JP2628573B2 - Time-division multiplexed signal demodulator for optical fiber sensor array - Google Patents
Time-division multiplexed signal demodulator for optical fiber sensor arrayInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバを利用した
多チャネルセンサアレイシステムの光ファイバセンサア
レイ用時分割多重化信号の復調器に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a time-division multiplexed signal demodulator for an optical fiber sensor array in a multi-channel sensor array system using optical fibers.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば、次のような文献に記載されるものがあった。 文献；A.D.Kersey and A.Dandridge、ELECTRONICS LETT
ERS 14th September (1989) Vol.25 No.19“MULTIPLEXE
D MACH-ZEHNDER LADDER ARRAY WITH TEN SENSOR ELEMEN
TS” 図２は、前記文献に記載された多重化信号復調器の一構
成例を示す概略の構成ブロック図である。この多重化信
号復調器は、ＦＭ変調された光信号を用いて音波等の外
部からの情報を検出する装置であり、周波数がω0 ／２
πの正弦波信号Ｓ１０を出力する信号発生器１０を有し
ている。信号発生器１０の出力側には、光源２０の入力
側が接続されている。光源２０は、信号発生器１０から
出力される正弦波信号Ｓ１０に基づき変調周波数ω0 ／
２πのＦＭ変調光Ｓ２０を出力するものである。光源２
０の出力側には、光ゲート３０の入力側が接続されてい
る。光ゲート３０は、タイミング発生器４０の制御信号
Ｓ４０に基づき光源２０のＦＭ変調光Ｓ２０を光パルス
Ｓ３０に標本化する回路である。光ゲート３０の出力側
には、センサアレイ部５０の入力側が接続されている。
センサアレイ部５０は光パルスＳ３０を参照光及びセン
サ光として用い、外部から与えられた音波情報を含んだ
干渉光を時間をそれぞれずらして時系列パルスＳ５０を
出力するものである。2. Description of the Related Art Conventionally, techniques in such a field include:
For example, there is one described in the following literature. Literature; ADKersey and A. Dandridge, ELECTRONICS LETT
ERS 14th September (1989) Vol.25 No.19 “MULTIPLEXE
D MACH-ZEHNDER LADDER ARRAY WITH TEN SENSOR ELEMEN
TS "FIG. 2 is a schematic block diagram showing an example of the configuration of a multiplexed signal demodulator described in the above-mentioned document. This multiplexed signal demodulator uses an FM-modulated optical signal to generate a sound wave or the like. a device for detecting information from an external, frequency omega 0/2
It has a signal generator 10 that outputs a sine wave signal S10 of π. The input side of the light source 20 is connected to the output side of the signal generator 10. The light source 20 has a modulation frequency ω 0 / based on the sine wave signal S10 output from the signal generator 10.
It outputs 2π FM modulated light S20. Light source 2
The input side of the optical gate 30 is connected to the output side of 0. The optical gate 30 is a circuit that samples the FM modulated light S20 of the light source 20 into an optical pulse S30 based on the control signal S40 of the timing generator 40. The output side of the optical gate 30 is connected to the input side of the sensor array unit 50.
The sensor array unit 50 uses the light pulse S30 as the reference light and the sensor light, and outputs the time-series pulse S50 by shifting the time of the interference light including the sound wave information given from the outside, respectively.
【０００３】このセンサアレイ部５０は、光ファイバＦ
１からの光パルスを第１と第２の光パルスに分岐する
（ｍ−１）個の分岐用カプラ５１−１，５１−２，…，
５１−ｍ−１と、該第２の光パルスを分岐するｍ個のセ
ンサ入力用カプラ５２−１，５２−２，…，５２−ｍと
を有している。更に、ｍ個のセンシングファイバ５３Ｓ
−１，５３Ｓ−２，…，５３Ｓ−ｍと、該センシングフ
ァイバと相俟って光干渉計を構成するｍ個のリファレン
スファイバ５３Ｒ−１，５３Ｒ−２，…，５３Ｒ−ｍ
と、各干渉計の透過光を合成するセンサ出力用カプラ５
４−１，５４−２，…，５４−ｍと、各チャネルのセン
サの透過光を光ファイバＦ２へ多重化して取り込む受光
用カプラ５５−１，５５−２，…，５５−ｍ−１と、第
１の光パルスを所定時間遅らせて次のチャネルのセンサ
に送る（ｍ−１）個の遅延ファイバ５６−１，５６−
２，…，５６−ｍ−１とを備え、ｍチャネルのセンサが
構成されている。センサアレイ部５０の出力側には、光
電変換器（以下、Ｏ／Ｅ変換器という）６０の入力側が
接続されている。Ｏ／Ｅ変換器６０は、センサアレイ部
５０の出力信号である時系列パルスＳ５０を電気信号Ｉ
に変換するものである。Ｏ／Ｅ変換器６０の出力側は、
デマルチプレクサ７０の入力側に接続されている。デマ
ルチプレクサ７０は、Ｏ／Ｅ変換器６０の出力信号Ｉを
タイミング発生器４０の出力信号Ｓ４０に基づきｍチャ
ネルの時系列信号に変換する回路である。デマルチプレ
クサ７０の出力側は、デマルチプレクサ７０の各出力信
号をそれぞれ連続信号に変換し、信号発生器１０から出
力される正弦波信号Ｓ１０に基づき該連続信号の位相復
調を行う位相復調器８０の入力側に接続されている。The sensor array unit 50 includes an optical fiber F
(M-1) branching couplers 51-1, 51-2,..., Which branch the optical pulse from 1 into first and second optical pulses.
51-m-1 and m sensor input couplers 52-1, 52-2,..., 52-m for branching the second optical pulse. Further, m sensing fibers 53S
, 53S-2,..., 53S-m and m reference fibers 53R-1, 53R-2,.
