JPH01207642A - 光学式後方散乱計 - Google Patents
光学式後方散乱計Info
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- JPH01207642A JPH01207642A JP63325703A JP32570388A JPH01207642A JP H01207642 A JPH01207642 A JP H01207642A JP 63325703 A JP63325703 A JP 63325703A JP 32570388 A JP32570388 A JP 32570388A JP H01207642 A JPH01207642 A JP H01207642A
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- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 101100379210 Arabidopsis thaliana APD4 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
- G01M11/30—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
- G01M11/31—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter and a light receiver being disposed at the same side of a fibre or waveguide end-face, e.g. reflectometers
- G01M11/3172—Reflectometers detecting the back-scattered light in the frequency-domain, e.g. OFDR, FMCW, heterodyne detection
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (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】
本発明は、光源を含み、その発生パワーが発振器からの
可変周波数で変調されると共にその伝送ビームがビーム
スプリッタを介して光導波ケーブル(LWL)に入射し
、さらにフォトダイオードとして配置されている受光器
を含み、この受光器に前記伝送ビームの光導波ケーブル
(LWL)で後方散乱した部分を前記ビームスプリッタ
を介して供給し、この受光器において光後方散乱パワー
に比例した信号及び発振器周波数を有する変調電圧から
混合信号を形成すると共に、この混合信号を評価して後
方散乱の位置及び後方散乱強度を決定する光学式後方散
乱計に関するものである。
可変周波数で変調されると共にその伝送ビームがビーム
スプリッタを介して光導波ケーブル(LWL)に入射し
、さらにフォトダイオードとして配置されている受光器
を含み、この受光器に前記伝送ビームの光導波ケーブル
(LWL)で後方散乱した部分を前記ビームスプリッタ
を介して供給し、この受光器において光後方散乱パワー
に比例した信号及び発振器周波数を有する変調電圧から
混合信号を形成すると共に、この混合信号を評価して後
方散乱の位置及び後方散乱強度を決定する光学式後方散
乱計に関するものである。
この光学式後方散乱計はドイツ国公開公報第30081
87号から既知であり、この既知の装置においてはフォ
トダイオード及び発振器の電気的出力信号が混合器に一
緒に供給されて混合信号が形成されている。この既知の
装置では高い変調周波数を必要とするため、極めて“高
速”で処理する必要があり、従って極めて高価な検出回
路が必要となってしまう。
87号から既知であり、この既知の装置においてはフォ
トダイオード及び発振器の電気的出力信号が混合器に一
緒に供給されて混合信号が形成されている。この既知の
装置では高い変調周波数を必要とするため、極めて“高
速”で処理する必要があり、従って極めて高価な検出回
路が必要となってしまう。
従って、本発明の目的は、光学式後方散乱計のコストを
低減することにある。
低減することにある。
上記目的は、フォトダイオードをアバランシェフォトダ
イオードとし、そのバイアス電圧を変調電圧で変調され
た直流電圧とし、前記混合信号が、前記フォトダイオー
ドのトリガ回路に挿入されオーミック抵抗及びコンデン
サを有する並列回路でタップされるように構成すること
により達成される。
イオードとし、そのバイアス電圧を変調電圧で変調され
た直流電圧とし、前記混合信号が、前記フォトダイオー
ドのトリガ回路に挿入されオーミック抵抗及びコンデン
サを有する並列回路でタップされるように構成すること
により達成される。
光学式後方散乱計を上述したように構成することにより
、混合器を別に設ける必要がなくなる。
、混合器を別に設ける必要がなくなる。
ただし、信号の混合がアバランシェフォトダイオードで
行われ、混合信号がオーミック抵抗及びコンデンサを有
する並列回路でタップされるからである。
行われ、混合信号がオーミック抵抗及びコンデンサを有
する並列回路でタップされるからである。
さらに、変調周波数に対する混合周波数の比が0.5
X 10−’以下となる利点がある。この比がより太き
(なると、変調周波数電圧から混合信号を分離すること
が極めて困難になるため、上述したような小さな比とす
ることにより大きな利点が得られる。この関連において
、前記オーミック抵抗が、変調周波数に関連するインピ
ダンスの最小値f0の10倍以上好ましくは20倍以上
とされると共に前記コンデンサの混合周波数、dfに関
連するインピダンスの0.05倍以下、好ましくは0.
