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JPH09304169A - Optic fiber acceleration sensor - Google Patents

Optic fiber acceleration sensor

Info

Publication number
JPH09304169A
JPH09304169A JP11621496A JP11621496A JPH09304169A JP H09304169 A JPH09304169 A JP H09304169A JP 11621496 A JP11621496 A JP 11621496A JP 11621496 A JP11621496 A JP 11621496A JP H09304169 A JPH09304169 A JP H09304169A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical fiber
acceleration sensor
optical
weight
fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11621496A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yugo Shindo
雄吾 新藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oki Electric Industry Co Ltd filed Critical Oki Electric Industry Co Ltd
Priority to JP11621496A priority Critical patent/JPH09304169A/en
Publication of JPH09304169A publication Critical patent/JPH09304169A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To allow long term measurement even in liquid by photo-electrically converting interference light generated in an optic fiber region for measuring phase difference and then demodulating to detect vibration acceleration. SOLUTION: A seismic system employing an optic fiber as a spring 14 utilizing its elasticity is constructed, the optic fiber whose part is used as a spring material is made to be a sensing fiber 15, an optic fiber attached to an immobile system is made to be a reference fiber 16, and an O/E(electro-optic) output of an interference light output by phase difference in laser light propagating in these fibers is demodulated by a demodulator 22 via an O/E converter 21, thereby obtaining vibration acceleration α. The optic fiber constituted as a member of an optic fiber acceleration sensor can be utilized also as a light transmission path as it is. In this case, electric components such as a laser light source 18 and the O/E converter 21 are placed on the ground, while the optic fiber acceleration sensor is placed in liquid for operation.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、振動加速度による
光ファイバの長さ変化を光の位相変化として干渉計で検
出する光ファイバ加速度センサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber acceleration sensor for detecting a change in length of an optical fiber due to vibration acceleration as a phase change of light with an interferometer.

【0002】[0002]

【従来の技術】振動計測の中で、振動加速度の計測を対
象にするものは非常に多いが、振動センサあるいは加速
度センサ等として、例えば「文献:センサハンドブッ
ク,片岡ら著,昭和61年初版,培風館発行,456−
462頁」でそれぞれ項目別に説明されている。この場
合、速度検出、加速度検出には、サイズモ(seism
ograph:地震計)系の振動による振動センサの適
用が好適で、つまり、加速度センサを構成するのにサイ
ズモ系の振動センサを使用するのが好都合である。
2. Description of the Related Art Although there are a large number of vibration measurement devices for measuring vibration acceleration, as a vibration sensor or an acceleration sensor, for example, "Reference: Sensor Handbook, written by Kataoka et al., First edition in 1986, Published by Baifukan, 456-
"Page 462" for each item. In this case, the speed detection and the acceleration detection are performed by the size mode (seism).
It is preferable to apply a vibration sensor based on vibration of an ograph system, that is, it is convenient to use a seismo vibration sensor to form an acceleration sensor.

【0003】従来からの一般的な振動加速度センサは、
その基本構成を図4に示すが、“錘−バネ−抵抗”から
なる前述のサイズモ系で構成されている。なお、前記の
“抵抗”は“ダンパ”ともいわれている(前述の文献の
図5.104 参照)。図4において、振動加速度センサ1
は、その筐体を兼ねる密閉箱型のベース2の内部に前述
の錘3−バネ4−抵抗5からなるサイズモ系を構成する
組み合わせ部材を配設したものである。基本的な各部材
の結合及び配設位置は、周知であるので、説明は省略す
る。
A conventional general vibration acceleration sensor is
The basic structure is shown in FIG. 4, which is composed of the above-mentioned seismo system composed of "weight-spring-resistance". The "resistor" is also called a "damper" (see Fig. 5.104 of the above-mentioned document). In FIG. 4, the vibration acceleration sensor 1
In the closed box type base 2 which also serves as the case, a combination member which constitutes the seismo system composed of the weight 3, the spring 4 and the resistor 5 is arranged. The basic joining and arranging positions of the respective members are well known, and the explanation thereof will be omitted.

【0004】そして、この振動加速度センサ1が測定対
象物6上に完全な接触状態で設置されている。なお、図
の矢印への添字の内、xは錘3のベース2に対する相対
変位を、αは測定対象物6の不動点に対する変化を生じ
させる振動加速度をそれぞれ示している。
The vibration acceleration sensor 1 is installed on the object 6 to be measured in perfect contact. In the subscripts to the arrows in the figure, x indicates the relative displacement of the weight 3 with respect to the base 2, and α indicates the vibration acceleration that causes a change with respect to the fixed point of the measuring object 6.

【0005】図示の状態において、振動加速度センサ1
に振動が加わると、その加速度αによりに力が生じるた
め、錘3はベース2に対してxだけ変位する。ここで、
系の固有振動数以下の振動では、錘3の変位x(バネ4
の長さ変化)は加速度αに比例するので、錘3の変位x
を測定すれば、振動加速度αを知ることができる(前述
の文献参照)。
In the illustrated state, the vibration acceleration sensor 1
When vibration is applied to the weight 3, a force is generated due to the acceleration α, so that the weight 3 is displaced by x with respect to the base 2. here,
For vibrations below the natural frequency of the system, the displacement x of the weight 3 (spring 4
Change of the weight 3) is proportional to the acceleration α.
The vibration acceleration α can be known by measuring (see above-mentioned document).

【0006】錘3の変位を検出する方式の一つに圧電型
の振動加速度センサがある。この圧電型振動加速度セン
サは、圧電素子(図示せず)をベース2と錘3の間にサ
ンドイッチに挾み、圧電素子の歪みによって生ずる電圧
を測定するようになっている。他にサーボ型、歪みゲー
ジ型の振動加速度センサもあるが、錘の変位を電流や抵
抗変化量等の電気信号で検出している。
One of the methods for detecting the displacement of the weight 3 is a piezoelectric vibration acceleration sensor. In this piezoelectric vibration acceleration sensor, a piezoelectric element (not shown) is sandwiched between a base 2 and a weight 3 to measure a voltage generated by distortion of the piezoelectric element. There are also servo type and strain gauge type vibration acceleration sensors, but the displacement of the weight is detected by electric signals such as current and resistance change amount.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の加
速度センサ、例えば圧電型の振動加速度センサでは、振
動加速度による錘の変位を圧電素子の電圧変化等の電気
信号で検出するようになっているから、特に液体中での
適用には電気的な絶縁処理が必要になるばかりでなく、
絶縁性の劣化によるセンサの破壊を防ぎ、長期間の測定
を補償するというような長期的信頼性が得られにくいと
いう問題があった。また、電気信号では長距離伝送が難
しいことや、別の面では多点計測において比較的コスト
がかかること等という問題もある。
In the conventional acceleration sensor as described above, for example, the piezoelectric vibration acceleration sensor, the displacement of the weight due to the vibration acceleration is detected by an electric signal such as a voltage change of the piezoelectric element. Therefore, not only does it require electrical insulation for application in liquids,
There is a problem that it is difficult to obtain long-term reliability such as preventing the sensor from being damaged due to deterioration of insulation and compensating for long-term measurement. In addition, there are problems that long-distance transmission is difficult with electric signals and that, in another aspect, multipoint measurement is relatively expensive.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明に係る第1の光フ
ァイバ加速度センサは、不動点を構成する密閉状の筐体
と、錘とこの錘と所定の間隔をおいて位置するベースと
光ファイバとからなり、錘とベースとを結ぶように巻回
する光ファイバの一部が構成する直線部分の光ファイバ
の弾性をバネとして形成したサイズモ系と、筐体と同様
な不動点に位置する剛体物に巻き付けてなる別の光ファ
イバと、ベースの部分を筐体の内側に取り付け固定した
加速度センサ部とを有し、光ファイバと別の光ファイバ
とを加速度センサ部の入力側及び出力側に設けた2つの
光カプラに接続し、測定用のレーザ光を入力側の光カプ
ラで分岐し、分岐したレーザ光の一方を光ファイバ、他
方を別のファイバにそれぞれ導入した後、出力側の光カ
プラで結合して出力用の光ファイバに導入し、直線部分
の光ファイバの長さの変化により出力用の光ファイバの
領域で発生した干渉光を光・電気変換して位相差を測定
した後、復調処理して振動加速度を検出するものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION A first optical fiber acceleration sensor according to the present invention comprises a closed casing forming a fixed point, a weight, a base positioned at a predetermined distance from the weight, and an optical unit. It is located at the same fixed point as the housing and a sizing system formed by the elasticity of the optical fiber in the straight line portion formed by a part of the optical fiber wound so as to connect the weight and the base. It has another optical fiber wound around a rigid body, and an acceleration sensor part in which the base part is attached and fixed inside the housing, and the optical fiber and the other optical fiber are connected to the input side and the output side of the acceleration sensor part. Connected to the two optical couplers, the measurement laser beam is branched by the input side optical coupler, one of the branched laser beams is introduced into the optical fiber, and the other is introduced into the other fiber. Combined with an optical coupler and output Introduces the interference light generated in the area of the output optical fiber due to the change in the length of the optical fiber of the straight line part to optical-electric conversion and measures the phase difference, then demodulates and vibrates. The acceleration is detected.