And a sensor output coupler 5 for synthesizing the transmitted light of each interferometer
, 54-m, and light-receiving couplers 55-1, 55-2,..., 55-m-1 that multiplex and capture the transmitted light of the sensor of each channel into the optical fiber F2. , The first optical pulse is delayed for a predetermined time and sent to the sensor of the next channel (m-1) delay fibers 56-1 and 56-
, 56-m-1 to form an m-channel sensor. The output side of the sensor array unit 50 is connected to the input side of a photoelectric converter (hereinafter, referred to as an O / E converter) 60. The O / E converter 60 converts a time-series pulse S50, which is an output signal of the sensor array unit 50, into an electric signal I
Is converted to The output side of the O / E converter 60 is
It is connected to the input side of the demultiplexer 70. The demultiplexer 70 is a circuit that converts the output signal I of the O / E converter 60 into an m-channel time-series signal based on the output signal S40 of the timing generator 40. The output side of the demultiplexer 70 converts each output signal of the demultiplexer 70 into a continuous signal, and performs a phase demodulation of the continuous signal based on the sine wave signal S10 output from the signal generator 10. Connected to input side.
【０００４】次に、図２に示す多重化信号復調器の動作
を説明する。光源２０は、信号発生器１０から出力され
た周波数ω0 ／２πの正弦波信号により電流駆動され
て、変調周波数ω0 ／２πのＦＭ変調光Ｓ２０を光ゲー
ト３０に送出する。光ゲート３０は、タイミング発生器
４０の制御信号Ｓ４０によりＦＭ変調光Ｓ２０を所要パ
ルス幅の光パルスＳ３０に変換し、光ファイバＦ１を介
してセンサアレイ部５０に送出する。センサアレイ部５
０では、分岐用カプラ５１−１が、光ファイバＦ１を介
して入力した光パルスＳ３０を第１，第２の光パルスに
分岐する。第１の光パルスは、遅延ファイバ５６−１に
よりパルス幅以上の遅延時間をもって次段の分岐用カプ
ラ５１−２へ送られ、第２の光パルスは、センサ入力用
カプラ５２−１で２等分されてセンシングファイバ５３
Ｓ−１及びリファレンスファイバ５３Ｒ−１へそれぞれ
送られる。センシングファイバ５３Ｓ−１及びリファレ
ンスファイバ５３Ｒ−１は、次のように動作する。セン
シングファイバ５３Ｓ−１に音波が印加されるとセンシ
ングファイバ５３Ｓ−１の屈折率及びファイバ長が変化
し、センシングファイバ５３−１に入力された光（以
下、伝搬光という）の位相が変化する。一方、リファレ
ンスファイバ５３Ｒ−１に入力された光（以下、参照光
という）の位相は変化しないので、伝搬光と参照光とに
より干渉光が発生する。次段以降のセンサ部においても
同様の動作により干渉光が発生し、受光用カプラ５５−
１，５５−２，…，５５−ｍ−１を介して干渉光パルス
が送出され、時系列パルスが光ファイバＦ２を介して出
力される。Next, the operation of the multiplexed signal demodulator shown in FIG. 2 will be described. The light source 20 is current-driven by the sine wave signal having the frequency ω 0 / 2π output from the signal generator 10, and sends out the FM modulated light S 20 having the modulation frequency ω 0 / 2π to the optical gate 30. The optical gate 30 converts the FM modulated light S20 into a light pulse S30 having a required pulse width according to the control signal S40 of the timing generator 40, and sends the light pulse S30 to the sensor array unit 50 via the optical fiber F1. Sensor array unit 5
At 0, the branching coupler 51-1 branches the optical pulse S30 input via the optical fiber F1 into first and second optical pulses. The first optical pulse is sent to the next-stage branching coupler 51-2 with a delay time longer than the pulse width by the delay fiber 56-1. Separated sensing fiber 53
It is sent to the S-1 and the reference fiber 53R-1, respectively. The sensing fiber 53S-1 and the reference fiber 53R-1 operate as follows. When a sound wave is applied to the sensing fiber 53S-1, the refractive index and the fiber length of the sensing fiber 53S-1 change, and the phase of light (hereinafter, referred to as propagation light) input to the sensing fiber 53-1 changes. On the other hand, since the phase of the light (hereinafter referred to as reference light) input to the reference fiber 53R-1 does not change, interference light is generated by the propagation light and the reference light. Interference light is also generated by the same operation in the sensor units subsequent to the next stage, and the light receiving coupler 55-
, 55-m-1, and the time-series pulse is output via the optical fiber F2.
【０００５】この干渉光パルスがＯ／Ｅ変換器６０によ
り包絡線検波されて次の（１）式に示す電気信号Ｉに変
換される。[0005] The interference light pulse is subjected to envelope detection by the O / E converter 60 and converted into an electric signal I shown in the following equation (1).
【数１】 Ｏ／Ｅ変換器６０の時分割信号出力は、タイミング発生
器４０のタイミング信号Ｓ４０の制御に基づきデマルチ
プレクサ７０で標本化によりチャネル選択された後、時
間補間されて連続信号に変換される。従って、位相復調
器８０では、（１）式に相当する入力信号から位相復調
を行い、音波信号φ（ｔ）を復調する。(Equation 1) The time-division signal output of the O / E converter 60 is sampled by the demultiplexer 70 based on the control of the timing signal S40 of the timing generator 40, and then time-interpolated to be converted into a continuous signal. Therefore, the phase demodulator 80 performs phase demodulation from the input signal corresponding to the equation (1), and demodulates the sound signal φ (t).
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
多重化信号復調器では、次のような課題があった。即
ち、伝送距離が長くなると温度変化等による光パルスの
伝搬時間の変動が無視できなくなる。そのため、デマル
チプレクサにおける時分割信号のチャネル選択のための
タイミング信号に時間ずれが発生し、特に高速伝送の場
合には適切な標本化が行えず、信号の復調は不可能とな
る。However, the conventional multiplexed signal demodulator has the following problems. That is, when the transmission distance becomes long, the fluctuation of the propagation time of the optical pulse due to a temperature change or the like cannot be ignored. Therefore, a time lag occurs in a timing signal for channel selection of the time-division signal in the demultiplexer. In particular, in the case of high-speed transmission, appropriate sampling cannot be performed, and signal demodulation becomes impossible.
【０００７】光ファイバの熱膨脹及び屈折率の温度変化
による伝搬時間変動Δτは、次の（２）式で表される。The propagation time variation Δτ due to the thermal expansion of the optical fiber and the temperature change of the refractive index is expressed by the following equation (2).
