JPH04116416A - Optical-intensity modulation sensor - Google Patents
Optical-intensity modulation sensorInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、光変調方式の光強度変調センサに関するも
のである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a light intensity modulation sensor using a light modulation method.
光変調方式の光強度変調センサは、光源と、光信号を伝
送する光ファイバと、測定対象の変化量によって、光の
強度2位相または進行方向などを変化させる光変調器と
、光信号を電気信号に変換する光検出器とから構成され
る。An optical intensity modulation sensor using an optical modulation method includes a light source, an optical fiber that transmits an optical signal, an optical modulator that changes the intensity two phases or the traveling direction of the light depending on the amount of change in the object to be measured, and an optical fiber that transmits the optical signal electrically. It consists of a photodetector that converts it into a signal.
第6図は従来の光変調方式の光強度変調センサの構成を
示す概念図である。FIG. 6 is a conceptual diagram showing the configuration of a conventional light modulation type light intensity modulation sensor.
第6図において、22は電源、23は発光素子、24は
集光レンズ、25は光ファイバ、26はコリメートレン
ズ、27は光変調器、28はファイバ人光用レンズ、2
9は受光素子、30は光電変換回路(0/E変換回路)
を示す。In FIG. 6, 22 is a power source, 23 is a light emitting element, 24 is a condensing lens, 25 is an optical fiber, 26 is a collimating lens, 27 is an optical modulator, 28 is a fiber optic lens, 2
9 is a light receiving element, 30 is a photoelectric conversion circuit (0/E conversion circuit)
shows.
このように構成された従来の光変調方式の光強度変調セ
ンサは、発光素子23より発した光を集光レンズ24に
より集光し、光ファイバ25に入射する。光ファイバ2
5に入射された光(以下「光信号」という。)はコリメ
ートレンズ26を介して光変調器27に入力される。光
変調器27に入力された光信号は測定対象の変化量によ
って変調された後、ファイバ入射用レンズ28および光
ファイバ25を介して受光素子29まて伝送され、光電
変換回路30により電気信号に変換される。In the conventional optical intensity modulation sensor configured as described above, the light emitted from the light emitting element 23 is focused by the condensing lens 24 and enters the optical fiber 25 . optical fiber 2
The light incident on 5 (hereinafter referred to as "optical signal") is input to optical modulator 27 via collimating lens 26 . The optical signal input to the optical modulator 27 is modulated by the amount of change in the measurement target, and then transmitted to the light receiving element 29 via the fiber input lens 28 and the optical fiber 25, and converted into an electrical signal by the photoelectric conversion circuit 30. converted.
光変調器27は外部の圧力変化、温度変化、ファラデー
効果による磁界変化およびポッケルス効果による電界変
化等により、光信号を変調する。The optical modulator 27 modulates the optical signal based on external pressure changes, temperature changes, magnetic field changes due to the Faraday effect, electric field changes due to the Pockels effect, and the like.
したかって、この光変調器27により変調された光信号
を光電変換回路30により電気信号に変換することによ
り測定対象の測定値を得ることかできる。Therefore, by converting the optical signal modulated by the optical modulator 27 into an electrical signal by the photoelectric conversion circuit 30, it is possible to obtain a measured value of the measurement target.
この従来の光変調方式の光強度変調センサを圧力計とし
て用いた例を第7図に基ついて説明する。An example in which this conventional light modulation type light intensity modulation sensor is used as a pressure gauge will be described with reference to FIG.
第7図は従来の光変調方式の光強度変調センサによる圧
力計の構成を示す概念図である。FIG. 7 is a conceptual diagram showing the configuration of a pressure gauge using a conventional light modulation type light intensity modulation sensor.
第7図において、31は光源、25は光ファイバ 、3
2はファイバコリメータ、33はコネクタ、34はダイ
ヤプラム(圧感素子)、35は衝立、29は受光素子、
3Gは出力端子である。In FIG. 7, 31 is a light source, 25 is an optical fiber, 3
2 is a fiber collimator, 33 is a connector, 34 is a diaphragm (pressure sensitive element), 35 is a screen, 29 is a light receiving element,
3G is an output terminal.
第7図に示すように従来の光変調方式の光強度変調セン
サによる圧力計は、光源31とファイバコリメータ32
との間およびファイバコリメータ32と受光素子29と
の間に光信号の伝送路となる光ファイバ25が配置され
、2つのファイバコリメータ32間には第6図に示す光
変調器27に該当するダイヤフラム34および35か配
置される。As shown in FIG. 7, a pressure gauge using a conventional light modulation type light intensity modulation sensor has a light source 31 and a fiber collimator 32.
An optical fiber 25 serving as a transmission path for optical signals is arranged between the fiber collimator 32 and the light receiving element 29, and a diaphragm corresponding to the optical modulator 27 shown in FIG. 6 is arranged between the two fiber collimators 32. 34 and 35 are arranged.
このように構成された従来の光変調方式の光強度変調セ
ンサによる圧力計は、測定対象の圧力変化によりファイ
バコリメータ32間に配置したダイヤフラム34上の衝
立35を上下させることによって、光源31から受光素
子29に伝送する光信号の光量を変位させ、この光量の
変位を受光素子29により電気的に検出することにより
測定対象の圧力を電気的に検出する。A pressure gauge using a light intensity modulation sensor using a conventional light modulation method configured as described above receives light from the light source 31 by moving up and down the screen 35 on the diaphragm 34 arranged between the fiber collimators 32 according to changes in the pressure of the object to be measured. The pressure of the object to be measured is electrically detected by changing the amount of light of the optical signal transmitted to the element 29 and electrically detecting the change in the amount of light by the light receiving element 29.
