JPS60214220A - 光フアイバセンサ - Google Patents
光フアイバセンサInfo
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- JPS60214220A JPS60214220A JP7324484A JP7324484A JPS60214220A JP S60214220 A JPS60214220 A JP S60214220A JP 7324484 A JP7324484 A JP 7324484A JP 7324484 A JP7324484 A JP 7324484A JP S60214220 A JPS60214220 A JP S60214220A
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- Japan
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- optical
- signal
- optical fiber
- wavelength
- light
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/268—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light using optical fibres
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L11/00—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
- G01L11/02—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Transform (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の技術分野］
この発明は光ファイバセ゛ンサに関するものであって、
特に、物理量を測定する光フアイバセンサに関する。
特に、物理量を測定する光フアイバセンサに関する。
［従来技術］
第１図は、従来の光フアイバセンサの構成図である。光
送信器１には発光ダイオード（以下ＬＥＤと記す）２が
接続される。光センサ部１４の左側には偏光ビームスプ
リッタ５ａ、右側には偏光ビームスプリッタ５ｂ、直角
プリズム８が設けられており、これら偏光ビームスプリ
ッタ間に光学素子６．１／４波長板７が挿入されている
。光学素子６は、たとえば、ポッケルス素子や光弾性素
子からなる。また、光センサ部１４の側部には光コネク
タ４ａ 、４ｂ 、４０が設けられている。ＬＥＤ２は
光ファイバ３ａ、光コネクタ４ａを介して光センサ部１
４の偏光ビームスプリッタ５ａに結合される。光受信器
１０ａ、１０ｂには、それぞれフォトダイオード９ａ
、９ｂが接続される。
送信器１には発光ダイオード（以下ＬＥＤと記す）２が
接続される。光センサ部１４の左側には偏光ビームスプ
リッタ５ａ、右側には偏光ビームスプリッタ５ｂ、直角
プリズム８が設けられており、これら偏光ビームスプリ
ッタ間に光学素子６．１／４波長板７が挿入されている
。光学素子６は、たとえば、ポッケルス素子や光弾性素
子からなる。また、光センサ部１４の側部には光コネク
タ４ａ 、４ｂ 、４０が設けられている。ＬＥＤ２は
光ファイバ３ａ、光コネクタ４ａを介して光センサ部１
４の偏光ビームスプリッタ５ａに結合される。光受信器
１０ａ、１０ｂには、それぞれフォトダイオード９ａ
、９ｂが接続される。
偏光ビームスプリッタ５ｂは光コネクタ４ｂ、光ファイ
バ３ｂを介してフォトダイオード９ａに結合され、直角
プリズム８は光コネクタ４ｃ、光ファイバ３Ｃを介して
フォトダイオード９ｂに結合される。光受信器１ｏａ、
ｉｏｂは、それぞれ加算器１１および減算器１２に接続
され、加算器１１および減算器１２は除算器１３に接続
される。
バ３ｂを介してフォトダイオード９ａに結合され、直角
プリズム８は光コネクタ４ｃ、光ファイバ３Ｃを介して
フォトダイオード９ｂに結合される。光受信器１ｏａ、
ｉｏｂは、それぞれ加算器１１および減算器１２に接続
され、加算器１１および減算器１２は除算器１３に接続