【数２】 従って、伝搬時間変動Δτは、3.6 ×10-5ΔＴＬ［nse
c］となる。例えば、Ｌ＝20km、ΔＴ＝20℃で14［nse
c］程度の時間変動が見込まれる。(Equation 2) Therefore, the propagation time variation Δτ is 3.6 × 10 −5 ΔTL [nse
c]. For example, at L = 20 km, ΔT = 20 ° C., 14 [nse
c] time variation is expected.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】第１の発明では、前記課
題を解決するために、基準周波数信号に基づき周波数変
調された光信号を出力する光源と、前記光信号を標本化
して所定の幅の光パルスを出力する光ゲートと、前記光
パルスを参照光及びセンサ光として用いて外部から与え
られた音波情報を含んだ干渉光を出力する複数チャネル
のセンサを有し、該複数チャネルのセンサが出力する干
渉光の時間をずらして複数チャネルの時系列パルスにし
て出力するセンサアレイ部と、前記時系列パルスを電気
信号に変換するＯ／Ｅ変換器と、前記標本化に同期して
前記Ｏ／Ｅ変換器の出力信号を前記各チャネル毎の時系
列信号に変換するデマルチプレクサと、前記デマルチプ
レクサの各出力信号をそれぞれ連続信号に変換し、該連
続信号の位相復調を行う位相復調器とを備え、前記音波
情報を光信号の形で検出して音響信号に復調する光ファ
イバセンサアレイ用時分割多重化信号復調器において、
次のような手段を設けている。According to a first aspect of the present invention, a light source for outputting an optical signal frequency-modulated based on a reference frequency signal is provided. An optical gate that outputs an optical pulse, and a multi-channel sensor that outputs interference light including sound wave information given from outside using the optical pulse as a reference light and a sensor light. A sensor array unit that outputs a time-series pulse of a plurality of channels by shifting the time of the interference light that is output by the O / E converter, an O / E converter that converts the time-series pulse into an electric signal, and the synchronizing sampling. A demultiplexer for converting an output signal of the O / E converter into a time-series signal for each of the channels; a demultiplexer for converting each output signal of the demultiplexer to a continuous signal; and a phase demodulation of the continuous signal In performing a phase demodulator, the time for the optical fiber sensor array for demodulating an acoustic signal sound waves information is detected in the form of light signals multiplexed signal demodulator,
The following means are provided.
【０００９】即ち、前記センサアレイ部の手前の近傍で
前記光ゲートから出力された光パルスを該センサアレイ
部から出力される時系列パルスに与えることにより、１
つの光パルスに対応して該センサアレイ部から出力され
る時系列パルスであるフレームの先頭に該光ゲートから
出力された光パルスをフレーム同期パルスとして付加す
る分岐手段と、前記分岐手段と前記センサアレイ部との
間に設けられ、前記光パルスを所定の遅延時間だけ遅延
して前記センサアレイ部へ入力する遅延手段と、前記分
岐手段からの前記フレーム同期パルスを検出した後に前
記デマルチプレクサを起動するフレーム同期検出手段と
を、設けている。第２の発明では、第１の発明のフレー
ム同期検出手段は、光パルス発生後の所定の時間窓でフ
レーム同期パルスのレベルを検出する構成としている。
第３の発明では、第１の発明のフレーム同期検出手段
は、光パルス発生後の所定の時間窓でフレーム同期パル
スをパルス幅と同程度の時間幅で検出し、その検出結果
でフレーム同期パルスの検証を行う検証機能を有してい
る。That is, by giving an optical pulse output from the optical gate to a time-series pulse output from the sensor array in the vicinity of the front of the sensor array,
Branching means for adding, as a frame synchronization pulse, an optical pulse output from the optical gate to the beginning of a frame, which is a time-series pulse output from the sensor array unit in response to one optical pulse, and the branching means and the sensor A delay unit provided between the sensor unit and the delay unit for delaying the light pulse by a predetermined delay time, and activating the demultiplexer after detecting the frame synchronization pulse from the branch unit. And a frame synchronization detecting means. According to a second aspect, the frame synchronization detecting means of the first aspect detects the level of the frame synchronization pulse in a predetermined time window after the generation of the optical pulse.
In the third invention, the frame synchronization detecting means of the first invention detects the frame synchronization pulse in a predetermined time window after the generation of the optical pulse with a time width substantially equal to the pulse width, and detects the frame synchronization pulse based on the detection result. It has a verification function to verify
【００１０】[0010]
【作用】第１の発明によれば、以上のように光ファイバ
センサアレイ用時分割多重化信号復調器を構成したの
で、光源から基準周波数信号に基づき周波数変調された
光信号が出力される。この光信号は、光ゲートにより標
本化されて所定の幅の光パルスとなる。この光パルス
は、分岐手段によりセンサアレイ部の手前の近傍でセン
サアレイ部から出力されるフレームの先頭に付加される
ことにより、フレーム同期パルスとなる。一方、この光
パルスは、分岐手段及び遅延手段を経てセンサアレイ部
に入力されて参照光及びセンサ光として用いられ、複数
チャネルのセンサにより、音波情報を含んだ干渉光を時
間をそれぞれずらした時系列パルスになって出力され
る。次に、フレーム同期パルス及び時系列パルスは、Ｏ
／Ｅ変換器により電気信号に変換される。フレーム同期
検出手段はフレーム同期パルスを検出した後にデマルチ
プレクサを起動し、デマルチプレクサが前記標本化に同
期してＯ／Ｅ変換器の出力信号を前記各チャネル毎の時
系列信号に変換する。位相復調器は、デマルチプレクサ
の各出力信号をそれぞれ連続信号に変換し、該連続信号
の位相復調を行い、音響信号に復調する。第２の発明に
よれば、フレーム同期パルスのレベルは、フレーム同期
検出手段、により光パルス発生後の所定の時間窓で検出
される。第３の発明によれば、フレーム同期パルスのパ
ルス幅は、フレーム同期検出手段により光パルス発生後
の所定の時間窓で検出され、その検出結果に基づき検証
機能によりフレーム同期パルスの検証が行われる。従っ
て、前記課題を解決できるのである。According to the first aspect of the invention, since the time division multiplexed signal demodulator for the optical fiber sensor array is configured as described above, an optical signal frequency-modulated based on the reference frequency signal is output from the light source. This optical signal is sampled by the optical gate to become an optical pulse having a predetermined width. This optical pulse is added to the head of the frame output from the sensor array unit near the sensor array unit by the branching unit, and becomes a frame synchronization pulse. On the other hand, this light pulse is input to the sensor array unit via the branching unit and the delay unit, and is used as reference light and sensor light. When the interference light containing the sound wave information is shifted by the sensors of a plurality of channels, respectively. It is output as a series pulse. Next, the frame synchronization pulse and the time-series pulse
The signal is converted into an electric signal by the / E converter. The frame synchronization detecting means activates the demultiplexer after detecting the frame synchronization pulse, and the demultiplexer converts the output signal of the O / E converter into a time series signal for each channel in synchronization with the sampling. The phase demodulator converts each output signal of the demultiplexer into a continuous signal, performs phase demodulation of the continuous signal, and demodulates the signal into an acoustic signal. According to the second aspect, the level of the frame synchronization pulse is detected by the frame synchronization detection means in a predetermined time window after the generation of the light pulse. According to the third aspect, the pulse width of the frame synchronization pulse is detected by the frame synchronization detection means in a predetermined time window after the generation of the optical pulse, and the verification function verifies the frame synchronization pulse based on the detection result. . Therefore, the above problem can be solved.
