、損失の小さい石英光ファイバを使用するためその価格が高価であること、検出結果を判定する制御部分が複雑であることなどにより装置全体の価格が高くかつ大型になり上述のような小規模の用途には実用上使用できない。

そこで、本発明の課題は、低価格かつ小型化可能であり、監視領域内での変位などの発生位置を特定可能である光ファイバセンサを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明による光ファイバセンサは、可視光を出力する半導体レーザと、該半導体レーザに結合されその出力光をマルチモード伝搬させるプラスチック光ファイバと、該プラスチック光ファイバの出力光の一部のみを受光するフォトダイオードとからなるセンサユニットと、前記フォトダイオードからの出力電気信号の周波数および振幅に基づいて判定結果を出力する判定検出部とを有し、前記プラスチック光ファイバを監視領域に設置して該監視領域で前記プラスチック光ファイバに加わる振動、応力、歪、変位の少なくとも１つを検出することを特徴とする。

ここで、前記半導体レーザの出力を前記プラスチック光ファイバの入射端面に直接結合し、前記プラスチック光ファイバの出射端面から出射される出射光を該出射光のエネルギーの５０％が含まれる該出射光の中心部分の断面よりも小さな受光面を有するフォトダイオードに直接結合し、前記半導体レーザが内蔵されたパッケージと前記プラスチック光ファイバの入射端面および前記フォトダイオードが内蔵されたパッケージと前記プラスチック光ファイバの出射端面のそれぞれの相対位置が固定されるように前記プラスチック光ファイバ用の固定部を設置してもよい。

また、前記半導体レーザと前記フォトダイオードが送受光部として一体に実装され、該送受光部と前記判定検出部とが空間的に分離され、それらの間が電気ケーブルにより接続されていてもよい。

また、前記センサユニットを複数個多段に配置し、前段のセンサユニットのフォトダイオードと次段のセンサユニットの半導体レーザが近接して配置されるように設置されていてもよく、各センサユニットの前段のフォトダイオードと次段の半導体レーザが送受光部として一体に実装されていてもよい。

また、前記検出結果を光信号に変換するための光源とその光信号を伝送する伝送用光ファイバとその光信号を受光する受光器とからなる出力信号伝送ユニットを前記各センサユニットに併置して多段に設け、それぞれの出力信号伝送ユニットにおいて、前段の出力信号伝送ユニットのから伝送され受光器により得られる出力に前段のセンサユニットの検出結果の出力および各監視領域を区別する信号を加えて前記光源を変調して光信号を発生させることにより、各監視領域での検出結果を順次伝送可能としてもよい。

ここで、少なくとも２本のプラスチック光ファイバを内蔵する光ファイバコードの中の１本のプラスチック光ファイバを前記センサユニットのプラスチック光ファイバとして使用し、他の１本を前記出力信号伝送ユニットの伝送用光ファイバとして使用してもよい。

また、前記送受光部と前記判定検出部と前記光源を変調して光信号を発生させる手段とがインターフェイスユニットとして一体に実装されていてもよい。

以上の各構成において、前記判定検出部は前記出力電気信号の増幅器と周波数を選択するフィルタ回路と振幅を判定する比較回路と判定結果を出力する出力回路とからなり、前記フィルタ回路と前記比較回路は調整可能に構成されていてもよい。

以上のように、本発明においては、マルチモード光ファイバとして安価でかつコア径の大きなプラスチック光ファイバを用い、半導体レーザとの直接結合を簡易な構造により行うことにより安価な光ファイバセンサを実現するものである。従来の光ファイバセンサにおいては、石英光ファイバのコア径が５０μｍ〜６５μｍであり、半導体レーザとの結合には図９のようにレンズなどを用いてその光ファイバ伝播モードを検出感度が大きくなるようなモードが励起されるように調整していたが、本発明は、発明者による実験の結果、コア径５００μｍ〜１０００μｍのプラスチック光ファイバに直接、簡易な方法で半導体レーザの出射光を結合しても、振動や変位による必要な感度が得られることを確認し、さらに振動や変位などの検出判定対象を従来のように厳密に規定する必要がない用途に対しては、上記構成のセンサユニットと簡単な制御回路で必要な振動などを判定可能であることを確認したことに基づくものである。