なお簡単のため衝立35を用いて説明したか、偏向板を
2枚使用した回転角の変化を利用したものもある。For simplicity, the screen 35 has been used in the explanation, or there is also a method that uses two deflection plates and changes in the rotation angle.
しかしなから、このような従来の光変調方式の光強度変
調センサては、コネクタ33における外部の温度特性の
影響および光信号の伝送路である光フアイバ25自身に
外部から例えば温度変化圧力変化および振動等が与えら
れることにより、伝送系である光ファイバ25およびコ
ネクタ33において生じる光信号の損失か一定でなくな
り、その結果、光電変換回路30により光変調器27に
よる光信号の変調のみを精密に検出することかできない
という問題があった。However, in such a conventional light modulation type light intensity modulation sensor, the connector 33 is affected by external temperature characteristics, and the optical fiber 25 itself, which is the optical signal transmission path, is exposed to external influences such as temperature change, pressure change, etc. Due to the application of vibrations, etc., the loss of optical signals occurring in the optical fiber 25 and connector 33 that are the transmission system is no longer constant, and as a result, only the optical signal modulation by the optical modulator 27 is precisely modulated by the photoelectric conversion circuit 30. The problem was that it could only be detected.
例えば第7図に示すように従来の光変調方式の光強度変
調センサを応用した圧力計かある。For example, as shown in FIG. 7, there is a pressure gauge to which a conventional light modulation type light intensity modulation sensor is applied.
測定対象の圧力変化によりダイヤフラム34および衝立
35により光量を変化された光信号を電気信号に変換す
ることによって出力端子36に電圧を検出する。しかし
測定条件(例えば温度等)の変化により伝送系である光
ファイバ25およびコネクタ33において生しる光信号
の損失か変化すると、この影響を出力端子36に検出さ
れる電圧は受け、第8図に示すように、測定条件である
温度Toが温度T°に変化することにより、伝送系にお
ける光信号の損失か変化することによって、測定対象の
圧力POに対する出力電圧か■toがら■t°に変化し
てしまう。A voltage is detected at the output terminal 36 by converting an optical signal whose light intensity is changed by the diaphragm 34 and the screen 35 into an electric signal due to a change in the pressure of the object to be measured. However, if the loss of the optical signal generated in the optical fiber 25 and connector 33, which are the transmission system, changes due to changes in measurement conditions (for example, temperature, etc.), the voltage detected at the output terminal 36 will be affected by this, and as shown in FIG. As shown in the figure, when the temperature To, which is the measurement condition, changes to the temperature T°, the loss of the optical signal in the transmission system changes, and the output voltage for the pressure PO of the measurement object changes from ■to to ■t°. It will change.
このように従来の光変調方式の光ファイバでは、測定対
象の圧力変化を相対的に検出することはできるか、測定
条件の変化により伝送系における光信号の損失が変化す
るため、測定対象の圧力変化を絶対的に検出することは
できなかった。In this way, with conventional optical modulation type optical fibers, is it possible to relatively detect changes in the pressure of the object to be measured?As the optical signal loss in the transmission system changes due to changes in measurement conditions, it is difficult to detect the pressure of the object to be measured. No changes could be absolutely detected.
この発明の目的は上記問題点に鑑み、光信号の伝送路で
ある光ファイバに外部から例えば温度変化2機械的な圧
力変化等の変化量か与えられても、その影響を受けるこ
となく、精密に光変調器おける光信号の変調による測定
対象の測定値を検出することかてきる光強度変調センサ
を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the object of the present invention is to provide a precision optical fiber that is not affected by external changes such as temperature changes or mechanical pressure changes. Another object of the present invention is to provide a light intensity modulation sensor that can detect a measured value of a measurement target by modulating an optical signal in an optical modulator.
この発明の光強度変調センサは、互いに波長の異なる測
定用光信号と補正用光信号とを時分割して出力する光源
と、この測定用光信号および補正用光信号を伝送する光
ファイバと、この光ファイバにより伝送される測定用光
信号を測定対象の変化量によって変調する光変調器と、
光ファイバにより伝送される補正用光信号を光変調器を
迂回するように選択的に分岐する分波部と、補正用光信
号および光変調器により変調された測定用光信号を電気
信号に変換する光検出器とを備えたものである。The light intensity modulation sensor of the present invention includes: a light source that time-divisionally outputs a measurement optical signal and a correction optical signal having different wavelengths; an optical fiber that transmits the measurement optical signal and the correction optical signal; an optical modulator that modulates the measurement optical signal transmitted by the optical fiber according to the amount of change in the measurement target;
A branching unit that selectively branches the correction optical signal transmitted by the optical fiber so as to bypass the optical modulator, and converts the correction optical signal and the measurement optical signal modulated by the optical modulator into electrical signals. It is equipped with a photodetector that
この発明の構成によれば、光源により互いに波長の異な
る測定用光信号と補正用光信号とを時分割して出力する
。そして光ファイバを伝送路として、測定用光信号を測
定対象の変化量によって変調する光変調器を介して光検
出器に入力し電気信号に変換することによって、測定対
象の測定値を得る。また測定用光信号と共通の光ファイ
バを伝送路として、補正用光信号を分波部により光変調
器を迂回するように選択的に分岐させて光検出器に入力
し電気信号に変換することよって、伝送路となる光フア
イバ自身か外部の変化量により光信号に与える損失を電
気的に補正値として検出し、この補正値を測定用光信号
による測定値にフィトバックさせることにより測定値の
補正を行う。According to the configuration of the present invention, the light source outputs the measurement optical signal and the correction optical signal having different wavelengths in a time-division manner. Using an optical fiber as a transmission path, the measurement optical signal is input to a photodetector via an optical modulator that modulates the amount of change in the measurement object, and is converted into an electrical signal, thereby obtaining a measurement value of the measurement object. In addition, using an optical fiber common to the measurement optical signal as a transmission path, the correction optical signal is selectively branched by a demultiplexer so as to bypass the optical modulator, and is input to a photodetector and converted into an electrical signal. Therefore, the loss caused to the optical signal by the amount of change in the optical fiber itself or the outside, which serves as the transmission path, is electrically detected as a correction value, and this correction value is fitted back to the measurement value of the measurement optical signal, thereby improving the measurement value. Make corrections.