【００１１】[0011]
【実施例】第１の実施例 図１は、本発明の第１の実施例を示す多重化信号復調器
の概略の構成ブロック図であり、図２中の要素と共通の
要素には共通の符号が付されている。この多重化信号復
調器は、図２に示す従来の多重化信号復調器のセンサア
レイ部５０の手前の近傍に、光ゲート３０から出力され
た光パルスＳ３０を分岐してセンサアレイ部５０から出
力される時系列パルスにフレーム同期パルスとして加え
る分岐手段である同期信号用カプラ９１，９２が追加さ
れている。即ち、光ゲート３０の出力側は同期信号用カ
プラ９１の入力側に接続され、同期信号用カプラ９１の
第１の出力側は同期信号用カプラ９２の第１の入力側に
接続されている。又、同期信号用カプラ９１の第２の出
力側は、光パルスＳ３０を所定の遅延時間だけ遅延する
遅延手段である遅延ファイバ９３を介してセンサアレイ
部５０の入力側に接続されている。尚、フレームとは、
光ゲート３０から出力された１つの光パルスＳ３０に対
応してセンサアレイ部５０から出力される時系列パルス
群を指す。一方、センサアレイ部５０の出力側は、同期
信号用カプラ９２の第２の入力側に接続されている。同
期信号用カプラ９２の出力側は、Ｏ／Ｅ変換器６０の入
力側に接続されている。Ｏ／Ｅ変換器６０の出力側は、
フレーム同期検出器１００の入力側に接続されている。
フレーム同期検出器１００は、フレーム同期パルスを検
出した後にデマルチプレクサ７０を起動するための信号
をタイミング発生器４０に発生させる回路である。フレ
ーム同期検出器１００の出力側は、タイミング発生器４
０に接続されている。他は図２と同様の構成である。EXAMPLES First Embodiment FIG. 1 is a block diagram of a schematic of a multiplexed signal demodulator of a first embodiment of the present invention, the common Constituent elements common to those in FIG. 2 Reference numerals are given. This multiplexed signal demodulator branches the optical pulse S30 output from the optical gate 30 near the sensor array unit 50 of the conventional multiplexed signal demodulator shown in FIG. Synchronizing signal couplers 91 and 92, which are branching means for adding a frame synchronization pulse to the time series pulse to be performed, are added. That is, the output side of the optical gate 30 is connected to the input side of the synchronization signal coupler 91, and the first output side of the synchronization signal coupler 91 is connected to the first input side of the synchronization signal coupler 92. The second output side of the synchronization signal coupler 91 is connected to the input side of the sensor array unit 50 via a delay fiber 93 which is a delay unit for delaying the optical pulse S30 by a predetermined delay time. The frame is
A time-series pulse group output from the sensor array unit 50 corresponding to one optical pulse S30 output from the optical gate 30. On the other hand, the output side of the sensor array unit 50 is connected to the second input side of the synchronization signal coupler 92. The output side of the synchronization signal coupler 92 is connected to the input side of the O / E converter 60. The output side of the O / E converter 60 is
It is connected to the input side of the frame synchronization detector 100.
The frame synchronization detector 100 is a circuit that causes the timing generator 40 to generate a signal for activating the demultiplexer 70 after detecting a frame synchronization pulse. The output side of the frame synchronization detector 100 is a timing generator 4
Connected to 0. Other configurations are the same as those in FIG.
