JP2948724B2 - 多重出力光ファイバセンサ装置 - Google Patents
多重出力光ファイバセンサ装置Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば光ファイバセン
サアレイ用時分割多重信号の変復調器やソーナのような
水中音響センサ等に用いられ、音波情報を光信号の形で
検出するための光ファイバを使用した多重出力光ファイ
バセンサ装置に関するものである。
サアレイ用時分割多重信号の変復調器やソーナのような
水中音響センサ等に用いられ、音波情報を光信号の形で
検出するための光ファイバを使用した多重出力光ファイ
バセンサ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、このような分野の時分割多重信号
の位相復調技術としては、例えば次のような文献に記載
されるものがあった。 文献;アイイイイ ジャーナル オブ(IEEE JOURNAL O
F QUANTUM ELECTRONICS )、QE−18[10](19
82−10)IEEE(米) A.Dandridge,A.B.Tveten,and T.G.Giallorenzi "Homody
ne Demodulation Scheme for Fiber Optic Sensors Usi
ng Phase Generated Carrier"P.1647−1653 図2は、前記文献に記載された単一センサの位相復調回
路を多重化信号の変復調に拡大した多重出力光ファイバ
センサ装置の一構成例を示す概略の構成ブロック図であ
る。この多重出力光ファイバセンサ装置は、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 /2πの正弦波信号S1を出
力する信号発生器1を有している。又、この多重出力光
ファイバセンサ装置は、タイミング発生器2を備えてい
る。信号発生器1の出力側は、光干渉計3の入力側に接
続されている。光干渉計3は、信号発生器1から出力さ
れる正弦波信号S1に基づいて変調周波数ω0 /2πの
FM変調光S3aを出力する光源3aを有している。光
源3aの出力側は、光ゲート3bの入力側に接続されて
いる。光ゲート3bは、タイミング発生器2の制御信号
S2に基づいて光源3aのFM変調光S3aを光パルス
S3bに変換する回路である。光ゲート3bの出力側
は、センサアレイ部3cの入力側に接続されている。セ
ンサアレイ部3cは、光パルスS3bを入力して音波情
報を含む伝搬光と参照光との干渉による干渉光として出
力する複数の光センサを有し、それらの光センサの各干
渉光をチャネル順序に基づく直列な時系列パルスの出力
信号S3cとして出力する機能を有している。センサア
レイ部3cの出力側は、多重化位相復調器10中の光電
変換器(以下、O/E変換器という)11の入力側に接
続されている。O/E変換器11は、センサアレイ部3
cの出力信号S3cを電気信号に変換する機能を有して
いる。又、信号発生器1の出力側は、多重化位相復調器
10中の同期信号発生器12,13の入力側に接続され
ている。一方、O/E変換器11の出力側は、FM変調
の変調周波数を基本周波数とする第1次高調波成分抽出
手段14及び第2次高調波成分抽出手段15の入力側に
接続されている。第1次高調波成分抽出手段14は乗算
器14a及び低域通過フィルタ(以下、LPFという)
14bを有し、O/E変換器11の干渉出力信号Iの第
1次高調波成分を抽出する回路である。この乗算器14
aは同期信号発生器12の出力側が接続され、干渉出力
信号Iと参照信号S12とを乗算する回路である。この
参照信号S12は、同期信号発生器12が信号発生器1
に同期して出力する周波数ω0 /2πの正弦波信号であ
る。LPF14bは、乗算器14aの出力信号の高周波
成分を除去する回路である。
の位相復調技術としては、例えば次のような文献に記載
されるものがあった。 文献;アイイイイ ジャーナル オブ(IEEE JOURNAL O
F QUANTUM ELECTRONICS )、QE−18[10](19
82−10)IEEE(米) A.Dandridge,A.B.Tveten,and T.G.Giallorenzi "Homody
ne Demodulation Scheme for Fiber Optic Sensors Usi
ng Phase Generated Carrier"P.1647−1653 図2は、前記文献に記載された単一センサの位相復調回
路を多重化信号の変復調に拡大した多重出力光ファイバ
センサ装置の一構成例を示す概略の構成ブロック図であ
る。この多重出力光ファイバセンサ装置は、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 /2πの正弦波信号S1を出
力する信号発生器1を有している。又、この多重出力光
ファイバセンサ装置は、タイミング発生器2を備えてい
る。信号発生器1の出力側は、光干渉計3の入力側に接
続されている。光干渉計3は、信号発生器1から出力さ
れる正弦波信号S1に基づいて変調周波数ω0 /2πの
FM変調光S3aを出力する光源3aを有している。光
源3aの出力側は、光ゲート3bの入力側に接続されて
いる。光ゲート3bは、タイミング発生器2の制御信号
S2に基づいて光源3aのFM変調光S3aを光パルス