この発明の一実施例を第1図ないし第5図に基ついて説
明する。An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
第1図はこの発明の第1の実施例の光強度変調センサの
構成を示す概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of a light intensity modulation sensor according to a first embodiment of the present invention.
第1図において、光源Xは電源1,2と2波長発光素子
3とから構成され、電源lと電源2とを切替えることに
より、2波長発光素子3により波長Hの測定用光信号お
よび波長λCの補正用光信号を時分割して出力する。In FIG. 1, a light source The correction optical signal is time-divided and output.
4は2波長発光素子3から出力した光信号を集光する集
光レンズ、5,5′ は測定用光信号および補正用光信
号を伝送する光ファイバ、6はコリメートレンズである
。7はビームスプリッタ、8は波長λ1の測定用光信号
を選択するフィルタ、9は波長λCの補正用光信号を選
択するフィルタ、10は反射鏡、11は測定対象の変化
量によって、測定用光信号を変調する光変調器である。4 is a condensing lens for condensing the optical signal output from the two-wavelength light emitting element 3; 5 and 5' are optical fibers for transmitting the measurement optical signal and the correction optical signal; and 6 is a collimating lens. 7 is a beam splitter, 8 is a filter that selects a measurement optical signal with wavelength λ1, 9 is a filter that selects a correction optical signal with wavelength λC, 10 is a reflector, and 11 is a filter that selects a measurement optical signal with wavelength λ1. It is an optical modulator that modulates signals.
分波部Zはビームスプリッタ7、フィルタ9および反射
鏡1.0から構成され、光ファイバ5により伝送した補
正用光信号を光変調器IIを迂回するように選択的に分
岐する。The demultiplexer Z is composed of a beam splitter 7, a filter 9, and a reflecting mirror 1.0, and selectively branches the correction optical signal transmitted through the optical fiber 5 so as to bypass the optical modulator II.
Yは補正用光信号および光変調器11により変調された
測定用光信号を電気信号に変換する光検出器であり、受
光素子12および光電変換回路13からなる。また14
はファイバ人光用レンズである。Y is a photodetector that converts the correction optical signal and the measurement optical signal modulated by the optical modulator 11 into electrical signals, and is composed of a light receiving element 12 and a photoelectric conversion circuit 13. Also 14
is a fiber optic lens.
このように構成した光強度変調センサは、通常は光源X
の電源として電源1を用いて2波長発光素子3により波
長λ1の測定用光信号を出力する。A light intensity modulation sensor configured in this way usually uses a light source
Using the power source 1 as a power source, the two-wavelength light emitting element 3 outputs a measuring optical signal of wavelength λ1.
そして数ミリ秒sec〜数秒オーダに1回の割合で光源
Xの電源を電源2に切替えることにより2波長発光素子
3から波長λCの補正用光信号を出力する。Then, by switching the power source of the light source X to the power source 2 once every several milliseconds to several seconds, the two-wavelength light emitting element 3 outputs a correction optical signal of wavelength λC.
通常は、光源Xにより2波長発光素子3から波長λ1の
測定用光信号を出力し、集光レンズ4により集光し、光
ファイバ5に入力する。この光ファイバ5に入力した測
定用光信号は光ファイバ5を伝送し、コリメートレンズ
6を介してビームスプリッタフに入力される。このビー
ムスプリッタ7に入力された測定用光信号はフィルタ8
側およびフィルタ9側の2分割されるが、測定用光信号
は波長λ1であるため、フィルタ8のみ透過(矢印A方
向)することにより、光変調器11に入力される。この
光変調器11に入力された測定用光信号は、測定対象の
変化量によって変調される。Normally, a light source X outputs a measurement optical signal with a wavelength λ1 from a two-wavelength light emitting element 3, the light is focused by a condenser lens 4, and input into an optical fiber 5. The measuring optical signal input to the optical fiber 5 is transmitted through the optical fiber 5 and input to the beam splitter via the collimating lens 6. The measurement optical signal input to this beam splitter 7 is filtered to a filter 8.
However, since the measurement optical signal has a wavelength λ1, it is input to the optical modulator 11 by passing only through the filter 8 (in the direction of arrow A). The measurement optical signal input to the optical modulator 11 is modulated by the amount of change in the object to be measured.
その後、光変調器11により変調した測定用光信号をビ
ームスプリッタ7、ファイバ人光用レンズ14および光
ファイバ5′を介して、光検出器Yの受光素子12およ
び光電変換回路13に入力し電気信号に変換することに
よって、測定対象の測定値を得る。Thereafter, the measurement optical signal modulated by the optical modulator 11 is inputted to the light receiving element 12 of the photodetector Y and the photoelectric conversion circuit 13 via the beam splitter 7, the fiber optic lens 14, and the optical fiber 5'. By converting it into a signal, a measured value of the measurement object is obtained.