される。
次に、このセンサの動作について説明する。ＬＥＤ２か
らの光は光ファイバ３ａに結合され、光コネクタ４ａを
介して光センサ部１４に導かれる。
らの光は光ファイバ３ａに結合され、光コネクタ４ａを
介して光センサ部１４に導かれる。
光センサ部１４では、光ファイバ３ａからの光は偏光ビ
ームスプリッタ５ａで直線偏光に変換され、光学素子６
を通る。光学素子として、ここでは光弾性素子を例にと
り、圧力検出の場合を考える。
ームスプリッタ５ａで直線偏光に変換され、光学素子６
を通る。光学素子として、ここでは光弾性素子を例にと
り、圧力検出の場合を考える。
光弾性素子は無応力状態では等方性であるが、応力が印
加されると複屈折性を示すものである。今、ｙ！、−弾
性素子６への応力印加方向を、その素子内を伝搬する直
線偏光波の偏光面と４５°の角度をなすようにしておけ
ば、圧力によって光弾性素子６は複屈折性を呈するため
、光弾性素子６通過光は楕円偏光となる。光弾性素子６
への圧力印加は、たとえば、両端を封じ切ったベローズ
を光弾性素子６上面に載せることにより行なえる。光弾
性素子６通過光は１／４波長板７によってπ／２の位相
バイアスを与えられた後、偏光ビームスプリッタ５ｂで
透過波（Ｐ波）９反射波（Ｓ波）に分離され、反射波は
直接光コネクタ４ｂを介して光ファイバ３ｂへ、透過波
は直角プリズム８で反射され光コネクタ４Ｃを介して光
ファイバ３Ｃへと導かれる。光ファイバ３ｂ、３ｃから
出射する光は、それぞれフォトダイオード９ａ 、９ｂ
で電気信号に変換される。このとき、フォトダイオード
９ａ。
加されると複屈折性を示すものである。今、ｙ！、−弾
性素子６への応力印加方向を、その素子内を伝搬する直
線偏光波の偏光面と４５°の角度をなすようにしておけ
ば、圧力によって光弾性素子６は複屈折性を呈するため
、光弾性素子６通過光は楕円偏光となる。光弾性素子６
への圧力印加は、たとえば、両端を封じ切ったベローズ
を光弾性素子６上面に載せることにより行なえる。光弾
性素子６通過光は１／４波長板７によってπ／２の位相
バイアスを与えられた後、偏光ビームスプリッタ５ｂで
透過波（Ｐ波）９反射波（Ｓ波）に分離され、反射波は
直接光コネクタ４ｂを介して光ファイバ３ｂへ、透過波
は直角プリズム８で反射され光コネクタ４Ｃを介して光
ファイバ３Ｃへと導かれる。光ファイバ３ｂ、３ｃから
出射する光は、それぞれフォトダイオード９ａ 、９ｂ
で電気信号に変換される。このとき、フォトダイオード
９ａ。
９ｂ受光面上での光強度を、それぞれＩＩ、Ｉ−とすれ
ば、 １＋−１＋ ［１＋ｓｌｎ （ｙｔ （Ｔ／Ｔ、 ）
） ］ （Ｉ１）ｌ−Ｉ２ ［１−５ｉｎ ［π（Ｔ／
Ｔ７ｅ ） ） ］ （２）となる。上式中、ＩＩ、１
２は無応力時の光パワー、■は印加応力、Ｔ？Ｃは半波
長応力である。これらの光をフォトダイオード９ａ、９
ｂで電気信号に変換し、光受信器１０ａ、１０ｂの一ツ
インを調節して無応力時でこの２つの信号電圧を等しく
すると、これらの電圧は八を定数として次のように表わ
される。
ば、 １＋−１＋ ［１＋ｓｌｎ （ｙｔ （Ｔ／Ｔ、 ）
） ］ （Ｉ１）ｌ−Ｉ２ ［１−５ｉｎ ［π（Ｔ／
Ｔ７ｅ ） ） ］ （２）となる。上式中、ＩＩ、１
２は無応力時の光パワー、■は印加応力、Ｔ？Ｃは半波
長応力である。これらの光をフォトダイオード９ａ、９
ｂで電気信号に変換し、光受信器１０ａ、１０ｂの一ツ
インを調節して無応力時でこの２つの信号電圧を等しく
すると、これらの電圧は八を定数として次のように表わ
される。
ＶＩ−Ａ［１＋ｓｌｎ （ｙｒ（Ｔ／Ｔ７．））］ （
３）Ｖ２−Ａ ［１ｓｔｎ （ｙｒ （Ｔ／Ｔ７１ ）
） ］ （４）この２つの信号を加算器１１と減算器
１２に導き、和と差をとったのち、除算器１３でそれら
の比をとると、その出力はＢを定数として次のように表
わされる。
３）Ｖ２−Ａ ［１ｓｔｎ （ｙｒ （Ｔ／Ｔ７１ ）
） ］ （４）この２つの信号を加算器１１と減算器
１２に導き、和と差をとったのち、除算器１３でそれら
の比をとると、その出力はＢを定数として次のように表
わされる。
Ｖ＝Ｂ （ＶＩ Ｖ２ ） ／ （Ｖｌ ＋Ｖ２ ）−
Ｂ−ｓｉｎ （π（Ｔ／Ｔ庄） ） （５）（５）式に
よれば、圧力信号以外の直流成分は除去されていること