【００１２】次に、図１に示す多重化信号復調器の動作
を説明する。光源２０は、信号発生器１０から出力され
た周波数ω0 ／２πの正弦波信号により電流駆動され
て、変調周波数ω0 ／２πのＦＭ変調光Ｓ２０を光ゲー
ト３０に送出する。光ゲート３０は、タイミング発生器
４０の制御信号Ｓ４０によりＦＭ変調光Ｓ２０を所要パ
ルス幅の光パルスＳ３０に変換する。光ゲート３０から
送出される光パルスＳ３０の１部の光パワーは、同期信
号用カプラ９１，９２を介してＯ／Ｅ変換器６０に直接
送り返される。この送り返されたパルスは、フレーム同
期用として使われるものであり、フレーム同期検出器１
００によりタイミング検出されてタイミング発生器４０
に送られ、時系列信号の標本化タイミングを発生させ
る。このフレーム同期検出器１００では、タイミング発
生器４０から光ゲート３０のゲートがオンされたタイミ
ングから所定の時間間隔、例えばフレーム同期パルスの
想定される最小到達時間に相当する時間タイミングでト
リガを受け、所定の時間窓でレベル検出等によりフレー
ム同期検出を行う。又、フレーム同期パルスのパルス幅
を算定して検出率を向上させる。同期信号用カプラ９１
を介してセンサアレイ部５０へ送られる光パルスＳ３０
は、フレーム同期用のパルスと時間分離するために所定
の遅延時間を有する遅延ファイバ９３を通過する。セン
サアレイ部５０の動作は、従来と同様である。更に、光
パルスＳ３０は、同期信号用カプラ９２を介してＯ／Ｅ
変換器６０に送られる。同様にして、センサアレイ部５
０の各段を通過した光パルスは、時分割信号系列とな
り、デマルチプレクサ７０で標本化によりチャネル選択
された後、時間補間され連続信号に変換される。更に、
位相復調器８０で位相復調されて音響信号が復調され
る。Next, the operation of the multiplexed signal demodulator shown in FIG. 1 will be described. The light source 20 is current-driven by the sine wave signal having the frequency ω 0 / 2π output from the signal generator 10, and sends out the FM modulated light S 20 having the modulation frequency ω 0 / 2π to the optical gate 30. The optical gate 30 converts the FM modulated light S20 into an optical pulse S30 having a required pulse width according to a control signal S40 of the timing generator 40. The optical power of a part of the optical pulse S30 transmitted from the optical gate 30 is directly transmitted back to the O / E converter 60 via the synchronization signal couplers 91 and 92. The returned pulse is used for frame synchronization, and the frame synchronization detector 1
00 and the timing generator 40
To generate the sampling timing of the time-series signal. The frame synchronization detector 100 receives a trigger at a predetermined time interval from the timing when the optical gate 30 is turned on from the timing generator 40, for example, at a time timing corresponding to an assumed minimum arrival time of the frame synchronization pulse, Frame synchronization detection is performed by level detection or the like in a predetermined time window. Also, the pulse width of the frame synchronization pulse is calculated to improve the detection rate. Synchronous signal coupler 91
Pulse S30 sent to the sensor array unit 50 through the
Pass through a delay fiber 93 having a predetermined delay time for time separation from a pulse for frame synchronization. The operation of the sensor array unit 50 is the same as the conventional one. Further, the optical pulse S30 is transmitted to the O / E through the synchronization signal coupler 92.
Sent to converter 60. Similarly, the sensor array unit 5
The optical pulse that has passed through each stage of 0 becomes a time-division signal sequence. After the channel is selected by sampling in the demultiplexer 70, it is time-interpolated and converted into a continuous signal. Furthermore,
The sound signal is demodulated by the phase demodulation by the phase demodulator 80.
【００１３】以上のように、この第１の実施例では、次
のような利点を有している。 （１） センサアレイ部５０からの時分割信号系列の先
頭で、かつ直前にフレーム同期用パルスを挿入したの
で、温度変化等による光パルスの伝搬時間の変動による
時分割信号に対するチャネル選択のタイミングのずれが
無視できるようになる。そのため、伝送距離の制約はな
くなり、高速伝送のセンサアレイシステムにおいて信頼
性の高い復調器を実現できる。 （２） フレーム同期検出器１００では、予め想定され
るフレーム同期パルスの最小到達時間からフレーム同期
検出の処理を開始することにより検出時間帯を制約し、
又、パルス幅検出等を行うことにより、雑音等によるフ
レーム同期検出の誤動作を防止できる。 （３） 一般に、フレーム同期用パルスの所要レベル
は、センサアレイ部５０の時分割信号パルスの所要レベ
ルよりもかなり小さくなるので、同期信号用カプラ９１
及び９２の光分岐比は、両者の所要レベル差の分だけ概
略小さくできるので、同期信号用カプラ９１及び９２の
挿入による光分割損は無視できる程小さくなる。As described above, the first embodiment has the following advantages. (1) Since the frame synchronization pulse is inserted immediately before and immediately before the time-division signal sequence from the sensor array unit 50, the timing of channel selection for the time-division signal due to a change in the propagation time of the optical pulse due to a temperature change or the like. The deviation can be ignored. Therefore, there is no restriction on the transmission distance, and a highly reliable demodulator can be realized in a high-speed transmission sensor array system. (2) The frame synchronization detector 100 restricts the detection time zone by starting the frame synchronization detection process from the minimum arrival time of the frame synchronization pulse assumed in advance,
Further, by performing pulse width detection or the like, it is possible to prevent a malfunction in frame synchronization detection due to noise or the like. (3) In general, the required level of the frame synchronization pulse is considerably smaller than the required level of the time-division signal pulse of the sensor array unit 50.
And 92 can be substantially reduced by the required level difference between them, so that the optical splitting loss due to the insertion of the synchronization signal couplers 91 and 92 becomes negligibly small.
【００１４】第２の実施例 図３は、本発明の第２の実施例を示す多重化信号復調器
の概略の構成ブロック図であり、図１中の要素と共通の
要素には共通の符号が付されている。この多重化信号復
調器は、図２に示す従来の多重化信号復調器のセンサア
レイ部５０を反射方式のセンサアレイ部５０Ａとし、１
本の伝送線で往復伝送を行うものである。即ち、光ゲー
ト３０から出力された光パルスＳ３０は、センサアレイ
部５０Ａの手前の近傍に設けられた反射器１１０で反射
されるようになっている。反射器１１０は、遅延ファイ
バ９３を介してセンサアレイ部５０Ａの入出力側に接続
されている。又、反射器１１０で反射された光パルスＳ
３０は、光ゲート３０の近傍に設けられた受信用カプラ
１２０で分岐されてＯ／Ｅ変換器６０に入力するように
なっている。他は図２と同様の構成である。図４は、図
３中のセンサアレイ部５０Ａの構成図であり、図２中の
センサアレイ部５０の要素と共通の要素には共通の符号
が付されている。センサアレイ部５０Ａは、センサアレ
イ部５０と同様に、分岐用カプラ５１−１，５１−２，
…，５１−ｍ−１と、ｍ個のセンサ入力用カプラ５２−
１，５２−２，…，５２−ｍとを有し、更に、ｍ個のセ
ンシングファイバ５３Ｓ−１，５３Ｓ−２，…，５３Ｓ
−ｍと、ｍ個のリファレンスファイバ５３Ｒ−１，５３
Ｒ−２，…，５３Ｒ−ｍとを備え、センシングファイバ
５３Ｓ−１，５３Ｓ−２，…，５３Ｓ−ｍ及びリファレ
ンスファイバ５３Ｒ−１，５３Ｒ−２，…，５３Ｒ−ｍ
は、それぞれ反射器５７Ｓ−１，５７Ｓ−２，…，５７
Ｓ−ｍ及び反射器５７Ｒ−１，５７Ｒ−２，…，５７Ｒ
−ｍで終端されている。 Second Embodiment FIG. 3 is a schematic block diagram of a multiplexed signal demodulator according to a second embodiment of the present invention. Elements common to those in FIG. Is attached. In this multiplexed signal demodulator, the sensor array section 50 of the conventional multiplexed signal demodulator shown in FIG.