035倍以下とする。
X 10−’以下となる利点がある。この比がより太き
(なると、変調周波数電圧から混合信号を分離すること
が極めて困難になるため、上述したような小さな比とす
ることにより大きな利点が得られる。この関連において
、前記オーミック抵抗が、変調周波数に関連するインピ
ダンスの最小値f0の10倍以上好ましくは20倍以上
とされると共に前記コンデンサの混合周波数、dfに関
連するインピダンスの0.05倍以下、好ましくは0.
035倍以下とする。
さらに、前記コンデンサ及びフォトダイオードの自己容
量を有する直列回路のインピダンスが、前記変調周波数
の最大値fsaxにおいて、フィルタダイオードの付勢
回路のオーミック性内部抵抗R1の10倍以上、好まし
くは20倍以上となるように構成すれば、良好な信号収
率が得られる。
量を有する直列回路のインピダンスが、前記変調周波数
の最大値fsaxにおいて、フィルタダイオードの付勢
回路のオーミック性内部抵抗R1の10倍以上、好まし
くは20倍以上となるように構成すれば、良好な信号収
率が得られる。
検査される光導波ケーブルの特定の位置で後方散乱した
光はこの先導波ケーブルに沿って戻るので、・混合信号
をバンドパスフィルタを通過させると共に後方散乱発生
位置までの距離に対応する偏移周波数ΔΩを決定するこ
とにより後方散乱光を検出することができる。一方、混
合信号が種々の通過周波数を有する多数のバンドパスフ
ィルタを同時に通過するように構成すれば、測定時間を
一層短縮でき、相互離間した多数の後方散乱位置を同時
に測定することができる。
光はこの先導波ケーブルに沿って戻るので、・混合信号
をバンドパスフィルタを通過させると共に後方散乱発生
位置までの距離に対応する偏移周波数ΔΩを決定するこ
とにより後方散乱光を検出することができる。一方、混
合信号が種々の通過周波数を有する多数のバンドパスフ
ィルタを同時に通過するように構成すれば、測定時間を
一層短縮でき、相互離間した多数の後方散乱位置を同時
に測定することができる。
有益な変形例によれば、バンドパスフィルタを用いる代
りに混合信号をフーリエ変換回路に供給することもでき
る。このように構成すれば、測定時間が最小に短縮され
る。
りに混合信号をフーリエ変換回路に供給することもでき
る。このように構成すれば、測定時間が最小に短縮され
る。
以下好適実施例を記載した図面に基き本発明及びその作
用効果を説明する。
用効果を説明する。
レーザダイオード1からの伝送ビームをビームスプリッ
タ2を経て測定されるべき光導波ケーブルLWL3に入
射させる。光導波ケーブルLWL3で後方散乱した伝送
ビームの一部はビームスプリッタ2を経て受信側ダイオ
ード(APD)に入射する。可変周波数信号を発生する
発振器5によりレーザダイオード1の光強度を揺動させ
、この発振器5を用いて受信兼評価装置6において混合
信号を形成する。
タ2を経て測定されるべき光導波ケーブルLWL3に入
射させる。光導波ケーブルLWL3で後方散乱した伝送
ビームの一部はビームスプリッタ2を経て受信側ダイオ
ード(APD)に入射する。可変周波数信号を発生する
発振器5によりレーザダイオード1の光強度を揺動させ
、この発振器5を用いて受信兼評価装置6において混合
信号を形成する。
第2図において、オーミック抵抗R1及びコンデンサC
1を有する並列回路をダイオード(八PD) 4に直列
に接続する。このAPDは自己容量CDを有している。
1を有する並列回路をダイオード(八PD) 4に直列
に接続する。このAPDは自己容量CDを有している。
直流電圧U、と変調電圧U14との合計電圧を上記直列
回路に印加する。これら2個の電圧源の内部抵抗をR3
として示す。
回路に印加する。これら2個の電圧源の内部抵抗をR3
として示す。
レーザダイオード1は、周波数「。〜rmsxを有する
発振器5により時間周期Tで変調される。
発振器5により時間周期Tで変調される。
従って、伝送ビームのパワーは次式に従って変化するこ
とになる。
とになる。
光導波ケーブルLWL3のランダム散乱源から距離Zの
範囲内において(又は線形後方散乱部から)、このパワ
ーps (D はτ=2Z/V、だけ遅れてより弱い強
度でAPD4に到達する。
範囲内において(又は線形後方散乱部から)、このパワ
ーps (D はτ=2Z/V、だけ遅れてより弱い強
度でAPD4に到達する。
上記信号に^PD入力信号の周波数及びレーザダイオー
ド用の瞬時付勢信号を混合すれば、混合による項は8τ
/2πの周波数を有することになる。
ド用の瞬時付勢信号を混合すれば、混合による項は8τ
/2πの周波数を有することになる。
その振幅は反射パワーに比例し、その周波数は反射の種
々の目安となる。
々の目安となる。
本発明によれば、第2図においてAPD4のバイアス電
圧は、レーザダイオード付勢回路から取り出した信号に
より高周波変調されている。
圧は、レーザダイオード付勢回路から取り出した信号に