S3bに変換する回路である。光ゲート3bの出力側
は、センサアレイ部3cの入力側に接続されている。セ
ンサアレイ部3cは、光パルスS3bを入力して音波情
報を含む伝搬光と参照光との干渉による干渉光として出
力する複数の光センサを有し、それらの光センサの各干
渉光をチャネル順序に基づく直列な時系列パルスの出力
信号S3cとして出力する機能を有している。センサア
レイ部3cの出力側は、多重化位相復調器10中の光電
変換器(以下、O/E変換器という)11の入力側に接
続されている。O/E変換器11は、センサアレイ部3
cの出力信号S3cを電気信号に変換する機能を有して
いる。又、信号発生器1の出力側は、多重化位相復調器
10中の同期信号発生器12,13の入力側に接続され
ている。一方、O/E変換器11の出力側は、FM変調
の変調周波数を基本周波数とする第1次高調波成分抽出
手段14及び第2次高調波成分抽出手段15の入力側に
接続されている。第1次高調波成分抽出手段14は乗算
器14a及び低域通過フィルタ(以下、LPFという)
14bを有し、O/E変換器11の干渉出力信号Iの第
1次高調波成分を抽出する回路である。この乗算器14
aは同期信号発生器12の出力側が接続され、干渉出力
信号Iと参照信号S12とを乗算する回路である。この
参照信号S12は、同期信号発生器12が信号発生器1
に同期して出力する周波数ω0 /2πの正弦波信号であ
る。LPF14bは、乗算器14aの出力信号の高周波
成分を除去する回路である。
【0003】第2次高調波成分抽出手段15は、乗算器
15a及びLPF15bを有し、O/E変換器11の干
渉出力信号Iの第2次高調波成分を抽出する回路であ
る。この乗算器15aは同期信号発生器13の出力側が
接続され、干渉出力信号Iと参照信号S13とを乗算す
る回路である。参照信号S13は、同期信号発生器13
が信号発生器1に同期して出力する周波数がω0 /πの
正弦波信号である。LPF15bは、乗算器15aの出
力信号の高周波成分を除去する回路である。第1次高調
波成分抽出手段14の出力側には微分器16及び乗算器
19が接続され、第2次高調波成分抽出手段15の出力
側には微分器17及び乗算器18が接続されている。微
分器16は、第1次高調波成分抽出手段14の出力信号
を微分する回路である。微分器17は、第2次高調波成
分抽出手段15の出力信号を微分する回路である。乗算
器18は、微分器16の出力信号と第2次高調波成分抽
出手段15の出力信号とを乗算する回路である。乗算器
19は、微分器17の出力信号と第1次高調波成分抽出
手段14の出力信号とを乗算する回路である。乗算器1
8及び乗算器19の出力側には、減算器20が接続され
ている。減算器20は、乗算器18の出力信号S18か
ら乗算器19の出力信号S19を減算する回路である。
減算器20の出力側には、デマルチプレクサ21の入力
側が接続されている。デマルチプレクサ21は、減算器
20の出力信号S20を入力し、タイミング発生器2の
出力信号S2に基づき、時分割によってm個の出力信号
S21−1〜S21−mを出力する回路である。デマル
チプレクサ21の各出力側は、積分器22−1〜22−
mの入力側にそれぞれ接続されている。積分器22−1
〜22−mは、デマルチプレクサ21の出力信号S21
−1〜S21−mをそれぞれ積分する回路である。図3
は、図2中のセンサアレイ部3cの構成を表す図であ
る。このセンサアレイ部3cは、光ファイバF1からの
光パルスを第1と第2の光パルスに分岐するm個の分岐
用カプラ31−1,31−2,…,31−m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32−
1,32−2,…,32−mとを有している。更に、こ
のセンサアレイ部3Cは、m個のセンシングファイバ3
3S−1,33S−2,…,33S−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33R−1,33R−2,…,33R−
mと、各干渉計の透過光を合成するセンサ出力用カプラ
34−1,34−2,…,34−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35−1,35−2,…,35−m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個の遅延ファイバ36−1,36−2,…,36
−(m−1)とを備え、mチャネルのセンサアレイが構
成されている。
15a及びLPF15bを有し、O/E変換器11の干
渉出力信号Iの第2次高調波成分を抽出する回路であ
る。この乗算器15aは同期信号発生器13の出力側が
接続され、干渉出力信号Iと参照信号S13とを乗算す
る回路である。参照信号S13は、同期信号発生器13
が信号発生器1に同期して出力する周波数がω0 /πの
正弦波信号である。LPF15bは、乗算器15aの出
力信号の高周波成分を除去する回路である。第1次高調
波成分抽出手段14の出力側には微分器16及び乗算器
19が接続され、第2次高調波成分抽出手段15の出力
側には微分器17及び乗算器18が接続されている。微
分器16は、第1次高調波成分抽出手段14の出力信号
を微分する回路である。微分器17は、第2次高調波成
分抽出手段15の出力信号を微分する回路である。乗算
器18は、微分器16の出力信号と第2次高調波成分抽