がわかる。したがって、光センサ部１４の圧力は、除算
器１３の出力を、モニタすることによって検出できる。
Ｂ−ｓｉｎ （π（Ｔ／Ｔ庄） ） （５）（５）式に
よれば、圧力信号以外の直流成分は除去されていること
がわかる。したがって、光センサ部１４の圧力は、除算
器１３の出力を、モニタすることによって検出できる。
従来の直流信号検出用の光フアイバセンサは以上のよう
に構成されているので、光ファイバ３ｂ。
に構成されているので、光ファイバ３ｂ。
３０が各々独立に曲げられると、その光伝搬損失が独立
に変化し、大きな測定誤差を招き、また、光コネクタ４
ｂ、４ｃの結合損失が変動しても同様に大きな測定Ｗ４
差を生ずるという欠点などがあった。
に変化し、大きな測定誤差を招き、また、光コネクタ４
ｂ、４ｃの結合損失が変動しても同様に大きな測定Ｗ４
差を生ずるという欠点などがあった。
［発明の概要］
この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、それゆえに、この発明の主たる目
的は、物理量を高精度に測定できル光ファイバセンサを
提供することである。
めになされたもので、それゆえに、この発明の主たる目
的は、物理量を高精度に測定できル光ファイバセンサを
提供することである。
この発明を要約すれば、第１および第２の波長領域を有
する光信号を発生ず第１および第２の光信号発生手段を
設け、送出手段から第１および第２の光信号を所定のタ
イミングで、光学素子と波長板を含む光センサ部に第１
の光ファイバを介して送出し、光センサ部で偏光、変調
された第１および第２の光信号を第２の光ファイバを介
して受光手段で受けてこれらに応答する電気信号を発生
させ、これらの電気信号を所定のタイミングでそれぞれ
サンプルホールドし、第１のサンプルホールド出力と第
２のサンプルホールド出力を演算処理して外部からの物
理量入力を測定する光フフイパセンサである。
する光信号を発生ず第１および第２の光信号発生手段を
設け、送出手段から第１および第２の光信号を所定のタ
イミングで、光学素子と波長板を含む光センサ部に第１
の光ファイバを介して送出し、光センサ部で偏光、変調
された第１および第２の光信号を第２の光ファイバを介
して受光手段で受けてこれらに応答する電気信号を発生
させ、これらの電気信号を所定のタイミングでそれぞれ
サンプルホールドし、第１のサンプルホールド出力と第
２のサンプルホールド出力を演算処理して外部からの物
理量入力を測定する光フフイパセンサである。
この発明の上述の目的およびのその他の目的と特徴は、
図面を参照して行なう以下の詳報な説明から一層明らか
となろう。
図面を参照して行なう以下の詳報な説明から一層明らか
となろう。
［発明の実施例］
以下、この発明の実施例を図によって説明する。
なお、この実施例の説明において、第１図の説明と重複
する部分については適宜その説明を省略する。第２図は
、この発明の実施例である圧力センサに応用した光フア
イバセンサの構成図である。
する部分については適宜その説明を省略する。第２図は
、この発明の実施例である圧力センサに応用した光フア
イバセンサの構成図である。
この実施例が第１図の従来の光フアイバセンサと異なる
点は、概略、■光送信器から送出される光信号を異なる
波長の２つの光信号とし、このために交互にパルス駆動
される光送信器を２つ設けた点、■光センサ部の波長板
を異なる波長の光信号に対して、それぞれ１／２波長板
、１／４波長板としている点、■受信側の光ファイバを
１本にし異なる波長の光信号に対して共通に用いている
点、■光受信器からの異なる波長の光信号に応答する電
気信号を交互にサンプルホールドして以後の演算処理に
寄与している点である。すなわち、第１の光送信器１ａ
には中心波長がλ、の第１のＬＥＤ２ａおよび第１のバ
ルサ１７ａが接続される。
点は、概略、■光送信器から送出される光信号を異なる
波長の２つの光信号とし、このために交互にパルス駆動
される光送信器を２つ設けた点、■光センサ部の波長板
を異なる波長の光信号に対して、それぞれ１／２波長板
、１／４波長板としている点、■受信側の光ファイバを
１本にし異なる波長の光信号に対して共通に用いている
点、■光受信器からの異なる波長の光信号に応答する電
気信号を交互にサンプルホールドして以後の演算処理に