【0009】本発明に係る第2の光ファイバ加速度セン
サは、不動点を構成する密閉状の筐体と、錘とこの錘と
所定の間隔をおいて上下に位置する2個のベースと2本
の光ファイバとからなり、錘と2個のベースとを結ぶよ
うに巻回する各1本の光ファイバの一部が構成する2対
の直線部分の弾性を2対のバネとして形成した複合型サ
イズモ系と、2個のベースの部分を筐体の内側に取り付
け固定した加速度センサ部とを有し、2本の光ファイバ
を加速度センサ部の入力側及び出力側に設けた2つの光
カプラに接続し、測定用のレーザ光を入力側の光カプラ
で分岐し、分岐したレーザ光の一方を第1の前記光ファ
イバ、他方を第2の前記光ファイバにそれぞれ導入した
後、出力側の光カプラで結合して出力用の光ファイバに
導入し、2対のバネ部分が互いに逆方向に伸縮する長さ
の変化により前記出力用の光ファイバの領域で発生した
干渉光を光・電気変換して位相差を測定した後、復調処
理して単軸方向の振動加速度を検出するものである。
A second optical fiber acceleration sensor according to the present invention includes a hermetically sealed casing which constitutes a fixed point, a weight, two bases which are vertically arranged with a predetermined distance from the weight, and two bases. The composite type in which the elasticity of the two pairs of linear portions formed by a part of each one optical fiber wound so as to connect the weight and the two bases is formed as two pairs of springs. It has a seismo system and an acceleration sensor part in which two base parts are attached and fixed inside the housing, and two optical fibers are provided in two optical couplers provided on the input side and the output side of the acceleration sensor part. After connecting, the measurement laser beam is branched by the input side optical coupler, one of the branched laser beams is introduced into the first optical fiber, and the other is introduced into the second optical fiber. Couple it with a coupler and introduce it into the output optical fiber. The interference light generated in the area of the output optical fiber due to a change in the length of expansion and contraction of the parts in opposite directions is optoelectrically converted to measure the phase difference, and then demodulated to perform vibration acceleration in the single axis direction. Is to detect.

【0010】本発明に係る第3の光ファイバ加速度セン
サは、1個の立方体の錘とこの錘の6面とそれぞれ所定
の間隔をおいて位置する6個のベースと6本の光ファイ
バとからなり、錘と各2個のベースとを結ぶように巻回
する各2本の光ファイバの一部が構成する6対の直線部
分の弾性を6対のバネとして形成した3軸用複合型サイ
ズモ系と、このサイズモ系の6個のベースを筐体の内側
に固定した3軸用の加速度センサ部とを有し、各2本の
光ファイバを加速度センサ部の各入力側及び各出力側に
設けた各2個の光カプラに接続し、測定用のレーザ光を
光カプラと遅延ファイバを用いて3軸用の加速度センサ
部の加速度センサに各軸に対して時分割して導入した
後、各軸の光ファイバを通過したレーザ光を出力用の光
カプラと遅延ファイバで結合し多重化して出力用の光フ
ァイバから出力し、6対のバネ部分の内の2対のバネが
互いに逆方向に伸縮する長さの変化により出力用の光フ
ァイバの領域で発生・多重化した干渉光を光・電気変換
して位相差を測定した後、復調処理して3軸方向又は多
点計測用の振動加速度を検出するものである。
A third optical fiber acceleration sensor according to the present invention comprises one cubic weight, six bases of the weight and six bases and six optical fibers which are respectively positioned at predetermined intervals. In this case, the elasticity of the 6 pairs of linear portions formed by a part of each of the 2 optical fibers wound so as to connect the weight to each of the 2 bases is formed as 6 pairs of springs. System and a triaxial acceleration sensor unit in which six bases of this size system are fixed to the inside of the housing, and two optical fibers are provided on each input side and each output side of the acceleration sensor unit. After connecting to each of the two optical couplers provided and introducing the laser light for measurement into the acceleration sensor of the acceleration sensor section for three axes by using the optical coupler and the delay fiber in a time-sharing manner for each axis, The laser light that has passed through the optical fiber of each axis is output by an optical coupler and a delay filter. Generated and multiplexed in the area of the optical fiber for output due to the change in the length that the two pairs of springs out of the six pairs of springs expand and contract in opposite directions The converted interference light is subjected to optical / electrical conversion to measure the phase difference and then demodulated to detect the vibration acceleration for three-axis directions or for multipoint measurement.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以上のように本発明により構成さ
れる光ファイバ加速度センサは、原理的には“錘−バネ
−抵抗”をベースと結合することによって構成されるサ
イズモ系の加速度センサである。しかし、従来型のサイ
ズモ系の加速度センサとは大きく異なっていて、間隔を
おいて設置した錘とベースを結ぶように巻き付けた光フ
ァイバをバネに代用させ、光ファイバ自身のもつ弾性
(バネ性)をサイズモ系のバネ機能に利用したものであ
る。すなわち、このバネ性を利用して変形する光ファイ
バをセンシングファイバとし、この系とは独立した不動
点を構成する剛体構造物に巻き付けた固定の光ファイバ
をリフアレンスファイバとして採用し、これら2つの光
ファイバで干渉計を構成することにより、干渉計の出力
干渉光を電気変換して振動の加速度を求める構成を特徴
とするものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION As described above, the optical fiber acceleration sensor constructed according to the present invention is, in principle, a seismo system acceleration sensor constructed by combining a "weight-spring-resistance" with a base. is there. However, it is very different from conventional accelerometers of the seismo system, and the elasticity of the optical fiber itself (spring property) is obtained by substituting the spring for the optical fiber wound so as to connect the weight and the base installed at intervals. Is used for the spring function of the seismo system. That is, an optical fiber that deforms by utilizing this spring property is used as a sensing fiber, and a fixed optical fiber wound around a rigid structure that constitutes a fixed point independent of this system is adopted as a reference fiber. The interferometer is composed of an optical fiber, and the interference light output from the interferometer is electrically converted to obtain the acceleration of vibration.