また数ミリ秒〜数秒オーダに1回の割合で、光源Xの2
波長発光素子3から波長λCの補正用光信号を出力し、
集光レンズ4により集光し、光ファイバ5に入力する。Also, once every few milliseconds to several seconds, light source
Outputting a correction optical signal of wavelength λC from the wavelength light emitting element 3;
The light is focused by a focusing lens 4 and input into an optical fiber 5.
この光ファイノ\5に入射した補正用光信号は光ファイ
バ5を伝送し、コリメートレンズ6を介してビームスプ
リッタ7に入力される。このビームスプリッタ7に入力
された補正用光信号はフィルタ8側およびフィルタ9側
の2分割されるが、補正用光信号の波長はλCであるた
め、フィルタ9のみを透過(矢印B方向)し、反射鏡1
0により反射されビームスプリッタ7゜ファイバ人光用
レンズ14および光ファイバ5を介して光検出器Yに入
力される。すなわち補正用光信号は光変調器11を迂回
するように分岐される。そして光検出器Yに入力した補
正用光信号を電気信号に変換することによって光変調器
11により変調しない場合の値すなわち測定用光信号お
よび補正用光信号の伝送路である光ファイバ55′ 自
身に与えられた変化量によって光信号に与えられた損失
を補正値として検出する。そしてこの検出した補正値を
補正回路(図示せず)により、測定用光信号によって得
た測定対象の測定値にフィードバックすることによって
測定値を補正する。The correction optical signal incident on the optical fiber \5 is transmitted through the optical fiber 5 and input to the beam splitter 7 via the collimating lens 6. The correction optical signal input to the beam splitter 7 is split into two parts, one on the filter 8 side and one on the filter 9 side, but since the wavelength of the correction optical signal is λC, it is transmitted only through the filter 9 (in the direction of arrow B). , reflector 1
0 and is input to the photodetector Y via the beam splitter 7° fiber optic lens 14 and the optical fiber 5. That is, the correction optical signal is branched so as to bypass the optical modulator 11. The correction optical signal inputted to the photodetector Y is then converted into an electrical signal, which is the value when not modulated by the optical modulator 11, that is, the optical fiber 55' itself, which is a transmission path for the measurement optical signal and the correction optical signal. The loss caused to the optical signal by the amount of change given to is detected as a correction value. Then, the detected correction value is fed back to the measurement value of the measurement object obtained by the measurement optical signal by a correction circuit (not shown), thereby correcting the measurement value.
この際、補正値となる損失に対して、伝送系に非線形の
波長特性がないことか望ましい。すなわち例えば波長λ
1の測定用光信号に対する伝送系による損失が10デシ
ベルであれば、波長λCの補正用光信号に対する伝送系
による損失は10×K(Kは定数)デシベルであるとい
うように、測定用光信号および補正用光信号に対する伝
送系による損失が線形の関係であることが望ましい。At this time, it is desirable that the transmission system does not have nonlinear wavelength characteristics with respect to the loss that becomes the correction value. That is, for example, the wavelength λ
If the loss due to the transmission system for the measurement optical signal of wavelength λC is 10 dB, the loss due to the transmission system for the correction optical signal of wavelength λC is 10×K (K is a constant) dB, and so on. It is desirable that the loss caused by the transmission system and the correction optical signal have a linear relationship.
このように構成した光強度変調センサは通常は2波長発
光素子3から波長λ1の測定用光信号を光ファイバ5.
コリメートリンス6.ビームスプリツタ7、フィルタ8
を介して光変調器11に入力し、さらに光変調器11に
おいて測定対象の変化量によって変調された測定用光信
号をビームスプリッタ7および光ファイバ5”を介して
光検出器Yに入力することにより、測定対象の測定値を
得る。そして、数ミリ秒〜数秒オーダに1回の割合で光
源Xの電源を電源2に切替えることにより2波長発光素
子3から波長λCの補正用光信号を光ファイバ5.コリ
メートレンズ6、分波部Zとなるビームスプリッタ7、
フィルタ91反射鏡10を介し、さらに光ファイバ5′
を介して光検出器Yに入力することにより、伝送路とな
る光ファイバ5,5” 自身か外部の変化量によって光
信号に与える損失を補正値として検出する。そして補正
回路によりこの補正値を測定用光信号による測定対象の
測定値にフィードバックすることにより、測定値を補正
する。A light intensity modulation sensor configured as described above normally transmits a measuring optical signal of wavelength λ1 from the two-wavelength light emitting element 3 to the optical fiber 5.
Collimation rinse6. Beam splitter 7, filter 8
and further input the measuring optical signal modulated by the amount of change in the measurement target in the optical modulator 11 to the photodetector Y via the beam splitter 7 and the optical fiber 5''. Then, by switching the power source of the light source Fiber 5. Collimating lens 6, beam splitter 7 serving as a splitting section Z,
Through the filter 91 and the reflecting mirror 10, the optical fiber 5'
By inputting the signal to the photodetector Y via the optical fiber 5,5" that serves as the transmission path, the loss caused to the optical signal due to the amount of change in itself or externally is detected as a correction value. Then, this correction value is used by the correction circuit. The measured value is corrected by feeding back the measured value of the measurement target using the measurement optical signal.
次に分波部Zを波長選択ミラーとミラーとから構成した
例を第2図に示す。Next, FIG. 2 shows an example in which the demultiplexer Z is composed of a wavelength selection mirror and a mirror.
第2図はこの発明の第2の実施例の光強度変調センサの
構成を示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing the configuration of a light intensity modulation sensor according to a second embodiment of the present invention.