寄与している点である。すなわち、第１の光送信器１ａ
には中心波長がλ、の第１のＬＥＤ２ａおよび第１のバ
ルサ１７ａが接続される。
また、第２の光送信器１ｂには中心波長がλ２（λ、く
λ２）の第２のＬＥＤ２ｂおよび第２のバルサ１７ｂが
接続される。ＭＩＪｊよび第２のしＥＤ２ａ 、２１）
の側部には、これらに結合するようにダイクロイック・
ミラー１９が設けられ、さらにこの側部に光コネクタ４
ｄが設けられる。光センサ部１４の左側には偏光ビーム
スプリッタ５ａ、右側には偏光ビームスプリッタ５ｂＩ
ｆｉ設けられ、これら偏光ビームスプリッタ間に光弾性
素子６、波長波１６が押入される。また、光弾性素子６
上にはベローズ１５が置かれる。第１および第２のＬＥ
Ｄ２ａ 、２ｂはそれぞれダイミクロインク・ミラー１
９．光コネクタ４ｄ、第１の光ファー（バ３ｄ、光コネ
クタ４ｅを介して光センサ部１４の偏光ビームスプリッ
タ５ａに結合される。光受信器１０にはフォトダイオ、
−ド９が接続される。
λ２）の第２のＬＥＤ２ｂおよび第２のバルサ１７ｂが
接続される。ＭＩＪｊよび第２のしＥＤ２ａ 、２１）
の側部には、これらに結合するようにダイクロイック・
ミラー１９が設けられ、さらにこの側部に光コネクタ４
ｄが設けられる。光センサ部１４の左側には偏光ビーム
スプリッタ５ａ、右側には偏光ビームスプリッタ５ｂＩ
ｆｉ設けられ、これら偏光ビームスプリッタ間に光弾性
素子６、波長波１６が押入される。また、光弾性素子６
上にはベローズ１５が置かれる。第１および第２のＬＥ
Ｄ２ａ 、２ｂはそれぞれダイミクロインク・ミラー１
９．光コネクタ４ｄ、第１の光ファー（バ３ｄ、光コネ
クタ４ｅを介して光センサ部１４の偏光ビームスプリッ
タ５ａに結合される。光受信器１０にはフォトダイオ、
−ド９が接続される。
偏光ビームスプリッタ５ｂは光コネクタ４「、第２の光
ファイバ３ｅを介してフォトダイオード９に結合される
。光受信器１ｏは第１および第２のサンプルホールドア
ンプ１８ａ、１８ｂに接続される。また、第１および第
２のバルサ１７ａ、１７ｂはそれぞれ第１および第２の
サンプルホールドアンプ１８ａ、１８ｂに接続される。
ファイバ３ｅを介してフォトダイオード９に結合される
。光受信器１ｏは第１および第２のサンプルホールドア
ンプ１８ａ、１８ｂに接続される。また、第１および第
２のバルサ１７ａ、１７ｂはそれぞれ第１および第２の
サンプルホールドアンプ１８ａ、１８ｂに接続される。
これらのサンプルホールドアンプは除算器１３を介して
差動増幅器２１に接続される。また、基準電圧発生器２
０は差動増幅器２１に接続される。
差動増幅器２１に接続される。また、基準電圧発生器２
０は差動増幅器２１に接続される。
次に、このセンサの動作について説明する。中心波長が
それぞれλ４．λ２の第１および第２のＬＥＤ２ａ 、
２ｂはそれぞれ第１および第２のバルサ１７ａ、１７ｂ
により交互にパルス駆動されている。この２つのＬＥＤ
からの光はダイクロイック・ミラー１９によって合波さ
れ、光コネクタ４ｄ、第１の光ファイバ３ｄ、光コネク
タ４ｅを介して光センサ部１４へと導かれる。光センサ
部１４では、入射光は偏光ビームスプリッタ５ａにより
直線偏光に変換され、光弾性素子６内を伝搬する。光弾
性素子６への応力印加方向は、この素予肉を伝搬する直
線偏光波の偏光面と４５６の角度をなすように設定して
お（。光弾性素子６への応力印加はベローズ１５によっ
て行なっている。
それぞれλ４．λ２の第１および第２のＬＥＤ２ａ 、
２ｂはそれぞれ第１および第２のバルサ１７ａ、１７ｂ
により交互にパルス駆動されている。この２つのＬＥＤ
からの光はダイクロイック・ミラー１９によって合波さ
れ、光コネクタ４ｄ、第１の光ファイバ３ｄ、光コネク
タ４ｅを介して光センサ部１４へと導かれる。光センサ
部１４では、入射光は偏光ビームスプリッタ５ａにより
直線偏光に変換され、光弾性素子６内を伝搬する。光弾
性素子６への応力印加方向は、この素予肉を伝搬する直
線偏光波の偏光面と４５６の角度をなすように設定して
お（。光弾性素子６への応力印加はベローズ１５によっ
て行なっている。
すなわち、外部の圧力が大きくなればベローズ１５は縮
み、光弾性素子６には引張り応力が、外部の圧力が小さ
くなればベローズ１５が伸びるため光弾性素子６には圧