【0012】[実施の形態1]図1は本発明による光フ
ァイバ加速度センサの第1の実施の形態を示す模式説明
図であり、図1の上側図は全体の構成図、下側図は本実
施の形態のサイズモ系部の詳細を示す斜視図である。ま
ず、図1の上側図に見られるように、光ファイバ加速度
センサ10は、錘13、バネ14を構成する光ファイバ
(前述のセンシングファイバ15;詳細は後述)及びベ
ース12のサイズモ系を内蔵する筐体22とからなる加
速度センサ11と、前述のリフアレンスファイバ16を
巻回した剛体構造物17と、レーザ光源18から光ファ
イバ20を介して出射したレーザ光をセンシングファイ
バ15とリフアレンスファイバ16とに分岐し、結合す
るそれぞれ光カプラ19、光カプラ19aとの3つの構
成部材からなっている。なお、ベース12は筐体22に
取り付けられている。そして、加速度センサ11は例え
ば液体中の測定対象物6に固定的に載置され、剛体構造
物17は例えば相対的に不動系を構成する筐体12に対
して固定状態で結合されている。
[Embodiment 1] FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a first embodiment of an optical fiber acceleration sensor according to the present invention. The upper diagram of FIG. It is a perspective view which shows the detail of the seismo system part of embodiment. First, as shown in the upper side of FIG. 1, the optical fiber acceleration sensor 10 includes a weight 13, an optical fiber (a sensing fiber 15 described above; the details will be described later) constituting a spring 14, and a seismo system of a base 12. The acceleration sensor 11 including the housing 22, the rigid structure 17 around which the reference fiber 16 is wound, and the laser light emitted from the laser light source 18 through the optical fiber 20 are detected by the sensing fiber 15 and the reference fiber 16. It is composed of three constituent members, an optical coupler 19 and an optical coupler 19a, which are branched and coupled to each other. The base 12 is attached to the housing 22. The acceleration sensor 11 is fixedly mounted on, for example, the measurement target 6 in the liquid, and the rigid structure 17 is fixedly coupled to the housing 12 forming a relatively immovable system, for example.

【0013】図1の下側図に見られるように、センシン
グファイバ15をバネ14として構成されるサイズモ系
は、所定の空間的な間隔を置いて位置するベース12と
錘13との外周を、センシングファイバ15として使用
する光ファイバで巻回(巻き付ける)したものである。
この場合、ベース12と錘13との外側が形成するエン
ベロープの中で、これらベース12と錘13の両方の外
周部分と光ファイバがじかに接する部分は接着されてこ
の部分のセンシングファイバ15は固定されている。従
って、センシングファイバ15が接着されていない光フ
ァイバの直線部分すなわちバネ14の部分(図1の上側
図参照)がサイズモ系のバネに相当する部分を構成する
ようになっている。
As shown in the lower view of FIG. 1, the seismo system constituted by the sensing fiber 15 as the spring 14 has the outer circumference of the base 12 and the weight 13 positioned with a predetermined spatial interval, The optical fiber used as the sensing fiber 15 is wound (wrapped).
In this case, in the envelope formed by the outside of the base 12 and the weight 13, the outer peripheral portions of both the base 12 and the weight 13 and the portions where the optical fibers are in direct contact are bonded, and the sensing fiber 15 in this portion is fixed. ing. Therefore, the linear portion of the optical fiber to which the sensing fiber 15 is not adhered, that is, the portion of the spring 14 (see the upper diagram of FIG. 1) constitutes a portion corresponding to a spring of the Seismo system.

【0014】本実施の形態による光ファイバ加速度セン
サ10は、上述のように構成されていて、例えば図1の
上側図の粗点線の右側のように、水中のような液体の中
に設置されて測定対象物6の振動加速度を測定するよう
になっている。一方、測定を行う側の陸上では、光ファ
イバ20はレーザ光源18に接続され、光ファイバ20
を伝搬するレーザ光は光カプラ19によって分岐され、
センシングファイバ15及びリファレンスファイバ16
を伝搬する。そして、光ファイバ加速度センサ10の出
力となる干渉光は、光ファイバ20aを介してO/E変
換器(電気光学変換器)21に入り、光・電気変換され
た後、復調器22で復調処理を行うことにより、測定対
象物6の振動の加速度αが測定される。
The optical fiber acceleration sensor 10 according to the present embodiment is constructed as described above, and is installed in a liquid such as water as shown on the right side of the rough dotted line in the upper diagram of FIG. The vibration acceleration of the measuring object 6 is measured. On the other hand, on the land where the measurement is performed, the optical fiber 20 is connected to the laser light source 18, and the optical fiber 20
The laser light propagating in the
Sensing fiber 15 and reference fiber 16
Propagate. Then, the interference light output from the optical fiber acceleration sensor 10 enters the O / E converter (electro-optical converter) 21 through the optical fiber 20a, undergoes optical-electrical conversion, and is then demodulated by the demodulator 22. By performing the above, the acceleration α of the vibration of the measuring object 6 is measured.

【0015】以下、本加速度センサの動作ないし測定法
について、動作原理的に説明する。光ファイバは主にガ
ラスによって形成されているので、ヤング率70GPa
程度の弾性体(バネ)である。つまり、前述のように錘
13とベース12の間の光ファイバ(センシングファイ
バ15の一部分)はバネ14の役割をし、センサは“錘
−バネ(ファイバの弾性)−抵抗”からなるサイズモ系
を構成する。そこで、測定対象物6が振動して、それに
つれて筐体23が振動した場合、サイズモ系の固有振動
数以下の振動数の振動がサイズモ系に加わるとバネ14
は錘13に生じる力により変形するので、バネ14部分
のセンシングファイバ15は振動加速度αにより伸縮す
る。
The operation or measurement method of the acceleration sensor of the present invention will be described below on the principle of operation. Since the optical fiber is mainly made of glass, the Young's modulus is 70 GPa.
It is an elastic body (spring). That is, as described above, the optical fiber (a part of the sensing fiber 15) between the weight 13 and the base 12 functions as the spring 14, and the sensor is a size-based system composed of "weight-spring (elasticity of fiber) -resistance". Configure. Therefore, when the measurement object 6 vibrates and the housing 23 vibrates accordingly, when the vibration of the natural frequency of the seismo system or less is applied to the seismo system, the spring 14
Is deformed by the force generated in the weight 13, so that the sensing fiber 15 in the spring 14 portion expands and contracts due to the vibration acceleration α.

【0016】一方、剛体構造物17は振動により変形し
ないので、リファレンスファイバ16は加速度で伸縮は
しない。従って、センシングファイバ15とリファレン
スファイバ16の間には加速度により長さの差が生じ、
2つのファイバ中を伝搬するレーザ光には位相差φ
(t)が生じる。位相差φ(t)により光ファイバ20
aから出力する干渉光のO/E出力も変化するので、O
/E出力をO/E変換器21を介して復調器22で復調
処理することにより振動加速度αを求めることができ
る。なお、この場合、x,y,z全ての方向の振動加速
度を検出するが、その方向を判別することはできない。
On the other hand, since the rigid structure 17 is not deformed by vibration, the reference fiber 16 does not expand or contract due to acceleration. Therefore, a difference in length occurs between the sensing fiber 15 and the reference fiber 16 due to acceleration,
Laser light propagating in two fibers has a phase difference φ
(T) occurs. The optical fiber 20 depends on the phase difference φ (t).
Since the O / E output of the interference light output from a also changes,
The vibration acceleration α can be obtained by demodulating the / E output by the demodulator 22 via the O / E converter 21. In this case, the vibration accelerations in all the x, y, and z directions are detected, but the directions cannot be discriminated.