出手段15の出力信号とを乗算する回路である。乗算器
19は、微分器17の出力信号と第1次高調波成分抽出
手段14の出力信号とを乗算する回路である。乗算器1
8及び乗算器19の出力側には、減算器20が接続され
ている。減算器20は、乗算器18の出力信号S18か
ら乗算器19の出力信号S19を減算する回路である。
減算器20の出力側には、デマルチプレクサ21の入力
側が接続されている。デマルチプレクサ21は、減算器
20の出力信号S20を入力し、タイミング発生器2の
出力信号S2に基づき、時分割によってm個の出力信号
S21−1〜S21−mを出力する回路である。デマル
チプレクサ21の各出力側は、積分器22−1〜22−
mの入力側にそれぞれ接続されている。積分器22−1
〜22−mは、デマルチプレクサ21の出力信号S21
−1〜S21−mをそれぞれ積分する回路である。図3
は、図2中のセンサアレイ部3cの構成を表す図であ
る。このセンサアレイ部3cは、光ファイバF1からの
光パルスを第1と第2の光パルスに分岐するm個の分岐
用カプラ31−1,31−2,…,31−m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32−
1,32−2,…,32−mとを有している。更に、こ
のセンサアレイ部3Cは、m個のセンシングファイバ3
3S−1,33S−2,…,33S−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33R−1,33R−2,…,33R−
mと、各干渉計の透過光を合成するセンサ出力用カプラ
34−1,34−2,…,34−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35−1,35−2,…,35−m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個の遅延ファイバ36−1,36−2,…,36
−(m−1)とを備え、mチャネルのセンサアレイが構
成されている。
【0004】次に、この多重出力光ファイバセンサ装置
の動作を説明する。光源3aは、信号発生器1から出力
された周波数ω0 /2πの正弦波によって電流駆動さ
れ、変調周波数ω0 /2πのFM変調光S3aを出力す
る。光ゲート3bは、FM変調光S3aを入力し、タイ
ミング発生器2の制御信号S2に基づいて光パルスS3
bに変換する。この光パルスS3bは、光ファイバF1
を介して1段目の分岐用カプラ31−1へ送られ、その
分岐用カプラ31−1が光パルスS3bを第1及び第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
36−1を介して次段の分岐用カプラ31−2へ送ら
れ、第2の光パルスがセンサ入力用カプラ32−1で2
等分されてセンシングファイバ33S−1及びリファレ
ンスファイバ33R−1へそれぞれ送られる。センシン
グファイバ33S−1及びリファレンスファイバ33R
−1は、次のように動作する。即ち、センシングファイ
バ33S−1に音波が印加されると該センシングファイ
バ33S−1の屈折率及びファイバ長が変化し、該ンシ
ングファイバ33−1に入力された光(以下、これを伝
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32に入力された光(以下、これを参照光とい
う)の位相は変化しないので、これらの伝搬光と参照光
とによって干渉光が発生する。
の動作を説明する。光源3aは、信号発生器1から出力
された周波数ω0 /2πの正弦波によって電流駆動さ
れ、変調周波数ω0 /2πのFM変調光S3aを出力す
る。光ゲート3bは、FM変調光S3aを入力し、タイ
ミング発生器2の制御信号S2に基づいて光パルスS3
bに変換する。この光パルスS3bは、光ファイバF1
を介して1段目の分岐用カプラ31−1へ送られ、その
分岐用カプラ31−1が光パルスS3bを第1及び第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
36−1を介して次段の分岐用カプラ31−2へ送ら
れ、第2の光パルスがセンサ入力用カプラ32−1で2
等分されてセンシングファイバ33S−1及びリファレ
ンスファイバ33R−1へそれぞれ送られる。センシン
グファイバ33S−1及びリファレンスファイバ33R
−1は、次のように動作する。即ち、センシングファイ
バ33S−1に音波が印加されると該センシングファイ
バ33S−1の屈折率及びファイバ長が変化し、該ンシ
ングファイバ33−1に入力された光(以下、これを伝
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32に入力された光(以下、これを参照光とい
う)の位相は変化しないので、これらの伝搬光と参照光
とによって干渉光が発生する。
【0005】この干渉光がO/E変換器11によって電
気信号に変換され、その干渉出力信号Iは、次式(1)
のように表される。 I=A+Bcos(Ccosω0t+φ(t)) =A+BJ0(C)cosφ(t) +2BJ1 (C)cos(φ(t)+π/2)cosω0 t +2BJ2 (C)cos(φ(t)+π)cos2ω0 t ・ ・ +2BJk(C)cos(φ(t)+kπ/2)coskω0 t ・・・(1) 但し、A,B;入力光量に比例する定数 C;FM変調信号の最大周波数偏移及びセンシングファイバとリフ ァレンスファイバとの間の光路差の関数となる位相変調度 φ(t);音波信号 Jk (C);ベッセル関数(k=0,1,2,・・) 乗算器14aは、干渉出力信号Iと、参照信号S12と