縮応力が働く。光弾性素子６に応力が印加された状態で
は、この素子は複屈折性を呈するため、光弾性素子６通
過光の応力印加軸とそれと垂直な軸方向の成分間には次
式で表わされる位相差「が生ずる。
み、光弾性素子６には引張り応力が、外部の圧力が小さ
くなればベローズ１５が伸びるため光弾性素子６には圧
縮応力が働く。光弾性素子６に応力が印加された状態で
は、この素子は複屈折性を呈するため、光弾性素子６通
過光の応力印加軸とそれと垂直な軸方向の成分間には次
式で表わされる位相差「が生ずる。
［−π（Ｔ／Ｔ、＞ （６）
Ｔ４−λ／ＣＱ、（７＞
ここで、Ｃは光弾性定数、廷は光弾性素子長、λは光の
波長である。
波長である。
今、λ２−２λ、となるように第１および第２のＬＥＤ
２ａ 、２ｂを選び、波長板１６がλ２の波長で１／４
波長板となるようにその厚さを決めると、λ１の波長で
は１／２波長板として働く。
２ａ 、２ｂを選び、波長板１６がλ２の波長で１／４
波長板となるようにその厚さを決めると、λ１の波長で
は１／２波長板として働く。
すなわち、センサ部１４を通る波長λ４．λ２なる２つ
の光信号に対して、λ、の波長の光信号にはπなる位相
バイアス（単に偏光面が９０°回転するだけ〉、λ２の
波長の光信号に対してはπ／２なる位相バイアスが与え
られ、検出感度が最適化される。この波長板１６の光軸
を偏光ビームスプリッタ５ａの光軸と４５°だけ傾けて
おけば、波長板１６を通り偏光ビームスプリッタ５ｂ
（５ａと光軸が平行）を通過する光強度を、λ１．λ２
の波長の光信号について各々Ｐい、、Ｐいユとすると、
λ２．λ２の波長の光信号は同じ光路を通るため、 ＰＡ、−１ｏ ５ｌｌｌ ’ ［（ｒ＋ ＋７ｒ）／
２］＝ （１／２）ｉｏ ［１＋ｓｌｎ （ｒ、十π）
］−（１／２＞ １０ （１−ｃｏｓ ｒ、 ＞ （８
）ｐ入、−８１ＯＳｉｎ ’ ［（ｒｚ ＋７ｊ、、≧
’）／２］−（１／２）ａ Ｉｏ ［１＋ｓｌｎ （ｒ
２＋７ｃＡ）］＝ （１／２）ａ Ｉｏ （１＋ｓｌｎ
ｒｚ ） （９）と表わされる。ここで、ＩＯ，ａｌ
Ｏはλ７．λ２の波長に対する無応力時の光パワーであ
り、ａは定数、「ｌ Ｉ 「２はλ７．λ２の波長の光
信号に対する位相差である。通常、ｒ＋、ｌ−２＜１が
成り立つので、（８）式、（９）式（工（れぞれ次のよ
うに近似できる。
の光信号に対して、λ、の波長の光信号にはπなる位相
バイアス（単に偏光面が９０°回転するだけ〉、λ２の
波長の光信号に対してはπ／２なる位相バイアスが与え
られ、検出感度が最適化される。この波長板１６の光軸
を偏光ビームスプリッタ５ａの光軸と４５°だけ傾けて
おけば、波長板１６を通り偏光ビームスプリッタ５ｂ
（５ａと光軸が平行）を通過する光強度を、λ１．λ２
の波長の光信号について各々Ｐい、、Ｐいユとすると、
λ２．λ２の波長の光信号は同じ光路を通るため、 ＰＡ、−１ｏ ５ｌｌｌ ’ ［（ｒ＋ ＋７ｒ）／
２］＝ （１／２）ｉｏ ［１＋ｓｌｎ （ｒ、十π）
］−（１／２＞ １０ （１−ｃｏｓ ｒ、 ＞ （８
）ｐ入、−８１ＯＳｉｎ ’ ［（ｒｚ ＋７ｊ、、≧
’）／２］−（１／２）ａ Ｉｏ ［１＋ｓｌｎ （ｒ
２＋７ｃＡ）］＝ （１／２）ａ Ｉｏ （１＋ｓｌｎ
ｒｚ ） （９）と表わされる。ここで、ＩＯ，ａｌ
Ｏはλ７．λ２の波長に対する無応力時の光パワーであ
り、ａは定数、「ｌ Ｉ 「２はλ７．λ２の波長の光
信号に対する位相差である。通常、ｒ＋、ｌ−２＜１が
成り立つので、（８）式、（９）式（工（れぞれ次のよ
うに近似できる。
ＰλＩ→（１，−’２）１Ｇ （１０）Ｐ２．＋（１／
２）ａ Ｉｏ （１＋ｒ ２ ） （１１）したがって
、これらの光信号をフオ；・ダイオード９．光受信器１
０で電気信号に変換した後、λ７．λ２の波長の光信号
を発する第１および第２のＬＥＤ２ａ 、２ｂを交互に
パルス駆動している第１および第２のパルサ１７ａ、１
７ｂに同期させた第１および第２のサンプルホールドア
ンプ１８ａ、１８ｂでサンプルホールドすれば、λ、と
λ２の波長の光信号が分離できる。この第１および第２
のサンプルホールドアンプ１８ａ、１８ｂの出力をそれ
ぞれｖＡ、Ｉ、ｖ？Ｌλとすれば、ｋ、ｆを定数として
、 Ｖｘ＋−ｋＩｏ （１２） Ｖ７Ｌｚ−ｆａｌｏ （１＋ｒ２ ） （１３）と表わ