Reciprocating transmission is performed by using a single transmission line. That is, the optical pulse S30 output from the optical gate 30 is reflected by the reflector 110 provided near the sensor array unit 50A. The reflector 110 is connected to the input / output side of the sensor array unit 50A via the delay fiber 93. Also, the light pulse S reflected by the reflector 110
30 is branched by a receiving coupler 120 provided near the optical gate 30 and input to the O / E converter 60. Other configurations are the same as those in FIG. FIG. 4 is a configuration diagram of the sensor array unit 50A in FIG. The sensor array unit 50A, like the sensor array unit 50, includes branching couplers 51-1 and 51-2,
..., 51-m-1 and m sensor input couplers 52-
, 52-m, and m sensing fibers 53S-1, 53S-2, ..., 53S
−m and m reference fibers 53R-1, 53
, 53R-m, and sensing fibers 53S-1, 53S-2,..., 53S-m and reference fibers 53R-1, 53R-2,.
Are the reflectors 57S-1, 57S-2,.
S-m and reflectors 57R-1, 57R-2, ..., 57R
Terminated with -m.
【００１５】次に、図３に示す多重化信号復調器の動作
を説明する。光ゲート３０から送出される光パルスの１
部の光パワーを反射器１１０で反射させ、受信用カプラ
１２０で分岐してＯ／Ｅ変換器６０に直接送り返す。こ
のパルスは、フレーム同期用として使用されるものであ
り、第１の実施例と同様に処理され使用される。反射器
１１０を透過してセンサアレイ部５０Ａへ送られる光パ
ルスＳ３０は、第１の実施例と同様にフレーム同期用の
パルスと時間分離するために、所定の遅延時間を有する
遅延ファイバ９３を通過する。センサアレイ部５０Ａに
入力された光パルスＳ３０は、分岐用カプラ５１−１で
分岐され、センサ用カプラ５２−１を介してセンシング
ファイバ５３Ｓ−１及びリファレンスファイバ５３Ｒ−
１に送られる。各々の経路には、反射器５７Ｓ−１及び
５７Ｒ−１が終端され、光パルスはここで反射し、同一
経路を辿ってセンサアレイ部５０Ａから出力され、Ｏ／
Ｅ変換器６０に送られる。センサアレイ部５０Ａの各段
を通過した光パルスは、時分割信号系列となり、第１の
実施例と同様に処理され、音響信号が復調される。Next, the operation of the multiplexed signal demodulator shown in FIG. 3 will be described. 1 of the optical pulse transmitted from the optical gate 30
The optical power of the section is reflected by the reflector 110, branched by the receiving coupler 120, and sent directly to the O / E converter 60. This pulse is used for frame synchronization, and is processed and used in the same manner as in the first embodiment. The light pulse S30 transmitted through the reflector 110 and sent to the sensor array unit 50A passes through a delay fiber 93 having a predetermined delay time in order to time-separate the pulse from the frame synchronization pulse as in the first embodiment. I do. The optical pulse S30 input to the sensor array unit 50A is branched by the branch coupler 51-1 and passes through the sensor coupler 52-1 to the sensing fiber 53S-1 and the reference fiber 53R-.
Sent to 1. In each path, reflectors 57S-1 and 57R-1 are terminated, and the light pulse is reflected there, output from the sensor array unit 50A along the same path, and O /
It is sent to the E converter 60. The light pulse that has passed through each stage of the sensor array unit 50A becomes a time-division signal sequence, is processed in the same manner as in the first embodiment, and the acoustic signal is demodulated.
【００１６】以上のように、この第２の実施例では、次
のような利点を有している。 （１） センサアレイ部５０Ａからの時分割信号系列の
先頭で、かつ直前にフレーム同期用パルスを挿入したの
で、温度変化等による光パルスの伝搬時間の変動による
時分割信号に対するチャネル選択のタイミングのずれが
無視できるようになる。そのため、伝送距離の制約はな
くなり、高速伝送のセンサアレイシステムにおいて信頼
性の高い復調器を実現できる。 （２） フレーム同期検出器１００では、予め想定され
る最小到達時間からフレーム同期検出の処理を開始する
ことにより検出時間帯を制約し、又、パルス幅検出等を
行うことにより、雑音等によるフレーム同期検出の誤動
作を防止できる。 （３） 一般に、フレーム同期用パルスの所要レベル
は、センサアレイ部５０Ａの時分割信号パルスの所要レ
ベルよりもかなり小さくなるので、反射器１１０の光分
岐比は、両者の所要レベル差の分だけ概略小さくできる
ので、反射器１１０の挿入による光分割損は無視される
程小さくなると想定される。As described above, the second embodiment has the following advantages. (1) Since the frame synchronization pulse is inserted immediately before and immediately before the time-division signal sequence from the sensor array unit 50A, the timing of the channel selection timing for the time-division signal due to a change in the propagation time of the optical pulse due to a temperature change or the like. The deviation can be ignored. Therefore, there is no restriction on the transmission distance, and a highly reliable demodulator can be realized in a high-speed transmission sensor array system. (2) The frame synchronization detector 100 restricts the detection time zone by starting the frame synchronization detection process from the minimum arrival time assumed in advance, and performs the pulse width detection and the like to reduce the frame due to noise and the like. A malfunction in synchronization detection can be prevented. (3) In general, the required level of the frame synchronization pulse is considerably smaller than the required level of the time-division signal pulse of the sensor array unit 50A. Therefore, the light branching ratio of the reflector 110 is equal to the required level difference between the two. Since it can be made substantially smaller, it is assumed that the light splitting loss due to the insertion of the reflector 110 becomes so small as to be ignored.