を乗算した後、LPF14bへ出力する。LPF14b
の出力信号S14は、次式(2)のように表される。 S14=BJ1 (C)sinφ(t) ・・・(2) 乗算器15aは、干渉出力信号Iと、参照信号S13と
を乗算した後、LPF15bへ出力する。LPF15b
の出力信号S15は、次式(3)のように表される。 S15=BJ2 (C)cosφ(t) ・・・(3) 次に、出力信号S14,S15を 微分器16,17でそ
れぞれ微分し、乗算器18,19でクロス乗算すると、
乗算器18,19の出力信号S18,S19はそれぞれ
次式(4),(5)のようになる。 S18= B2 J1 (C)J2 (C)(dφ(t)/dt)cos 2 φ(t)・・・(4) S19=− B2 J1 (C)J2 (C)(dφ(t)/dt)sin 2 φ(t)・・・(5) 減算器20で出力信号S18から出力信号S19を減算
することにより、出力信号S20は次式(6)のように
なる。 S20=B2 J1 (C)J2 (C)(dφ(t)/dt) ・・・(6) 次に、式(6)を積分するため、デマルチプレクサ21
の出力先をタイミング発生器2の制御信号S2に基づい
て切り替え、例えばチャネル1の場合は、積分器22−
1に入力する。出力信号S20を積分器22−1で積分
することにより、次式(7)に示す出力信号S22−1
が得られ、音波信号φ(t)が復調される。 S22−1=B2 J1 (C)J2 (C)φ(t) ・・・(7) 次のチャネルの干渉光パルスも同様の動作によって積分
器22−2〜22−mで順次積分される。
気信号に変換され、その干渉出力信号Iは、次式(1)
のように表される。 I=A+Bcos(Ccosω0t+φ(t)) =A+BJ0(C)cosφ(t) +2BJ1 (C)cos(φ(t)+π/2)cosω0 t +2BJ2 (C)cos(φ(t)+π)cos2ω0 t ・ ・ +2BJk(C)cos(φ(t)+kπ/2)coskω0 t ・・・(1) 但し、A,B;入力光量に比例する定数 C;FM変調信号の最大周波数偏移及びセンシングファイバとリフ ァレンスファイバとの間の光路差の関数となる位相変調度 φ(t);音波信号 Jk (C);ベッセル関数(k=0,1,2,・・) 乗算器14aは、干渉出力信号Iと、参照信号S12と
を乗算した後、LPF14bへ出力する。LPF14b
の出力信号S14は、次式(2)のように表される。 S14=BJ1 (C)sinφ(t) ・・・(2) 乗算器15aは、干渉出力信号Iと、参照信号S13と
を乗算した後、LPF15bへ出力する。LPF15b
の出力信号S15は、次式(3)のように表される。 S15=BJ2 (C)cosφ(t) ・・・(3) 次に、出力信号S14,S15を 微分器16,17でそ
れぞれ微分し、乗算器18,19でクロス乗算すると、
乗算器18,19の出力信号S18,S19はそれぞれ
次式(4),(5)のようになる。 S18= B2 J1 (C)J2 (C)(dφ(t)/dt)cos 2 φ(t)・・・(4) S19=− B2 J1 (C)J2 (C)(dφ(t)/dt)sin 2 φ(t)・・・(5) 減算器20で出力信号S18から出力信号S19を減算
することにより、出力信号S20は次式(6)のように
なる。 S20=B2 J1 (C)J2 (C)(dφ(t)/dt) ・・・(6) 次に、式(6)を積分するため、デマルチプレクサ21
の出力先をタイミング発生器2の制御信号S2に基づい
て切り替え、例えばチャネル1の場合は、積分器22−
1に入力する。出力信号S20を積分器22−1で積分
することにより、次式(7)に示す出力信号S22−1
が得られ、音波信号φ(t)が復調される。 S22−1=B2 J1 (C)J2 (C)φ(t) ・・・(7) 次のチャネルの干渉光パルスも同様の動作によって積分
器22−2〜22−mで順次積分される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
図2の多重出力光ファイバセンサ装置では、次のような
課題があった。センサアレイ部3cの各チャネル毎の干
渉信号の位相復調は、各干渉信号のパルス幅の時間内で
行い、光パルスの標本化周期内でチャネルを切り替えて
実行するため、FM変調を高周波で行う必要がある。例
えば、位相復調に必要とするパルス幅内の所要サイクル
数をCs、標本化周波数をfs、及び多重化数をmとす
ると、FM変調周波数f0 は、f0 ≧fs・Cs・mに
なるので、例えばCs=10、fs=2kHz、及びM
=10とすると、f0 ≧200kHzになる。ところ
が、光源3aに使用される汎用の半導体レーザのFM変
調周波数の上限は数百kHz以下であり、多重化数が増
えると汎用の半導体レーザを用いて変調処理を行うこと
は不可能になる。又、復調処理回路も高周波用素子を使
用する必要があり、復調処理回路の低雑音化が困難にな
る。本発明は前記従来技術が持っていた課題として、F
M変調周波数を高くする必要性から、汎用の半導体レー
ザの使用が困難であり、更に、復調処理回路も低雑音化