【0017】以上のように実施の形態1によれば、光フ
ァイバ自身の弾性を利用してバネ14に採用したサイズ
モ系を構成し、その一部をバネ材に用いた光ファイバを
センシングファイバ15とし、不動系に取り付けた光フ
ァイバをリファレンスファイバ16として、これらのフ
ァイバを伝搬するレーザ光の位相差φ(t)により出力
する干渉光のO/E出力をO/E変換器21を介して復
調器22で復調処理することにより、振動加速度αを求
める光ファイバ加速度センサを構成したから、センサの
内外には一切電気回路を導入することなく、振動加速度
を測定できる優れた効果を示した。
As described above, according to the first embodiment, the elasticity of the optical fiber itself is used to form the seismo system adopted in the spring 14, and the optical fiber using a part of the spring material as the sensing fiber 15 The optical fiber attached to the stationary system is used as the reference fiber 16, and the O / E output of the interference light output by the phase difference φ (t) of the laser light propagating through these fibers is passed through the O / E converter 21. Since the optical fiber acceleration sensor for obtaining the vibration acceleration α is constructed by demodulation processing by the demodulator 22, the excellent effect that the vibration acceleration can be measured is shown without introducing any electric circuit inside or outside the sensor.

【0018】そして、光ファイバ加速度センサの一部材
として構成した光ファイバをこの構成のまま光の伝送路
としても利用できる。その場合は、レーザ光源18やO
/E変換器21等の電気部品を陸上部に、光ファイバ加
速度センサ10を液体中に設置して運用することも可能
になるので、液体中でも長期間の信頼性が得られ、さら
に、長距離伝送も可能になる利点が得られるというよう
な適用上の融通性も持ち合わせているという副次的な効
果もある。
The optical fiber configured as one member of the optical fiber acceleration sensor can be used as the optical transmission line as it is. In that case, the laser light source 18 or O
It is also possible to install and operate the electrical components such as the / E converter 21 in the land portion and the optical fiber acceleration sensor 10 in the liquid, so that long-term reliability can be obtained even in the liquid, and a long distance can be obtained. There is also a side effect that it has the flexibility of application such as the advantage that transmission is possible.

【0019】[実施の形態2]図2は本発明の第2の実
施の形態を示す模式説明図であり、図2の上側図は全体
の構成図、下側図は本実施の形態のサイズモ系部の詳細
を示す斜視図である。30は本実施の形態による単軸型
光ファイバ加速度センサであり、これと実施の形態1の
光ファイバ加速度センサ10との相違について以下に説
明する。
[Embodiment 2] FIG. 2 is a schematic explanatory view showing a second embodiment of the present invention. The upper diagram of FIG. 2 is the overall configuration diagram, and the lower diagram is the size model of the present embodiment. It is a perspective view which shows the detail of a system part. Reference numeral 30 is a single-axis optical fiber acceleration sensor according to the present embodiment, and the difference between this and the optical fiber acceleration sensor 10 of the first embodiment will be described below.

【0020】まず、本体の筐体31では、1個の錘33
を筐体31の中央に位置させ、図2の下側図に示すよう
に、この錘33の上下の筐体31の壁の内側に各1個の
ベース32,ベース32aを設け、錘33とベース3
2、錘33とベース32aとをそれぞれ別個に巻回する
光ファイバ34,光ファイバ34aを、図1の場合と同
様に、取り付ける。すなわち、光ファイバ20を伝搬す
るレーザ光を光カプラ19により2つに分岐し、一方の
光ファイバ34は間隔をおいて設置した錘33と上部の
ベース32を結ぶように巻き付け、他方の光ファイバ3
4aは間隔をおいて設置した錘33と下部のベース32
aを結ぶように巻き付け、各ベース32,32aは筐体
31に取り付ける。
First, in the case 31 of the main body, one weight 33
2 is located in the center of the housing 31, and one base 32 and one base 32a are provided inside the walls of the housing 31 above and below the weight 33, respectively, as shown in the lower view of FIG. Base 3
2, the optical fiber 34 and the optical fiber 34a for separately winding the weight 33 and the base 32a are attached as in the case of FIG. That is, the laser light propagating through the optical fiber 20 is branched into two by the optical coupler 19, and one optical fiber 34 is wound so as to connect the weight 33 installed at a distance and the upper base 32, and the other optical fiber. Three
4a is a weight 33 installed at a distance and a lower base 32.
The bases 32 and 32a are attached to the housing 31 by winding so as to tie a.

【0021】そして、ベース32と錘33との外側が形
成するエンベロープ、さらにベース32aと錘33との
外側が形成するエンベロープの中で、これらベース3
2,32aと錘33の両方の外周部分とそれぞれ光ファ
イバ34,34aがじかに接する部分は接着して、この
部分の光ファイバ34,34aはベースそれぞれ32,
32aに固定される。従って、光ファイバ34,34a
が接着されていないそれらの直線部分が同じ軸上の2個
分に相当するサイズモ系の各バネに相当する部分を構成
するようになっている。さらに、2本の光ファイバ3
4,34aを光カプラ19aで結合し、光ファイバ20
でレーザ光を干渉させた後、干渉光をO/E変換器21
により光・電気変換し他、復調器22により復調処理を
行うようになっている。
Among the envelopes formed by the outside of the base 32 and the weight 33, and among the envelopes formed by the outside of the base 32a and the weight 33, these bases 3
2, 32a and the outer peripheral portions of the weight 33 and the portions where the optical fibers 34 and 34a are in direct contact are adhered to each other, and the optical fibers 34 and 34a in this portion are respectively attached to the base 32,
It is fixed to 32a. Therefore, the optical fibers 34, 34a
The linear portions not bonded to each other constitute the portions corresponding to the two springs of the Seismo system corresponding to two on the same axis. Furthermore, two optical fibers 3
4, 34a are coupled by the optical coupler 19a, and the optical fiber 20
After interfering the laser light with the O / E converter 21,
In addition to optical / electrical conversion by means of, the demodulator 22 performs demodulation processing.

【0022】以下、本単軸型加速度センサの動作ないし
測定法について、動作原理的に説明する。光ファイバは
主にガラスによって形成されているので、ヤング率70
GPa程度の弾性体(バネ)である。つまり、前述のよ
うに例えば錘33と一方のベース32の間の光ファイバ
34の非接着の直線部分は図1のバネ14の部分に相当
し、加速度センサは“錘−バネ(ファイバの弾性)−抵
抗”からなるサイズモ系を構成する。そこで、測定対象
物6が振動して、それにつれて筐体31が振動した場
合、サイズモ系の固有振動数以下の振動数の振動がサイ
ズモ系に加わるとバネは錘33に生じる力により変形す
るので、バネ部分の光ファイバ34は振動加速度αによ
り伸縮する。また、光ファイバ34aの方も同様に伸縮
する。
The operation principle of the operation or measurement method of the present single-axis acceleration sensor will be described below. Since the optical fiber is mainly made of glass, the Young's modulus of 70
It is an elastic body (spring) of about GPa. That is, as described above, for example, the non-bonded linear portion of the optical fiber 34 between the weight 33 and one of the bases 32 corresponds to the portion of the spring 14 in FIG. 1, and the acceleration sensor is “weight-spring (elasticity of fiber)”. -Consist a seismo system consisting of resistors. Therefore, when the measurement object 6 vibrates and the housing 31 vibrates accordingly, the spring is deformed by the force generated in the weight 33 when the vibration of the natural frequency of the seismo system or less is applied to the seismo system. The optical fiber 34 in the spring portion expands and contracts due to the vibration acceleration α. The optical fiber 34a also expands and contracts similarly.