第2図において、15.15’ は波長λ1の測定用光
信号を透過させるとともに波長λCの補正用光信号を反
射する波長選択ミラー 16.16はミラーであり、分
波部Zを構成する。また第1の実施例と同符号のものは
、同様のものである。In FIG. 2, 15.15' is a wavelength selection mirror that transmits the measuring optical signal of wavelength λ1 and reflects the correction optical signal of wavelength λC. 16.16 is a mirror and constitutes the demultiplexing section Z. Also, the same reference numerals as in the first embodiment are the same.
第2図に示すように、コリメートレンズ6に対向する位
置に波長選択ミラー15を配置し、この波長選択ミラー
15に対向する位置にミラー16を配置し、このミラー
16に対向した位置にミラ16′を配置し、さらにこの
ミラー16’ に対向した位置に波長選択ミラー15
′を配置することにより分波部Zか構成する。As shown in FIG. 2, a wavelength selection mirror 15 is arranged at a position opposite to the collimating lens 6, a mirror 16 is arranged at a position opposite to this wavelength selection mirror 15, and a mirror 16 is arranged at a position opposite to this mirror 16. ', and a wavelength selection mirror 15' is located opposite to this mirror 16'.
A branching section Z is constructed by arranging .
このように構成した光強度変調センサは、光源Xによる
波長λ1の測定用光信号はコリメートレンズ6を介して
、波長選択ミラー15を透過し光変調器】1に入力した
後、波長選択ミラー15を介してファイバ人光用レンズ
14に入力される(矢印入方向)。また光源Xによる波
長λCの補正用光信号はコリメートレンズ6を介して、
45゜反射の波長選択ミラー15によりミラー16側に
反射された後、ミラー16′および波長選択ミラー15
′ を介してファイバ入力用レンズ14に入力される(
矢印B方向)。なお波長選択ミラー1515′ は例え
ばダイクロツクミラーまたはコールドミラー等を用いる
。In the light intensity modulation sensor configured in this way, the measuring optical signal of wavelength λ1 from the light source The light is inputted to the fiber human light lens 14 through the arrow (in the direction indicated by the arrow). Further, the correction optical signal of wavelength λC from the light source X is transmitted through the collimating lens 6,
After being reflected to the mirror 16 side by the 45° reflection wavelength selection mirror 15, the wavelength selection mirror 15 is reflected by the mirror 16' and the wavelength selection mirror 15.
′ is input to the fiber input lens 14 via
direction of arrow B). As the wavelength selection mirror 1515', for example, a dichroic mirror or a cold mirror is used.
次に分波部Zを分光プリズムとミラーとから構成した例
を第3図に示す。Next, FIG. 3 shows an example in which the demultiplexing section Z is composed of a spectroscopic prism and a mirror.
第3図はこの発明の第3の実施例の光強度変調センサの
構成を示す概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram showing the configuration of a light intensity modulation sensor according to a third embodiment of the present invention.
第3図において、Xは電源1,2および2波長発光素子
3からなる光源であり、互いに波長の異なる測定用光信
号と補正用光信号とを時分割して出力する。4は集光レ
ンズ、7はビームスプリッ夕、6はコリメートレンズ、
11は光変調器、Yは受光素子12および光電変換回路
13からなる光検出器であり、第1の実施例のものと同
様のものである。また18は分光プリズムおよび19は
反射鏡であり、光変調器11を迂回するように補正用光
信号を選択的に分岐する分波部Zを構成する。また19
は反射鏡、17は光ファイバである。In FIG. 3, X is a light source consisting of power supplies 1, 2 and a two-wavelength light emitting element 3, which time-divisionally outputs a measurement optical signal and a correction optical signal having different wavelengths. 4 is a condenser lens, 7 is a beam splitter, 6 is a collimating lens,
11 is an optical modulator, and Y is a photodetector consisting of a light receiving element 12 and a photoelectric conversion circuit 13, which are similar to those in the first embodiment. Further, 18 is a spectroscopic prism, and 19 is a reflecting mirror, which constitutes a branching section Z that selectively branches the correction optical signal so as to bypass the optical modulator 11. Also 19
is a reflecting mirror, and 17 is an optical fiber.
このように構成した光強度変調センサは、通常は光源X
の電源として電源1を用いて2波長発光素子3により波
長λ1の測定用光信号を出力する。A light intensity modulation sensor configured in this way usually uses a light source
Using the power source 1 as a power source, the two-wavelength light emitting element 3 outputs a measuring optical signal of wavelength λ1.
そして、数ミリ秒〜数秒オーダに1回の割合で光源Xの
電源を電源2に切替えることにより2波長発光素子3か
ら波長λCの補正用光信号を出力する。Then, by switching the power source of the light source X to the power source 2 once every several milliseconds to several seconds, the two-wavelength light emitting element 3 outputs a correction optical signal of wavelength λC.
通常は、光源Xの2波長発光素子3から波長λ1の測定
用光信号を出力し、集光レンズ4により集光し、光ファ
イバ17に入力する。光ファイバ17に入力した測定用
光信号をビームスプリッタ7およびコリメートレンズ6
を介して分光プリズム18まで伝送し、この分光プリズ
ム18により分光することにより、波長λ1の測定用光
信号を光変調器11に入力する。光変調器11に入力さ
れた測定用光信号は、測定対象の変化量によって変調さ
れた後、′反射鏡19により反射され、再び光変調器1
12分光プリズム18.コリメートレンズ6およびビー
ムスプリッタ7を介して光検出器Yに入力される。そし
て光検出器Yの受光素子12および光電変換回路13に
より測定用光信号を電気信号に変換することによって、
測定対象の測定値を得る。Normally, a measurement optical signal of wavelength λ1 is output from the two-wavelength light emitting element 3 of the light source The measurement optical signal input to the optical fiber 17 is transmitted to the beam splitter 7 and the collimating lens 6.
