JPS5897800A - 光センサ装置 - 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】 本発明は、光送受信装置とこれから遠隔地点にある光セ
ンサ部とを光ファイバで接続し、この光センサ部によっ
て計測された光信号の強弱信号を前記光送受信装置で測
定するようにした光センサ装置において、前記光信号の
強弱信号を正確で安定に測定できるようにし、しかも遠
隔地点にある光センサ部の無電源化を図ることを目的と
する。

光センサを用いた物理量の計測としては、温度。

振動、圧力、放射線等いろいろな測定対象が考えられる
。本発明では、この中から具体的に説明するため、光セ
ンサの計測に温度を測定する方法について県下説明する
。

第１図は、従来から考えられている遠隔地点における温
度測定装置である。１０１の温度センサ部にはサーミス
タを用い、温度に比例してサーミ３、 スタの抵抗値が変化し、この抵抗値変化を光送信器１０
２に伝え、電気信号を振幅変換、または周波数変換など
行い、この電気信号を光信号に変換して光ファイバ１０
３へ送り出す。一方、光受信器１０４で、送られてきた
光信号を電気信号に変換し、信号処理回路１０５で電気
信号の振幅変化、または周波数の変化を表示のための信
号に変換し、その結果を表示装置１０６で温度の数値表
示を行なっている。以上が伝送路に光ファイバを用いた
従来の温度測定装置であり、光ファイバの特徴であ−る
電磁誘導を受けず、長距離伝送に対して伝送損失が少な
いなどの特徴がある。

しかし、この方式の欠点として、遠隔地点のセンサ部１
０１と光送信器１０２とが電気的に結合され、光送信器
１０２を駆動するための電源装置、または電池が必要で
ある。このことは、測定地点によっては電源が使えない
場合もあり、また電池であれば適当な時期になれば交換
しなければならない、さらには測定地点によっては電池
の交換が不便であったり、危険であったりもすることが
ら１柵０ｆｆ５８−９７８００（２） 好しくないもので布る。また、光ファイバは電磁誘導、
落雷の影響を受けないものであるが、センサ部、光送信
部ではこれらに対する対策はできない０ 本発明は以上の欠点をすべて除いた光センサ装置を提供
するものである。

第２図は本発明の基本的なブロック図を示し、第３図の
波形図はその説明を行うだめの光信号のタイミレグチャ
ート図を示したものである。

図中２０１は一定の周期でパルス信号を発生するパルス
発生器で、このパルス信号を電気−光信号変換器２０２
（以下Ｅ１０と呼ぶ）で光のパルス信号に変換して光フ
ァイバ２０３へ送り出す。

このＥ１０２０２からの光信号出力波形を第３図＆に示
す。この光信号は、遠隔地にあるセンサ部へ送られ、光
分岐器２０４で光信号を２分岐する。

第３図の波形すは伝送路である光ファイバ２０３全通し
て送られてきた光信号で光分岐器２０４の入力側におけ
る波形を示したもので、光ファイバ２０３に石英ガラス
を用いたものであれば屈折率から１メートルあたり５　
ｎ５ｅｃ　の遅れが生じ、遠隔地の測定点までの光ファ
イバ２０３の長さが１００’−）ルあれば６００ｎＳθ
Ｃの遅れが生じることを示す。

光分岐器２０４の一方の出力側の光信号は温度センサ２
０６を通って光結合器２０６に入力される。この温度セ
ンサ２０５は温度に比例して光の透過率が変わるもの、
または光の屈折率が変わるものなどで構成することがで
きる。他方側の光分岐器２０４の出力側から取シ出され
た光信号は光ファイ・・で構成された遅延器２０７を通
して光結合器２０６に入力される。この光結合器２０６
に入る光信号の入力波形を第３図のＣ，ａのそれぞれに
示す。なお、ｄは遅延器２０７により光信号が遅れてい
ることを表わしている。これらの光信号は光結合器２０
６で加え合わされており、波形ｅで示すように２つの光
信号の初めの光信号をセンサ光信号と呼び、後の光信号
を基準光信号と呼ぶことにする。これら光結合器２０６
からの光信号は光ファイバ２０８を通して、光−電気変
換器２０９（以下０７Ｅと呼ぶ）に入り、ここで光信号
が電気信号に変換される。波形ｆは光ファイバ２０８ｆ
ｃ通ってきたＯ／に２０９の光信号の入力波形を示す。

２１０は電気信号の信号処理回路部で、送られてきた２
つのパルス状の信号レベルを処理するもので、１つはセ
ンサ信号と、他の１つは基準光信号とを相対比較して信
号処理を行う。

この結果を表示部および表示回路部１０６で温度を表示
させている。

本発明は、このように２つのパルス状の光信号を発生し
、センサ光信号と基準光信号とで相対比較する方法を用
いている。この理由は、Ｋ１０に用いる発光素子、０／
Ｅに用いる受光素子とが温度変化、または回路の安定性
、さらには経年変化等により発光レベルが変化したり、
また受光の効率が変化する。さらには、このような温度
センサのシステムを実際に構成する場合、Ｅｌｏ　、　
Ｏ／に側またはセンサ部等の入出力側に光コネクを使用
して光ファイズによる伝送を行うことになる。たが光コ
ネクタの結合状態、ゆるみ等により光信号７　　ル ベルは安定なものが得られない。また伝送系の光ファイ
バではねじれ、ゆれ等で光信号の伝送されるレベルが変
動する。

以上のことから、本来のセンサ光信号のレヘル以外によ
る変動が大きく、センサ光信号の温度変化のみを検出す
ることは困難である。したがって、不発明にセンサ光信
号と、それ以外の基準光信号を作り出すことによって、
前記したすべての不安定な部分に２つの共通した光信号
を通すことにより、結果を基準光パルスで比較すればセ
ンサ光信号の温度変動分のみを検出することができる。