より高周波変調されている。
従って、APD4は受信兼混合用に同時に用いられるこ
とになる。
とになる。
第2図に示す回路の種々の因子は次の要件に適合される
。
。
・ 変調周波数(fM 、 fffi、、 )の範囲内
において、抵抗はR(1/ωCとなる。
において、抵抗はR(1/ωCとなる。
・ 変調周波数(fM 、 fM□8〕の範囲内におい
て、IUD/UMI≧0.7となる。
て、IUD/UMI≧0.7となる。
・ (fM 、 fM□8〕の範囲内において、ωR=
(1/Cp +1/Co)−’<0.1 となる。
(1/Cp +1/Co)−’<0.1 となる。
・ 混合信号の混合周波数、6fの範囲内において、U
P 、 RP << 1/ωCとなる。
P 、 RP << 1/ωCとなる。
これらの要件は次の値について満足される。
Co =0.5 pF、 C,=1.5 pF、
R= =50Ω、Ri=300 kΩ ここで、fo =10 MHz、 fffiaX=5
00 Mllzll個を用いると次の結果となる。
R= =50Ω、Ri=300 kΩ ここで、fo =10 MHz、 fffiaX=5
00 Mllzll個を用いると次の結果となる。
・ l?、 /(l/ωC)>28、(fM 、 f□
8〕の範囲内において、 ・ l IJt+/ll、41 =0.75、(fM
、 f□、)の範囲内において、 ・wR; (1/CP + 1/CD) −’ < 0
.06、(f 、 fM、X)の範囲内において、 ・ RP /(1/(IJG) <0.028 、ΔF
=10 kHzに対して 混合周波数、dfを有する信号に対して抵抗RPが変換
抵抗として作用すると共に大きな値を有するように選択
できるので、この調和要件により低抵抗性条件を有する
変調電圧がAPD4に印加されることが保証される。
8〕の範囲内において、 ・ l IJt+/ll、41 =0.75、(fM
、 f□、)の範囲内において、 ・wR; (1/CP + 1/CD) −’ < 0
.06、(f 、 fM、X)の範囲内において、 ・ RP /(1/(IJG) <0.028 、ΔF
=10 kHzに対して 混合周波数、dfを有する信号に対して抵抗RPが変換
抵抗として作用すると共に大きな値を有するように選択
できるので、この調和要件により低抵抗性条件を有する
変調電圧がAPD4に印加されることが保証される。
レーザダイオードの付勢電圧が、発振器5により微小周
波数ΔΩだけ高精度の既知の値として偏移すると、AP
D4のアバランシェ増幅度Mの第1近似について次式が
得られる。
波数ΔΩだけ高精度の既知の値として偏移すると、AP
D4のアバランシェ増幅度Mの第1近似について次式が
得られる。
M(t) =Mo (1+ma cos((Ω、+lΩ
)t+ tz) )受信パワーPs(t)を用いると
フォト電流1ph(υは次式で表わされる。
)t+ tz) )受信パワーPs(t)を用いると
フォト電流1ph(υは次式で表わされる。
1ph(t) =S−M(t)・P、(t)=s−r。
(′/2mA’lag CO3((rr+ΔΩ)t+Ω
。τ−−τ”)+1)十高周波項 固定周波数Ω。をフィルタで検出すれば、距離Zに位置
する指定されたライン区域(時間遅延τを有するものに
相当する)については周波数偏移ΔΩを選定することに
より次式が成立する。
。τ−−τ”)+1)十高周波項 固定周波数Ω。をフィルタで検出すれば、距離Zに位置
する指定されたライン区域(時間遅延τを有するものに
相当する)については周波数偏移ΔΩを選定することに
より次式が成立する。
ΩD1rτ+ΔΩ
又は τ=(Qo−ΔΩ)/r
フィルタの帯域幅ΔΩ。を次のように選択する。
Δτの解は次式で表わされる。
Δτ=□
f□8−fo
従って、後方散乱が生ずる位置に関する解は次のように
なる。
なる。
ΔZ =V、Δτ/2
V。
2(f□っ−fM )
ここで、v9は光導波ケーブルLWL中における光の速
度とする。
度とする。
この後方散乱の位置に関する解は連続する全周波数域に
より決定される。上記の例において(fM、、−fM
)をほぼ500 MHzとすると、ΔZ=20cmとな
る。
より決定される。上記の例において(fM、、−fM
)をほぼ500 MHzとすると、ΔZ=20cmとな
る。
ライン長をlkmとし、ΔZ =20cmの解を用いれ
ば、N=5000の測定点が得られる。受は入れられる
全測定時間NTを得るため、約1秒の時間周期を選択す
る。
ば、N=5000の測定点が得られる。受は入れられる
全測定時間NTを得るため、約1秒の時間周期を選択す
る。
測定時間を短縮するため、多数のフィルタを用いて種々
の周波数で同時評価を行なうことができる。10個のフ
ィルタを用いれば、測定時間は10の因子だけ短縮され
る。
の周波数で同時評価を行なうことができる。10個のフ
ィルタを用いれば、測定時間は10の因子だけ短縮され
る。