The measurement optical signal of wavelength λ1 is input to the optical modulator 11 by transmitting it to the spectroscopic prism 18 through the spectroscopic prism 18 and separating it into spectra using the spectroscopic prism 18. The measurement optical signal input to the optical modulator 11 is modulated by the amount of change in the measurement target, and then reflected by the reflector 19 and sent back to the optical modulator 1.
12 Spectral prism 18. The light is input to a photodetector Y via a collimating lens 6 and a beam splitter 7. Then, by converting the measuring optical signal into an electrical signal by the light receiving element 12 and the photoelectric conversion circuit 13 of the photodetector Y,
Obtain the measured value of the measurement target.
また数ミリ秒〜数秒オーダに1回の割合で、光源Xの2
波長発光素子3から波長λCの補正用光信号を出力し、
集光レンズ4により集光し、光ファイバ17に入力する
。光ファイバ17に入力した補正用光信号をビームスプ
リッタ7、光ファイバ17およびコリメートレンズ6を
介して分光プリズム18まで伝送する。そして分光プリ
ズム18により分光し、反射鏡19″の方向に出力する
ことにより、補正用光信号を光変調器11を迂回するよ
うに分岐する。そして反射鏡19′ により反射される
ことにより、再び分光プリズム18.コリメートレンズ
6およびビームスプリッタ7を介して光検出器Yに入力
する。この光検出器Yに入力した補正用光信号を電気信
号に変換することによって光変調器11において光変調
しない場合の値すなわち測定用光信号、補正用光信号の
伝送路である光フアイバ17自身に与えられた外部の変
化量によって補正用光信号に与えられる損失を補正値と
して検出する。そしてこの検出した補正値を補正回路(
図示せず)により、測定用光信号(波長λ1)によって
得た測定対象の測定値にフィードバックすることによっ
て測定値を補正する。Also, once every few milliseconds to several seconds, light source
Outputting a correction optical signal of wavelength λC from the wavelength light emitting element 3;
The light is focused by a focusing lens 4 and input into an optical fiber 17 . The correction optical signal input to the optical fiber 17 is transmitted to the spectroscopic prism 18 via the beam splitter 7, the optical fiber 17, and the collimating lens 6. Then, the optical signal for correction is split by the spectroscopic prism 18 and output in the direction of the reflecting mirror 19'', so as to bypass the optical modulator 11.Then, by being reflected by the reflecting mirror 19', the signal is split again. Spectroscopic prism 18. Inputs to the photodetector Y via the collimating lens 6 and beam splitter 7. By converting the correction optical signal input to the photodetector Y into an electrical signal, the light is not modulated in the optical modulator 11. In other words, the loss caused to the correction optical signal by the amount of external change applied to the optical fiber 17 itself, which is the transmission path for the measurement optical signal and the correction optical signal, is detected as a correction value. The correction circuit (
(not shown), the measured value is corrected by feeding back to the measured value of the measurement object obtained by the measuring optical signal (wavelength λ1).
このように構成した光強度変調センサは、通常は2波長
発光素子から波長λ1の測定用光信号を集光レンズ4.
光ファイバ17.ビームスプリッタ7およびコリメート
レンズ6を介して、分光プリズム18に入力し分光する
ことにより光変調器11側に出力し、光変調器11によ
り測定対象の変化量によって測定用光信号を変調した後
、反射鏡19により反射させ、再び分光プリズム18゜
コリメートレンズ6およびビームスプリッタ7を介して
、変調された測定用光信号を光検出器Yに入力すること
により、測定対象の測定値を得る。A light intensity modulation sensor configured as described above normally transmits a measuring optical signal of wavelength λ1 from a two-wavelength light emitting element to a condensing lens 4.
Optical fiber 17. The light is input to the spectroscopic prism 18 via the beam splitter 7 and the collimating lens 6, and is outputted to the optical modulator 11 by being split into spectra. The modulated measurement optical signal is reflected by the reflecting mirror 19 and inputted to the photodetector Y via the spectroscopic prism 18° collimating lens 6 and beam splitter 7 again, thereby obtaining a measurement value of the measurement target.
そして、数ミリ秒〜数秒オーダに1回の割合で光源Xの
電源を電源2に切替えることにより2波長発光素子3か
ら波長λCの補正用光信号を出力し、集光レンズ4.光
ファイバ17.ビームスプリッタ7およびコリメートレ
ンズ6を介して、分光プリズム18に入力し分光するこ
とにより光変調器11を迂回するように選択的に反射鏡
19゛ 側に分岐し、反射鏡19′ により反射させ、
分光プリズム18.コリメートレンズ6およびビームス
プリッタ7を介して、補正用光信号を光検出器Yに入力
することにより、伝送路となる光フアイバ17自身にお
いて外部の変化量によって補正用光信号に与える損失を
補正−値として検出する。そして補正回路によりこの補
正値を測定用光信号による測定対象の測定値にフィード
バックすることにより、測定値を補正する。Then, by switching the power source of the light source X to the power source 2 once every several milliseconds to several seconds, the two-wavelength light emitting element 3 outputs a correction optical signal of wavelength λC, and the condenser lens 4. Optical fiber 17. The beam is inputted to the spectroscopic prism 18 via the beam splitter 7 and the collimating lens 6, and is split into spectra, thereby selectively branching to the reflecting mirror 19' side so as to bypass the optical modulator 11, and being reflected by the reflecting mirror 19'.