さらにこのことを信号処理回路部２１０の具体的なブロ
ック図を第４図に示し、以下説明する。

０／Ｅ２０９からの電気信号は第４図に示す可変増幅回
路４０１を通ってゲート回路１４０２に入る。このゲー
ト回路１４０２のゲートパルスｌのタイミングパルスは
第３図ｆに示した基準光信号に位置し、この基準となる
信号（以下基準信号と呼ぶ）のみをゲートして取り出し
ている。なお、このゲートパルスＩのタイミングパルス
は前記第１柵［］８５８−９７８００（３）　　−２図
で示したパルス発生器２０１で容易に発生することがで
きる。このゲートして取９出された基準信号は、積分回
路環ヤ構成された信号保持回路１４０３でパルス状の信
号の振幅を直流信号に変換して直流増幅器４０４で直流
増幅して可変増幅器４０１の増幅度を制御する。これは
一般の自動制御回路ＡＧＯの動作原理と同じである。こ
のようにムＧＧ動作で可変増幅器４０１の出力信号のう
ち、基準信号が常に一定の振幅となるように動作してい
る。したがって前記した不安定な部分で光信号が変動す
るのを、このＡＧＯ動作により一定に保つことができる
。このように基準信号が常に一定の振幅に保っていれば
、温度センサ２０５を通ったセンサ光信号のレベルを読
むことによって温度を観測することができる。ゲート回
路■４０６は、前記したセンサ光信号の電気信号（以下
センサ、信号と呼ぶ）のみをゲートして取り出している
。なおゲートパルス■のタイミングパルスはパルス発生
器２０１で容易に発生することができる。このゲートし
て坂シ出されたセンサ信号は９・− 信号保持回路ｌＩ４０６で直流信号に変換され、る。

この直流信号は、もちろんセンサ信号の振幅に応じた信
号であり、この直流レベルを読むことによってセンサ信
号のレペ〜ルがわかり、結果的には温度センサからの温
度情報を得ることができる。

以上の説明では、１つのセンサ情報を得るものであるが
、さらに遠隔地点の複数個の情報を得る方法を第５図に
示す。第５図では第２図でのべた″“ｔｍ、ａＫｈ７ｙ
−＋：ｙ″“°゛パ舐：’ｃ　ｎ　（ｔｖパルス状の光
信号は光分岐器６０ の光出力信号に分岐される。これらの光出力信号は、そ
れぞれ遅延時間の異なったｎ個の光遅延器６０２　（５
０２＆〜５ｏ２ｎ　）を通して、その内の１つの光遅延
器５０２ａを通した光信号はｎ個の光入力端子を持つ光
結合器６０３の１つの入力端子に入力される。またこれ
以外の光遅延器５０２　（５０２ｂ　〜５０２ｎ　）を
通った光信号は、それぞれのｎ−１個の光センサ素子５
０４２Ｌ〜５０４　ｎ　−１ｆ通過させ、光結合器５０
３の光入力端子のそれぞれに入力する。この光結合器　
０ ５０３の光出力信号は、第２図で説明したように基準光
信号と、センサ光信号とが順次出力されることになるが
、センサ光信号は複数個得られる。

また、基準信号に光遅延器５０２ｆ：通したものを使用
したが、遅延させなくてもよい。

このように本発明によれば、被測定点は無電源化をして
いるために、電気的な誘導を受けない。

さらには破測定物に対しての電気的または熱的な影響を
与えることがなく、このため測定が正確に、しかも半永
久的な使用に耐え、信頼性の高い計測を行うことができ
る。また、測定点および伝送路には落雷の影響がなく、
さらには他の通信回線等に影響を及ぼすことがないもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光フアイバ伝送路を用いた温度測定装置
のブロック図、第２図は本発明の一実施例における光セ
ンサ装置のブロック図、第３図は本発明の光信号のタイ
ミングチャート図、第４図１１１、− ２０１・・・・・・パルス発生器、２０２・・・・・・
電気−光信号変換器、２０３，２０８・・・・・・光フ
ァイバ、２０４・・・・・・光分岐器、２０５・・・・
・・温度センサ、２０６・・・・・・光結合器、２０７
・・・・・・遅延器、２０９・・・・・・光−電気信号
変換器、２１０・・・・・・信号処理回路、１０６・・
・・・・表示装置。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
ＦｙＪ 第３図 第４図 第５図 ＜ｎｔ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一定の周期でパルス信号を発生しこのパルス信号を光信
   号に変換する回路からなる光送信器と、光信号を入力す
   れば少なくとも２つ以上の光信号に分岐する光分岐器と
   を第１の光フアイバ伝送線路で結合し、上記分岐器から
   分岐された各光信号を各々遅延時間特性の異なる光遅延
   器にて一定間隔で順次遅延し、この内の１つの光信号は
   基準光信号として、少なくとも２つ以上の先入′力端子
   と１つの光出力端子を備えた光結合器の光入力端子の１
   つに入力し、前記基準光信号以外の光遅延器からの光信
   号は１つまたは複数個からなるそれぞれの光センサ素子
   を通過して光センサ信号として前記光結合器の残余の光
   入力端子のそれぞれに入力するとともに、この光結合器
   の光出力端子を、光信号を電気信号に変換する光受信器
   に第２の光フアイバ伝送線路で結合してなシ、変換され
   た電気信号から前記基準光信号の振幅と前記それぞれの
   光センサ信号の振幅とを相対比較することによシ前記光
   セ／す素子の情！ｉ得るようにしたことを特徴とする光
   センサ装置。