また、プラスチック光ファイバは損失が大きいが、数十ｍ程度以内の狭い領域では十分に使用可能である。また、本発明の光ファイバセンサが安価であるため、それを狭く区切った監視領域毎に個別に配置することが実用上可能となり、その出力をそれぞれ識別して検出すれば、変位や振動などが発生した位置の特定が可能となる。

この場合、半導体レーザとプラスチック光ファイバおよびフォトダイオードを独立した１つのセンサユニットとして互いに分離して配置することも可能であるが、複数の光ファイバセンサのユニットを前段のフォトダイオードと次段の半導体レーザが一体となるように多段に配置することも可能であり、この場合、複数芯の光ファイバコードを用いて、その１本を変位検出用の光ファイバ、他の１本を出力結果の伝送用光ファイバとして用いれば、新たな光ファイバコードの敷設なしに出力結果を伝送することができる。

以上のように、本発明により、低価格でかつ小型化可能で、監視領域内での変位などの発生位置を特定可能である光ファイバセンサが得られる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明による光ファイバセンサの第一の実施の形態の構成図である。図１において、本実施の形態の光ファイバセンサは、可視光を出力する半導体レーザ１と、半導体レーザ１に結合されその出力光をマルチモード伝搬させるプラスチック光ファイバ２と、プラスチック光ファイバ２の出力光の一部のみを受光するフォトダイオード３とからなるセンサユニットと、フォトダイオード３からの出力電気信号の周波数および振幅に基づいて検出結果を出力する判定検出部４とを有し、プラスチック光ファイバ２を監視領域５に設置して監視領域５でプラスチック光ファイバ２に加わる振動や変位を検出するものである。ここで監視領域５が建物内通路や屋外敷地、フェンスなどの侵入監視場所である場合はプラスチック光ファイバ２は通路のカーペット内や地面、フェンス面などに敷設される。プラスチック光ファイバ２としては環境に対して耐性のある被覆を施し屋外用としてコード化したケーブルを用いることができる。

図２は、上記実施の形態の光ファイバセンサの半導体レーザ１とプラスチック光ファイバ２の入射端の実装構造の一例を示す断面図であり、図３はプラスチック光ファイバ２の出射端とフォトダイオード３との実装構造の一例を示す断面図である。

図２において、半導体レーザ１の出力をプラスチック光ファイバ２の入射端面に直接結合する。そのために、半導体レーザ１が内蔵されたパッケージ２１とプラスチック光ファイバ２の入射端面を有する入射部２２とをファイバ固定部２３を有するレーザ筐体２４にそれらの相対位置を調整して固定する。また、図３において、プラスチック光ファイバ２の出射端面にその端面から出射される出射光のエネルギーの５０％が含まれる中心部分の断面よりも小さな受光面を有するフォトダイオード３を直接結合する。フォトダイオード３が内蔵されたパッケージ２５とプラスチック光ファイバ２の出射端面とを有する出射部２６がファイバ固定部２７を有するＰＤ筐体２８にそれらの相対位置を調整して固定する。なお、ここで、出射光の中心部分の一部のエネルギーを受光すれば振動等を検出できるが、必要な感度を得るためには、その受光量は全出射光エネルギーの５０％以下であることが望ましい。