Spectroscopic prism 18. By inputting the correction optical signal to the photodetector Y via the collimating lens 6 and the beam splitter 7, the loss caused to the correction optical signal by the amount of external change in the optical fiber 17 itself, which serves as the transmission path, can be corrected. Detect as a value. Then, the correction circuit feeds back this correction value to the measurement value of the measurement object based on the measurement optical signal, thereby correcting the measurement value.
次に分波部Zを波長選択ミラーで構成した例を第4図に
示す。Next, FIG. 4 shows an example in which the demultiplexer Z is composed of a wavelength selection mirror.
第4図において、Zは分波部であり、波長λ1の測定用
光信号を透過させるとともに波長λCの補正用光信号を
反則する波長選択ミラーから構成した。また第2の実施
例と同符号のものは、同様のものである。また20はミ
ラーである。In FIG. 4, Z is a demultiplexer, which is composed of a wavelength selection mirror that transmits a measurement optical signal of wavelength λ1 and rejects a correction optical signal of wavelength λC. Also, the same reference numerals as in the second embodiment are the same. Further, 20 is a mirror.
第4図に示すように、コリメートレンズ6に対向する位
置に分波部ZであるO0反射の波長選択ミラーを配置し
、この波長選択ミラーに対向する位置に光変調器11を
介してミラー20を配置する。このように構成した光強
度変調センサは、波長λ1の測定用光信号は波長選択ミ
ラーを透過し、光変調器11により光変調された後、ミ
ラー20により反射されて、再び波長選択ミラー、コリ
メトレンズ6およびビームスプリッタ7を介して光検出
器Yに入力される(矢印C方向)。また波長λCの補正
用光信号は0°反射の波長選択ミラーによりほぼl 0
096反射されて、コリメートレンズ6およびビームス
プリッタ7を介して光検出器Yに入力される。As shown in FIG. 4, a wavelength selection mirror for O0 reflection, which is a demultiplexer Z, is placed at a position facing the collimating lens 6, and a mirror 20 is placed at a position facing the wavelength selection mirror via an optical modulator 11. Place. In the optical intensity modulation sensor configured in this way, a measuring optical signal with a wavelength λ1 is transmitted through a wavelength selection mirror, modulated by the optical modulator 11, reflected by the mirror 20, and then transferred again to the wavelength selection mirror and the collimating lens. 6 and beam splitter 7 to the photodetector Y (in the direction of arrow C). In addition, the correction optical signal of wavelength λC is approximately l 0 due to the wavelength selection mirror with 0° reflection.
096 is reflected and input to the photodetector Y via the collimating lens 6 and beam splitter 7.
以上第1.第2.第3および第4の実施例の光強度変調
センサによる測定用光信号および補正用光信号の発光レ
ベルと受光レベルとの関係を示す例を第5図(a)、
(b)に示す。Above is the first part. Second. FIG. 5(a) shows an example showing the relationship between the light emission level and the light reception level of the measurement optical signal and the correction optical signal by the light intensity modulation sensors of the third and fourth embodiments.
Shown in (b).
第5図(aL (blにおいて、■は波長λCの補正用
光信号の発光レベル、■は波長λ1の測定用光信号の発
光レベル、■、■は補正用光信号の受光レベル、■、■
は測定用光信号の受光レベルを示す。Figure 5 (aL (in bl), ■ is the emission level of the correction optical signal with wavelength λC, ■ is the emission level of the measurement optical signal with wavelength λ1, ■, ■ is the light reception level of the correction optical signal, ■, ■
indicates the light reception level of the measurement optical signal.
第5図(a)に示すように、伝送路である光フアイバ自
身により光信号に与える損失か少ない場合は、補正用光
信号の受光レベル■と発光レベル■とはほぼ同様であり
、測定用光信号の受光レベル■か発光レベル■に比へて
光変調器で変調された分■だけ低下している。これに対
し、第3図(b)に示すように、伝送路である光フアイ
バ自身により光信号に与える損失が多い場合は、測定用
光信号の受光レベル■および補正用光信号の受光レベル
■かともに、各々の発光レベル■、■に比較して低下し
ている。このように場合、補正用光信号の受光レベルと
発光レベルとを比較することにより伝送系の損失を補正
値として検出する。そして、例えば補正用光信号による
補正値が著しく大きくなる場合には、測定用光信号によ
る測定値が一定の値に達するまで2波長発光素子の発光
レベルを上げてもよい。As shown in Fig. 5(a), when the loss caused to the optical signal by the optical fiber itself, which is the transmission path, is small, the reception level ■ and the emission level ■ of the correction optical signal are almost the same, and the measurement Compared to the light reception level (2) or the light emission level (2) of the optical signal, it is lowered by the amount (2) modulated by the optical modulator. On the other hand, as shown in FIG. 3(b), if the optical fiber itself, which is the transmission path, causes a lot of loss to the optical signal, the light reception level of the measurement optical signal ■ and the light reception level of the correction optical signal ■ In both cases, the luminescence levels are lower than those in (1) and (2). In this case, the loss in the transmission system is detected as a correction value by comparing the light reception level and the light emission level of the correction optical signal. For example, if the correction value based on the correction optical signal becomes significantly large, the light emission level of the two-wavelength light emitting element may be increased until the measured value based on the measurement optical signal reaches a certain value.