上述した固定した検出フィルタ及び周波数偏移を用いて
評価する代りに、混合信号を標本化することも可能であ
り、すなわち第2図の選択した例について10 KHz
で標本化することができる。この場合、測定時間周期T
の後にサンプル値を高速フーリエ変換する。このように
構成すれば、全測定時間を一層短縮することができる。
評価する代りに、混合信号を標本化することも可能であ
り、すなわち第2図の選択した例について10 KHz
で標本化することができる。この場合、測定時間周期T
の後にサンプル値を高速フーリエ変換する。このように
構成すれば、全測定時間を一層短縮することができる。
第1図は本発明による光学式後方散乱計の構成を示すブ
ロック線図、 第2図は第1図に示すフォトダイオードの電気的付勢回
路を示す回路図である。
ロック線図、 第2図は第1図に示すフォトダイオードの電気的付勢回
路を示す回路図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、光源を含み、その発生パワーが発振器からの可変周
波数で変調されると共にその伝送ビームがビームスプリ
ッタを介して光導波ケーブル(LWL)に入射し、さら
にフォトダイオードとして配置されている受光器を含み
、この受光器に前記伝送ビームの光導波ケーブル (LWL)で後方散乱した部分を前記ビームスプリッタ
を介して供給し、この受光器において光後方散乱パワー
に比例した信号及び発振器周波数を有する変調電圧から
混合信号を形成すると共に、この混合信号を評価して後
方散乱の位置及び後方散乱強度を決定し、前記フォトダ
イオードをアバランシェフォトダイオード(4)とし、
そのバイアス電圧を変調電圧(U_M)で変調された直
流電圧(U_G)とし、前記混合信号(U_P)が、前
記フォトダイオード(4)のトリガ回路に挿入されオー
ミック抵抗(R_P)及びコンデンサ(C_P)を有す
る並列回路でタップされるように構成したことを特徴と
する光学式後方散乱計。 2、変調周波数f_Mに対する混合周波数Δfの比が0
.5×10^−^3以下とされることを特徴とする請求
項1に記載の光学式後方散乱計。 3、前記オーミック抵抗(R_P)が、変調周波数に関
連するインピダンスの最小値f_0の10倍以上好まし
くは20倍以上とされると共に前記コンデンサ(C_P
)の混合周波数Δfに関連するインピダンスの0.05
倍以下、好ましくは0.035倍以下とされていること
を特徴とする請求項1又は2に記載の光学式後方散乱計
。 4、前記コンデンサ(C_P)及びフォトダイオードの
自己容量(C_D)を有する直列回路のインピダンスが
、前記変調周波数の最大値f_m_a_xにおいて、フ
ィルタダイオード(4)の付勢回路のオーミック性内部
抵抗R_iの10倍以上、好ましくは20倍以上となる
ように構成したことを特徴とする請求項1から3のいず
れか1項に記載の光学式後方散乱計。 5、前記レーザダイオード(1)の付勢電圧が、前記変
調電圧(U_M)に対して微小量だけ周波数偏移される
ように構成したことを特徴とする請求項1から4までの
いずれか1項に記載の光学式後方散乱計。 6、前記混合信号がバンドパスフィルタを通過するよう
に構成したことを特徴とする請求項5に記載の光学式後
方散乱計。 7、前記混合信号(U_P)が、種々の通過周波数を有
する多数のバンドパスフィルタを同時に通過するように
構成したことを特徴とする請求項5に記載の光学式後方
散乱計。 8、前記混合信号が、フーリエ変換回路に供給されるよ
うに構成したことを特徴とする請求項1から4までのい
ずれか1項に記載の光学式後方散乱計。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19873743678 DE3743678A1 (de) | 1987-12-23 | 1987-12-23 | Optisches rueckstreumessgeraet |
| DE3743678.3 | 1987-12-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01207642A true JPH01207642A (ja) | 1989-08-21 |
Family
ID=6343339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63325703A Pending JPH01207642A (ja) | 1987-12-23 | 1988-12-23 | 光学式後方散乱計 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4957365A (ja) |
| EP (1) | EP0322077A3 (ja) |
| JP (1) | JPH01207642A (ja) |