プラスチック光ファイバ２のコア径は５００〜１０００μｍ程度と通常の石英光ファイバに比べて非常に大きいので、その伝播モード数は非常に多く、半導体レーザ１との結合状態が多少変化しても伝播モード数が多い状態が容易に得られ、これにより振動などの変位に対応したその出射端におけるスペックルパターンの十分な変化が得られることから、上記実装構造においては、従来のような高精度の結合は不要である。このため、ファイバ固定部２３の加工精度は低くてよく、プラスチック光ファイバ２の固定は当て板を介して取り外し可能なネジ２９などで押し付けることにより行うことができる。また、上記のようにコア径が大きいことからスペックルパターンの広がりは大きく、その一部の光量を受光するフォトダイオード３のプラスチック光ファイバ２の出射端に対する相対位置が多少変化しても十分な感度が得られるので、ファイバ固定部２７の加工精度、そこへのプラスチック光ファイバ２の固定もファイバ固定部２３と同様に容易に行うことができる。プラスチック光ファイバ２がコード化されている場合は、その入射端、出射端部分の被覆を除去してファイバ固定部２３および２７に挿入し、被覆との境界部を防水樹脂などで充填することで耐環境性が得られる。

以上のように、本実施の形態の光ファイバセンサは図２および図３の実装構造を用いることによりレンズや光ファイバコネクタなどが不要となり、かつプラスチック光ファイバも安価であるので光学系部分を安価に構成することができ、構造が簡単であるのでその部分の形状を小型化できる。さらに、プラスチック光ファイバ２のファイバ固定部２３および２７への取り付けも簡単に行うことができるので、プラスチック光ファイバ２が損傷した場合の取替えが非常に容易である。

また、図１における判定検出部は、フォトダイオード３で検出した電気信号をアンプで増幅し、フィルタ回路で例えば予め設定した１０Ｈｚ程度から数ｋＨｚ程度までの帯域の信号を通過させ、その振幅を予め設定した規定の電圧と比較回路で比較してその結果を出力する回路であり、上記の帯域や規定の電圧は、回路実装後に監視領域で検出を必要とする振動の周波数や感度に基づいて調整可能に構成されている。この場合、上記電気信号の周波数と振幅のみにより判定する回路構成とすることにより判定検出部を簡易化することができ、この部分においても低価格化、小型化が可能となる。

なお、上記の判定結果の出力は、接点信号、アナログ信号、デジタル信号など全体のシステムの要求に合わせてその信号形態を設定することができ、後に述べるような光信号で判定結果を伝送するのに適した信号とすることも可能である。

図４は、本発明による光ファイバセンサの第二の実施の形態の構成図である。図４において、基本的な構成要素は図１の実施の形態と同じであるが、本実施の形態においては、半導体レーザ１とフォトダイオード３が送受光部３１として一体に実装され、送受光部３１と判定検出部３２とが空間的に分離され、それらの間が電気ケーブル３３により接続されている。

図４においても、半導体レーザ１とプラスチック光ファイバ２の結合固定部分、フォトダイオード３とプラスチック光ファイバ２との固定部分の構造は図２と同様であるが、但し、半導体レーザ１の内蔵されたパッケージ２１とフォトダイオード３の内蔵されたパッケージ２５は共通の筐体に固定され送受光部３１を構成している。送受光部３１の半導体レーザ１の制御とフォトダイオード３からの光信号の処理は電気ケーブル３３により接続された判定検出部３２で行われるが、ノイズなどによる影響を防ぐため送受光部３１には半導体レーザ１を駆動する電流出力回路３４と、フォトダイオードによって光電変換さる電気信号を増幅する増幅回路３５が内蔵されている。なお、電流出力回路３４には、半導体レーザ１のノイズを低減するために高周波重畳により駆動するための回路を内蔵しても良い。

本実施の形態の光ファイバセンサは、送受光部３１が簡単な構成であることから小型化が容易であり、判定検出部３２と分離して送受光部３１とプラスチック光ファイバ２からなるセンサユニットのみを監視領域５に設置することができる。

図５および図６は、本実施の形態の光ファイバセンサのセンサユニットを複数の監視領域に配置する場合の例を示す図であり、図５は各監視領域の判定検出部を共通化して制御監視する場合の構成、図６は各監視領域毎に判定検出部を設けその出力をデータ伝送路に載せて送信する場合の構成を示す。