すことができる。この２つの信号を除算器１３に導き両
者の比をとると、 Ｖλ、／Ｖλ＋ −（ａｆ／ｋ ） （１＋ｒ２ ）
（１４）なる信号が得られる。次に、ａｆ／になる電圧
を発生する基準電圧発生器２０出力と、上式で与えられ
る除算器１３出力とを差動増幅器２１に導（と、その出
力として、 ＶＯ−（ａｆ／ｋ ） ｒｚ−（ａｆπ／ｋ ） （Ｔ
／Ｔ）り（１５） が得られる。（１５）式中の（ａｔπ／ｋＴｚ）は定数
であるから、差動増幅器２１出力は印加応力Ｔ１すなわ
ち光センサ部１４の圧力のみに依存することになる。し
たがって、差動増幅器２１出力をモニタすることにより
光センサ部１４の圧力がわかる。
２）ａ Ｉｏ （１＋ｒ ２ ） （１１）したがって
、これらの光信号をフオ；・ダイオード９．光受信器１
０で電気信号に変換した後、λ７．λ２の波長の光信号
を発する第１および第２のＬＥＤ２ａ 、２ｂを交互に
パルス駆動している第１および第２のパルサ１７ａ、１
７ｂに同期させた第１および第２のサンプルホールドア
ンプ１８ａ、１８ｂでサンプルホールドすれば、λ、と
λ２の波長の光信号が分離できる。この第１および第２
のサンプルホールドアンプ１８ａ、１８ｂの出力をそれ
ぞれｖＡ、Ｉ、ｖ？Ｌλとすれば、ｋ、ｆを定数として
、 Ｖｘ＋−ｋＩｏ （１２） Ｖ７Ｌｚ−ｆａｌｏ （１＋ｒ２ ） （１３）と表わ
すことができる。この２つの信号を除算器１３に導き両
者の比をとると、 Ｖλ、／Ｖλ＋ −（ａｆ／ｋ ） （１＋ｒ２ ）
（１４）なる信号が得られる。次に、ａｆ／になる電圧
を発生する基準電圧発生器２０出力と、上式で与えられ
る除算器１３出力とを差動増幅器２１に導（と、その出
力として、 ＶＯ−（ａｆ／ｋ ） ｒｚ−（ａｆπ／ｋ ） （Ｔ
／Ｔ）り（１５） が得られる。（１５）式中の（ａｔπ／ｋＴｚ）は定数
であるから、差動増幅器２１出力は印加応力Ｔ１すなわ
ち光センサ部１４の圧力のみに依存することになる。し
たがって、差動増幅器２１出力をモニタすることにより
光センサ部１４の圧力がわかる。
以上説明したことを別の言葉で表わせば次のようになる
。λ４．λ２の波長の光信号は全く同一の光路を通るた
め、光ファイバの曲げなどによる損失変動や光コネクタ
の損失変動などは、λ、。
。λ４．λ２の波長の光信号は全く同一の光路を通るた
め、光ファイバの曲げなどによる損失変動や光コネクタ
の損失変動などは、λ、。
λ２の波長の光信号に対して同一の寄与をする。
一方、λ２の波長の光信号のみが被測定物理量により強
痕変化を受けるため、λ、の波長の光信号を参照光とし
て用いることにより、被測定物理量以外の光強度変化を
除去することができ、極めて高精度の測定が行なえる。
痕変化を受けるため、λ、の波長の光信号を参照光とし
て用いることにより、被測定物理量以外の光強度変化を
除去することができ、極めて高精度の測定が行なえる。
・
なお、上記実施例では光弾性素子を用いた圧力センサに
ついて説明したが、ポッケルス素子を用いた電圧センサ
にも応用することができる。
ついて説明したが、ポッケルス素子を用いた電圧センサ
にも応用することができる。
また、上記実施例では偏検光子として偏光ビームスプリ
ッタを使用しているが、その代わりにグラントムソンプ
リズムなどの複屈折プリズムを用いてもよい。
ッタを使用しているが、その代わりにグラントムソンプ
リズムなどの複屈折プリズムを用いてもよい。
［発明の効果］
以上のようにこの発明によれば、波長領域の異なる第１
および第２の光信号発生手段を設け、第１および第２の
光信号を所定のタイミングで光学素子と波長板を含む光
センサ部に第１の光ファイバを介して送出し、光センサ
部で偏光、変調された第１および第２の光信号を第２の
光ファイバを介して受光手段で受けてこれらに応答する
電気信号を発生させ、これらの電気信号を所定のタイミ
ングでそれぞサンプルホールドし、第１のサンプルホー
ルド出力と第２のサンプルホールド出力を演算処理して
外部からの物理物量入力を測定するようにしたので、第
１および第２の光信号が同一の光路を通るようにでき、
このため光ファイバや光コネクタの損失などに起因する
光強度変化は第１および第２の光信号について全く同じ
になり、さらに外部からの物理量入力によってｊＩ２の
光信号のみが強度変化を受けるため、第１の光信号を参