が困難であるという点について解決した多重出力光ファ
イバセンサ装置を提供するものである。
図2の多重出力光ファイバセンサ装置では、次のような
課題があった。センサアレイ部3cの各チャネル毎の干
渉信号の位相復調は、各干渉信号のパルス幅の時間内で
行い、光パルスの標本化周期内でチャネルを切り替えて
実行するため、FM変調を高周波で行う必要がある。例
えば、位相復調に必要とするパルス幅内の所要サイクル
数をCs、標本化周波数をfs、及び多重化数をmとす
ると、FM変調周波数f0 は、f0 ≧fs・Cs・mに
なるので、例えばCs=10、fs=2kHz、及びM
=10とすると、f0 ≧200kHzになる。ところ
が、光源3aに使用される汎用の半導体レーザのFM変
調周波数の上限は数百kHz以下であり、多重化数が増
えると汎用の半導体レーザを用いて変調処理を行うこと
は不可能になる。又、復調処理回路も高周波用素子を使
用する必要があり、復調処理回路の低雑音化が困難にな
る。本発明は前記従来技術が持っていた課題として、F
M変調周波数を高くする必要性から、汎用の半導体レー
ザの使用が困難であり、更に、復調処理回路も低雑音化
が困難であるという点について解決した多重出力光ファ
イバセンサ装置を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明では、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、前記光信号をパルス化し
て所定の幅の光パルスを出力する光ゲートと、前記光パ
ルスを入力して音波情報を含む伝搬光と参照光との干渉
による干渉光として出力する複数の光センサを有し、該
各光センサの干渉光をチャネル順序に基づく直列な時系
列パルスとして出力する複数チャネルのセンサアレイ部
と、前記時系列パルスを電気信号に変換した後に前記各
チャネル毎の信号に分割して位相復調する多重化位相復
調器とを、備えた多重出力光ファイバセンサ装置におい
て、該多重化位相復調器を次のように構成している。即
ち、前記多重化位相復調器を、前記時系列パルスを電気
信号に変換するO/E変換器と、前記パルス化に同期し
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する複
数の補間器と、前記補間器の各出力信号の位相復調を行
う複数の位相復調器とで、構成している。
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、前記光信号をパルス化し
て所定の幅の光パルスを出力する光ゲートと、前記光パ
ルスを入力して音波情報を含む伝搬光と参照光との干渉
による干渉光として出力する複数の光センサを有し、該
各光センサの干渉光をチャネル順序に基づく直列な時系
列パルスとして出力する複数チャネルのセンサアレイ部
と、前記時系列パルスを電気信号に変換した後に前記各
チャネル毎の信号に分割して位相復調する多重化位相復
調器とを、備えた多重出力光ファイバセンサ装置におい
て、該多重化位相復調器を次のように構成している。即
ち、前記多重化位相復調器を、前記時系列パルスを電気
信号に変換するO/E変換器と、前記パルス化に同期し
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する複
数の補間器と、前記補間器の各出力信号の位相復調を行
う複数の位相復調器とで、構成している。
【0008】
【作用】本発明によれば、以上のように多重出力光ファ
イバセンサ装置を構成したので、光源は基準周波数信号
に基づいて周波数変調された光信号を出力し、光ゲート
が、前記光信号をパルス化して所定の幅の光パルスを出
力する。複数チャネルのセンサアレイ部は、内部の各光
センサの干渉光をチャネル順序に基づく直列な時系列パ
ルスとして出力する。更に、O/E変換器は、前記時系
列パルスを電気信号に変換する。デマルチプレクサは、
前記パルス化に同期して前記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。複数の補間
器は、前記デマルチプレクサの各出力信号をそれぞれ並
行して連続信号に変換する。複数の位相復調器が、前記
補間器の各出力信号の位相復調を並行して行う。従っ
て、前記課題を解決できるのである。
イバセンサ装置を構成したので、光源は基準周波数信号
に基づいて周波数変調された光信号を出力し、光ゲート
が、前記光信号をパルス化して所定の幅の光パルスを出
力する。複数チャネルのセンサアレイ部は、内部の各光
センサの干渉光をチャネル順序に基づく直列な時系列パ
ルスとして出力する。更に、O/E変換器は、前記時系
列パルスを電気信号に変換する。デマルチプレクサは、
前記パルス化に同期して前記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。複数の補間
器は、前記デマルチプレクサの各出力信号をそれぞれ並
行して連続信号に変換する。複数の位相復調器が、前記
補間器の各出力信号の位相復調を並行して行う。従っ
て、前記課題を解決できるのである。
【0009】
【実施例】図1は、本発明の実施例を示す多重出力光フ
ァイバセンサ装置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。