図５においては、連続する監視領域４１、４２、４３にそれぞれプラスチック光ファイバ４４、４５、４６が敷設され、それぞれの送受信部４７、４８、４９からの電気ケーブルが共通の判定検出部５０に接続され、判定検出部５０内で各送受信部からの検出信号を分離して判別することにより各監視領域での振動などの発生が分離して検出される。図６においては、各監視領域毎に各送受信部に接続された判定検出部５１、５２、５３がそれぞれ設けられ、その出力が適式なデータ形式に変換されてデータ伝送路５４により図示されていない集中管理装置などに送られる。この場合、判定検出部５１、５２、５３にそれぞれ一体として判定結果出力を送信用データに変換する通信回路を設置してもよく、さらに同じ監視領域に設置されたテレビカメラや物体検知センサなどの他のセンサの信号を合成して伝送する機能を上記通信回路に付加することにより総合的に監視情報を管理することができる。

図７は、本発明による光ファイバセンサの第三の実施の形態の構成図である。図７において、基本的な構成要素は図１の実施の形態と同じであり、また第二の実施の形態と同様に半導体レーザとフォトダイオードが送受光部として一体として実装され、図５および６と同様に各監視領域にセンサユニットが配置される。但し、本実施の形態においては、複数個多段に配置されたセンサユニットの、前段のセンサユニットのフォトダイオードと次段のセンサユニットの半導体レーザが近接して配置されるように設置され、各センサユニットの前段のフォトダイオードと次段の半導体レーザが送受光部として一体として実装されている。

すなわち、図７においては、監視領域４１に配置されたプラスチック光ファイバ６２を有する１段目のセンサユニットのフォトダイオード６３と監視領域４２に配置されたプラスチック光ファイバ６５を有する２段目のセンサユニットの半導体レーザ６４が一体として送受光部６８-１として実装され、２段目のセンサユニットのフォトダイオード６６と監視領域４３に配置されたプラスチック光ファイバ６９を有する３段目のセンサユニットの半導体レーザ６７が一体として送受光部６８-２として実装されている。これらの送受光部６８-１および６８-２としては図４に示した送受光部３１と同様な構造を用いることも可能であり、また図７に示されるようにプラスチック光ファイバが１８０度反対方向に引き出せるように結合する構造とすることも可能である。図７においては、送受光部６８-１、６８-２にはそれぞれ独立に判定検出部７１、７２を設ける場合を示しているが、図５と同様に共通の判定検出部を設けてもよい。また、図６の場合と同様に判定検出部７１、７２にそれぞれ一体として判定結果出力を送信用データに変換する通信回路を設置し、さらに同じ監視領域に設置された他のセンサの信号を合成して伝送する機能を上記通信回路に付加することにより総合的に監視情報を管理することができる。

図８は、本発明による光ファイバセンサの第四の実施の形態の構成図である。図８において、センサユニットの配置と送受光部の基本的な構成は図７の実施の形態と同じであるが、本実施の形態においては、各センサユニット毎に判定検出部を設け、その検出結果を光信号に変換するための光源とその光信号を伝送する伝送用光ファイバとその光信号を受光する受光器とからなる出力信号伝送ユニットを前記各センサユニットに併置して多段に設け、それぞれの出力信号伝送ユニットにおいて、前段の出力信号伝送ユニットから伝送され前記受光器により得られる出力に次段のセンサユニットの検出結果の出力および各センサユニットのマルチモード光ファイバが設置された監視領域を識別する信号を加えて前記光源を変調して光信号を発生させることにより、各監視領域での検出結果を順次伝送可能としている。