【００１７】第３の実施例 図５は、本発明の第３の実施例を示す多重化信号復調器
の概略の構成ブロック図であり、図１及び図３中の要素
と共通の要素には共通の符号が付されている。この多重
化信号復調器は、受信用カプラ１２０をセンサアレイ部
５０Ａ寄りに配置してセンサアレイ部５０Ａの出力信号
を復路専用の伝送線で伝送するものである。即ち、受信
用カプラ１２０は、同期信号用カプラ９１と遅延ファイ
バ９３間に設けられ、光パルスＳ３０が受信用カプラ１
２０で分岐されて同期信号用カプラ９２へ入力するよう
になっている。 Third Embodiment FIG. 5 is a schematic block diagram of a multiplexed signal demodulator according to a third embodiment of the present invention. Elements common to those in FIGS. 1 and 3 include: Common symbols are assigned. In the multiplexed signal demodulator, the receiving coupler 120 is disposed near the sensor array unit 50A, and the output signal of the sensor array unit 50A is transmitted through a transmission line dedicated to the return path. That is, the receiving coupler 120 is provided between the synchronization signal coupler 91 and the delay fiber 93, and the optical pulse S30 is supplied to the receiving coupler 1
The signal is branched at 20 and input to the synchronization signal coupler 92.
【００１８】次に、図５に示す多重化信号復調器の動作
を説明する。光ゲート３０から送出される光パルスＳ３
０の一部の光パワーを同期信号用カプラ９１，９２を介
してＯ／Ｅ変換器６０に直接送り返す。このパルスは、
前記第１及び第２の実施例と同様に、フレーム同期用と
して使用される。尚、受信用カプラ１２０の往路側から
復路側への結合度が所要の同期信号用カプラ９１，９２
の光分岐比の積と同等程度あれば、同期信号用カプラ９
１，９２を取り除いても、フレーム同期パルスとなりう
る戻りパルスが形成される。以上のように、この第３の
実施例では、第１及び第２の実施例とほぼ同様の利点を
有している。尚、本発明は、遠隔計測で伝送用光ファイ
バが温度変動の大きい環境に設置されても、伝送される
信号の安定した復調が得られ、音響、電流、磁気等種々
の物理量を計測する光ファイバセンサアレイ等で長距離
で高速の多重化伝送システムの構成に応用される。Next, the operation of the multiplexed signal demodulator shown in FIG. 5 will be described. Optical pulse S3 sent from optical gate 30
A part of the optical power of 0 is directly sent back to the O / E converter 60 via the synchronization signal couplers 91 and 92. This pulse
Like the first and second embodiments, it is used for frame synchronization. The synchronization signal couplers 91 and 92 which require the degree of coupling of the receiving coupler 120 from the forward path to the return path are required.
If the product is approximately equal to the product of the optical branching ratios of
Even if 1,92 is removed, a return pulse that can be a frame synchronization pulse is formed. As described above, the third embodiment has substantially the same advantages as the first and second embodiments. It should be noted that the present invention can provide a stable demodulation of a transmitted signal even when an optical fiber for transmission is installed in an environment having a large temperature fluctuation by remote measurement, and can measure various physical quantities such as sound, current, and magnetism. It is applied to the configuration of a long-distance and high-speed multiplex transmission system using a fiber sensor array or the like.
【００１９】[0019]
【発明の効果】以上詳細に説明したように、第１、第
２、及び第３の発明によれば、センサアレイ部からの時
分割信号系列の先頭で、かつ直前にフレーム同期用パル
スを挿入したので、温度変化等による光パルスの伝搬時
間の変動による時分割信号に対するデマルチプレクサの
チャネル選択のタイミングのずれが無視できるようにな
る。そのため、伝送距離の制約はなくなり、高速伝送の
センサアレイシステムにおいて信頼性の高い多重化信号
復調器を実現できる。フレーム同期検出手段では、予め
想定されるフレーム同期パルスの最小到達時間から所定
の時間窓でフレーム同期検出の処理を開始することによ
り検出時間帯を制約し、又、パルス幅検出等を行うこと
により、雑音等によるフレーム同期検出の誤動作を防止
できる。一般に、フレーム同期用パルスの所要レベル
は、センサアレイ部の時分割信号パルスの所要レベルよ
りもかなり小さくなるので、同期信号用カプラ９１及び
９２の光分岐比は、両者の所要レベル差の分だけ概略小
さくできるので、同期信号用カプラ９１及び９２の挿入
による光分割損は無視できる程小さくなる。As described above in detail, according to the first, second and third aspects, a frame synchronization pulse is inserted immediately before and immediately before the time-division signal sequence from the sensor array unit. As a result, the shift in the channel selection timing of the demultiplexer with respect to the time-division signal due to a change in the propagation time of the optical pulse due to a temperature change or the like can be ignored. Therefore, there is no restriction on the transmission distance, and a highly reliable multiplexed signal demodulator can be realized in a sensor array system for high-speed transmission. In the frame synchronization detecting means, the detection time zone is restricted by starting the processing of frame synchronization detection in a predetermined time window from the minimum arrival time of the frame synchronization pulse assumed in advance, and by performing pulse width detection and the like. Erroneous operation of frame synchronization detection due to noise or the like can be prevented. In general, the required level of the frame synchronization pulse is considerably smaller than the required level of the time-division signal pulse of the sensor array unit. Therefore, the optical branching ratio of the synchronization signal couplers 91 and 92 is equal to the required level difference between the two. Since it can be made substantially smaller, the light division loss due to the insertion of the synchronization signal couplers 91 and 92 becomes so small as to be negligible.
【図１】本発明の第１の実施例を示す多重化信号復調器
の概略の構成ブロック図である。FIG. 1 is a schematic block diagram of a multiplexed signal demodulator according to a first embodiment of the present invention.
【図２】従来の多重化信号復調器の概略の構成ブロック
図である。FIG. 2 is a schematic configuration block diagram of a conventional multiplexed signal demodulator.