【0023】ここで、図2の上側図に示したようにx,
y,z軸をとり、各軸方向について振動の有様を考え
る。まず、振動がz軸に加わった場合、上・下部のベー
ス32,32aに巻き付けたそれぞれ光ファイバ34,
34aは互いに逆方向に伸縮する(Push−Pul
l:プッシュプル)ため、2本の光ファイバ34,34
a間には加速度により長さの差が生じ、光ファイバを伝
搬するレーザ光には位相差φ(t)が生ずる。位相差φ
(t)により干渉光のO/E出力も変化するので、O/
E出力を復調処理することにより振動加速度αを求める
ことができる。一方、x,y軸の加速度では、2本の光
ファイバ34,34aは互いに同じ方向に伸縮するた
め、加速度により長さの差が生じないから、光ファイバ
を伝搬するレーザ光には位相差φ(t)が生じないため
加速度を検出できない。従って、錘の上・下方にベース
を位置させてPush−Pull構造にすれば、1軸
(単軸)のみの加速度を検出することができるようにな
る。
Here, as shown in the upper diagram of FIG. 2, x,
Taking the y and z axes, consider the state of vibration in each axis direction. First, when vibration is applied to the z-axis, the optical fibers 34 and 32 are wound around the upper and lower bases 32 and 32a, respectively.
34a expands and contracts in the opposite directions (Push-Pul).
l: push-pull), so two optical fibers 34, 34
A difference in length occurs between a and the laser light propagating through the optical fiber has a phase difference φ (t). Phase difference φ
The O / E output of the interference light also changes depending on (t).
The vibration acceleration α can be obtained by demodulating the E output. On the other hand, in the x- and y-axis accelerations, the two optical fibers 34 and 34a expand and contract in the same direction, so that a difference in length does not occur due to the acceleration, and therefore the phase difference φ in the laser light propagating through the optical fibers. Since (t) does not occur, acceleration cannot be detected. Therefore, if the push-pull structure is formed by locating the bases above and below the weight, it is possible to detect acceleration in only one axis (single axis).

【0024】以上のように実施の形態2によれば、1つ
の錘33を共通の錘とし、これに対称にベース32,3
2aに対して2本の光ファイバ34,34aを巻回して
構成したPush−Pull構造としたので、1軸のみ
の加速度を検出できる効果が得られる。また、実施の形
態1の場合と同様に、光ファイバ加速度センサの一部材
として構成した光ファイバをこの構成のまま光の伝送路
としても利用できる。その場合は、レーザ光源18やO
/E変換器21等の電気部品を陸上部に、光ファイバ加
速度センサ10を液体中に設置して運用することも可能
になるので、液体中でも長期間の信頼性が得られ、さら
に、長距離伝送も可能になる利点が得られるというよう
な適用上の融通性も持ち合わせているという副次的な効
果も得られる。
As described above, according to the second embodiment, one weight 33 is used as a common weight, and the bases 32 and 3 are symmetrical to this.
Since the Push-Pull structure is formed by winding the two optical fibers 34, 34a around 2a, it is possible to obtain the effect of being able to detect acceleration in only one axis. Further, as in the case of the first embodiment, the optical fiber configured as one member of the optical fiber acceleration sensor can be used as the optical transmission line with this configuration. In that case, the laser light source 18 or O
It is also possible to install and operate the electrical components such as the / E converter 21 in the land portion and the optical fiber acceleration sensor 10 in the liquid, so that long-term reliability can be obtained even in the liquid, and a long distance can be obtained. It also has a side effect that it has flexibility in application such as an advantage that transmission is possible.

【0025】[実施の形態3]図13は本発明の第3の
実施の形態を示す模式説明図であり、図3の上側図は全
体の構成図、下側図は本実施の形態のサイズモ系部の詳
細を示す斜視図である。40は本実施の形態による3軸
型光ファイバ加速度センサであり、これは実施の形態2
の単軸型光ファイバ加速度センサ30を、錘は1個のま
まで、x,y,z方向の3軸に拡張したものである。以
下主としてその構造上の特徴について説明する。
[Third Embodiment] FIG. 13 is a schematic explanatory view showing a third embodiment of the present invention. The upper diagram of FIG. 3 is the overall configuration diagram, and the lower diagram is the size model of the present embodiment. It is a perspective view which shows the detail of a system part. Reference numeral 40 denotes a triaxial optical fiber acceleration sensor according to the present embodiment, which is the same as that of the second embodiment.
The single-axis type optical fiber acceleration sensor 30 is expanded into three axes in the x, y, and z directions with one weight remaining. The structural features will be mainly described below.

【0026】図3に示すように、錘43を立方体で形成
し、この立方体の各面にそれぞれ向かい合うように合計
6個のベースを所定の間隔をおいて設け、実施の形態2
と同様に、各ベースは筐体41に取り付ける。図3の下
側図に示したように、錘43に対して、x軸のベースを
ベース42,42aとし、y軸のベースをベース42
b,42cとし、z軸のベース42d,42eとし、各
ベースと錘43の各面を結ぶように、光ファイバ44,
44a(x軸)、44b,44c(y軸)、44d,4
4e(z軸)を巻き付けて、本実施の形態による3軸型
の加速度センサ52が形成される。
As shown in FIG. 3, the weight 43 is formed of a cube, and a total of six bases are provided at predetermined intervals so as to face each surface of the cube, and the second embodiment is adopted.
Similarly, each base is attached to the housing 41. As shown in the lower view of FIG. 3, with respect to the weight 43, the x-axis bases are the bases 42 and 42a, and the y-axis base is the base 42.
b, 42c, z-axis bases 42d, 42e, and optical fibers 44, 42e for connecting the bases to the respective surfaces of the weight 43.
44a (x axis), 44b, 44c (y axis), 44d, 4
By winding 4e (z axis), the triaxial acceleration sensor 52 according to the present embodiment is formed.

【0027】従って、図3の上側図の中央からやや右側
に3個にかけて別々に配列・図示した3個のセンサ部
は、1個の錘43を共有する見掛け上分離されたセンサ
素子であって、実際は図3の下側図に示した1個の複合
型のx,y,zの3軸複合型の加速度センサ52を各々
3方からみた状態を図示しているものである。そして、
図3の上側図による説明の都合上、x軸用のセンサを加
速度センサ52xとし、y軸用のセンサを加速度センサ
52yとし、z軸用のセンサを加速度センサ52zとす
る。また、加速度センサ52xの光ファイバ44,44
aの入力、出力側にはそれぞれ光カプラ45,45a
が、加速度センサ52yの光ファイバ44b,44cの
入力、出力側にはそれぞれ光カプラ45b,45cが、
加速度センサ52zの光ファイバ44d,44eの入
力、出力側にはそれぞれ光カプラ45d,45eが接続
されている。
Therefore, the three sensor portions arranged and illustrated separately from the center to the right side of the upper part of FIG. 3 are apparently separated sensor elements sharing one weight 43. Actually, FIG. 3 shows a state in which one composite x, y, z triaxial composite acceleration sensor 52 shown in the lower view of FIG. 3 is viewed from three directions. And
For convenience of explanation in the upper diagram of FIG. 3, the x-axis sensor is the acceleration sensor 52x, the y-axis sensor is the acceleration sensor 52y, and the z-axis sensor is the acceleration sensor 52z. In addition, the optical fibers 44, 44 of the acceleration sensor 52x
The optical couplers 45 and 45a are provided on the input and output sides of a, respectively.
However, optical couplers 45b and 45c are provided on the input and output sides of the optical fibers 44b and 44c of the acceleration sensor 52y,
Optical couplers 45d and 45e are connected to the input and output sides of the optical fibers 44d and 44e of the acceleration sensor 52z, respectively.

【0028】図3の上側図において、まず、レーザ光源
18からのレーザ光をパルスゲート51でパルス化した
パルス光は光カプラ53を介して2本に分岐し、分岐し
た1本のパルス光は光カプラ45で分岐して加速度セン
サ52xの光ファイバ44,44aに入力する。そし
て、出力側の光ファイバ44,44aに接続する光カプ
ラ45aで結合された1本のパルス光は光カプラ53c
を経てO/E変換器21に入力される。
In the upper view of FIG. 3, first, the pulsed light obtained by pulsing the laser light from the laser light source 18 by the pulse gate 51 is branched into two via the optical coupler 53, and one branched pulsed light is The light is branched by the optical coupler 45 and input to the optical fibers 44 and 44a of the acceleration sensor 52x. Then, one pulsed light coupled by the optical coupler 45a connected to the output side optical fibers 44, 44a is the optical coupler 53c.
It is input to the O / E converter 21 via.