図８において、１段目のセンサユニットのフォトダイオード６３からの電気信号は１段目の判定検出部と２段目の半導体レーザ６４の制御回路を内蔵した判定制御回路８１により検出判定され、その検出結果は監視領域４１の識別情報を加えて適式な符号形式の光信号に変換する通信制御回路８２により光源８３を変調することにより光信号データに変換され、その光信号データは２段目のプラスチック光ファイバ６５に併置された伝送用光ファイバ８４により伝送される。

上記光信号データは伝送用光ファイバ８４の出力端において受光器８５により受信され、その受信データは、２段目のセンサユニットのフォトダイオード６６から検出され判定制御回路８６を通して検出判定された検出結果と監視領域４２の識別情報とを加えて通信制御回路８７により光源８８を変調することにより光信号データに変換され、その光信号データは３段目のプラスチック光ファイバ６９に併置された伝送用光ファイバ８９により伝送される。ここでは伝送用光ファイバ８４と通信制御回路８７と受光器８５と光源８８とにより２段目の出力信号伝送ユニットが構成されている。光源８３、８８、受光器８０、８５としてそれぞれセンサユニットの半導体レーザ、フォトダイオードと同じものを用いることによりセンサユニットの送受光部の構造を共通して使用することができる。但しこの場合、受光器８０、８５のフォトダイオードは光信号データを誤りなく受信するために伝送用光ファイバの出射光の大部分の光を受光できるようにすることが望ましい。また、光源８３、８８は信号データ速度が低いのでＬＥＤを用いることも可能であり、その場合には光信号伝送において干渉によるスペックルパターン発生の影響を小さくすることができ、受光器８０、８５の受光径を小さくすることができる。

また、図８のように、上記のセンサユニットの送受光部、光源と受光器のユニット、判定制御回路、通信制御回路を１つの筐体内に一体として実装してインターフェイスユニット７５、７６とすることにより、各監視領域に光ファイバセンサを設置する作業が簡易化され、また、光ファイバセンサシステムの管理やメンテナンスが容易となる。さらに２本のマルチモード光ファイバを内蔵する２芯の光ファイバケーブルの１本をセンサユニットのマルチモード光ファイバとして使用し、他の１本を出力信号伝送ユニットの伝送用光ファイバとして使用することにより光ファイバの敷設が簡易化され、信号伝送のためだけのデータ伝送路の設置空間も不要となり、メンテナンスも容易となる。また、通信制御回路に同じ監視領域に設置された他のセンサの信号を合成して伝送する機能を付加することにより総合的に監視情報を管理することができる。

以上述べたように、本発明により、低価格かつ小型化可能であり、監視領域内での変位などの発生位置を特定可能である光ファイバセンサが得られる。

本発明による光ファイバセンサの第一の実施の形態の構成図。 半導体レーザとプラスチック光ファイバの入射端の実装構造の一例を示す断面図。 プラスチック光ファイバの出射端とフォトダイオードとの実装構造の一例を示す断面図。 本発明による光ファイバセンサの第二の実施の形態の構成図。 センサユニットを複数の監視領域に配置する場合の例を示す図であり、各監視領域の判定検出部を共通化して制御監視する場合の構成図。 センサユニットを複数の監視領域に配置する場合の例を示す図であり、各監視領域毎に判定検出部を設けその出力をデータ伝送路に載せて送信する場合の構成図。 本発明による光ファイバセンサの第三の実施の形態の構成図。 本発明による光ファイバセンサの第四の実施の形態の構成図。 従来の光ファイバセンサを説明するための図であり、図９（ａ）は構成図、図９（ｂ）はマルチモード光ファイバの光ファイバ出射端での光分布を示す図。