この多重出力光ファイバセンサ装置は、図2の従来の多
重出力光ファイバセンサ装置と同様の信号発生器1、タ
イミング発生器2、及び光干渉計3を備えている。光干
渉計3の出力側には、従来と異なる多重化位相復調器4
0の入力側が接続されている。この多重化位相復調器4
0は、図2の従来の多重出力光ファイバセンサ装置と同
様に、センサアレイ部3cの出力信号S3cを電気信号
に変換するO/E変換器41を有している。O/E変換
器41の出力側は、デマルチプレクサ42の入力側に接
続されている。又、タイミング発生器2は、デマルチプ
レクサ42に接続されている。マルチプレクサ42は、
O/E変換器41の出力信号をタイミング発生器2の出
力信号S2に基づいて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42の各出力側は、補
間器43−1〜43−mの入力側にそれぞれ接続されて
いる。これらの補間器43−1〜43−mは例えばLP
F等で構成され、デマルチプレクサ42の各出力信号を
それぞれ連続信号に変換する回路である。補間器43−
1〜43−mの各出力側は、位相復調器44−1〜44
−mの入力側にそれぞれ接続されている。又、信号発生
器1は、位相復調器44−1〜44−mに接続されてい
る。これらの位相復調器44−1〜44−mは、図2中
の多重化位相復調器10からO/E変換器11及びデマ
ルチプレクサ21を除去し、減算器20に1個の積分器
を接続した構成になっている。
ァイバセンサ装置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。
この多重出力光ファイバセンサ装置は、図2の従来の多
重出力光ファイバセンサ装置と同様の信号発生器1、タ
イミング発生器2、及び光干渉計3を備えている。光干
渉計3の出力側には、従来と異なる多重化位相復調器4
0の入力側が接続されている。この多重化位相復調器4
0は、図2の従来の多重出力光ファイバセンサ装置と同
様に、センサアレイ部3cの出力信号S3cを電気信号
に変換するO/E変換器41を有している。O/E変換
器41の出力側は、デマルチプレクサ42の入力側に接
続されている。又、タイミング発生器2は、デマルチプ
レクサ42に接続されている。マルチプレクサ42は、
O/E変換器41の出力信号をタイミング発生器2の出
力信号S2に基づいて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42の各出力側は、補
間器43−1〜43−mの入力側にそれぞれ接続されて
いる。これらの補間器43−1〜43−mは例えばLP
F等で構成され、デマルチプレクサ42の各出力信号を
それぞれ連続信号に変換する回路である。補間器43−
1〜43−mの各出力側は、位相復調器44−1〜44
−mの入力側にそれぞれ接続されている。又、信号発生
器1は、位相復調器44−1〜44−mに接続されてい
る。これらの位相復調器44−1〜44−mは、図2中
の多重化位相復調器10からO/E変換器11及びデマ
ルチプレクサ21を除去し、減算器20に1個の積分器
を接続した構成になっている。
【0010】次に、図1に示す多重出力光ファイバセン
サ装置の動作を説明する。光干渉計3は、従来と同様
に、信号発生器1から出力された周波数ω0 /2πの正
弦波信号S1によって光源3aが電流駆動され、変調周
波数ω0 /2πのFM変調光S3aを光ゲート3bに入
力する。光ゲート3bは、タイミング発生器2の制御信
号S2によりFM変調光S3aを所要パルス幅の光パル
スに変換し、センサアレイ部3cに入力する。センサア
レイ部3cからは従来と同様に各チャネル毎のセンシン
グファイバ及びリファレンスファイバを通過した干渉光
パルスが出力信号S3cとして時系列的に送り出され
る。O/E変換器41は、この干渉光パルス(即ち、出
力信号S3c)を電気信号に変換する。その干渉出力信
号Isは標本化されており、離散形式で表現するとその
フーリエ変換は
サ装置の動作を説明する。光干渉計3は、従来と同様
に、信号発生器1から出力された周波数ω0 /2πの正
弦波信号S1によって光源3aが電流駆動され、変調周
波数ω0 /2πのFM変調光S3aを光ゲート3bに入
力する。光ゲート3bは、タイミング発生器2の制御信
号S2によりFM変調光S3aを所要パルス幅の光パル
スに変換し、センサアレイ部3cに入力する。センサア
レイ部3cからは従来と同様に各チャネル毎のセンシン
グファイバ及びリファレンスファイバを通過した干渉光
パルスが出力信号S3cとして時系列的に送り出され
る。O/E変換器41は、この干渉光パルス(即ち、出
力信号S3c)を電気信号に変換する。その干渉出力信
号Isは標本化されており、離散形式で表現するとその
フーリエ変換は
【数1】 と表される。ここで、Φ I は(1)式で表された干渉出
力信号Iのフーリエ変換であり、ωs /2πは標本化周
波数である。O/E変換器41の干渉出力信号Isの時
系列パルスは従来と異なり、タイミング発生器2の制御
信号S2によりデマルチプレクサ42の出力先が切り替
わることによって各チャネル毎のパルスに分離される。
例えば、チャネル1のデータは、補間器43−1に標本
化周期毎に送られて連続信号に変換される。この場合、
標本化周波数fs は、FM変調周波数ω0 /2πの高調
波成分で構成される(1)式で表された干渉出力信号I