【0029】一方、光カプラ53を介して2本に分岐し
たもう1本のパルス光は、遅延ファイバ54を伝搬して
光カプラ53aにより分岐し、分岐した1本のパルス光
は光カプラ45bで分岐して加速度センサ52yの光フ
ァイバ44b,44cに入力する。そして、出力側の光
ファイバ44b,44cに接続する光カプラ45cで結
合された1本のパルス光は光カプラ53bを経て遅延フ
ァイバ54aを伝搬して光カプラ53cに入力する。そ
して、光カプラ53cで結合された1本のパルス光はO
/E変換器21に入力される。
On the other hand, the other pulsed light branched into two via the optical coupler 53 propagates through the delay fiber 54 and is branched by the optical coupler 53a, and the branched one pulsed light is fed into the optical coupler 45b. The light is branched and input to the optical fibers 44b and 44c of the acceleration sensor 52y. Then, one pulsed light coupled by the optical coupler 45c connected to the output side optical fibers 44b, 44c propagates through the optical coupler 53b through the delay fiber 54a and is input to the optical coupler 53c. Then, one pulsed light coupled by the optical coupler 53c is O
It is input to the / E converter 21.

【0030】同様に、光カプラ53aを介して2本に分
岐した他の1本のパルス光は、遅延ファイバ54bを伝
搬して光カプラ45dにより分岐し、分岐した2本のパ
ルス光は加速度センサ52zの光ファイバ44d,44
eに入力する。そして、出力側の光ファイバ44d,4
4eに接続する光カプラ45eで結合された1本のパル
ス光は遅延ファイバ54cを伝搬して光カプラ53bを
経て遅延ファイバ54aを伝搬して光カプラ53cに入
力する。そして、光カプラ53cで結合された1本のパ
ルス光はO/E変換器21に入力される。
Similarly, the other one pulse light branched into two via the optical coupler 53a propagates through the delay fiber 54b and is branched by the optical coupler 45d, and the two branched pulse lights are acceleration sensors. 52z optical fibers 44d and 44
Enter e. Then, the optical fibers 44d, 4 on the output side
One pulse light coupled by the optical coupler 45e connected to 4e propagates through the delay fiber 54c, propagates through the optical coupler 53b and the delay fiber 54a, and is input to the optical coupler 53c. Then, one pulsed light coupled by the optical coupler 53c is input to the O / E converter 21.

【0031】このように、図3の下側図のような1個の
複合型のx,y,zの3軸複合型の加速度センサ52を
センサとして構成した加速度センサの系は、レーザ光を
パルスゲート51によりパルス化したパルス光と遅延フ
ァイバ54,54a,54b,54cとにより、3軸の
干渉計を構成する。つまり、パルス光を遅延ファイバ5
4,54a,54b,54cにより時分割し、x,y,
zの3軸の加速度センサ52に入力させる事により多重
化処理可能な3軸の干渉計を構成する。そして、O/E
変換器21に入力されパルス光をそれぞれ光・電気変換
し、各軸のパルス光を分離した後、復調器22により復
調処理を行う。
As described above, the system of the acceleration sensor configured by using the single composite x, y, z triaxial composite acceleration sensor 52 as shown in the lower view of FIG. The pulsed light pulsed by the pulse gate 51 and the delay fibers 54, 54a, 54b, 54c constitute a triaxial interferometer. That is, the pulsed light is transmitted to the delay fiber 5
4, 54a, 54b, 54c are time-divided into x, y,
A z-axis interferometer capable of performing multiplexing processing is configured by inputting it to the z-axis acceleration sensor 52. And O / E
The pulsed light input to the converter 21 is optically / electrically converted, and the pulsed light on each axis is separated, and then demodulated by the demodulator 22.

【0032】以下、本3軸型加速度センサの動作ないし
測定法について、動作原理的に説明する。前述のよう
に、光ファイバは主にガラスによって形成されているの
で、ヤング率70GPa程度の弾性体(バネ)である。
つまり、前述のように例えば錘43と3方のベース4
2,…の間の光ファイバ44,…の非接着の直線部分は
図1のバネ14の部分に相当し、各3軸の加速度センサ
はそれぞれ別個の“錘−バネ(ファイバの弾性)−抵
抗”からなるサイズモ系を構成している。
The principle of operation of the operation or measuring method of the present triaxial acceleration sensor will be described below. As described above, since the optical fiber is mainly made of glass, it is an elastic body (spring) having a Young's modulus of about 70 GPa.
That is, as described above, for example, the weight 43 and the three-sided base 4
The non-bonded straight line portion of the optical fibers 44, ... Between 2, ... corresponds to the portion of the spring 14 of FIG. 1, and each triaxial acceleration sensor has a separate "weight-spring (elasticity of fiber) -resistance". It is composed of the "Saimo" system.

【0033】まず、筐体41のz軸方向に振動が加わっ
た場合、その加速度により錘43が筐体41内で変位す
るので、z方向の光ファイバ44d,44eは互いに逆
方向に伸縮するが、x,y方向の光ファイバ44…,4
4b…は同じ方向に伸びる。従って、各干渉計の内z軸
方向の干渉計のみ2本の光ファイバ44d,44eの間
に長さの差が生じ、干渉光が位相差φ(t)に応じて変
化する。この変化した干渉光のO/E出力を復調器22
で復調処理することにより、z軸方向の振動加速度を検
出できる。同様に、x軸方向の振動ではx軸の干渉計の
みが、y軸方向の振動ではy軸の干渉計のみが振動加速
度を検出できる。従って、本実施の形態のように、錘の
6面に光ファイバを巻き付け、互いに直交するようにし
て3組のPush−Pull構造の干渉計を1個の錘で
構成すれば、3軸の加速度を検出できる。
First, when vibration is applied to the housing 41 in the z-axis direction, the weight 43 is displaced in the housing 41 due to the acceleration, so that the optical fibers 44d and 44e in the z direction expand and contract in opposite directions. , X, y optical fibers 44 ..., 4
4b ... extends in the same direction. Therefore, only the interferometer in the z-axis direction of each interferometer has a difference in length between the two optical fibers 44d and 44e, and the interference light changes according to the phase difference φ (t). The O / E output of the changed interference light is demodulated by the demodulator 22.
By performing the demodulation processing with, the vibration acceleration in the z-axis direction can be detected. Similarly, in the vibration in the x-axis direction, only the x-axis interferometer can detect the vibration acceleration, and in the vibration in the y-axis direction, only the y-axis interferometer can detect the vibration acceleration. Therefore, if the optical fibers are wound around the 6 surfaces of the weight and three sets of Push-Pull interferometers are configured by one weight so as to be orthogonal to each other as in the present embodiment, the three-axis acceleration is obtained. Can be detected.