| DE (1) | DE3743678A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023506941A (ja) * | 2019-12-20 | 2023-02-20 | アリエル サイエンティフィック イノベーションズ リミテッド | 光信号から情報を抽出する方法及びシステム |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2738430B1 (fr) * | 1990-09-21 | 1998-03-13 | Alsthom Cge Alcatel | Procede et dispositif de transmission d'information sur fibre optique avec detection et/ou localisation d'intrusion |
| DE4231856A1 (de) * | 1992-09-23 | 1994-03-31 | Siemens Ag | Verfahren zur Fehlerlokalisierung und Reparatur in einem Lichtwellenleiternetz |
| DE4438786A1 (de) * | 1994-10-19 | 1996-05-02 | Siemens Ag | Prüfverfahren und Prüfvorrichtung für eine optische Sendeeinheit |
| US6052190A (en) * | 1997-09-09 | 2000-04-18 | Utoptics, Inc. | Highly accurate three-dimensional surface digitizing system and methods |
| DE10235562A1 (de) * | 2002-08-03 | 2004-02-19 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur optischen Distanzmessung |
| CN112469958A (zh) | 2018-07-04 | 2021-03-09 | 阿里尔科学创新有限公司 | 通过调制光来确定光栅微扰的方法及系统 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55125427A (en) * | 1979-03-23 | 1980-09-27 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | Method of measuring breaking position of optical |
| DE3236300A1 (de) * | 1981-10-13 | 1983-04-28 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Faseroptische sensorvorrichtung |
-
1987
- 1987-12-23 DE DE19873743678 patent/DE3743678A1/de not_active Withdrawn
-
1988
- 1988-12-12 US US07/283,413 patent/US4957365A/en not_active Expired - Fee Related
- 1988-12-19 EP EP88202965A patent/EP0322077A3/de not_active Withdrawn
- 1988-12-23 JP JP63325703A patent/JPH01207642A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023506941A (ja) * | 2019-12-20 | 2023-02-20 | アリエル サイエンティフィック イノベーションズ リミテッド | 光信号から情報を抽出する方法及びシステム |
| US12345596B2 (en) | 2019-12-20 | 2025-07-01 | Ariel Scientific Innovations Ltd. | Method and system for extracting information from an optical signal |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0322077A3 (de) | 1990-07-18 |
| DE3743678A1 (de) | 1989-07-06 |
| EP0322077A2 (de) | 1989-06-28 |
| US4957365A (en) | 1990-09-18 |
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