JPH04116416A - 光強度変調センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

〔従来の技術〕

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔発明か解決しようとする課題〕

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。

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。

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。

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。

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。

〔課題を解決するための手段〕

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。

〔作用〕

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。

〔実施例〕

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔発明の効果〕

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
。

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。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、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。