【0034】本実施の形態の3軸型光ファイバ加速度セ
ンサ40においては、遅延線ファイバ54,54a,5
4b,54dを介して各軸の干渉計を接続しているた
め、各軸の干渉計を通りO/E変換器21に到達するパ
ルス光には伝搬時間差が生ずる。従って、O/E変換し
た後、各軸のパルス光を分離し復調処理を行えば、1つ
のレーザ光で3軸の加速度を求めることができる。この
ような光ファイバ型加速度センサの時分割による多重化
方式は、1個の3軸型光ファイバ加速度センサへの適用
に限られるものではなく、複数個の単軸型や3軸型光フ
ァイバ加速度センサを使用して多重化することもでき
る。そして、その場合は多地点の加速度を計測すること
が可能である。
In the triaxial optical fiber acceleration sensor 40 of this embodiment, the delay line fibers 54, 54a, 5 are used.
Since the interferometers of the respective axes are connected via 4b and 54d, a propagation time difference occurs in the pulsed light that reaches the O / E converter 21 through the interferometers of the respective axes. Therefore, after O / E conversion, if the pulsed light of each axis is separated and demodulated, the acceleration of three axes can be obtained with one laser light. The time-division multiplexing method of such an optical fiber type acceleration sensor is not limited to application to one 3-axis type optical fiber acceleration sensor, but a plurality of single-axis type or 3-axis type optical fiber acceleration sensors. It can also be multiplexed using sensors. In that case, it is possible to measure acceleration at multiple points.

【0035】以上のように実施の形態3によれば、1つ
の立方体の錘43の6面にそれぞれ光ファイバを巻き付
け互いに直交するようにして3個の干渉計を構成した3
軸型光ファイバ加速度センサ40は、3軸の振動加速度
を容易に検出できる。また、この構成では、光パルスと
遅延ファイバを用いて時分割の多重化が可能であり、こ
の場合は各軸ごとにレーザ装置やO/E変換器を用意す
る必要がなくなり、低コストでシステムを構成できる利
点がある。また、光ファイバ加速度センサの時分割多重
化は、本実施の形態のように3軸に限ったものではな
く、多点計測にも低コストで適用可能になる効果があ
る。
As described above, according to the third embodiment, three interferometers are formed by winding optical fibers around the six faces of one cubic weight 43 and making them orthogonal to each other.
The axial optical fiber acceleration sensor 40 can easily detect vibration acceleration in three axes. Also, with this configuration, it is possible to perform time division multiplexing using optical pulses and delay fibers. In this case, there is no need to prepare a laser device or O / E converter for each axis, and the system can be manufactured at low cost. Can be configured. Further, the time division multiplexing of the optical fiber acceleration sensor is not limited to the three axes as in the present embodiment, and has an effect that it can be applied to multipoint measurement at low cost.

【0036】また、実施の形態1,2の場合と同様に、
光ファイバ加速度センサの一部材として構成した光ファ
イバをこの構成のまま光の伝送路としても利用できる。
その場合は、レーザ光源18やO/E変換器21等の電
気部品を陸上部に、光ファイバ加速度センサ40を液体
中に設置して運用することも可能になるので、液体中で
も長期間の信頼性が得られ、さらに、長距離伝送も可能
になる利点が得られるというような適用上の融通性も持
ち合わせているという効果も得られる。
Further, as in the case of the first and second embodiments,
The optical fiber configured as one member of the optical fiber acceleration sensor can be used as the optical transmission line as it is.
In that case, electrical components such as the laser light source 18 and the O / E converter 21 can be installed on the land portion, and the optical fiber acceleration sensor 40 can be installed and operated in the liquid. In addition, it is possible to obtain the advantage that it has flexibility in application such as the advantage that long distance transmission is possible.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、光ファイ
バ自身の弾性を利用してバネに採用したサイズモ系を構
成し、その一部をバネ材に用いた光ファイバと不動点体
に取り付けたもう1つの光ファイバとを用い、これらの
ファイバを伝搬するレーザ光の位相差φ(t)により出
力する干渉光のO/E出力をO/E変換器を介して復調
処理することにより、振動加速度を求める光ファイバ加
速度センサを構成したから、センサの内外には一切電気
回路を導入することなく、振動加速度を測定できる優れ
た効果を示した。
As described above, according to the present invention, the elasticity of the optical fiber itself is utilized to form a seismo system adopted for a spring, and a part of the system is used as an optical fiber and a fixed point body. By using another attached optical fiber and demodulating the O / E output of the interference light output by the phase difference φ (t) of the laser light propagating through these fibers through the O / E converter. Since the optical fiber acceleration sensor for obtaining the vibration acceleration is constructed, it has an excellent effect that the vibration acceleration can be measured without introducing any electric circuit inside or outside the sensor.

【0038】また、光ファイバ加速度センサの一部材と
して構成した光ファイバをこの構成のまま光の伝送路と
しても利用できる。その場合は、レーザ光源やO/E変
換器等の電気部品を陸上部に、光ファイバ加速度センサ
を液体中に設置して運用することも可能になるので、液
体中でも長期間の信頼性が得られ、さらに、長距離伝送
も可能になる利点が得られるというような適用上の融通
性も持ち合わせているという副次的な大きな効果もあ
る。また、本発明の実施の形態2のような構成によっ
て、1軸(単軸)のみの加速度を検出できる効果が得ら
れる。
Further, the optical fiber constructed as one member of the optical fiber acceleration sensor can be used as the optical transmission line as it is. In that case, it is possible to install and operate electrical components such as a laser light source and an O / E converter on the land, and to operate the optical fiber acceleration sensor in a liquid, so long-term reliability can be obtained even in a liquid. In addition, there is also a large secondary effect that it has flexibility in application such that long-distance transmission is possible. Further, with the configuration according to the second embodiment of the present invention, it is possible to obtain the effect of being able to detect acceleration in only one axis (single axis).

【0039】さらに、1軸を3軸に拡張した本発明の実
施の形態3のような構成によって、3個の干渉計を構成
した3軸型光ファイバ加速度センサが得られ、3軸の振
動加速度を容易に検出できる。また、この構成では、光
パルスと遅延ファイバを用いて時分割の多重化が可能で
あり、この場合は各軸ごとにレーザ装置やO/E変換器
を用意する必要がなくなり、低コストでシステムを構成
できる利点がある。また、光ファイバ加速度センサの時
分割多重化は、3軸に限られず、多点計測にも低コスト
で適用可能になる効果がある。
Furthermore, a three-axis optical fiber acceleration sensor having three interferometers can be obtained by the configuration of the third embodiment of the present invention in which one axis is expanded to three axes, and vibration acceleration of three axes is obtained. Can be easily detected. Also, with this configuration, it is possible to perform time division multiplexing using optical pulses and delay fibers. In this case, there is no need to prepare a laser device or O / E converter for each axis, and the system can be manufactured at low cost. Can be configured. Further, the time division multiplexing of the optical fiber acceleration sensor is not limited to three axes, and has an effect of being applicable to multipoint measurement at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態を示す模式説明図で
ある。
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施の形態を示す模式説明図で
ある。
FIG. 2 is a schematic explanatory view showing a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施の形態を示す模式説明図で
ある。
FIG. 3 is a schematic explanatory view showing a third embodiment of the present invention.

【図4】従来からの一般的な振動加速度センサの基本構
成を示す模式説明図である。
FIG. 4 is a schematic explanatory view showing a basic configuration of a conventional general vibration acceleration sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11 加速度センサ 2,12,32,32a ベース 3,13,33 錘 4,14 バネ 5 抵抗 6 測定対象物 10 光ファイバ加速度センサ 15 センシングファイバ 16 リファレンスファイバ 17 剛体構造物 18 レーザ光源 19,19a 光カプラ 20,20a,34,34a 光ファイバ 21 O/E変調器 22 復調器 23,31 筐体 30 単軸型光ファイバ加速度センサ 40 3軸型光ファイバ加速度センサ 42,42a,42b,42c,42d,42e ベー
ス 44,44a,44b,44c,44d,44e 光フ
ァイバ 45,45a,45b,45c,45d,45e 光カ
プラ 51 パルスゲート52,52x,52y,52z 加
速度センサ 53,53a,53b,53c 光カプラ 54,54a,54b,54c 遅延ファイバ
1, 11 Acceleration sensor 2, 12, 32, 32a Base 3, 13, 33 Weight 4, 14 Spring 5 Resistance 6 Measurement object 10 Optical fiber acceleration sensor 15 Sensing fiber 16 Reference fiber 17 Rigid structure 18 Laser light source 19, 19a Optical coupler 20, 20a, 34, 34a Optical fiber 21 O / E modulator 22 Demodulator 23, 31 Housing 30 Single axis type optical fiber acceleration sensor 40 Three axis type optical fiber acceleration sensor 42, 42a, 42b, 42c, 42d , 42e Base 44, 44a, 44b, 44c, 44d, 44e Optical fiber 45, 45a, 45b, 45c, 45d, 45e Optical coupler 51 Pulse gate 52, 52x, 52y, 52z Accelerometer 53, 53a, 53b, 53c Optical coupler 54, 54a, 54b, 54c Delay Aiba