符号の説明

１、６１、６４、６７ 半導体レーザ
２、４４、４５、４６、６２、６５、６９ プラスチック光ファイバ
３、６３、６６ フォトダイオード
４、３２、５０、５１、５２、５３、７１、７２ 判定検出部
５、４１、４２、４３ 監視領域
２１、２５ パッケージ
２２ 入射部
２３、２７ ファイバ固定部
２４ レーザ筐体
２６ 出射部
２８ ＰＤ筐体
２９ ネジ
３１、４７、４８、４９、６８-１、６８-２ 送受光部
３３ 電気ケーブル
３４ 電流出力回路
３５ 光信号増幅回路
５４ データ伝送路
８１、８６ 判定制御回路
８２、８７ 通信制御回路
７５、７６ インターフェイスユニット
８３、８８、９１ 光源
８０、８５、９７ 受光器
８４、８９ 伝送用光ファイバ
９２、９６ レンズ
９３ マルチモード光ファイバ
９４ 出射端
９５ 単一モード光ファイバ
９８ コア
９９ スペックルパターン
１０１ 制御処理回路部分
１０２ 装置本体

Claims (9)

1. 可視光を出力する半導体レーザと、該半導体レーザに結合されその出力光をマルチモード伝搬させるプラスチック光ファイバと、該プラスチック光ファイバの出力光の一部を受光するフォトダイオードとからなるセンサユニットと、前記フォトダイオードからの出力電気信号の周波数および振幅に基づいて判定結果を出力する判定検出部とを有し、前記プラスチック光ファイバを監視領域に設置して該監視領域で前記プラスチック光ファイバに加わる振動、応力、歪、変位の少なくとも１つを検出することを特徴とする光ファイバセンサ。
2. 前記半導体レーザの出力を前記プラスチック光ファイバの入射端面に直接結合し、前記プラスチック光ファイバの出射端面から出射される出射光を該出射光のエネルギーの５０％が含まれる該出射光の中心部分の断面よりも小さな受光面を有するフォトダイオードに直接結合し、前記半導体レーザが内蔵されたパッケージに対して前記プラスチック光ファイバの入射端面が、前記フォトダイオードが内蔵されたパッケージに対して前記プラスチック光ファイバの出射端面がそれぞれ位置するように前記プラスチック光ファイバを設置する固定部を有することを特徴とする請求項１記載の光ファイバセンサ。
3. 前記半導体レーザと前記フォトダイオードが送受光部として一体に実装され、該送受光部と前記判定検出部とが空間的に分離され、それらの間が電気ケーブルにより接続されていることを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバセンサ。
4. 前記センサユニットを複数個多段に配置し、前段のセンサユニットのフォトダイオードと次段のセンサユニットの半導体レーザが近接して配置されるように設置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバセンサ。
5. 前記各センサユニットの前段のフォトダイオードと次段の半導体レーザが送受光部として一体に実装されていることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバセンサ。
6. 前記検出結果を光信号に変換するための光源とその光信号を伝送する伝送用光ファイバとその光信号を受光する受光器とからなる出力信号伝送ユニットを前記各センサユニットに併置して多段に設け、それぞれの出力信号伝送ユニットにおいて、前段の出力信号伝送ユニットから伝送され前記受光器により得られる出力に次段のセンサユニットの検出結果の出力および各センサユニットのマルチモード光ファイバが設置された監視領域を識別する信号を加えて前記光源を変調して光信号を発生させることにより、各監視領域での検出結果を順次伝送可能としたことを特徴とする請求項４または５に記載の光ファイバセンサ。
7. 少なくとも２本のプラスチック光ファイバを内蔵する光ファイバコードの中の１本のプラスチック光ファイバを前記センサユニットのプラスチック光ファイバとして使用し、他の１本を前記出力信号伝送ユニットの伝送用光ファイバとして使用することを特徴とする請求項６記載の光ファイバセンサ。
8. 前記送受光部と前記判定検出部と前記光源を変調して光信号を発生させる手段とがインターフェイスユニットとして一体に実装されていることを特徴とする請求項６または７に記載の光ファイバセンサ。
9. 前記判定検出部は、前記出力電気信号の増幅器と、周波数を選択するフィルタ回路と、振幅を判定する比較回路と、判定結果を出力する出力回路とからなり、前記フィルタ回路と前記比較回路は調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光ファイバセンサ。

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