照光として使用できるようになる。したがって、被測定
物理量を精度良く測定できるという効果がある。
および第２の光信号発生手段を設け、第１および第２の
光信号を所定のタイミングで光学素子と波長板を含む光
センサ部に第１の光ファイバを介して送出し、光センサ
部で偏光、変調された第１および第２の光信号を第２の
光ファイバを介して受光手段で受けてこれらに応答する
電気信号を発生させ、これらの電気信号を所定のタイミ
ングでそれぞサンプルホールドし、第１のサンプルホー
ルド出力と第２のサンプルホールド出力を演算処理して
外部からの物理物量入力を測定するようにしたので、第
１および第２の光信号が同一の光路を通るようにでき、
このため光ファイバや光コネクタの損失などに起因する
光強度変化は第１および第２の光信号について全く同じ
になり、さらに外部からの物理量入力によってｊＩ２の
光信号のみが強度変化を受けるため、第１の光信号を参
照光として使用できるようになる。したがって、被測定
物理量を精度良く測定できるという効果がある。
第１図は、従来の光フアイバセンサの構成図である。
第２図は、この発明の実施例である圧力センサに応用し
た光フアイバセンサの構成図である。 図において、１は光送信器、１ａは第１の光送信器、１
ｂは第２の光送信器、２は発光ダイオード（ＬＥＤ）
、２ａは第１の発光ダイオード、２ｂは第２の発光ダイ
オード、３ａ 、３ｂ 、３ｃは光ファイバ、３ｄは第
１の光ファイバ、３ｅは第２の光ファイバ、４ａ、４ｂ
、４Ｃ，４ｄ、４ｅ１４ｆは光コネクタ、５ａ 、５ｂ
は偏光ビームスプリッタ、６は光学素子、７は１／４波
長板、１６は波長板、８１よ直角プリズム、９はフオＩ
・ダイオード、９ａは第１のフォトダイオード、９ｂは
第２のフォトダイオード、１０は光受信器、１０ａは第
１の光受信器、１０ｂは第２の光受信器、１１は加算器
、１２１．を減算器、１３は除算器、１４は光センサ部
、１５はベローズ、１７ａは第１のパルサ、１７ｂは第
２のバルサ、１８ａは第１のサンプルホールドアンプ、
１８ｂは第２のサンプルホールドアンプ、１９はダイク
ロイック・ミラー、２０は基準電圧発生器、２１は差動
増幅器である。 なお各図中同一符号は同−声たは相当部分を示すものと
する。 代 理 人 大 岩 増 雄 萬１図 消２図 特許庁長官殿 １、事件の表示 特願昭 ５９−７３２４４ ｆ３、補
正をする者 代表者片山仁へ部 ５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 （１） 明細書第１２頁第１３行の「（１／２）１ｏ
［１＋ｓｌｎ （ｒ＋ ＋π）］ Ｊをｒ（１／２＞１
ｏ ［１００Ｂ （ｒｌ ＋π）コ」に訂正スル。 （２） 明細書第１２頁第１４行のｒ （１／２）１ｏ
（１００８ＶＨ） Ｊをｒ（１／２） Ｉｏ （１＋
ｃｏｓ ｒ、 ） Ｊに訂正する。 （３） 明細書第１２頁第１６行のｒ（１／２）ａ Ｉ
ｏ ［１＋ｓｉｎ （ｒｚ ＋π／２） ］ Ｊを［（
１／２）ａ Ｉｏ［１−ｃｏｓ （ｒ２＋π／２） ］
Ｊに訂正する。 以上
た光フアイバセンサの構成図である。 図において、１は光送信器、１ａは第１の光送信器、１
ｂは第２の光送信器、２は発光ダイオード（ＬＥＤ）
、２ａは第１の発光ダイオード、２ｂは第２の発光ダイ
オード、３ａ 、３ｂ 、３ｃは光ファイバ、３ｄは第
１の光ファイバ、３ｅは第２の光ファイバ、４ａ、４ｂ
、４Ｃ，４ｄ、４ｅ１４ｆは光コネクタ、５ａ 、５ｂ
は偏光ビームスプリッタ、６は光学素子、７は１／４波
長板、１６は波長板、８１よ直角プリズム、９はフオＩ
・ダイオード、９ａは第１のフォトダイオード、９ｂは
第２のフォトダイオード、１０は光受信器、１０ａは第
１の光受信器、１０ｂは第２の光受信器、１１は加算器
、１２１．を減算器、１３は除算器、１４は光センサ部
、１５はベローズ、１７ａは第１のパルサ、１７ｂは第
２のバルサ、１８ａは第１のサンプルホールドアンプ、
１８ｂは第２のサンプルホールドアンプ、１９はダイク
ロイック・ミラー、２０は基準電圧発生器、２１は差動
増幅器である。 なお各図中同一符号は同−声たは相当部分を示すものと
する。 代 理 人 大 岩 増 雄 萬１図 消２図 特許庁長官殿 １、事件の表示 特願昭 ５９−７３２４４ ｆ３、補