【図３】本発明の第２の実施例を示す多重化信号復調器
の概略の構成ブロック図である。FIG. 3 is a schematic block diagram of a multiplexed signal demodulator according to a second embodiment of the present invention.
【図４】図３中のセンサアレイ部の構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a sensor array unit in FIG. 3;
【図５】本発明の第３の実施例を示す多重化信号復調器
の概略の構成ブロック図である。FIG. 5 is a schematic block diagram of a multiplexed signal demodulator according to a third embodiment of the present invention.
２０ 光源 ３０ 光ゲー
ト ５０ センサ
アレイ部 ６０ Ｏ／Ｅ
変換器 ７０ デマル
チプレクサ ８０ 位相復
調器 ９１，９２，１２０， カプラ
（分岐手段） ９３ 遅延手
段 １００ フレー
ム同期検出器 １１０ 反射器
（分岐手段）Reference Signs List 20 light source 30 optical gate 50 sensor array unit 60 O / E
Converter 70 Demultiplexer 80 Phase demodulator 91, 92, 120, Coupler (branch means) 93 Delay means 100 Frame synchronization detector 110 Reflector (branch means)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/152 10/18 (72)発明者 新藤 雄吾 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電 気工業株式会社内 (72)発明者 加藤 洋一 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電 気工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−301502（ＪＰ，Ａ)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Agency reference number FI Technical display location H04B 10/152 10/18 (72) Inventor Yugo Shinto 1-7-12 Toranomon, Minato-ku, Tokyo Oki Electric Industry Co., Ltd. (72) Inventor Yoichi Kato 1-7-12 Toranomon, Minato-ku, Tokyo Oki Electric Industry Co., Ltd. (56) References JP-A-4-301502 (JP, A)
Claims (3)
た光信号を出力する光源と、 前記光信号を標本化して所定の幅の光パルスを出力する
光ゲートと、 前記光パルスを参照光及びセンサ光として用いて外部か
ら与えられた音波情報を含んだ干渉光を出力する複数チ
ャネルのセンサを有し、該複数チャネルのセンサが出力
する干渉光の時間をずらして複数チャネルの時系列パル
スにして出力するセンサアレイ部と、 前記時系列パルスを電気信号に変換する光電変換器と、 前記標本化に同期して前記光電変換器の出力信号を前記
各チャネル毎の時系列信号に変換するデマルチプレクサ
と、 前記デマルチプレクサの各出力信号をそれぞれ連続信号
に変換し、該連続信号の位相復調を行う位相復調器とを
備え、 前記音波情報を光信号の形で検出して音響信号に復調す
る光ファイバセンサアレイ用時分割多重化信号復調器に
おいて、 前記センサアレイ部の手前の近傍で前記光ゲートから出
力された光パルスを該センサアレイ部から出力される時
系列パルスに加えることにより、１つの光パルスに対応
して該センサアレイ部から出力される時系列パルスであ
るフレームの先頭に該光ゲートから出力された光パルス
をフレーム同期パルスとして付加する分岐手段と、 前記分岐手段と前記センサアレイ部との間に設けられ、
前記光ゲートから出力された光パルスを所定の遅延時間
だけ遅延して前記センサアレイ部へ入力する遅延手段
と、 前記分岐手段からの前記フレーム同期パルスを検出した
後に前記デマルチプレクサを起動するフレーム同期検出
手段とを、 設けたことを特徴とする光ファイバセンサアレイ用時分
割多重化信号復調器。A light source that outputs an optical signal frequency-modulated based on a reference frequency signal; an optical gate that samples the optical signal and outputs an optical pulse having a predetermined width; It has a multi-channel sensor that outputs interference light including sound wave information given from outside using light as light, and shifts the time of the interference light output by the multi-channel sensor into a time-series pulse of multiple channels. A sensor array unit for outputting, a photoelectric converter for converting the time-series pulse into an electric signal, and a demultiplexer for converting an output signal of the photoelectric converter into a time-series signal for each channel in synchronization with the sampling. And a phase demodulator that converts each output signal of the demultiplexer into a continuous signal and performs phase demodulation of the continuous signal, and detects the sound wave information in the form of an optical signal. A time-division multiplexed signal demodulator for an optical fiber sensor array, which demodulates the optical pulse to an acoustic signal by using a time-series pulse output from the sensor array in the vicinity of the front of the sensor array. Branching means for adding, as a frame synchronization pulse, an optical pulse output from the optical gate to the beginning of a frame, which is a time-series pulse output from the sensor array unit in response to one optical pulse, Provided between the branching means and the sensor array unit,
Delay means for delaying the light pulse output from the light gate by a predetermined delay time and inputting the light pulse to the sensor array unit; and frame synchronization for activating the demultiplexer after detecting the frame synchronization pulse from the branching means. A time-division multiplexed signal demodulator for an optical fiber sensor array, comprising: detecting means.
ルス発生後の所定の時間窓で前記フレーム同期パルスの
レベルを検出する構成としたことを、特徴とする請求項
１記載の光ファイバセンサアレイ用時分割多重化信号復
調器。2. The optical fiber sensor array according to claim 1, wherein said frame synchronization detecting means detects the level of said frame synchronization pulse in a predetermined time window after said light pulse is generated. Time-division multiplexed signal demodulator.
ルス発生後の所定の時間窓で前記フレーム同期パルスを
パルス幅と同程度の時間幅で検出することを、特徴とす
る請求項１又は２記載の光ファイバセンサアレイ用時分
割多重化信号復調器。3. The frame synchronization detecting means according to claim 1, wherein the frame synchronization detecting means detects the frame synchronization pulse in a predetermined time window after the generation of the light pulse with a time width substantially equal to the pulse width. 2. A time-division multiplexed signal demodulator for an optical fiber sensor array according to claim 1.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP7069151A JP2628573B2 (en) | 1995-03-28 | 1995-03-28 | Time-division multiplexed signal demodulator for optical fiber sensor array |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP7069151A JP2628573B2 (en) | 1995-03-28 | 1995-03-28 | Time-division multiplexed signal demodulator for optical fiber sensor array |
Publications (2)
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