なお第1.第2.第3および第4の実施例では、光源X
による光信号として、2つの異なる波長λ1.λCの測
定用光信号、補正用光信号を用いたか、3つ以上の異な
る波長の光信号を用いても良い。また光変調器11によ
る光の変調方式は特に限定されない。Note that the first thing. Second. In the third and fourth embodiments, the light source
As an optical signal with two different wavelengths λ1. An optical signal for measuring λC and an optical signal for correction may be used, or optical signals having three or more different wavelengths may be used. Further, the modulation method of light by the optical modulator 11 is not particularly limited.
この発明の光強度変調センサによれば、光源から伝送路
となる光ファイバを共通として、光変調器を介した測定
用光信号と光変調器を迂回させた補正用光信号とを時分
割して光検出器に入力し、補正用光信号および測定用光
信号を電気信号に変換することによって、伝送路となる
光フアイバ自身か外部の変化量により光信号に与える損
失を電気的に補正値として検出し、測定値の補正を行う
。According to the optical intensity modulation sensor of the present invention, the measurement optical signal via the optical modulator and the correction optical signal bypassing the optical modulator are time-shared using a common optical fiber serving as a transmission path from the light source. By converting the optical signal for correction and the optical signal for measurement into electrical signals, the loss caused to the optical signal by the amount of change in the optical fiber itself or the outside, which is the transmission path, can be electrically corrected. The measured value is corrected.
したかって、光信号の伝送路である光ファイバに例えば
温度変化2機械的な圧力変化等の変化量か与えられ、伝
送系における測定条件か変化しても、その影響を受ける
ことなく、精密に光変調器おける光信号の変調による測
定対象の測定値を検出することができる光強度変調セン
サを得ることかでき、しかも比較的安価で構成すること
ができる。Therefore, even if changes such as temperature changes, mechanical pressure changes, etc. are applied to the optical fiber, which is the transmission path for optical signals, and the measurement conditions in the transmission system change, it can be accurately measured without being affected by the changes. It is possible to obtain a light intensity modulation sensor that can detect a measurement value of a measurement target by modulating an optical signal in an optical modulator, and can be constructed at a relatively low cost.
第1図はこの発明の第1の実施例の光強度変調センサの
構成を示す概念図、第2図はこの発明の第2の実施例の
光強度変調センサの構成を示す概念図、第3図はこの発
明の第3の実施例の光強度変調センサの構成を示す概念
図、第4図はこの発明の第4の実施例の光強度変調セン
サの構成を示す概念図、第5図(a、)、 (b)はこ
の発明の一実施例の光強度変調センサのよる光信号の発
光レベルと受光レベルとを示す波形図、第6図は従来の
光変調方式の光強度変調センサの構成を示す概念図、第
7図は従来の光変調方式の光強度変調センサによる圧力
計の構成を示す概念図、第8図は従来の光変調方式の光
強度変調センサによる圧力計の圧力と出力電圧との関係
を示す図である。
X・・光源、5.5’、17・・光ファイバ、11光変
調器、Y・・・光検出器、Z・・・分波部第
図
第
図
、圧
力FIG. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of a light intensity modulation sensor according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a conceptual diagram showing the configuration of a light intensity modulation sensor according to a second embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a conceptual diagram showing the configuration of a light intensity modulation sensor according to a fourth embodiment of the present invention, FIG. 5 is a conceptual diagram showing the configuration of a light intensity modulation sensor according to a fourth embodiment of the invention, a, ) and (b) are waveform diagrams showing the light emission level and light reception level of a light signal by a light intensity modulation sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a waveform diagram showing a light intensity modulation sensor using a conventional light modulation method. Fig. 7 is a conceptual diagram showing the structure of a pressure gauge using a light intensity modulation sensor using a conventional light modulation method. Fig. 8 shows a pressure gauge using a light intensity modulation sensor using a conventional light modulation method. FIG. 3 is a diagram showing the relationship with output voltage. X...Light source, 5.5', 17...Optical fiber, 11 Optical modulator, Y...Photodetector, Z...Demultiplexer diagram, pressure
Claims (1)
分割して出力する光源と、この測定用光信号および補正
用光信号を伝送する光ファイバと、この光ファイバによ
り伝送される測定用光信号を測定対象の変化量によって
変調する光変調器と、前記光ファイバにより伝送される
補正用光信号を前記光変調器を迂回するように選択的に
分岐する分波部と、前記補正用光信号および前記光変調
器により変調された測定用光信号を電気信号に変換する
光検出器とを備えた光強度変調センサ。A light source that time-divisionally outputs a measurement optical signal and a correction optical signal having different wavelengths, an optical fiber that transmits the measurement optical signal and the correction optical signal, and a measurement optical signal that is transmitted by this optical fiber. an optical modulator that modulates the optical signal according to the amount of change in the measurement target; a demultiplexer that selectively branches the correction optical signal transmitted by the optical fiber so as to bypass the optical modulator; A light intensity modulation sensor comprising an optical signal and a photodetector that converts the measurement optical signal modulated by the optical modulator into an electrical signal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23859990A JPH04116416A (en) | 1990-09-06 | 1990-09-06 | Optical-intensity modulation sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23859990A JPH04116416A (en) | 1990-09-06 | 1990-09-06 | Optical-intensity modulation sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04116416A true JPH04116416A (en) | 1992-04-16 |
Family
ID=17032589
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23859990A Pending JPH04116416A (en) | 1990-09-06 | 1990-09-06 | Optical-intensity modulation sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04116416A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7408291B2 (en) | 2002-12-10 | 2008-08-05 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric oscillator, manufacturing method thereof, and electronic device |
-
1990
- 1990-09-06 JP JP23859990A patent/JPH04116416A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7408291B2 (en) | 2002-12-10 | 2008-08-05 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric oscillator, manufacturing method thereof, and electronic device |
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