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 不動点を構成する密閉状の筐体と、錘と
この錘と所定の間隔をおいて位置するベースと光ファイ
バとからなり、前記錘と前記ベースとを結ぶように巻回
する前記光ファイバの一部が構成する直線部分の光ファ
イバの弾性をバネとして形成したサイズモ系と、前記筐
体と同様な前記不動点に位置する剛体物に巻き付けてな
る別の光ファイバと、前記ベースの部分を前記筐体の内
側に取り付け固定した加速度センサ部とを有し、 前記光ファイバと前記別の光ファイバとを前記加速度セ
ンサ部の入力側及び出力側に設けた2つの光カプラに接
続し、 測定用のレーザ光を前記入力側の光カプラで分岐し、分
岐したレーザ光の一方を前記光ファイバ、他方を前記別
のファイバにそれぞれ導入した後、前記出力側の光カプ
ラで結合して出力用の光ファイバに導入し、 前記直線部分の光ファイバの長さの変化により前記出力
用の光ファイバの領域で発生した干渉光を光・電気変換
して位相差を測定した後、復調処理して振動加速度を検
出することを特徴とする光ファイバ加速度センサ。
1. A hermetically sealed case forming a fixed point, a weight, a base positioned at a predetermined distance from the weight, and an optical fiber, and wound so as to connect the weight to the base. A seismo system in which the elasticity of the optical fiber of the straight line portion that constitutes a part of the optical fiber is formed as a spring, and another optical fiber wound around a rigid object located at the fixed point similar to the case, Two optical couplers having an acceleration sensor unit in which the base portion is attached and fixed to the inside of the housing, and the optical fiber and the other optical fiber are provided on an input side and an output side of the acceleration sensor unit. The measuring laser beam is branched by the optical coupler on the input side, one of the branched laser beams is introduced into the optical fiber, and the other is introduced into the other fiber. Combine and output Introduced into the optical fiber of the, the interference light generated in the area of the optical fiber for output due to the change in the length of the optical fiber of the linear portion is optically-electrically converted to measure the phase difference, and then demodulated. An optical fiber acceleration sensor characterized by detecting vibration acceleration.
【請求項2】 不動点を構成する密閉状の筐体と、錘と
この錘と所定の間隔をおいて上下に位置する2個のベー
スと2本の光ファイバとからなり、前記錘と前記2個の
ベースとを結ぶように巻回する各1本の光ファイバの一
部が構成する2対の直線部分の弾性を2対のバネとして
形成した複合型サイズモ系と、前記2個のベースの部分
を前記筐体の内側に取り付け固定した加速度センサ部と
を有し、 前記2本の光ファイバを前記加速度センサ部の入力側及
び出力側に設けた2つの光カプラに接続し、 測定用のレーザ光を前記入力側の光カプラで分岐し、分
岐したレーザ光の一方を第1の前記光ファイバ、他方を
第2の前記光ファイバにそれぞれ導入した後、前記出力
側の光カプラで結合して出力用の光ファイバに導入し、 前記2対のバネ部分が互いに逆方向に伸縮する長さの変
化により前記出力用の光ファイバの領域で発生した干渉
光を光・電気変換して位相差を測定した後、復調処理し
て単軸方向の振動加速度を検出することを特徴とする単
軸型の光ファイバ加速度センサ。
2. A closed casing that constitutes a fixed point, a weight, two bases located vertically above and below the weight and a predetermined distance, and two optical fibers, and the weight and the weight. A composite type seismic system in which the elasticity of two pairs of linear portions formed by a part of each one optical fiber wound so as to connect two bases is formed as two pairs of springs, and the two bases. And an acceleration sensor part fixed to the inside of the housing, and the two optical fibers are connected to two optical couplers provided on the input side and the output side of the acceleration sensor part for measurement. Laser beam is branched by the optical coupler on the input side, one of the branched laser beams is introduced into the first optical fiber and the other optical fiber is introduced into the second optical fiber, and then coupled by the optical coupler on the output side. And introduce it into the output optical fiber, and the two pairs of spring parts Of the interference light generated in the area of the optical fiber for output due to the change in the length that expands and contracts in the opposite direction is measured, and the phase difference is measured after demodulating and the vibration acceleration in the uniaxial direction is obtained. A single-axis type optical fiber acceleration sensor, which is characterized by detecting.
【請求項3】 1個の立方体の錘とこの錘の6面とそれ
ぞれ所定の間隔をおいて位置する6個のベースと6本の
光ファイバとからなり、前記錘と前記各2個のベースと
を結ぶように巻回する各2本の光ファイバの一部が構成
する6対の直線部分の弾性を6対のバネとして形成した
3軸用複合型サイズモ系と、このサイズモ系の前記6個
のベースを前記筐体の内側に固定した3軸用の加速度セ
ンサ部とを有し、 前記各2本の光ファイバを前記加速度センサ部の各入力
側及び各出力側に設けた各2個の光カプラに接続し、 測定用のレーザ光を光カプラと遅延ファイバを用いて前
記3軸用の加速度センサ部の加速度センサに各軸に対し
て時分割して導入した後、各軸の光ファイバを通過した
レーザ光を出力用の光カプラと遅延ファイバで結合し多
重化して出力用の光ファイバから出力し、 前記6対のバネ部分の内の2対のバネが互いに逆方向に
伸縮する長さの変化により前記出力用の光ファイバの領
域で発生・多重化した干渉光を光・電気変換して位相差
を測定した後、復調処理して3軸方向の振動加速度を検
出することを特徴とする3軸型の光ファイバ加速度セン
サ。
3. A cube weight, six bases of the weight and six bases respectively located at predetermined intervals, and six optical fibers, the weight and the two bases each. A triaxial composite type seismo system in which elasticity of 6 pairs of linear portions formed by a part of each of two optical fibers wound so as to connect to each other is formed as 6 pairs of springs, and A plurality of bases fixed to the inside of the housing for three-axis acceleration sensors, and each two optical fibers provided on each input side and each output side of the acceleration sensor section. After being connected to the optical coupler of FIG. 3 and introducing the measurement laser light into the acceleration sensor of the acceleration sensor unit for the three axes by time division with respect to each axis using the optical coupler and the delay fiber, Laser light that has passed through the fiber is combined with an output optical coupler and a delay fiber for multiplexing. And output from the output optical fiber, and generated / multiplexed in the area of the output optical fiber due to a change in length in which two pairs of springs of the six pairs of spring portions expand and contract in opposite directions. A three-axis optical fiber acceleration sensor, which detects the vibration acceleration in the three-axis directions by performing demodulation processing after performing optical-electric conversion of interference light to measure a phase difference.
【請求項4】 3軸方向の振動加速度を検出する加速度
センサ部を複数個組み合わせて多点計測用に構成したこ
とを特徴とする請求項3記載の光ファイバ加速度セン
サ。
4. The optical fiber acceleration sensor according to claim 3, wherein a plurality of acceleration sensor units for detecting vibration acceleration in the three-axis directions are combined to configure for multipoint measurement.
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