の折り返し雑音が妨害を与えないように選ぶ。補間器4
3−1から出力された式(1)で表される干渉出力信号
Iは、位相復調器44−1で信号φ(t)に復調される。
又、次のチャネルの干渉パルスに対しても同様の動作に
より並列処理されて出力される。以上のように、本実施
例では、次のような利点を有している。 (1) 多重化しても光源3aのFM変調周波数に対す
る制約は特に生じないため、FM変調を高周波で行う必
要がない。そのため、信号発生器1でFM変調するレー
ザ光を発生する光源3aに、汎用の半導体レーザが使用
できる。 (2) FM変調を高周波で行う必要がないので、位相
復調処理の周波数帯域を低周波にできる。そのため、位
相復調器40に高周波用素子を使用する必要がなく、回
路の低雑音化が容易になる。
力信号Iのフーリエ変換であり、ωs /2πは標本化周
波数である。O/E変換器41の干渉出力信号Isの時
系列パルスは従来と異なり、タイミング発生器2の制御
信号S2によりデマルチプレクサ42の出力先が切り替
わることによって各チャネル毎のパルスに分離される。
例えば、チャネル1のデータは、補間器43−1に標本
化周期毎に送られて連続信号に変換される。この場合、
標本化周波数fs は、FM変調周波数ω0 /2πの高調
波成分で構成される(1)式で表された干渉出力信号I
の折り返し雑音が妨害を与えないように選ぶ。補間器4
3−1から出力された式(1)で表される干渉出力信号
Iは、位相復調器44−1で信号φ(t)に復調される。
又、次のチャネルの干渉パルスに対しても同様の動作に
より並列処理されて出力される。以上のように、本実施
例では、次のような利点を有している。 (1) 多重化しても光源3aのFM変調周波数に対す
る制約は特に生じないため、FM変調を高周波で行う必
要がない。そのため、信号発生器1でFM変調するレー
ザ光を発生する光源3aに、汎用の半導体レーザが使用
できる。 (2) FM変調を高周波で行う必要がないので、位相
復調処理の周波数帯域を低周波にできる。そのため、位
相復調器40に高周波用素子を使用する必要がなく、回
路の低雑音化が容易になる。
【0011】尚、本発明は上記実施例に限定されず、種
々の変形が可能である。その変形例としては、例えば次
のようなものがある。 (1) 光源3aは、半導体レーザの他、固体レーザ等
でもよい。 (2) 図1中の補間器43−1〜43−mにはLPF
が用いられるが、直流電圧が不必要な時は帯域通過形フ
ィルタでもよい。 (3) 図2中のLPF14b,15bも、前記補間器
と同様に、直流電圧が不必要な時は帯域通過形フィルタ
でもよい。 (4) 本発明は、多重出力光ファイバセンサ装置に限
定されることはない。
々の変形が可能である。その変形例としては、例えば次
のようなものがある。 (1) 光源3aは、半導体レーザの他、固体レーザ等
でもよい。 (2) 図1中の補間器43−1〜43−mにはLPF
が用いられるが、直流電圧が不必要な時は帯域通過形フ
ィルタでもよい。 (3) 図2中のLPF14b,15bも、前記補間器
と同様に、直流電圧が不必要な時は帯域通過形フィルタ
でもよい。 (4) 本発明は、多重出力光ファイバセンサ装置に限
定されることはない。
【0012】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、多重化による光源のFM変調周波数に対する制約
は特に生じないため、FM変調周波数を低く設定できる
ので、励起電流で変調するFM変調波発生光源として、
汎用の半導体レーザが使用できる。又、FM変調周波数
を低く設定できるので、位相復調処理の周波数帯域も低
く設定できる。そのため、位相復調器に高周波用素子を
使用する必要がなく、回路の低雑音化が容易になる。従
って、汎用の部品で回路を構成できるので、回路の実現
が容易になり、多重化数の大きい種々の光ファイバセン
サアレイやソーナのような水中音響センサ等に応用でき
る。
れば、多重化による光源のFM変調周波数に対する制約
は特に生じないため、FM変調周波数を低く設定できる
ので、励起電流で変調するFM変調波発生光源として、
汎用の半導体レーザが使用できる。又、FM変調周波数
を低く設定できるので、位相復調処理の周波数帯域も低
く設定できる。そのため、位相復調器に高周波用素子を
使用する必要がなく、回路の低雑音化が容易になる。従
って、汎用の部品で回路を構成できるので、回路の実現
が容易になり、多重化数の大きい種々の光ファイバセン
サアレイやソーナのような水中音響センサ等に応用でき
る。
【図1】本発明の実施例を示す多重出力光ファイバセン
サ装置の概略の構成ブロック図である。
サ装置の概略の構成ブロック図である。
【図2】従来の多重出力光ファイバセンサ装置の概略の
構成ブロック図である。
構成ブロック図である。
【図3】図2中のセンサアレイ部の構成を表す図であ
る。
る。
【符号の説明】3 光干渉計3 a 光源3 b 光ゲート3 c センサア
レイ部 40 多重化位
相復調器 41 O/E変
換器 42 デマルチ
プレクサ 43−1〜43−m 補間器 44−1〜44−m 位相復調
器
レイ部 40 多重化位
相復調器 41 O/E変
換器 42 デマルチ
プレクサ 43−1〜43−m 補間器 44−1〜44−m 位相復調