正をする者 代表者片山仁へ部 ５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 （１） 明細書第１２頁第１３行の「（１／２）１ｏ
［１＋ｓｌｎ （ｒ＋ ＋π）］ Ｊをｒ（１／２＞１
ｏ ［１００Ｂ （ｒｌ ＋π）コ」に訂正スル。 （２） 明細書第１２頁第１４行のｒ （１／２）１ｏ
（１００８ＶＨ） Ｊをｒ（１／２） Ｉｏ （１＋
ｃｏｓ ｒ、 ） Ｊに訂正する。 （３） 明細書第１２頁第１６行のｒ（１／２）ａ Ｉ
ｏ ［１＋ｓｉｎ （ｒｚ ＋π／２） ］ Ｊを［（
１／２）ａ Ｉｏ［１−ｃｏｓ （ｒ２＋π／２） ］
Ｊに訂正する。 以上
Claims (2)
- （１）外部の物理量を測定する光フアイバセンサであっ
て、 第１の波長領域を有する第１の光信号を発生する第１の
光信号発生手段と、 １２の波長領域を有する第２の光信号を発生する第２の
光信号発生手段と。 前記第１および第２の光信号を所定のタイミングで送出
する送出手段とを備え、 偏光子と、 検光子と、 前記偏光子と前記検光子間に設けられ、前記外部からの
物１！！量入力によりその光学物理特性に変化を生じる
光学素子と、 前記光学素子と前記検光子間に設けられ、前記第１およ
び第２の光信号に対して位相バイアスを与える波長板と
を備え、 前記偏光子と前記検光子と前記光学素子と前記波長板は
光センサ部を構成し、 前記送出手段からの前記第１および第２の光信号を前記
光センサ部の前記検光子に結合する第１の光ファイバと
、 前記光センサ部の前記検光子からの前記第１および第２
の光信号を受光し、これら光信号に応答して電気信号を
発生する受光手段と、 前記光センサ部の前記検光子からの前記第１および第２
の光信号を前記受光手段に結合する第２の光ファイバと
、 前記受光手段からの前記第１および第２の光信号に応答
した前記電気信号を演算処理して、前記物理量入力を算
出する演算処理手段を備えたことを特徴とする光フアイ
バセンサ。 - （２） 前記第２の光信号の中心波長が前記第１の光信
号の中心波長の２倍であり、かつ前記波長板は前記第１
の光信号に対して１／２波長板として働き、前記第２の
光信号に対して１／４波長板として馳く特許請求の範囲
第１項記載の光ファイバセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7324484A JPS60214220A (ja) | 1984-04-10 | 1984-04-10 | 光フアイバセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7324484A JPS60214220A (ja) | 1984-04-10 | 1984-04-10 | 光フアイバセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60214220A true JPS60214220A (ja) | 1985-10-26 |
Family
ID=13512570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7324484A Pending JPS60214220A (ja) | 1984-04-10 | 1984-04-10 | 光フアイバセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60214220A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0249115A (ja) * | 1988-05-31 | 1990-02-19 | Toshiba Corp | 変位測定装置とそれを利用した圧力測定装置 |
-
1984
- 1984-04-10 JP JP7324484A patent/JPS60214220A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0249115A (ja) * | 1988-05-31 | 1990-02-19 | Toshiba Corp | 変位測定装置とそれを利用した圧力測定装置 |
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