器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−113363(JP,A) 特開 平2−187636(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01H 9/00 H04J 1/00 H04R 1/44 320 H04R 23/00 320
Claims (1)
- 【請求項1】 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、 前記光信号をパルス化して所定の幅の光パルスを出力す
る光ゲートと、 前記光パルスを入力して音波情報を含む伝搬光と参照光
との干渉による干渉光として出力する複数の光センサを
有し、該各光センサの干渉光をチャネル順序に基づく直
列な時系列パルスとして出力する複数チャネルのセンサ
アレイ部と、 前記時系列パルスを電気信号に変換した後に前記各チャ
ネル毎の信号に分割して位相復調する多重化位相復調器
とを、 備えた多重出力光ファイバセンサ装置において、 前記多重化位相復調器は、 前記時系列パルスを電気信号に変換する光電変換器と、 前記パルス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
に変換する複数の補間器と、 前記補間器の各出力信号の位相復調を行う複数の位相復
調器とを、 備えたことを特徴とする多重出力光ファイバセンサ装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5285083A JP2948724B2 (ja) | 1993-11-15 | 1993-11-15 | 多重出力光ファイバセンサ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5285083A JP2948724B2 (ja) | 1993-11-15 | 1993-11-15 | 多重出力光ファイバセンサ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07139996A JPH07139996A (ja) | 1995-06-02 |
JP2948724B2 true JP2948724B2 (ja) | 1999-09-13 |
Family
ID=17686923
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5285083A Expired - Lifetime JP2948724B2 (ja) | 1993-11-15 | 1993-11-15 | 多重出力光ファイバセンサ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2948724B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6198557B1 (en) * | 1997-06-25 | 2001-03-06 | Deutsche Telekom Ag | Telecommunication system having frequency-dividing optical components for the parallel processing of optical pulses |
KR100377330B1 (ko) * | 2000-10-30 | 2003-03-26 | 국방과학연구소 | 간섭계형 다채널 광섬유 센서의 신호 발생기 및 발생 방법 |
US7134343B2 (en) | 2003-07-25 | 2006-11-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Opto-acoustoelectric device and methods for analyzing mechanical vibration and sound |
CN102967358B (zh) * | 2012-12-13 | 2014-12-24 | 重庆大学 | 时分复用的分布式光纤振动传感器 |
CN105466550B (zh) * | 2015-12-04 | 2018-08-28 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 非均匀欠采样叶端定时振动信号重构方法及其装置 |
CN105509876B (zh) * | 2015-12-04 | 2018-08-28 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 欠采样叶端定时振动信号重构方法及其装置 |
CN114459593B (zh) * | 2022-01-25 | 2024-01-30 | 北京信维科技股份有限公司 | 一种提高光纤振动***探测距离的方法 |
-
1993
- 1993-11-15 JP JP5285083A patent/JP2948724B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07139996A (ja) | 1995-06-02 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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